 |
Глава 1. Краткая характеристика и особенности геологического строения сложнопостроенных залежей нефти и газа в трещинных и трещинно-карстовых коллекторах
|
|
|
|
УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
А.В. Петухов
ТЕОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРНО-ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ ТРЕЩИННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ НЕФТИ И ГАЗА
УХТА
УДК 552.578.2.061.43
П 31
Рецензенты:
доктор геолого-минералогических наук, профессор В.Н. Быков (ПГУ),
доктор геолого-минералогических наук, профессор И.П. Попов (ТюмГНГУ)
Петухов А.В.
П 31 Теория и методология изучения структурно-пространственной зональности трещинных коллекторов нефти и газа. – Ухта: Ухтинский государственный технический университет, 2002. – 276 с.
ISBN 5-88179-288-2
В монографии формулируются теоретические принципы и методология изучения структурно-пространственной зональности трещинных коллекторов нефти и газа. Предлагаемая методология основана на системно-структурном подходе и комплексе геолого-геофизических методов, адаптированных для каждого структурно-иерархического уровня трещинных коллекторов. Отличительная черта новой методологии состоит в том, что трещинные коллекторы нефти и газа рассматриваются как сложная система, которая имеет иерархическую дискретную структуру и состоит из целого ряда элементов, образующих блоковую и слоистую делимость трещинных резервуаров, в широком диапазоне масштабов – от микрометров до тысяч километров. Эта структура является определяющим фактором при изучении процессов формирования скоплений нефти и газа в трещинных коллекторах, а также для решения вопросов повышения эффективности поисков, разведки и разработки залежей. Изложенная методология дает принципиально новую базу для изучения особенностей геологического строения и разработки трещинных коллекторов нефти и газа.
|
|
|
Книга предназначена для специалистов нефтегазовой промышленности: геологов, геофизиков, научных и инженерно-технических работников. Она может быть полезна преподавателям, аспирантам и студентам профильных вузов.
Ил. 126. Табл. 7. Библиогр. 332 назв.
Без объявления УДК 552.578.2.061.43
Монография публикуется с представленного
Автором оригинал-макета
© А.В. Петухов, 2002
© Ухтинский государственный технический университет, 2002
ISBN 5-88179-288-2
ПРЕДИСЛОВИЕ
Опыт изучения трещинных коллекторов нефти и газа показывает, что в этом направлении нефтегазовой геологии в настоящее время существует много проблем, не позволяющих создавать адекватные модели геологического строения разведываемых и разрабатываемых месторождений. Изучая особенности геологического строения залежей нефти и газа, связанных с трещинными коллекторами, автор пришел к убеждению, что важнейшим свойством трещинных коллекторов является их иерархическое блочное строение, определяющее их структурно-пространственную зональность. На основании изучения трещиноватости нефтегазоносных пород, залегающих в разнообразных структурно-тектонических условиях, в широком диапазоне глубин, в пределах месторождений, находящихся на разных стадиях разведки и разработки, а также данных лабораторного моделирования образования тектонических трещин показано существование глубокого подобия процессов формирования структурно-пространственной зональности трещинных коллекторов нефти и газа в породах различного литологического состава. Такое подобие подтверждается удивительным единством динамики некоторых статистических показателей разработки залежей, а также изменением гидродинамических параметров трещинных коллекторов в процессе исследований скважин в терригенных, карбонатных и метаморфических породах. Это позволяет надеяться, что в будущем появятся новые возможности построения адекватных моделей залежей нефти и газа в трещинных коллекторах, что значительно повысит эффективность их поисков, разведки и разработки, а также результативность использования методов увеличения нефтегазоотдачи.
|
|
|
Исследования, изложенные в настоящей монографии, проведены в основном на качественном уровне. Создание количественных моделей залежей нефти и газа в трещинных коллекторах – дело будущего. Нет сомнения, что некоторые из сформулированных положений предлагаемой методологии будут значительно уточнены, изменены или просто отвергнуты. Однако автор надеется, что основы системного представления об иерархической слоисто-блоковой структуре трещинных коллекторов сохранятся и в дальнейшем, а выявленные закономерности их структурно-пространственной зональности будут использоваться не только в процессе разведки и разработки традиционных и нетрадиционных ресурсов углеводородов, но и других полезных ископаемых, связанных с трещиноватыми породами.
