Особенности распространения и перспективы нефтегазоносности карбонатных коллекторов палеозояСеверо-Устюртской синеклизы

1. Объект исследования, его признаки, область использования, актуальность.

Одной из важнейших проблем нефтегазового комплекса является резкое ухудшение состояния сырьевой базы как в количественном (сокращение объема), так и в качественном (рост доли труднодоступных и трудноиз-влекаемых запасов) отношении. Совершенно очевидно, что как затраты на геологоразведочные работы, так и затраты на разработку таких объектов существенно выше, чем для легкодоступных и легкоызвлекаемых запасов. Одним из таких объектов является доюрский комплекс Северного Устюрта в Республике Узбекистан, где доюрские отложения уже на протяжении 47 лет служат объектом пристального внимания и основная роль в которых отводится верхнедевон — верхнекаменноугольным карбонатным отложениям. Коллекторы этих отложений имеют сложную структуру порового пространства, сформировались под влиянием геофлюидодинамических воздействий и катагенетических процессов и в данной работе рассматриваются в качестве объекта исследований.

Актуальность исследования определялась необходимостью разработки комплекса геолого-физических методов и интерпретации полученных результатов с целью повышения эффективности поисково-разведочных работ на нефть и газ в карбонатных отложениях доюрского комплекса Северного Устюрта.

2. Краткая история развития объекта исследования.

Изучение доюрского комплекса Устюрта проводится свыше 40 лет, начиная с 1966 г. В период 1960;1990 гг. было пробурено большинство скважин, вскрывших доюрские отложения. Однако — открытие в 1990;2000 гг. крупных месторождений газа в юрских отложениях, снизило поисковый интерес к доюрским отложениям, в результате чего за период 1990;2006 гг. на доюрский комплекс было пробурено всего 5 скважин (4,1% от всех, вскрывших доюрские отложения). В этот же период сократилось число площадей, подготовленным по доюрским отложениям. Что касается работ, связанных с изучением коллекторов доюрского комплекса геологическими и геофизическими методами, то эти работы ограничились небольшими объемами керна, а комплексное изучение коллекторов и их фильтрационно-емкостных свойств практически было прекращено. В то же время увеличился объем теоретических исследований по проблемам нефтегазоносности доюрских отложений.

3. Современное состояние.

Во исполнение Протокола поручений Президента Республики Узбекистан Каримова И. А. от 11.02.1998 г. НХК «Узбекнефтегаз» была разработана и принята «Программа изучения плато Устюрт и акватории Аральского моря на углеводородное сырье на период 1998;2001 годы», благодаря которой в последние 10 лет Устюртский регион является основным нефтегазоносным регионом республики Узбекистан, в котором сосредоточено более 50% объемов поисково-разведочного бурения. Здесь в юрских отложениях открыты о крупные (с запасами 30−100 млрд. м) месторождения газа, поэтому залегающий под ними доюрский комплекс становится вторым по значимости поисковым объектом.

Перспективы нефтегазоносности доюрских образований исследуемой территории рассматривались в работах Абдуллина A.A., Абетова А. Е., Абидова A.A., Авазходжаева Х. Х., Акрамходжаева A.M., Бабаджанова Т. Л., Киршина A.B., Ситдикова Б. Б. и др. [2, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 15, 16, 17, 34, 35, 38,39, 44, 45, 111].

В настоящее время всеми исследователями признается тот факт, что в палеозойских толщах имели место широкомасштабные процессы нефтегазо-образования, а, следовательно, доюрские образования в этом регионе должны быть регионально продуктивны. В 1996 г. A.M. Акрамходжаевым, A.B. Кир-шиным, А. Х. Нугмановым и др. произведена оценка суммарных начальных ресурсов углеводородов доюрских комплексов Каракалпакской части Устюрта упрощенным вариантом объемно-генетического метода. Согласно этой оценке наиболее вероятная величина ресурсов углеводородов составляет 900 960 млн. тонн условного топлива. На основании результатов фациальнопалеогеографических и химико-битуминологических исследований все исследователи к нефтегазоматеринским относят терригенно-вулканогенную верхнекменноугольно-нижнепермскую и верхнедевон-нижнекаменноуголь-ную карбонатно-глинистую толщи. В последней в верхней части каменноугольных известняков открыты залежи УВ промышленного значения (Кара-чалак, Кокчалак).

