Коллекторы нижнекембрийских отложений Иркутского амфитеатра
Я.Н. ПЕРЬКОВА, Е. Н. МЕЩЕРСКАЯ
В общей проблеме поисков нефтяных и газовых месторождений в Восточной Сибири особое место занимает проблема поисков пород-коллекторов. Основные поисково-разведочные работы на нефть и газ на территории Иркутского амфитеатра проводятся геологоразведочным трестом Востсибнефтегеология и сосредоточены в пределах поля развития нижнекембрийских отложений.
Нижнекембрийские отложения являются наиболее перспективными в нефтегазоносном отношении по двум причинам. Во-первых, в процессе бурения и испытания скважин из этих отложений получены основные нефтегазопроявления. Во-вторых, это наиболее закрытая часть разреза, в которой при наличии прочих благоприятных условий могут образоваться залежи нефти и газа.
В пределах описываемой территории нижнекембрийские отложения представлены двумя комплексами пород. Верхняя часть разреза (ангарская, булайская, бельская, усольская свиты и верхнемотская подсвита) выражена карбонатно-сульфатными отложениями, среди которых преобладают доломиты, ангидрито-доломиты, доломито-ангидриты, известняки и гипсы.
Общая мощность сульфатно-карбонатного комплекса пород 1650-2350 м.
Нижняя часть разреза (средне- и нижнемотская подсвиты, ушаковская свита) сложена терригенными породами: песчаниками, алевролитами, аргиллитами, значительно реже гравелитами.
Общая мощность терригенного комплекса 640-900 м.
В настоящее время можно считать установленным, что в толще нижнекембрийских пород имеются два типа коллекторов: гранулярные, емкость и проницаемость которых обеспечивается межзернистыми (норовыми) пространствами, и трещиноватые. (Калачева В.Н. Некоторые данные о трещиноватых породах нижнего кембрия Иркутского амфитеатра и их коллекторские свойства. Тр. ВНИГРИ, вып. 121, 1958.)
Из гранулярных пластов-коллекторов наиболее перспективными являются отложения нижнемотской подсвиты нижнего кембрия. Эта подсвита сложена терригенными породами.
В Присаянье отложения подсвиты представлены крупно- и грубозернистыми песчаниками.
От Присаянья к внутренним частям амфитеатра в песчаниках нижнемотской подсвиты начинают преобладать мелко- и среднезернистые разности, среди песчаников появляются прослои алевролитов и аргиллитов, количество которых увеличивается в этом же направлении.
Мощность подсвиты колеблется в пределах 110-170 м.
На основе собранного в последнее время материала в нижнемотской подсвите выделены четыре пласта-коллектора: два в верхней части подсвиты и два в нижней (рис. 1), отделенные друг от друга менее пористыми, слабопроницаемыми породами (кварцитовидные или сильно слюдистые и глинистые песчаники, алевролиты).
Эти пласты характеризуются сравнительно высокими значениями пористости и проницаемости и хорошо выделяются по каротажным диаграммам: минимумами на диаграммах гамма-каротажа и пониженными кажущимися сопротивлениями.
Литологически выделенные пласты представлены кварцевыми, полевошпатово-кварцевыми и кварц-полевошпатовыми песчаниками, слабо сцементированными в районе Присаянья (Тыреть, Кутулик, Бельск) и более плотными во внутренних частях Иркутского амфитеатра (Оса, Парфеновка, Атовка). Песчаники мелко-, средне- и крупнозернистые, в отдельных прослоях (особенно в нижней части подсвиты) гравелитистые. Цемент глинистый, хлоритово- и слюдисто-глинистый, в меньшем количестве карбонатный и кварцевый.
Мощности пластов-коллекторов колеблются в пределах: I пласт - 7-42 м; II пласт - 9-19 м; III пласт - 5- 13 м; IV пласт - 5-14 м.