Автор приносит искреннюю благодарность коллегам, оказавшим помощь при сборе материала и предоставившим свои данные: А.П. Базылеву, С.В. Бураковой, В.Ф. Буслаеву, Л.А. Вокуеву, В.Н. Данилову, Н.И. Кузнецову, М.Ю. Острижному, Л.М. Рузину, В.А. Соколову, В.С. Сукрышеву, Н.И. Сыромят-никову, А.С. Шутову, В.М. Юдину.
За постоянную помощь автор благодарит также докторов геолого-минералогических наук Н.В. Беляеву, Е.Б. Груниса, А.А. Дорошенко, А.И. Дьяконова, В.Г. Каналина, В.Н. Катаева, О.С. Кочеткова, И.И. Нестерова, И.П. Попова, А.М. Пыстина, В.П. Филиппова.
Особую благодарность автор приносит докторам геолого-минералогических наук, профессорам В.Н. Быкову и И.П. Попову, внимательно прочитавшим рукопись и сделавшим ряд ценных замечаний. Наконец, нельзя не вспомнить доктора геолого-минералогических наук, профессора Г.А. Максимовича, его соратников и учеников, многочисленные опубликованные работы которых послужили основой и главным стимулом написания глав о трещинно-карстовых коллекторах нефти и газа.
ВВЕДЕНИЕ
История изучения трещинных коллекторов нефти и газа такая же древняя, как и история самой нефтедобычи, отсчет которой в Тимано-Печорской провинции (ТПП) ведется с 1745 г., с организации кустарного промысла на реке Ухта архангелогородцем Федором Прядуновым. Нефть, всплывающую из трещин на дне реки, Ф. Прядунов собирал в специально построенные и установленные над ее выходами деревянные срубы – ловушки, где она накапливалась, а затем вычерпывалась в подготовленные бочки.
|
|
|
В настоящее время установлено, что к месторождениям с трещиноватыми коллекторами относится значительная часть мировых запасов и объемов добычи нефти и газа. Широко известны регионы и страны, где поиски, разведка и разработка нефти и газа связаны преимущественно с трещинными резервуарами. Это Ближний и Средний Восток, Северный Кавказ, Прикаспийская впадина, Европейский северо-восток России, Восточная Сибирь, Иран, Ирак, Саудовская Аравия, Сирия, Алжир, Венесуэла, Мексика, Казахстан, США, Канада, Китай, Вьетнам и др. Однако практика показывает, что эффективность поисково-разведочных работ и освоения залежей углеводородов (УВ) в трещинных коллекторах гораздо ниже, чем в традиционных коллекторах порового типа. Залежи УВ в резервуарах трещинного типа вполне правомерно относят к сложнопостроенным, а их запасы - к трудноизвлекаемым. Поиски, разведка и разработка таких залежей значительно затруднены из-за резкой изменчивости фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) и избирательного развития высокопроницаемых участков.
Исходя из сказанного, представляется весьма актуальным дальнейшее совершенствование теоретических представлений и методологии изучения структурно-пространственной зональности трещинных резервуаров нефти и газа, разработки новых методов, способов и методик их комплексных исследований, выявление закономерностей формирования высокопроницаемых зон, оценки роли тектонических факторов в образовании и размещении трещинных коллекторов, а также скоплений УВ в них.