4. Недостатки объекта исследования.

Несмотря на многочисленные нефтегазопроявления и выявленные газо-конденсатные залежи при значительном объеме геолого-геофизических исследований успешность поисковых работ, направленных на выявление залежей УВ в доюрских, в т. ч. палеозойских карбонатных отложениях очень низка и на сегодня составляет 0,025. Такая низкая эффективность связана с недостаточной изученностью как внутреннего строения доюрских комплексов пород, хронологической последовательностью процессов их седименто-генеза, онтогенеза и закономерностей размещения промышленных скоплений углеводородов, так и формирования, распределения по вертикали и латерали, а также типов газои нефтесодержащих коллекторов. В то же время на долю верхнедевон — нижнекаменноугольной карбонатно — глинистой толщи приходится около 70% всех потенциальных ресурсов УВ доюрского комплекса.

5. Цель диссертационной работы.

Теоретическое обоснование, разработка эффективной методики выделения, определения типов и фильтрационно-емкостных характеристик карбонатных коллекторов палеозойских отложений Северо-Устюртской синекли-зы, особенностей их выявления, распространения и нефтегазоносности.

6. Признаки предмета исследования и его определение.

Диссертационная работа направлена на повышение эффективности поисково-разведочных работ на нефть и газ за счет использования более эффективных методов и методик определения фильтрационно-емкостных характеристик коллекторов палеозойских карбонатных отложений Северного Устюрта. Предмет исследований — взаимосвязи вещественного состава, емкостных и фильтрационных свойств карбонатных коллекторов палеозойских отложений Северного Устюрта со структурой пороеого пространства, нефтегазоносностъю и их геофизическими характеристиками.

7. Формулировка научной проблемы.

Исходя из изложенного, научная проблема диссертационного исследования формулируется следующим образом: «Особенности распространения и перспективы нефтегазоносности карбонатных коллекторов палеозоя Северо-Устюртской синеклизы».

8. Направление исследований.

1. Детализация внутреннего строения карбонатных образований палеозоя Северо — Устюртской синеклизы, уточнение условий формирования и выяснение общих закономерностей распределения коллекторов.

2. Изучение вещественного состава, емкостных и фильтрационных свойств и геофизических характеристик палеозойских карбонатов, определение типов коллекторов, распространенных в этих отложениях.

3. Обоснование методики и комплекса исследований для изучения карбонатных коллекторов палеозойских отложений и разработка петрофизиче-ской основы для интерпретации материалов геофизических исследований скважин (ГИС).

4. Определение дальнейшего направления поисково-разведочных работ по выявлению залежей углеводородов в палеозойских карбонатах СевероУстюртской синеклизы.

9. Предполагаемые методы исследования.

Методологическую основу диссертации составляют комплекс существующих государственных, научных и авторских методик (методика выделения коллекторов со сложной структурой порового пространства, разработанная в Грозненском и Краснодарском филиалах ВНИИГеофизики 1975, 1978, 1987 гг.- методика построения многомерных моделей осадочных горных пород в петрофизике, разработанная в РГУНГ им. И. М. Губкина, 1975;1994 гг.- методики выявления коллекторов в сложно — построенных карбонатных разрезах, разработанные во ВНИИГИКе, 1979 — 1991 гг. и др.), а также авторские методики, апробированные на различных объектах, представленных карбонатными коллекторами (1985 — 2004 гг.).

Методы исследования включают: аналитические, методы математической статистики, компьютерной картографии.

10. Аннотация диссертационной работы по главам.

В первой главе изложена краткая характеристика изученности проблемы и обеспеченность исследований фактическим материалом. В заключении главы сделаны выводы о степени изученности палеозойской карбонатной формации по данным литолого-петрографических, петрофизических, геофизических и геологических методов, обоснована представительность первичных материалов, показана полнота научных обобщений и отмечены неизученные характеристики и объекты.

