К оглавлению

УДК 552.578.2.061.4:551.73(574.12)

Деформационные и коллекторские свойства карбонатных подсолевых отложений месторождения Тенгиз

Е.И. БАЮК, А.А. ФОМИН (ИГиРГИ)

Для успешного прогнозирования перспектив нефтегазоносности на больших глубинах важно знать петрофизические характеристики пород-коллекторов при высоких давлениях и температурах, соответствующих пластовым.

В настоящей работе приводятся результаты изучения деформационных и коллекторских свойств карбонатных подсолевых палеозойских отложений месторождения Тенгиз при воздействии равномерного и неравномерного объемных напряжений, соответствующих таковым на глубине залегания 4-4,3 км. Экспериментальные исследования проводились на установках высокого давления, описанных ранее [2, 5]. Вначале образцы цилиндрической формы с размерами d=16 мм, l=25 мм подвергались всестороннему равномерному сжатию. При этом измерялись коэффициент открытой проницаемости Кпр, скорость продольных волн  и деформации, которые использовались для расчета коэффициентов сжимаемости породы и пористости Кп с повышением давления.

Затем при определенном равномерном всестороннем давлении, соответствующем его величине на глубине отбора керна, образец подвергался осевому сжатию. При этом измерялись продольная  и поперечная  деформации и вызывающие их напряжения . В ходе опытов определяли предел прочности , предел текучести , объемную деформацию . Эти параметры отражают деформационные и прочностные особенности пород: максимальное напряжение, которое способна выдерживать порода до разрушения  и напряжение, при котором начинает развиваться пластическая деформация  (для большинства осадочных пород она связана с микротрещинообразованием); - характеризует величину остаточной деформации в области напряжений между и , с отрицательным знаком означает, что порода уплотняется при воздействии напряжений, а положительный знак указывает на деформационное разуплотнение за счет развития микротрещин.

Нами были испытаны образцы пород, отобранные в скв. 6, 7, 11, 34 и 44, которые вскрыли каменноугольные отложения, представленные известняками различных структурно-генетических типов. Среди последних выделяются водорослевые, органогенно-водорослевые, органогенно-водорослево-детритовые, микросгустковые разности и др.

В башкирском ярусе преобладают водорослевые известняки, в визейском - органогенно-водорослево-детритовые, органогенно-детритовые и микросгустковые. Породы серые, темно-серые, почти черные, темно- и светло-коричневые, окраска зависит от присутствия битума и нефти. Примесь глинистого вещества в известняках не превышает 2-3 %. Интенсивное развитие горизонтальных трещин обусловило массивную, иногда «листоватую» текстуру пород.

В известняках широко распространены открытые трещины, протяженные или короткие, слабоизвилистые с микрошероховатыми стенками, со следами миграции легкого желтого битума. Кроме того, в известняках развиты поры и мелкие каверны, особенно среди органогенного детрита, перекристаллизованного до среднезернистой структуры с открытыми полостями, заполненными крустификационным кальцитом или окисленным битумом [4].

Таким образом, рассматриваемые отложения литологически сильно дифференцированы. Наблюдается переслаивание более плотных разностей с рыхлыми, песчаниковидными, трещиноватыми. Из рыхлых, ослабленных участков разреза невозможно изготовить образцы для исследования. Разнообразный состав пород обусловил широкий диапазон значений пористости от 1,6 до 20 %, наиболее типичны 7-9 % (табл. 1). При воздействии равномерного всестороннего давления коэффициент пористости уменьшается тем сильнее, чем меньше его начальная величина. Для высокопористых пород (Кп=18,5-19,9 %) при давлении, соответствующем пластовому,  составляет 5-7 %, а для низкопористых (Кп=l,6-2,9 %) достигает 50-56 %. Средняя величина пористости уменьшается на 9-11 %. При этом сжимаемость оказывается наименьшей у низкопористых пород , а у высокопористых достигает 0,14*10-10 м2/Н.