Мощности этих пластов в общем уменьшаются от Присаянья к внутренним частям Иркутского амфитеатра (см. рис. 1, 2). На основе исследований построены карты изменения коллекторских свойств для каждого из выделенных пластов. Выделяются две зоны, характеризующиеся различными значениями пористости и проницаемости. На рис. 1 показано изменение коллекторских свойств I пласта.
Первая зона этого пласта протягивается вдоль Присаянья с юго-востока на северо-запад и включает Бельскую, Кутуликскую, Тыретскую разведочные площади.
Первая зона I пласта характеризуется наиболее высокими величинами пористости и проницаемости. Открытая пористость песчаников здесь колеблется от 10,5 до 18,4%, проницаемость - от 18 до 116 и 153 миллидарси. К юго-западу, востоку и северо-востоку от первой зоны располагается вторая зона; она охватывает районы внутреннего поля Иркутского амфитеатра (Оса, Бохан, Парфеновка, Нукуты, Божехан, Атовка).
Исследование коллекторских свойств I пласта показало, что его пористость (2-4%) и проницаемость (нулевые или близкие к ним значения) не представляют практического интереса.
Ниже I пласта залегает II пласт-коллектор, отделенный от первого кварцитовидным песчаником мощностью 7-10 м. Более благоприятные коллекторские свойства имеют песчаники этого пласта в первой зоне, которая охватывает Бельскую, Кутуликскую, Тыретскую, Парфеновскую, Осинскую площади (см. рис. 2).
Пористость и проницаемость песчаников II пласта в первой зоне несколько хуже, чем у песчаников этой же зоны I пласта. Открытая пористость изменяется от 9,78 до 15,4%, проницаемость - 1,0-52,8 и 113 миллидарси. В песчаниках II пласта Парфеновской площади, помимо первичной пористости, обусловленной укладкой зерен в процессе седиментации и диагенетическими процессами, имеется вторичная пористость, внешне выраженная «игольчатыми», трудно заметными на глазотверстиями. Эти поры распространены в песчаниках неравномерно, локализуясь на отдельных участках. Вторичные поры сообщаются между собой, что подтверждается повышенной проницаемостью (до 70 миллидарси) в местах их наибольшего скопления. Природа этих пор пока не установлена.
Вторая зона II пласта расположена к юго-западу, востоку и северо-востоку от I зоны, как бы окаймляя ее.
Песчаники этой зоны сравнительно более плотные и коллекторские свойства их значительно хуже: пористость - 1,6- 4,9%, проницаемость близка к нулю.
В нижней части нижнемотской подсвиты залегают III и IV пласты-коллекторы, разделенные пластом плотного песчаника мощностью 5-15 м с прослоями алевролита. Подошва IV пласта совпадает с кровлей ушаковской свиты. Литологический состав, мощности и коллекторские свойства этих пластов примерно одинаковы. Для III и IV пластов-коллекторов также выделяются две зоны коллекторских свойств, занимающие положение, аналогичное зонам 1 пласта. Открытая пористость III и IV пластов первой зоны колеблется от 7,47 до 13%, проницаемость 8-24 миллидарси; в единичных образцах значения проницаемости достигают 115 миллидарси.
Во второй зоне значения открытой пористости песчаников достигают 2,5-6%, проницаемость близка к нулю.
На основе изложенного можно заключить, что наибольший интерес как коллекторы представляют песчаники I и II пластов первой зоны.
О III и IV пластах собрано мало материала. Однако и по нему можно сказать, что в пределах первой зоны эти пласты имеют также практический интерес. В пределах второй зоны, охватывающей восточную, юго-восточную и южную части Иркутского амфитеатра, песчаники всех четырех пластов не представляют практического интереса.
Отмеченные выше изменения пористости и проницаемости выделенных пластов-коллекторов - лучшие коллекторские свойства в первой зоне - и ухудшение их к внутренним частям амфитеатра (вторая зона) объясняются изменениями минералогического, гранулометрического составов песчаников, отсортированностью слагающих их зерен, типом и составом цемента.
Песчаники всех пластов-коллекторов первой зоны преимущественно кварцевые. Содержание кварца 85-90 %. Известно, что из всех минералов кварц обладает наименьшей адсорбционной способностью. Песчаники большей частью равнозернистые.