Во второй главе рассмотрено геологическое строение объекта исследований, уточнено пространственное распространение горизонтов и рассмотрены геологические и гидрогеодинамические предпосылки формирования коллекторов в палеозойских карбонатах. В заключении главы сделаны выводы о возможности объединения (по условиям накопления, гидрогеологическим и палеогеологическим характеристикам) терригенно-карбонатных и карбонатных отложений верхнедевон — верхнекаменноугольного возраста в палеозойскую карбонатную формацию, представляющую единый гидродинамический резервуар, благоприятный для формирования скоплений УВ. Произведена детализации строения этой формации и установлено, что условия формирования этого резервуара предопределили распространение в нем коллекторов со сложной структурой порового пространства.

В третьей главе изложены особенности методики изучения коллекторов в разрезе палеозойской карбонатной формации по данным керна, про-мыслово-геофизическими исследованиями, опробованием и испытаниями. Оценена эффективность применяемого комплекса геолого-геофизических исследований и возможности усовершенствования его для достижения положительных, с позиции выявления залежей нефти и газа, результатов. В заключении главы сделаны выводы, что применяемый в настоящее время для изучения этих коллекторов комплекс геолого-геофизических исследований нуждается в корректировке и петрофизической основе для обработки фактического материала и интерпретации полученных результатов.

В четвертой главе дано обоснование типов коллекторов, распространенных в палеозойской карбонатной формации, изложены результаты разработки петрофизического и геофизического обеспечения обработки и интерпретации материалов промыслово-геофизических исследований скважин для выделения этих коллекторов в разрезе, оценки их фильтрационно-емкостных и продуктивных характеристик. В заключение главы сделаны выводы о достоверности предложенных геолого-геофизических моделей коллекторов палеозойской карбонатной формации, показаны методические приемы и способы их использования.

В пятой главе на основе детализации строения палеозойской карбонатной формации произведена локализация по разрезу и площади выделенных типов коллекторов и оценены перспективы их нефтегазоносности, а также определены дальнейшие направления работ по изучению коллекторов для выявления залежей и месторождений нефти и газа. В заключение главы сделаны выводы о наиболее перспективных участках для постановки поисково-разведочных работ и предложен комплекс геолого-геофизических исследований для повышения их эффективности.

В Заключении: 1) приведена общая характеристика исследований- 2) подведены итоги выполненных исследований- 3) даны основные выводы и рекомендации по результатам диссертационной работы.

11. На защиту выносятся.

1. Расчленение по геофизическим данным разреза верхнедевон-верхнекаменноугольных образований Северо-Устюртской синеклизы, представляющих по палеогеологическим условиям формирования и пространственного распространения палеозойскую карбонатную формацию, на 4 горизонта, характеризующихся различными литологическим и вещественным составом, а также коллекторскими характеристиками слагающих их пород. Каждый из горизонтов содержит от 5 до 10 пачек, сменяющих друг друга по разрезу и замещающихся по площади, в которых распространены коллекторы, объединенные в 3 группы по преобладающему типу пористости и проницаемости.

2. Разработанные петрофизическая и геофизическая модели карбонатных коллекторов палеозоя на основе изучения их петрофизических и геофизических характеристик. Использование этих моделей способствует эффективному выделению в разрезе палеозоя карбонатных коллекторов и оценке фильтрационных, емкостных свойств, а также их продуктивности.

3. Произведенное на основе кластерного анализа ранжирование территории по степени ее перспективности на выявление скоплений УВ в палеозойской карбонатной формации, в том числе выделение участков для постановки первоочередных геологоразведочных работ.

12. Благодарности коллегам по работе, научному руководителю, консультантам.