Коэффициент проницаемости в карбонатных породах Тенгиза, довольно высокий при атмосферном давлении, на 75-96 % уменьшается при повышении давления до уровня пластового (см. табл. 1). Такой характер изменения проницаемости типичен для микротрещиноватых карбонатных пород [3]. Особенностью их фильтрации является то, что максимальная проницаемость не обязательно характерна для наиболее пористых пород и наоборот. Количество микротрещин может быть велико в различных по пористости породах. Как известно, микротрещины, по которым осуществляется фильтрация, не влияют существенно на значение Кп: объем их невелик, так как площадь поперечного сечения микротрещин является бесконечно малой величиной. С повышением давления они смыкаются, а объем пор изменяется незначительно, особенно для высокопористых пород (с крупными порами). Смыкание микротрещин приводит к резкому уменьшению проницаемости и возрастанию скорости продольных волн. Однако для испытанных карбонатных пород при давлении, соответствующем таковому на глубине залегания, коэффициент проницаемости составляет (10-52)*10-15 м2. Это означает, что не все микротрещины ликвидируются при таком давлении. Начальная величина скорости продольных волн и степень ее изменения с повышением давления определяются микротрещиноватостью, а значение скорости в пластовых условиях зависит от пористости; именно эта особенность используется в разведочной геофизике. Наибольшие скорости продольных волн наблюдались в низкопористых, а наименьшие - в высокопористых образцах (см. табл. 1).

Характер изменения физических свойств карбонатных пород месторождения Тенгиз при воздействии равномерного всестороннего давления указывает на то, что они порово-трещинные. В условиях, соответствующих пластовым, породы сохраняют неплохие ФЕС.

Исследования при осевом сжатии и высоком давлении, т. е. при сложном напряженном состоянии, наиболее характерном для глубин 4-4,5 км в этом регионе, выявили две особенности, присущие лишь карбонатным подсолевым отложениям Тенгиза.

1.Как видно из табл. 2, все породы, за исключением органогенно-обломочного известняка (скв. 11), отличаются низкими прочностными показателями. Это обусловлено присутствием в них большого количества органики и микротрещин.

2.Весьма высокая пластичность пород, при которой наблюдались большие продольные и поперечные остаточные деформации. Последние, соизмеримые с продольными или даже превосходящие, их в неупругой области, обусловили значительное деформационное разуплотнение пород (рисунок, табл. 2). Оно начинается еще в упругой области и постепенно возрастает в области пластической деформации (см. рисунок, кривая 3). Вблизи предела прочности деформационное разуплотнение карбонатных пород Тенгиза составляет 5-10, а для некоторых образцов достигает 20 %. Это свидетельствует о значительном улучшении коллекторских свойств пород при неравномерном сжатии. Необязательно предполагать, что в реальных условиях напряженное состояние соответствует обстановке вблизи предела прочности, однако наличие соляной тектоники на Тенгизе обусловливает неравномерность напряжений. При низких величинах прочностных характеристик, особенно предела текучести (см. табл. 2), неравномерность напряжений может привести к пластической деформаций карбонатных пород, которая выражается в развитии микротрещиноватости и деформационном разуплотнении. Интенсивно развиты микротрещины, соединяющие между собой поры и каверны, способствуют увеличению емкости пород. Полученные результаты подтверждаются исследованиями пустотного пространства исходных и деформированных образцов с применением ЭВМ. Таким образом обосновывается развитие деформационного разуплотнения пород при воздействии неравномерного объемного сжатия. Карбонатные отложения Тенгиза весьма предрасположены к микротрещинообразованию в условиях сложного напряженного состояния.

Полученные экспериментальные данные позволяют понять механизм сохранения или даже улучшения коллекторских свойств подсолевых карбонатных отложений Тенгиза. Пока нельзя дать количественных оценок, однако экспериментально выявленные физико-механические особенности пород обосновывают их перспективность.

Для карбонатных пород Тенгиза выделяются три типа коллектора [1]: трещинно-каверно-поровый (Кп>7 %), порово-каверново-трещинный (Кп=3...7 %) и трещинный (Кп<3 %). Согласно результатам проведенных нами исследований, наибольшее увеличение пустотного пространства, скорее всего, может быть в коллекторах первого типа.

Выводы

1.            Известняки подсолевых палеозойских отложений Тенгиза, неоднородные по литологическому составу, обладают хорошими коллекторскими свойствами при равномерном сжатии, соответствующем таковому в пластовых условиях.

2.            При неравномерном объемном напряжении ФЕС этих пород улучшаются благодаря развитию микротрещиноватости, приводящей к соединению отдельных пор и мелких каверн (деформационному разуплотнению).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.       Багринцева К.И., Белозерова Г.Е. Типы и свойства коллекторов нефтяного месторождения Тенгиз в Прикаспийской впадине // Геология нефти и газа.- 1985.- № 6.- С. 39- 46.

2.       Баюк Е.И., Фомин А.А., Дьяур Н.И. Изучение деформирования осадочных пород по изменению физических характеристик // В кн.: Физика очага и предвестников землетрясений.- М.- 1982.- С. 63-77.