Отмечено, что из одинаково сцементированных песчаников (одинаковое количество цемента, один и тот же его тип и состав) наибольшей проницаемостью и пористостью обладают мелкозернистые хорошо отсортированные песчаники и наименьшей - песчаники разнозернистые. Этим отчасти объясняются менее благоприятные сравнительно с I и II пластами коллекторские свойства III и IV пластов первой зоны.
В песчаниках всех четырех пластов первой зоны отмечается небольшое количество цемента - максимум 12 %. По составу он преимущественно глинистый и слюдисто-хлоритово-глинистый, по типу - контактовый и пленочный.
Исключением являются песчаники Парфеновской площади, которые сцементированы гораздо сильнее, но в них, как уже говорилось, наблюдается вторичная пористость, имеющая большое положительное значение.
В песчаниках всех пластов-коллекторов второй зоны преобладают полевошпатово-кварцевый и кварц-полевошпатовый составы. Содержание кварца от 30 до 60%. Помимо полевых шпатов, отмечаются обломки карбоната, кварцита, халцедона и других пород. Наблюдаются высокая слюдистость и плохая отсортированность терригенного материала. Кроме этого, песчаники второй зоны более плотные, содержание цемента в них достигает 35%. Наряду с глинистым цементом отмечается большое количество карбонатного и кварцевого цемента. Тип цемента в основном поровый, менее благоприятный для проницаемости. Все эти особенности сильно ухудшают коллекторские свойства пород второй зоны.
Как уже указывалось, в разрезе нижнекембрийских отложений, помимо гранулярных, имеются трещиноватые коллекторы. Наличие их фиксируется тем фактом, что в малопористых (1-8%) и непроницаемых карбонатных отложениях на ряде разведочных площадей отмечались проявления нефти, газа и воды. Изучение трещиноватых коллекторов проводилось методом, предложенным сотрудниками ВНИГРИ Е.С. Роммом и Л.П. Гмид (Ромм Е.С. Исследование фильтрации в трещиноватых породах в связи с их коллекторскими свойствами. Сб. ст. под ред. Е. М. Смехова. Тр. ВНИГРИ, вып. 121, 1958.). По этому методу определение трещинной пористости и проницаемости проводится в плоско-параллельных шлифах большой площади (1500-2500 мм2).
Изучение трещиноватости проводилось в двух горизонтах карбонатного разреза нижнего кембрия:
1. в осинском горизонте усольской свиты;
2. в горизонте нижней части бельской - верхней части усольской свит.
Эти горизонты выбраны в связи с тем, что к ним приурочены основные нефтегазопроявления и в них проводился значительный сравнительно с другими частями карбонатного разреза отбор керна.
В результате исследований отмечено, что в породах обоих горизонтов имеются горизонтальные, вертикальные и наклонные трещины, открытые, выполненные битумом и минеральным веществом (карбонатом, солью, глиной).
Часто встречаются трещины смешанного типа: по стенкам - битум, в центре - минеральное вещество или, наоборот, по стенкам - минеральное вещество, в центре - битум.
Ширина большинства трещин 0,01 - 0,03 мм, но иногда достигает десятых долей миллиметра.
При микроскопическом исследовании трещиноватости осинского горизонта и горизонта нижней части бельской - верхней части усольской свит просмотрены следующие литологические разности пород: известняки, доломиты, ангидрито-доломитовые и доломитовые брекчии, ангидрито-доломиты и ангидриты.
По горизонту нижней части бельской - верхней части усольской свит собрано незначительное количество материала. Однако по имеющимся данным можно говорить о его значительной трещиноватости в пределах Кутуликской и Атовской площадей, где трещинная проницаемость колеблется в пределах 200-6000 миллидарси, достигая в единичных образцах 111 000 миллидарси (рис. 3). При этом преобладают трещины, выполненные коричневым битумом. Кроме того, полученные на Балыхтинской площади газо- и водонефтепроявления (скв. 1 - газ дебитом 2000 м3/сутки, скв. 2 - приток нефти, скв. 5 - приток воды) свидетельствуют о трещиноватости описываемого горизонта в пределах Балыхтинской площади.
