О карстовом типе пористости продуктивных карбонатных отложений
В. Н. ДАХНОВ, Э. М. ГАЛИМОВ
Среди геологических процессов, определяющих условия скопления промышленных количеств нефти и газа, заслуживают внимания карстовые процессы, в результате которых в карбонатных и реже в других «осадочных отложениях образуются крупные полости изменчивых конфигураций. Эти процессы, протекающие в основном в отложениях, выходящих на дневную поверхность, нередко проникают далеко вглубь. Так, например, карбонатные отложения яйл Горного Крыма закарстованы на глубину 400-600 м, по-видимому, до водоупора. В районах Словенского Карста, во Французских Альпах мощность закарстованной толщи карбонатных пород достигает 1000 м и более.
Образовавшиеся в результате карстовых процессов пустоты при благоприятной геологической обстановке в последующем могут явиться вместилищами для газа, нефти и ископаемых вод. Но изучению карстовых процессов, мегапористости карстового типа геологи и геофизики газовой и нефтяной промышленности уделяют мало внимания.
Несмотря на то, что карстовая мегапористость может быть выявлена с большими трудностями только по косвенным признакам и то не во всех случаях, с каждым годом разведчики получают все больше и больше обоснованных данных, говорящих о том, что этот вид пористости, по-видимому, является весьма распространенным в карбонатных коллекторах высокой продуктивности.
Примером этому служит заполненная нефтью каверна, обнаруженная в известняках фассельман (силур) на месторождении Доллархайд Западный Тексас США, площадь которой превышает 2,5 км2, высота - около 5 м [1].
Другим примером, который следует уже рассматривать как правило, а не как возможное исключение, является приуроченность крупных промышленных нефте- и газопроявлений к карбонатным отложениям с последующим перерывом в осадконакоплении, т. е. к условиям, в которых преимущественно развиваются карстовые процессы.
Так, например, на месторождениях Волго-Уральской нефтеносной области регионально нефтеносными являются обычно верхняя часть турнейского яруса и башкирские слои. Следы размыва, наличие погребенных долин, перекрытие континентальными осадками - все это указывает на условия, благоприятные для карстообразования. Последнее нередко распространяется на сравнительно большие глубины, что наблюдается, вероятно, на месторождении Коробки Сталинградской области, где обнаружена единая газовая залежь в нижнебашкирских и намюрских отложениях, по-видимому, закарстованных в послебашкирское время.
На месторождениях Саудовской Аравии (группа Гхавар) продуктивной является арабская зона, представленная верхнеюрскими известняками, перекрытыми с угловым несогласием песчано-глинистой формации вазиа [1,2] континентального происхождения. Известняки сильно кавернозны, размер полостей превышает 1 м3. К перерыву в осадконакоплении приурочены залежи нефти и в асмарийском известняке - основном эксплуатационном объекте месторождений юго-западного Ирана [2].
С карстовыми процессами также связаны и коллекторские свойства нефтеносных валанжииских известняков северо-восточной Болгарии, где на Тюленевском месторождении притоки нефти получены из участков провалов бурового инструмента и поглощения раствора [3]. Месторождения в аналогичных коллекторах известны в США и Мексике [4].
Образовавшийся в результате карстогенных процессов особый тип карстовой мегапористости отличается от интергранулярной и трещинной пористости.
Во-первых, карстовые пустоты (поры) резко варьируют в своих размерах от кубических миллиметров до многих десятков, сотен и даже тысяч кубических метров и этим резко отличаются от интергранулярной пористости.
Во-вторых, карстовые пустоты приурочены к определенным направлениям, обычно направлениям тектонических трещин или падения карбонатных отложений. Иногда наблюдается развитие преобладающей закарстованности карбонатных осадков в нескольких направлениях.
В-третьих, карстовые пустоты могут распределяться в толще изучаемых отложений довольно однородно (области развития древних каровых полей) или, наоборот, узколокально - области развития древних естественных вертикальных шахт, колодцев и горизонтальных ходов (пещер).
Особенности карстовой пористости требуют специального подхода к разведке и разработке коллекторов этого типа.
Как следствие, первой особенности характерной чертой залежей газа и нефти, приуроченных к карстовым зонам, является резкое различие дебитов даже для соседних скважин. При попадании скважины в каверну отмечается значительный (особенно первоначальный) приток газа и нефти, тогда как другие скважины, пробуренные на тот же продуктивный горизонт, нередко оказываются малодебитными, а иногда даже сухими.
В карстовых коллекторах может также отсутствовать гидродинамическая связь между отдельными участками. Часть узких каналов, игравших существенную роль при карстогенных процессах и при дальнейшем насыщении коллектора нефтью и газом, могла быть закупорена, в результате чего связь между отдельными полостями затруднилась. В таких условиях каждая из карстовых систем может иметь свою газогидродинамическую характеристику. Разобщенность такого коллектора значительно осложняет разработку заключенного в нем газа и особенно нефти.
