Влияние условий осадконакопления и постседиментационных преобразований на коллекторские свойства средневерхнеюрских отложений зоны сочленения Нюрольской впадины и Пудинского мегавала (Томская область)

В Томской области одним из наиболее перспективных нефтегазоносных районов является' Казанский, расположенный в пределах зоны сочленения Пудинского мегавала и Нюрольской впадины. В пределах района открыт целый ряд газоконденсатнонефтяных месторождений, в том числе Нижнетабаганское (открыто в 1973 г.), Калиновое (1973 г.), СевероКалиновое (1979 г.), Герасимовское (1983 г.) и Широтное (1984 г.), характеризующихся сложным геологическим строением, латеральной и вертикальной литологической изменчивостью толщ, многопластовым характером залежей, минералогической неоднородностью коллекторов. На месторождениях завершены работы разведочного этапа, пробурено соответственно 24, 23, 12, 19 и 3 разведочных скважин, выявлена промышленная нефтегазоносность юрских и палеозойских пород, а также коры выветривания по палеозойским породам, подсчитаны и утверждены в ГКЗ РФ запасы по категориям Ci и С2- На Герасимовском месторождении с 1987 года проводится пробная эксплуатация 2 разведочных и 11 промысловых скважин, разрабатывающих залежь в коре выветривания. Калиновое, СевероКалиновое, Широтное и Нижнетабаганское месторождения законсервированы.

Объектом исследования послужили продуктивные пласты юрского нефтегазоносного комплекса, сформированные в разных фациальных об-становках, характеризующиеся разной степенью катагенетического преобразования вещества и широким спектром наложенно-эпигенетических изменений, обусловленных влиянием дизъюнктивной тектоники и углеводородных залежей. В связи с продуктивностью и относительно высоким отбором кернового материала более тщательно исследовались пласты Ю15 -ю|4, ю9, ю8, ю7, ю6, ю5, ю4, ю]4, ioi3h, ю12, ю/, материалы по другим пластам (Ю^.ю, Юз, Юг) привлекались по мере необходимости.

Изученность вопроса. Ввиду перспективности территории на углеводородное сырье исследовательские работы (В.Б. Белозеров, Н.А. Брыли-на, А. В. Ежова, И. А. Иванов, Л. И. Егорова и др.) проводились здесь с момента открытия месторождений, однако они имели преимущественно ли-толого-фациальное направление и исследовали процессы, обусловленные седиментогенезом, при этом стадиальнои наложенно-эпигенетические преобразования не учитывались или учитывались бессистемно.

Учения Н. М. Страхова, Н. В. Логвиненко, Н. Б. Вассоевича, А. И. Пеу рельмана и др., а также проведенные позднее исследования Г. Н. Перозио, Б. А. Лебедева, Р. С. Сахибгареева, О. В. Япаскурта и др., ставшие классическими трудами по стадиальному и (или) наложенному литогенезу, в силу несовершенства методов или направленности геологических исследований, не рассматривали вопросы формирования коллекторских свойств пород во всей совокупности влияния седиментологических, стадиально-литогенетических и наложенно-эпигенетических процессов, а также отдельные аспекты минералообразования при наложенном эпигенезе,, 4.

Актуальность работы. В настоящее время благодаря развитию теоретических идей и представлений о влиянии наложенного эпигенеза на вмещающие залежь породы, накопленному новому геологическому материалу (полевые описания, керн, материалы ГИС) и полученным прецизионными анализами данным о химическом и структурном составе минералов из пластов с разным типом насыщения, появилась возможность анализировать эволюцию коллекторских пород в рамках единого генетического геолого — исторического подхода: от условий их седиментации до проявления наложенного эпигенеза в последовательности проявления процессов (седиметногенез — диагенез — катагенез — наложенный эпигенез).

Цель исследований, — совершенствование способов установления зависимости коллекторских свойств пород от седиментационных и постсе-диментационных процессов.

Основные задачи: >

— 1. Определить влияние стадиального литогенеза (условий осадконакоп-ления, диагенетических и катагенетических преобразований) на фильтра-ционно-емкостные свойства пород;

— 2. Выявить воздействие наложенного эпигенеза на формирование коллекторов.

Фактический материал и методы исследования.