В последние годы в нефтегазовой геологии происходит коренная переработка теоретических основ и принципов построения промыслово-геологических моделей залежей нефти и газа. Это вызвано резким различием между реальным сложным геологическим строением разрабатываемых месторождений и традиционными геологическими моделями залежей, пространственном распределении фильтрационно-емкостных свойств и характере насыщения продуктивных пород. Несоответствие между фактическим геологическим строением нефтяных и газовых месторождений и применяемыми технологиями их поиска, разведки и разработки привели к пересмотру многих, ставших уже классическими, научных положений и представлений о строении и условиях формирования месторождений нефти и газа. Все более широкое применение для объяснения процессов нефтегазообразования находит геодинамический и флюидодинамический подходы, используются положения и принципы системного анализа при изучении залежей нефти и газа. Многие ученые начинают признавать доминирование вертикальной миграции углеводородов при формировании их скоплений. Геолого-промысловый анализ длительно разрабатываемых залежей, а также использование современной детальной пространственной сейсморазведки показывают более сложное блоковое строение нефтегазоносных резервуаров. Выявляется все более значительная роль трещиноватости пород и дизъюнктивной тектоники в процессах образования залежей и при их разработке не только в плотных карбонатных и метаморфических породах, но и в песчаниках, традиционно относящихся к коллекторам порового типа. Даже в таком крупнейшем регионе нефтегазодобычи, как Западная Сибирь, где главнейшие ресурсы нефти и газа связаны с терригенными породами, роль блокового строения и трещиноватости коллекторов нефтегазоносных объектов настолько велика, что ее необходимо учитывать при разведке, подсчете запасов и обосновании технологии разработки залежей. В процессе изучения месторождений появились такие понятия, как субвертикальные зоны деструкции, зоны дилатантного предразрушения пород, сейсмонапряженные зоны, зоны мезотрещиноватости, зоны тектонического разуплотнения и субвертикальные трещинные зоны. Несмотря на столь широкое трактование одного и того же явления, обнаруживаемого при изучении месторождений нефти и газа, все эти определения отражают блоковую делимость литосферы и непосредственно генетически связаны с геодинамическими процессами, происходящими в ней. Трещинные дислокации не только фиксируются различными геолого-геофизическими методами, но и оказывают значительное влияние на процессы разработки залежей и результативность применяемых методов интенсификации добычи. Обнаружение линейно-очаговых трещинных зон неразрывно связано с дискретностью нефтегазонасыщенных пород и существованием в пределах месторождений разномасштабных блоков и структур их разграничения – межблоковых зон. Более того, только принимая во внимание структурно-иерархическую блоковую модель литосферы, можно объяснить непрерывно-прерывистое ее развитие, которое мы наблюдаем в природе.
|
|
|
|
|
|
Основой, на которой формировалась современная нефтегазовая геология, было упрощенное представление о слоистом строении осадочных пород, слагающих нефтегазоносные бассейны. Из этого представления следуют такие классические понятия, как коллектор, флюидоупор, природный резервуар, латеральная миграция и другие, являющиеся основополагающими в учении о нефти и газе. При решении задач обоснования геологических моделей залежей для составления технологических схем и проектов разработки месторождений геологи, как и представители других наук, упрощали, идеализировали объект своего изучения, выделяя и изучая слои проницаемых и непроницаемых пород, характеризующиеся различными физическими параметрами, которые определяют важнейшие свойства и черты строения этого объекта.
Может представляться удивительным, что столь глубокая идеализация неоднородных в действительности нефтегазоносных пород, расчлененных многочисленными разломами и трещинами на отдельности различного масштаба, позволила создать теорию нефтегазообразования в осадочных бассейнах, разработать технически совершенные методы поисков и разведки месторождений нефти и газа, получить важные сведения о внутреннем строении нефтегазоносных объектов. Однако продолжающееся накопление новых данных о блоковом строении месторождений нефти и газа, открытие нетрадиционных типов коллекторов не только в плотных, но и в глинистых породах, ранее считавшихся флюидоупорами или нефтематеринскими (доманикиты, бажениты, майкопские глины, глинистые сланцы Беккен и др.), постановка современных задач повышения эффективности поисков, разведки и разработки залежей требуют дальнейшего развития наших представлений о реальных свойствах сложнопостроенных объектов и протекающих в них процессах. Необходима разработка новой методологии, которая включала бы в себя как учение о системно-структурной организации нефтегазоносных трещиноватых пород, учитывающей их слоистую и блоковую дискретность, так и соответствующую логическую организацию процессов поиска, разведки и разработки месторождений с использованием рационального комплекса геолого-геофизических методов, адаптированных к каждому иерархическому уровню этих сложных природных объектов.
