Построение трехмерной геологической модели Баженовской свиты

Рубрика: #геология_нефти_и_газа Геология ПОСТРОЕНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ БАЖЕНОВСКОЙ СВИТЫ В ПРЕДЕЛАХ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОГО БОРТА КРАСНОЛЕНИНСКОГО СВОДА Е.О. Толмачев, А.Д. Алексеев, к.г.-м.н., Е.Н. Главнова, В.В. Жуков Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»), Т.Н. Шевчук ООО «Газпромнефть-Ангара» Ключевые слова: нетрадиционные коллекторы, баженовская свита, геологическое моделирование, Красноленинский свод Баженовская свита в настоящее время рассматривается как один из наиболее перспективных объектов для поддержания и увеличения добычи нефти в России. В связи с этим большой интерес вызывают инструменты, позволяющие локализовать перспективные участки для разработки. В статье представлены подходы к созданию трехмерной геологической модели баженовской свиты. В основе построений лежит большой объем фактического материала: лабораторные исследования керна, данные геофизических исследований скважин и сейсморазведочных работ. В разрезе баженовской свиты выделено два объекта, в которых сосредоточено наибольшее количество подвижной нефти. К ним относятся силициты с первичной органогенной структурой, а также пачка с кремнисто-карбонатными и фосфатными конкрециями. Распространение данных объектов по площади в первом случае обусловлено процессами седиментации, во втором — близостью разломов. Рассмотрение всех особенностей строения объекта позволило создать трехмерную геологическую модель баженовской свиты, учитывающую вертикальную и горизонтальную неоднородность пласта. ВВЕДЕНИЕ Высокобитуминозные кремнисто-глинисто-карбонатные толщи морского существенно биогенного автохтонного генезиса 1 баженовской свиты в настоящее время рассматриваются как один из наиболее перспективных объектов для поддержания и наращивания добычи нефти в России. По мнению большинства специалистов, она является главной нефтематеринской свитой Западной Сибири, по некоторым оценкам в кремнисто-глинистых породах баженовской свиты содержится около 15 % ресурсов нефти всей Западной Сибири 2. Баженовская свита в качестве подсвиты в составе марьяновской свиты впервые выделена Ф.Г. Гурари в 1959 г., который указал на ее возможную промышленную нефтеносность. По современным представлениям баженовская свита вместе со стратиграфическими аналогами распространена на площади около 1 290 тыс. км2, имеет толщину в среднем 35 м и залегает на глубине от 1 до 3,5 км 3. Коллекторы баженовской свиты начали детально изучать уже в 1983 г. 4. В настоящее время их принято относить к «нетрадиционным», а саму свиту в последнее время часто рассматривают как аналог североамериканских сланцев, благодаря которым США значительно нарастили объемы добычи нефти. Вследствие огромных перспектив нефтеносности, сложного литологического состава, «нетрадиционного» типа коллектора большой интерес вызывает разработка подходов к геологическому моделированию баженовской свиты и прогнозу перспективных зон как в региональном масштабе, так и в масштабе месторождения. Компания «Газпром нефть» проводит системную работу с целью прогноза перспектив нефтеносности и оценки добычного потенциала баженовской свиты с применением самых современных технологий. В статье изложен один из результатов этой работы, связанный с построением трехмерной геологической модели баженовской свиты, в основу которой заложен геологический концепт, сформированный на базе накопленных знаний. В данном случае трехмерная геологическая модель предназначена для решения текущих задач опытно-промышленных работ (ОПР), включающих выявление наиболее перспективных зон для заложения горизонтальных скважин (ГС) с многоступенчатыми гидроразрывами пластов (МГРП); создание основы для проводки ГС и выбора интервалов инициации МРГП; оценку ресурсной базы в районе ГС с МГРП и по всей площади лицензионного участка; формирование основы для гидродинамической модели. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ Для моделирования выбрано одно из месторождений, расположенное на северо-восточном борту Красноленинского свода, где согласно стратиграфическим атласам баженовская свита представлена своим аналогом – тутлеймской свитой. В данной работе оба названия будут считаться синонимами. С момента открытия месторождения по настоящее время разрез баженовской свиты вскрывают порядка 60 скважин, за это время проведено более 15 испытаний и отобрано более 380 м керна из интервала баженовско-абалакского комплекса (БАК). Внимание исследователей сразу привлекли промышленные притоки нефти, но к комплексному и системному освоению БАК приступили только в 2013 г. При этом основной задачей геологов стало выделение перспективных пластов в разрезе и оценка их свойств, а также выявление ключевых факторов, контролирующих их латеральную изменчивость, без представлений о которой невозможно создание достоверной трехмерной геологической модели. В основу геологического концепта положены результаты лабораторных исследований керна и данные промыслово-геофизических исследований 12 скважин. На керновом материале реализована обширная программа исследований, которая включала определение фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) до и после экстракции образцов; изучение литологии оптическими