Теоретической основой решения поставленных задач послужила концепция эволюционного преобразования вещества в ходе диаи катагенеза, предложенная JI.B. Пустоваловым и развитая в работах Н. М. Страхова, Н. Б. Вассоевича, Н. В. Логвиненко, О. В. Япаскурта, Б. А. Лебедева и др. На отдельных этапах исследований применялись теоретические положения о цикличности строения осадочных толщ Ю. Н. Карогодина, классические учения Н. М. Страхова о стадиях литогенеза, теоретические разработки Г. Н. Перозио об эпигенезге и его минеральных индикаторах, идеи Б. А. Лебедева о геохимическом взаимодействии в системах «вода-порода», «вода-углеводороды», «порода-углеводороды» и Р. С. Сахибгареева о воздействии углеводородной залети на нефтегазовмещающие толщи.

В основу диссертации положены результаты исследования кернового материала, собранного автором во время полевых работ, проведенных в нефтегазоразведочных экспедициях ОАО «Томскнефтегазгеология» в 1978;1995 гг.: детально описаны разрезы 60 скважин, отобрано и проанализировано 3000 образцовв лабораторных условиях автором проведены: петрографический (2000 шлифов), количественный гранулометрический (1500 шлифов), минералогический (200), химический (40), микрозондовый (40), термический (50), рентгеноструктурный (50), термо — рентгенолюминесцентный (50) и рентгенолюминесцентный (50), ИК — спектроскопический (20), электронно — микроскопический (10) и гранулометрический (300) анализыиз фондовых материалов заимствовано более 1500 определений ФЕС пород, данные по испытанию и комплекс ГИС по 60 скважинам, включающий стандартный, индукционный, акустический, 5 гаммаи нейтронный гамма-каротаж, микрозондирование, кавернометрия масштабов 1:200 и 1:500, результаты испытаний.

Методической основой литологического расчленения изучаемой толщи, корреляции пластов и их индексации послужили системный анализ породно-слоевых ассоциаций (Ю.Н. Карогодин), биостратиграфические методы (ТГУ, СНИИГГиМСа), методика выделения осадочных толщ и ре-перных горизонтов (В.Б. Белозерова).

При построении литолого-фациальных карт и карт распространения коллекторов использовались структурные карты Р. В. Белова по основным отражающим горизонтам масштаба 1:1 ООО ООО. Все картографические построения в изолиниях контролировались существующими керновыми данными по глубоким скважинам.

Литолого-фациальные исследования и диагностика фациальных об-становок проводились по методикам B.C. Муромцева, В. Б. Белозерова, JI. B Черновой, А. В. Ежовой, JI.H. Ботвинкиной.

Анализ стадиальных и наложенно-эпигенетических преобразований пород-коллекторов осуществлялся по методикам JI.B. Орловой, Б. А. Лебедева, Г. Н. Перозио, Р. С. Сахибгареева.

Основные защищаемые положения.

1. На юго-востоке Западно-Сибирской плиты в зоне сочленения Ню-рольской впадины и Пудинского мегавала в юрском нефтегазоцосном комплексе формирование коллекторских свойств пород происходило на всем протяжении существования осадков — породи первопричиной дифференциального размещения коллекторов по площади и в разрезе явились условия седиментации, определившие три перспективные на обнаружение коллекторов с хорошими фильтрационно-емкостными свойствами обстановки осадкообразования: баровую, русловую и дельтовую, коллекторские свойства в которых ухудшаются при уменьшении отсортированности, ока-танности, медианных размеров обломков, увеличении содержания первичного цемента.

2. Вследствие того, что диагенетические и катагенетические процессы, ухудшающие песчаный коллектор (минералообразование, уплотнение и литификация), наиболее интенсивно проявились в породах с низкой се-диментационной емкостью, и влияние их носило унаследованный от седиментогенеза характер, стадиальный эпигенез существенно не изменил за8 кономерностей размещения коллекторов, определенных условиями седиментации.

3. В зонах тектонических нарушений и нефтегазонасыщения под воздействием агрессивной среды (углекислота, продукты окисления нефти) произошло перераспределение минералогических, физических и фильтрационно-емкостных свойств пород: растворение компонентов в одних участках (вблизи разломов, внутри контура углеводородной залежи, в приконтурной зоне водонефтяных контактов) привело к улучшению качества коллекторапереотложение растворенных компонентов с образованием вторичных цементов в других участках (за контурами нефтегазоносно-сти, на удалении от разломов) — к его снижению.