В результате исследования осинского горизонта отмечена его трещиноватость в пределах всех изучаемых площадей (Тыретская, Парфеновская, Атовская). Значения трещинной проницаемости пород изменяются в пределах от нуля до 2500 миллидарси. По данным трещинной проницаемости в верхней части осинского горизонта (верхние 20 м) выделяется зона повышенной трещиноватости. Она фиксируется в разрезах скважин Тыретской, Парфеновской, Атовской площадей. Значения трещинной проницаемости здесь достигают 300-1300-2500 миллидарси (см. рис. 3)
Повышенная трещиноватость верхней части осинского горизонта подтверждается данными испытания скважин. При испытании ряда скважин для упомянутой части разреза осинского горизонта получены: на Атовской площади (скв. 2) - проявления нефти и газа, на Парфеновской площади (скв. 3) - вода, на Осинской площади - нефть (скв. 1) и газ (скв. 2, 9), на Тыретской площади (скв. 9) - вода.
Эта зона отмечается в разрезах скважин, расположенных на значительных расстояниях друг от друга, поэтому можно полагать, что она выдерживается в пределах всей изучаемой части Иркутского амфитеатра.
Выводы
1. В настоящее время в нижнекембрийском разрезе Иркутского амфитеатра имеются два вида коллекторов: гранулярные и трещиноватые.
2. Из гранулярных коллекторов наибольший интерес представляют нижнемотские песчаники, в которых выделены четыре пласта коллектора.
3. Песчаники всех четырех пластов представляют практический интерес с точки зрения поисков залежей нефти и газа в пределах первой зоны. В пределах второй зоны, судя по имеющимся материалам, коллекторские свойства этих песчаников менее благоприятны.
4. В карбонатном разрезе нижнего кембрия Иркутского амфитеатра, несомненно, имеются трещиноватые коллекторы. В этом отношении интересны два горизонта: осинский и горизонт, приуроченный к границе бельской и верхней части усольской свит.
5. В верхней части осинского горизонта (верхние 20 м) выделяется зона повышенной трещиноватости, которая хорошо выдерживается в пределах изучаемой части Иркутского амфитеатра.
Трест Востсибнефтегеология
Рис. 1. Карта изменения коллекторских свойств и мощностей I пласта песчаников нижнемотской подсвиты юга Сибирской платформы. (Сост. Е.Н. Мещерская и Я.Н. Перькова, 1959 г.).
1 - средняя мощность пласта; 2 - изопахиты пласта; 3 - границы зон коллекторов; 4 – современная граница платформы; 5 - первая зона коллекторов; 6 - вторая зона коллекторов.
В левой нижней части рисунка показано расположение отдельных пластов-коллекторов в пределах нижемотской подсвиты.
Рис. 2. Карта изменения коллекторских свойств и мощностей II пласта песчаников нижнемотской подсвиты юга Сибирской платформы.
Условные обозначения см. рис. 1.
Рис. 3. Сопоставление трещинной проницаемости и пористости пород горизонта верхней части бельской - нижней части усольской свит и осинского горизонта усольской свиты по Иркутскому амфитеатру по скв. 3.
А - Южно-Кутуликская площадь (скв. 4); Б - Тыретская площадь (скв. 9); В - Парфеновская площадь (скв. 4); Г - Атовская площадь (скв. 2). 1 - брекчии; 2 - известняки; 3 - доломиты; 4 - песчанистость; 5 - водорослевые доломиты; 6 - стилолитовые швы; 7 - гипс; 8 - ангидрит; 9 - каменная соль; 10 - глинистость; 11 - окремнение; 12 - трещиноватость. Трещинная проницаемость: 13 - открытая; 14 - закрытая (трещины, выполненные битумом); 15 - макротрещиноватость; 16 - пористость.