и рентгено-структурными методами, а также измерение геохимических параметров. Замерами по газу/керосину до и после экстракции охарактеризованы соответственно 304/388 и 347/577 образцов, геохимическими исследованиями – 335. Главным результатом исследований керна стало выделение в разрезе баженовской свиты пяти слоев (пачек), различающихся как составом, так фильтрационно-емкостными и еомеханическими свойствами (рис. 1). Сводный геологический паспорт разреза для отложений баженовской свиты северо-восточного борта Красноленинского свода представлен на рис. 1. Пачка I образована горизонтальными чередованиями темно-серых силицитов глинистых низкоуглеродистых (содержание минералов кремнезема составляет более 60 %, органического вещества Сорг < 3 %) и светло-серых силицитов низкоуглеродистых (содержание минералов кремнезема – более 80 %). Взаимные переходы между литотипами постепенные. Рисунок 1 Рис. 1. Сводный геологический паспорт разреза отложений баженовской свиты северо-восточного борта Красноленинского свода (ППИ – потенциально-продуктивный интервал; ГК – гамма-каротаж; ННКт – нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам; ДС – диаметр скважины; УЭС – удельное электрическое сопротивление; ЯМК – ядерно-магнитный каротаж) Преобладающая структура пород пелитоморфная и органогенно-пелитоморфная, на фоне которой отме-чаются остатки былых биопродуцентов – кремневые скелеты радиолярий (до 50 %) в виде мелких светлых сфер диаметром 0,05–0,15 мм. Пачка II сложена преимущественно темно-бурыми силицитами углеродистыми (3 % < Сорг < 6 %) со стяжениями фосфоритов. Вверх по разрезу доля кремниевой составляющей возрастает, и в прикровельной части пачки локализуется маломощный слой силицитов светло-серых низкоуглеродистых с биозернистой структурой (для остатков радиолярий хорошей сохранности – более 50 %), которые по латерали иногда замещают карбонатизированные силициты низкоуглеродистые темно-серого цвета с реликтовой радиоляриевой структурой. Пачка III сформирована темно-бурыми глинисто-кремнистыми породами (более 80 %) и силицитами глинистыми, сильноуглеродистыми (Сорг > 6 %) с пелитоморфной структурой, массивные или с тонкой горизонтальной слойчатостью. Присутствуют округлые стяжения сульфидов, на межслойковых поверхностях отпечатки раковин аммонитов, фосфатизированные остатки морской фауны. В верхней половине пачки выявлены тонкие (до 1,5 см) карбонатные прослои, образованные скоплениями раковинного детрита. Они образуют текстуру тонкого переслаивания. Пачка IV сложена темно-бурыми глинисто-кремнисто-карбонатными (содержание каждого компонента составляет менее 60 %, любых двух компонентов – менее 80 %) сильноуглеродистыми пелитоморфными массивными породами. Основная вмещающая масса наполнена овальными, шаровидными и уплощенными карбонатными, кремнисто-карбонатными низкоуглеродистыми стяжениями со сферо-микритовой и сфероузорчатой структурами. Верхняя часть пачки содержит карбонатно-фосфатные углеродистые породы с зернистой структурой (копролитовые фосфориты), которые образуют линзовидные прослои и округлые желваки. Пачка V, завершающая разрез баженовского горизонта, сложена глинисто-пиритово-кремнистыми углеродистыми и сильноуглеродистыми пелитоморфными породами темно-бурого цвета с металлическим блеском. Порода с отчетливой горизонтальной микрослойчатостью, высоким (до 30 %) содержанием рассеянных микроагрегатов пирита, равномерно распределенных в основной массе породы. На межслойковых поверхностях присутствуют остатки морской фауны. В состав органических соединений баженовской свиты входят кероген, тяжелые битумоиды и нефтяные углеводороды. Кероген отвечает за остаточный генерационный потенциал породы и обладает высоким потенциалом адсорбции для нефтяных углеводородов. Наибольшими концентрациями керогена характеризуются пачки III и V. По этому критерию их можно отнести к нефтематеринским породам, где все легкие углеводороды в составе керогена адсорбированы и неподвижны. Породы пачек II и IV, наоборот, отличаются относительно низким содержанием керогена и наибольшей концентрацией подвижных углеводородов (см. рис. 1). Благодаря экстремально низкой проницаемости пород баженовской свиты пластовый флюид хорошо сохраняется в керне, поэтому для подобных отложений перспективны прямые методы измерения насыщенности. Геохимические исследования на аппарате Rock-Eval использовались в качестве прямого метода оценки объемов керогена и сохранившихся в керне углеводородов. Количество улетучившихся углеводородов из керна оценено по пористости, измеренной до экстракции образцов. Если в это значение ввести поправку, учитывающую усадку нефти вследствие ее дегазации, то полученная величина будет определять количество углеводородов, заведомо подвижных в пластовых условиях. Пористость, измеренная после экстракции образцов, характеризует весь объем пустотного пространства. Комбинируя в единицах относительного объема количество нефтяных углеводородов, сохранившихся в керне, и керогена (данные Rock-Eval); углеводородов, улетучившихся из керна, и общий объем пустотного пространства, можно построить объемную модель насыщения, которая представлена на рис. 1. Таким образом, объединяя результаты фильтрационно-емкостных и геохимических исследований можно оценить интервалы разреза с точки зрения подвижности углеводородов и выделить наиболее перспективные для разработки участки, содержащие максимальное количество подвижных углеводородов. Баженовская свита содержит запасы нефти по всему разрезу от кровли до подошвы, но их количество и доступность для разработки зависят от типов пород и их ФЕС. В условиях ГРП нижний порог нефтеносности, как правило, ФЕС не контролируется, поэтому заключения о перспективности интервала сделаны на основе данных о количестве подвижных углеводородов. Интервалы разреза со значительным содержание подвижных углеводородов можно ассоциировать с коллектором, остальная часть разреза является резервом, ее добычные способности до конца не ясны. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ Для геологического моделирования принципиальным является знание ФЕС и типа пустотного пространства коллекторов, которые во многом определяются их генезисом. Коллектор пачки II отождествляется преимущественно с силицитами с первичной органогенной структурой (радиоляритами) и характеризуется поровым (отчасти трещинно-поровым) типом пустотного пространства, что в свою очередь выражается в значительной емкости (Кп в среднем составляет 8,5 %) и низкой проницаемости (kпр= 0,04·10-3 мкм3). Наличие подвижной нефти в коллекторе пачки IV связано с уплощенными карбонатными, кремнисто-карбонатными низкоуглеродистыми стяжениями и копролитовыми фосфоритами в верхней части. Этот коллектор обладает меньшей емкостью (Кп в среднем составляет 4,8 %) по сравнению с коллектором пачки II, но на порядок более высокой проницаемостью (kпр = 0,2·10-3 мкм3) и характеризуются трещинно-микрокавернозно-поровым типом пустотного пространства. Качественную трехмерную геологическую модель невозможно построить без представлений о латеральной изменчивости разреза. С этой целью выполнена интерпретация петрофизических данных по всему фонду скважин изучаемой площади. В связи с тем, что в большинстве скважин из-за отсутствия керновых данных невозможно однозначно определить интервалы разреза, содержащие подвижные углеводороды (т.е. коллекторы), в работе использован методический прием, основанный на использовании промежуточного понятия «потенциально-продуктивный интервал» (ППИ). ППИ однозначно идентифицируются в полях каротажных кривых (см. рис. 1), с высокой вероятностью содержат подвижный пластовый флюид и при ГРП вовлекаются в разработку. Кроме того, генезис ППИ во многом обусловлен первичным седиментационным фактором, что позволяет эти интервалы «протягивать» по площади. На латеральную выдержанность литологического состава ППИ значительно влияют вторичные наложенные процессы, характер которых в разных зонах площади может быть различным. В рамках данной работы принято решение к эффективным толщинам относить толщины всех ППИ. Таким образом, в 61 скважине рассматриваемого месторождения были определены эффективные толщины. Продуктивность пачки II связана с наличием в ней радиолярита, распространение которого имеет площадной характер, поэтому для прогноза свойств раз-реза в межскважинном пространстве можно принять, что доля коллектора в пачке II обусловливается только седиментационными процессами. В подтверждение данного факта для этой пачки на рис. 2, а, б приведены распределение эффективных толщин и зависимость эффективной толщины от общей, которая имеет высокий коэффициент корреляции, для пачки II. Рисунок 2 Рис. 2. Прогноз эффективных толщин пачек II (а, б) и IV (в, г) Высокая концентрация карбонатного материала в углеродистых осадках пачки IV определила особенности диагенетических процессов, приведших к образованию карбонатных и фосфатных стяжений, которые впоследствии претерпели эпигенетическое преобразование, вследствие чего сформировалось вторичное пустотное пространство. Данные процессы протекали наиболее интенсивно вблизи разломов, которые служили каналами для фильтрации гидротермальных растворов. Таким образом, эффективные толщины ППИ в пачке IV определяются близостью разломов, наиболее развитых в апикальных частях исследуемой площади. Для прогноза коллекторов в интервале данной пачки использовался комплексный параметр, который объединяет два волновых поля: энергию рассеянных волн и плотность синергетической сингулярности поля когерентности отраженных волн (рис. 2, г) и характеризует близость к разломам. Концептуальная модель геологического строения разреза приведена на рис. 3. Рисунок 3 Рис. 3. Концептуальная модель геологического строения баженовской свиты Распределение ППИ по площади в пачках I, III и V не носит закономерного характера, поэтому для прогноза использовались стохастические методы, позволяющие получать равновероятные распределения, соответствующие фактическим данным. При этом доля ППИ в разрезе указанных пачек незначительна. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, создана трехмерная геологическая модель баженовской свиты, учитывающая большой объем геолого-геофизической, промысловой и геохимической информации. Она отражает характерные особенности геологического строения объекта, которые необходимо учитывать при планировании ОПР. Построенная модель может использоваться для оценки ресурсной базы, локализации наиболее перспективных областей, в качестве основы для гидродинамической модели, корректировки точек заложения скважин и выбора интервалов проводки горизонтальных участков.