Научная новизна. Личный вклад.

Исходя из установленной цикличности осадконакопления, предложен новый принцип индексации продуктивных отложений: индекс горизонта должен соответствовать индексу угольного репера, заканчивающего седиментационный цикл и перекрывающего, а не подстилающего осадочную толщу.

На основе усовершенствования последовательного системного подхода, базирующегося на^{генетической} и историко-геологической основе, установлена история изменения осадка — породы и выявлена многофакторность зависимости коллекторских свойств от литогенетических условий (гидродинамической активности среды седиментации, глубины залегания пород, влияния углеводородной залежи и глубинной углекислоты).

По результатам исследования прецизионными методами • (ИК-спектроскопия, микрозондирование, рентгенолюминесценция, термо-рентгенолюминесценция и др.) подтверждены известные и установлены не описанные ранее различия в составе и структуре минеральных новообразований (карбонатов, сульфидов и др.), сформированных на этапах диа-, катагенеза и при наложенном эпигенезевыявлена не установленная ранее для юрских отложений зоны сочленения Нюрольской впадины и Пудин-ского мегавала зональность минералогического и структурного изменения пород при стадиальном и наложенном эпигенезе: наименее изменены неф-тегазовмещающие толщи, средне изменены породы, не испытавшие воздействия углеводородов (степень их изменения соответствует среднему и позднему этапам катагенёза), наиболее проявлено изменение коллекторов в зонах водонефтяных контактов, где образуются разуплотненные и вторично сцементированные участки.

По соотношению структурных (С, Md, So), минералогических и фильтрационно-емкостных свойств пород впервые выделены промышленные — с пористостью 15−30% и проницаемостью 10−200×10″ 3мкм2, представленные мелкозернистыми гравелитами и крупно-, среднезернистыми песчаниками с хорошей отсортированностью и низким содержанием цемента (5−10%) преимущественно каолинитового (65−100%) состава, некарбонатными и слабо карбонатными (0−10%), слабо проницаемые г с пористостью — 10−20% и проницаемостью — 1−10×10″ 3 мкм2, представленные гравелитами среднезернистыми, песчаниками разнозернистыми со средней и плохой отсортированностью, с содержанием цемента 15−20% хлорит-гидрослюдисто-каолинитового (40−65%) состава, бескарбонатными или средне карбонатизированными (от 0 до 25%), непромышленные коллекторы — с низкими значениями пористости (5−15%) и проницаемости (менее 1×10″ 3 мкм2), представленные конгломератами и гравелитами разно-зернистыми, песчаниками разнозернистыми и мелкозернистыми с плохой отсортированностью и высоким содержанием глинистого плохо раскри-сталлизованного (25−50%) преимущественно каолинит (35−40%) — хлорит7 гидрослюдистого и (или) неравномерно распределенного карбонатного (до 50%) цемента и неколлекторы — непроницаемые с низкой пористостью в пределах 5−10% разнозернистые песчаники с глинистым, существенно хлорит-гидрослюдистым с примесью плохо раскристаллизованного каолинита и карбонатным цементом, алевролиты и глинистые породы.

С помощью сравнительного анализа детальных литолого-фациальных карт (20 карт) и карт распространения коллекторов (20 карт), построенных с применением стандартных программных пакетов (CorelDRAW, Surfer 32), показано, что в наиболее благоприятных для образования коллекторов песчаных телах баров и барьеров, русел рек спрямленного и ограниченно меандрирующего типов и устьевых баров коллек-торские свойства пород под влиянием наложенно-эпигенетических процессов, проявленных в пределах контуров залежей, близконтурных зон и участков дизъюнктивных нарушений, существенно улучшаются, по сравнению с породами, не испытавшими влияния наложенного эпигенеза.

Сведения о практическом использовании полученных результатов. По результатам исследований даны и использованы рекомендации по проведению геологоразведочных работ и подсчету запасов на территориях Нижнетабаганского, Герасимовского, Калинового, Северо-Калинового месторождений и сопредельных территорий (Казанский и Пудинский НГР) в ОАО «Томскгазпром» (2000 г.), ОАО «Томскнефтегазгеология» (1985, 1988 гг.), «Комитете природных ресурсов» по Томской области (1996, 1997, 2000, 2001, 2002 гг.), ОГУП «Томскнефтегазинвест» (2001 г.), ОАО «Томскнефть» (1995, 1997 г.).