3.       Баюк Е.И., Фомин А.А., Петрик П.П. Коллекторские свойства пород Золотухинского месторождения // Геология нефти и газа.- 1985.- № 9.- С. 32-35.

4.       Марьенко Ю.И., Халимов Э.М., Черницкий А.В. Особенности строения и формирования пустотного пространства карбонатных коллекторов месторождения Тенгиз // Геология нефти и газа.- 1985.- № 2.- С. 25-30.

5.       Павлова И.И. Деформационные и коллекторские свойства горных пород.- М.: Недра.- 1975.

 

Таблица 1 Физические свойства карбонатных пород Тенгиза при атмосферном давлении  и на глубине залегания

Скважина

Глубина отбора керна, м

Порода

Кп, %

b, 10-10м2

Кпр, 10-15м2

v, км/с

6

4189-4195

Известняк органогенно-обломочный, неравномерно перекристаллизованный

8,5

7,6

0,125

53,4

14,3

4,97

5,73

6

4307-4313

То же

8

7

0,125

129

10

4,63

5,39

7

3981-3987

Известняк органогенно-детритовый, неравномерно перекристаллизованный

18,5

17,2

 

369

35

 

 

7

4009-4015

Известняк органогенно-детритовый, массивный

6,5

5,5

 

182

6

 

 

7

4015-4021

Известняк битуминозный, органогенно-детритовый, песчаниковидный

7,9-9

6,9-8

 

170-436

16-38

4,39

5,01

7

4063-4069

Известняк органогенно-детритовый, интенсивно перекристаллизованный

10,4

9,4

 

111

3

 

 

11

4163-4167

Известняк органогенно-обломочный, доломитизированный

1,6

0,7

0,105

62

5,4

 

 

34

4100-4100,5

Известняк микросгустковый, битуминозный

9,3

8,4

0,105

348

22

-

-

44

4096-4103

Известняк водорослевый, трещиноватый

19,9

18,8

0,121

530

20

3,78

4,30

44

4139-4141

Известняк органогенно-водорослевый, битуминозный, слабодоломитизированный

2,9

2,2

0,085

213

22

5,95

6,24

44

4141-4148

Известняк водорослево-органогенный, доломитизированный, битуминозный

6,9

6

0,120

430

46,6

5,12

5,72

44

4155-4162

Известняк органогенно-водорослевый, битуминозный

8,1

7

0,125

54

4,6

5,20

5,55

44

4192-4197

Известняк водорослево-органогенный битуминозный

12,3

11,3

0,140

537

12

 

 

44

4284-4291

Известняк органогенно-водорослевый, битуминозный

4,5-7

 

 

235-330

3-20

 

 

44

4291-4298

То же

8,4-9

7,4-7,9

0,100

300-640

11-52

5,49

5,91

 

Таблица 2 Деформационно-прочностные свойства карбонатных пород Тенгиза при осевом сжатии в условиях высокого давления, соответствующего пластовому

Номер скважины

Глубина отбора керна, м

6

4189-4195

80

0,33

0,06

140

9,6

9,8

10,0

6

4307-4313

30

0,22

0,07

130

9,9

14,9

19,9

7

3981-3987

70

0,24

0,07

160

7,2

11,6

16,0

7

4009-4015

100

0,76

0,2

170

14,6

9,5

4,4

7

4015-4021

40

0,15

0,06

130

7,9

11,3

14,7

7

4063-4069

42

0,37

0,18

130

16,9

11,4

5,9

11

4163-4167

180

0,53

0,14

250

1,2

0,9

0,6

34

4100-4105

50

0,24

0,08

120

10,1

8,0

5,9

44

4096-4103

51

0,19

0,06

120

6,3

5,9

5,5

44

4139-4141

80

-

0,09

150

4,7

5,4

6,1

44

4141-4148

140

0,43

0,12

180

5,4

5,5

5,6

44

4155-4162

50

0,31

0,08

60

0,5

-

 

44

4192-4197

70

0,37

0,12

140

9,4

11,4

13,2

44

4284-4291

55

0,32

0,05

150

10,9

10,7

10,5

44

4291-4298

50

0,25

0,07

135

5,1

5,7

6,3

 

Рисунок Деформационная диаграмма  н изменение объемной деформации  для органогенно-обломочного известняка при напряжении, соответствующем таковому на глубине 4189-4195 м (скв. 6).

Кривые: 1 - ,2 - , 3 -