При выборе рациональных способов разведки коллекторов карстового типа необходимо учитывать характер распространения карстовых пустот и приуроченность их к карбонатным осадкам с низким процентом нерастворимого остатка, принимая во внимание, что интенсивное развитие карста обычно наблюдается вдоль тектонических трещин, являющихся первичными путями фильтрации карстовых вод. Это позволяет ожидать высокие коллекторские свойства у карбонатных пород в зонах развития тектонической трещиноватости.
Так как карстовые пустоты не могут быть изучены по данным керна, то определение коллекторских свойств закарстованных зон, вскрытых скважинами, может быть выполнено только с помощью геофизических методов тем точнее, чем больше объем изучаемых пород. Однако геофизические методы до сих пор недостаточно надежны для определения коэффициентов пористости, проницаемости и нефтенасыщенностж карстовых пустот во всех случаях, так как вопрос использования геофизики в этих целях до настоящего времени почти не разработан и требует выполнения большого объема исследовательских работ (Первые работы показали, что физические свойства закарстованных пород в некоторой степени отличаются от свойств пород, не затронутых карстовым процессом [6]. По-видимому, дальнейшие исследования позволят выделять закарстованные карбонатные осадки.).
Из существующих геофизических методов исследования скважин для выделения закарстованных зон наибольшими возможностями обладают следующие методы: экранированного и обычных микрозондов, микрокавернометрии, рассеянного гамма-излучения и ультразвуковой (при условии регистрации повторных диаграмм, ориентированных азимутально) и особенно метод продолжительности проходки, термометрия и отчасти нейтронные методы. Широкое опробование перечисленных способов с целью выделения закарстованных участков разреза скважины и последующего определения их пористости весьма перспективно.
ВЫВОДЫ
1. Карстовый тип мегапористости, по-видимому, является одним из основных типов пористости, характерных для крупных газовых и нефтяных залежей в карбонатных отложениях.
2. Поскольку карстовые явления приурочены к периодам последующих перерывов в осадконакоплении, наличие таковых в толщах карбонатных отложений является весьма важным признаком возможности обнаружения промышленных накоплений нефти и газа в карбонатных отложениях.
3. Особенности карстовой пористости требуют при ее обнаружении выявления пространственного распространения погребенного карста, направлений тектонических трещин, изучение характера эрозионных поверхностей и выявления чистых карбонатных осадков для составления наиболее обоснованного проекта разведки и последующей разработки нефтяной залежи.
4. При изучении коллекторов карстового типа следует уделять большое внимание геофизическим методам исследования скважин для выделения указанных в предыдущем разделе особенностей, характеризующих карстовые полости. Особенное внимание следует уделить методу продолжительности проходки и термометрии скважин.
5. В связи с недостаточной изученностью вопроса возможности эффективного использования геофизических методов исследования скважин для изучения погребенного карста необходимо поставить крупные исследовательские работы на площадях открытого карста. К таким площадям в первую очередь следует отнести классические карстовые области яйл Горного Крыма (Караби, Чатырдаг, Айпетринская и Долгоруковская), Кавказа (Арабик, полоса куэст и др.) и Пермской области.
6. Обратить особенное внимание на возможность выделения закарстованных погребенных зон методами сейсмической и электрической разведки [8] и поставить широкие исследовательские работы по выяснению возможностей этих методов.
7. При поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений обращать внимание на детальное изучение коллекторских свойств и при благоприятных условиях на опробование карбонатных отложений с признаками карстовых процессов не согласно перекрытых континентальными осадками. В частности, следует обратить внимание на возможность обнаружения крупных скоплений нефти в северных районах предгорного Крыма и Кавказа из юрских карбонатных толщ, обладающих высокими карстогенными свойствами, а также на изучение карста карбонатных пород нижнего палеозоя Восточной Сибири, где вопрос поисков коллекторов является одним из основных вопросов открытия промышленных скоплений газа и нефти.
Детальное изучение карстовых коллекторов должно занять ведущее место при геолого-геофизических исследованиях карбонатных отложений, промышленное значение которых с каждым годом становится все более очевидно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Леверсен А.И. Геология нефти. Гостоптехиздат, 1958.
2. Бакиров А.А. Геология нефтегазоносных областей и нефтяных месторождений Среднего и Ближнего Востока. Гостоптехиздат, 1957.
3. Куртев Т.И. Физические свойства продуктивных отложений северо-восточной Болгарии и выбор комплекса геофизических методов исследования разрезов скважин. Диссертация на соискание ученой степени канд. геол.-минер. наук, Москва, 1957.
4. Рассел У.Л. Основы нефтяной геологии. Гостоптехиздат, 1958.
5. Нефтегазоносность Урало-Волжской области. Тр. совещ. по проблеме нефтегазоносности Урало-Поволжья. Изв. АН СССР, 1956.
6. Выяснение возможности изучения гидрогеологии карстовых пустот Горного Крыма методами промысловой геофизики. Отчет кафедры промысловой геофизики МИНХ и ГП, 1959.
7. Гвоздецкий Н.А. Карст. Географиздат, 1954.
8. Огильви А.А. Геоэлектрические методы изучения карста. Изд. МГУ, 1957.
МИНХ и ГП