Публикации и апробация. Итоги исследований докладывались и обсуждались на Международных научно-практических конференциях, симпозиумах и семинарах, проходивших в гг. Томске (1990, 2001, 2002), Сыктывкаре (1997), Москве (1997), на Всероссийской конференции в г. Тюмени (2002), на Межрегиональной конференции в г. Чите (1990) и научно-практических конференциях в г. Томске (2000, 1986, 1988, 1989, 1998, 1999, 2000). Основные результаты диссертации опубликованы в 28 печатных работах: в том числе 4 — в рецензируемых изданиях, 15 (объемом от 4 до 13 с.) — в многостраничных публикациях в Материалах Томского отделения Всесоюзного минералогического общества, в Материалах и Трудах конференций Томского политехнического университета, Томского Государственного университета, 9 — тезисов (объемом 1−3 е.) — изложены в 14 научно-производственных отчетах, выполненных в рамках хоздоговорных тем с ОАО «Томскнефтегазгеология», «Востокгазпром», ОАО «Томскгазпром», ОАО «Томскнефть», «Комитетом природных ресурсов» по Томской области, ОГУП «Томскнефтегазинвест».

Объем и структура работы. Диссертация содержит 213 страниц машинописного текста, в дом числе 78 рисунков (54 в тексте и 24 в приложении) и 24 таблицы. Она состоит из введения, семи глав и заключения.

Список литературы

включает 125 наименований.

Основные результаты проведенных детальных исследований юрского разреза зоны сочленения Нюрольской впадины и Пудинского мегавала (юго-восток Западно-Сибирской плиты) на разных уровнях организации вещества (от породно-слоевого до минерально-компонентного) сводятся к следующему.

1. Формирование коллекторских свойств пород происходило на всем протяжении существования осадков и пород изученного осадочного комплекса. Первопричиной дифференциального размещения пород-коллекторов по площади и в разрезе явились условия седиментации. Они определили геометрию песчаных тел, их размеры, распространение по площади и в разрезе, латеральную и вертикальную изменчивость, обусловили литологические особенности пород, размерность и равномерность распределения компонентов, конфигурацию и размеры первичных пор. В связи с формированием коллекторских свойств пород в стадию седименто-генеза следует отметить три перспективные на обнаружение коллекторов с хорошими фильтрационно-емкостными свойствами обстановки осадкообразования: баровую, русловую и дельтовую.

2. Внутри комплексов, сформированных в указанных обстановках, закономерности распределения наиболее перспективных коллекторов различны и продиктованы специфичностью условий седиментации. Наиболее благоприятными с точки зрения формирования коллекторов являются песчаники центральных частей барьеров и баров, где образованы коллекторы III, IV и V классов. Менее благоприятные условия создавались в руслах рек предгорного и спрямленного типов (срединные, реже начальные части аллювиальных циклов), а также в руслах ограниченно меандрирующих равнинных рек, барах распределительных проток дельтовой надводной равнины и устьевых барах (коллекторы преимущественно V и VI, с прослоями IV и III классов). В руслах с сильной миграцией, а также в руслах рек предгорного типа на’начальных и конечных этапах аллювиального цикла, на склонах баров, в зоне волнений и мелководно-морском бассейне сформированы коллекторы с низкими свойствами (V и VI классов).

3. Закономерности распространения зон, являющихся наиболее перспективными для развития коллекторов нефти и газа и сформированных в континентальных, переходных и морских обстановках, различны. В условиях аккумулятивной равнины песчаные тела руслового генезиса приурочены к понижениям древнего рельефа и образуют линейно вытянутые зоны, трассирующие палеодренажные системы. Аналогичным образом к пониженным участкам надводных и подводных равнин тяготеют и песчаные осадки дельтового комплекса. Баровые песчаники позднеюрского времени характеризуются замкнутой площадной формой и пространственно приурочены к выявленным локальным структурам.