В основе предлагаемой ниже методологии изучения структурно-пространственной зональности трещинных коллекторов нефти и газа лежит геодинамический подход к процессам формирования залежей углеводородов и локальных линейно-очаговых зон улучшенных коллекторских свойств в их пределах. Эта методология позволяет с новых позиций рассматривать процессы подземной газогидродинамики и использование методов увеличения нефтегазоотдачи при разработке сложнопостроенных залежей. Дискретная слоисто-блоковая структура трещинных коллекторов нефти и газа, лежащая в основе рассматриваемой методологии, требует значительного повышения разрешающей способности методов, используемых для изучения пространственной зональности и картирования высокопроницаемых трещинных зон. Ниже будет показано комплексное использование геолого-геофизических и других методов, позволяющих обеспечить требуемую разрешенность и построение детальных карт структурно-пространственной зональности высокопроницаемых зон, необходимых для оптимизации систем разработки сложнопостроенных залежей.
Хотя в данной книге в качестве примеров рассматриваются многие месторождения нефти и газа как в России, так и за рубежом, однако основные результаты исследований, послужившие основой разработанной методологии, получены при изучении месторождений нефти и газа одной из старейших в России Тимано-Печорской провинции. Уникальность ТПП для решения поставленных вопросов заключается в том, что нефтегазоносность установлена здесь в широком стратиграфическом диапазоне от верхнепротерозойского фундамента до мезозоя, в породах разного литологического состава (метаморфических, карбонатных, терригенных), залегающих на различных глубинах, от первых десятков метров до нескольких километров. В ТПП накоплен бесценный многолетний опыт изучения трещиноватости непосредственно в разрезе продуктивных карбонатных и терригенных пород при разработке месторождений УВ поверхностным (Ижемское месторождение асфальтита) и шахтным способом (Ярегское месторождение нефти).
Не вызывает сомнения то, что самые объективные представления о свойствах трещинных коллекторов нефти и газа мы можем получить только из опыта, из наблюдений за их поведением в процессе разведки и разработки месторождений. Поэтому в первой главе, носящей обзорный характер, рассматриваются особенности геологического строения трещинных коллекторов нефти и газа в ТПП, приводится характеристика и многочисленные примеры разведки и разработки трещинных и трещинно-карстовых резервуаров из мировой практики. С особой детальностью описываются результаты исследования трещиноватости и ее влияния на разработку с применением тепловых методов в нефтешахтах уникального Ярегского месторождения тяжелой нефти, освоение которого с 1939 г. ведется шахтным способом. В последующих главах дается представление о системном подходе при поисках, разведке и разработке залежей УВ в трещинных коллекторах, показаны возможности использования как отдельных геолого-геофизических методов, так и их комплекса для детального картирования высокопроницаемых зон в пределах залежей нефти и газа. В заключительном разделе даются практические рекомендации использования накопленного опыта при освоении новых и для повышения эффективности разработки старых месторождений.
В работе представлены, в основном, многолетние собственные исследования автора. Эти исследования включают, в частности, выявление специфических особенностей блоковой структуры и системной организации трещинных коллекторов и связанных с ними залежей, создание и разработка эффективных методов, способов и методик прогнозирования высокопроницаемых трещинных и трещинно-карстовых зон в пределах месторождений, обобщение опыта и анализ разработки сложнопостроенных залежей, обоснование технологических мероприятий, направленных на повышение эффективности разведки и разработки скоплений УВ и методов увеличения нефтегазоотдачи. При этом в полной мере принимались во внимание, учитывались и частично использовались результаты многих других исследователей, как российских, так и зарубежных, работающих по данной проблеме, которые цитируются в тексте и указаны в библиографии.
ГЛАВА 1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ СЛОЖНОПОСТРОЕННЫХ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ И ГАЗА В ТРЕЩИННЫХ И ТРЕЩИННО-КАРСТОВЫХ КОЛЛЕКТОРАХ
|
|
|