4. Особенности диагенетического и катагенетического преобразования наложили отпечаток в сторону сокращения порового пространства и ухудшения сообщаемости пор. Изменение пород при стадиальном эпигенезе проявилось таким образом, что наиболее интенсивное сокращение по-рового пространства происходило в породах с низкой седиментационной емкостью. Вследствие этого стадиальные преобразования только скорректировали фильтрационно-емкостные свойства отложений, но существенно не изменили закономерностей размещения коллекторов, определенных условиями седиментации.

5. Наложенный эпигенез существенно изменил ход стадиальных преобразований. В результате наложенно-эпигенетических процессов внутри контуров нефтегазоносности, в зонах водонефтяных контактов и дизъюнктивных нарушений произошло перераспределение физических и фильтрационных свойств пород, проявилась афациальная минералогическая зональность. Растворение пород, протекающее в локальных участках под воздействием на них глубинной (зоны дизъюнктивов) и сопровождающей мигрирующие углеводороды (газои нефтенасыщенные коллекторы) углекислоты и агрессивных растворов, образованных при окислении нефти в зонах водонефтяных контактов, способствовало возникновению вторичной пустотности, а вынос растворенных компонентов — образованию вторично сцементированных пород. При этом создаются благоприятные условия не только поступлению углеводородов в коллектор, но и сохранности залежей. '.

Несомненно, решение рассмотренных в диссертации задач требует своего продолжения. Во-первых, автором не затронут один из важнейших вопросов об условиях накопления и сохранности углеводородных залежей — надежность покрышек, их условия образования, состав, изменения в стадиальном и наложенном эпигенезе, закономерности размещения. Вторым, не менее важным направлением исследований должна быть разработка связи между тектоническйми факторами и нефтегазоносностью, и как один из аспектов решения этой проблемы — вопрос об источнике углекислоты в зонах тектонических нарушений и участках нефтегазонасыщения. Далеко не изученными остаются также вопросы установления ореолов рассеяния и ореольных эффектов, образующихся над углеводородными залежами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Предложенные в диссертации подходы имеют ряд преимуществ по сравнению с известными. Используемый автором единый логический ге-нетико — геолого-исторический ключ, объединяющий три научных подхода: фациально-седиментоло^ический, стадиально-литогенетический и на-ложенно-эпигенетический позволяет на качественно новом уровне (вне разрыва природных связей) рассматривать последовательное эволюционное изменение вещества в ходе диаи катагенеза и специфику его преобразования при наложенном эпигенезе.

Превосходство предлагаемых методических подходов в том, что они позволяют выявить многопричинность процессов, формирующих коллектор, глубже постичь механизмы влияния условий осадконакопления и постседиментационных преобразований на формирование фильтрационно-емкостных свойств пород, дают возможность получить более ясную, точную и достоверную информацию о пространственном распределении коллекторов разного качества, объяснить закономерности их размещения, решить проблему прогнозирования песчаных тел с улучшенными коллектор-скими свойствами;

Применение комплекса предложенных методических приемов способствует обоснованности заключений, более полной и всесторонней интерпретации полученных данных, оптимальности оценки коллекторов и тем самым обеспечивает верификацию результатов. В то же время вариативное использование методических приемов на разных этапах исследования делает их универсальными и пригодными для изучения терригенных нефтегазовмещающих толщ любых регионов.

Установленные закономерности в значительной степени упрощают решения теоретических задач о сложных взаимоотношениях в природных системах, во многом объясняют причинно-следственные связи между веществом земной коры и протекающими в ней процессами. Вместе с тем, учет этих закономерностей при планировании поисково-разведочных работ помогает прослеживать пространственное изменение и локальное распространение коллекторов разного качества на территориях со сходными геологическими условиями и тем самым оптимально точно определять места заложения разведочных скважин.

Полученные результаты исследований в области вторичных преобразований песчаников с разным типом насыщения, в зонах водонефтяных контактов и тектонических нарушений позволяют не только пересмотреть традиционные представления о преобладающей роли седиментогенеза в формировании коллекторских свойств пород, но и дают возможность возвести наложенно-эпигенетические процессы в ранг ведущих процессов, отвечающих за формирование коллекторских свойств пород.

Выявленная структурно-минералогическая неоднородность коллекторов в участках с разным типом насыщения способствует более корректному определению положения водонефтяных контактов и контуров зале 111 жей, повышает точность подсчета запасов и способствует повышению эффективности поисков и разведки углеводородного сырья.