Автор выражает свою искреннюю благодарность руководителюдоктору геолого-минералогических наук, профессору A.A. Абидову за большую научно-методологическую и практическую помощь, оказанную в течение всего времени работы над диссертацией, а также заведующему кафедрой нефтегазовой геологии и геофизики ТашГТУ кандидату г.-м. наук Холисма-тову И.Х., сотрудникам ОАО «ИГиРНиГМ» Акименко J1.M., ОАО «Узгео-бурнефтегаздобыча» Деревянко В. И., Валиходжаеву В. Х. за консультации, советы, постоянное внимание и поддержку, и инженеру НП и УЦ ЭиРС ТашГТУ Гом С. Ю. за помощь в сборе, обработке фактического материала и подготовке диссертации. Кроме того, автор благодарна заведующему кафедрой инженерной геологии и гидрогеологии, доктору технических наук Бел-ГУ, профессору Сергееву C.B. за помощь в завершении работы над диссертацией и в решении организационных вопросов.

Выводы:

1. Верхнедевон-верхнекаменноугольные образования Северо-Устюртской синеклизы по палеогеографическим условиям формирования, развития и пространственному распространению представляют палеозойскую карбонатную формацию, в которой по геофизическим данным выделяются 4 горизонта (I, II, III, IV), имеющие региональное распространение и характеризующиеся различным литологическим строением, вещественным составом и коллекторскими свойствами слагающих их пород. Каждый из выделенных горизонтов содержит от 5 до 10 пачек, сменяющих друг друга по разрезу и замещающихся по площади.

2. В палеозойской карбонатной формации распространены порово-трещинные, порово-каверновые, порово-каверново-трещинные, трещинно-каверново-поровые, каверново-трещинные, трещинно-каверновые, трещин-но-поровые с преобладанием каверносодержащих и трещинносодержащих разностей коллекторы, объединенные в три группы по преобладающему типу пористости и проницаемости: породы с преимущественно гранулярной структуройпороды смешанной (гранулярные поры+каверны+трещины) структурыпороды негранулярной (трещины+каверны) структуры порового пространства.

3. Выделенные группы коллекторов связаны с генетически различными типами карбонатных образований и их структурно-текстурными разновидностями и находятся в прямой зависимости от палеогеологических условий осадконакопления, гидрогеологической обстановки и степени преобразован-ности пород. Катагенетические процессы и значительное влияние трещино-ватости привели к тому, что современная структура порового пространства является значительно измененной по сравнению со структурой, образованной в стадии сингенеза.

4. Анализ распределения пачек и приуроченных к ним коллекторов, позволил выделить шесть типов разрезов и спрогнозировать наличие седьмого типа:

IКарачалакский, характеризующийся наличием всех горизонтов и всех литолого-стратиграфических пачек во II и III горизонтах, выпадением пачки 1−2 в первом, пачки IV-1 в IV горизонтахв этом типе разреза можно выделить два подтипа: с биогермом в III горизонте (сокращенный) и межбио-гермный (полный);

IIКаракудукский, характеризующийся выпадением из разреза пачек: 1−2 в первом, II-I — во втором, III—I вв. третьем, IV-1 в четвертом горизонтах, в котором (по строению IV горизонта) можно выделить два подтипа: Каракудукский и Чибининский;

IIIУртатепинскийхарактеризующийся выпадением из разреза пачки III—I вв. третьем, IV-1 в четвертом горизонтах;

IVМуйнакский, в котором отсутствуют I и II горизонты, пачка III-1 третьего горизонта, а пачки III-2 и III-3 не расчленяются;

VКуанышский, в котором отсутствуют I, II и III горизонты;

VIЧибеллинский, в котором отсутствуют: пачка 1−2, II, III и IV горизонты;

VIIБердахский, в котором отсутствуют I и II горизонты, пачка III-1 третьего горизонта, пачки Ш-2 и Ш-З не расчленяются, а в IV горизонте имеется биогерм.

Эти типы разрезов имеют различное региональное распространение.

5. Изучение литологических, петрофизических и геофизических характеристик коллекторов позволило разработать их петрофизическую и геофизическую модели, что послужило основой для обоснования предлагаемой диссертантом методики выделения и оценки фильтрационных, емкостных свойств и продуктивности коллекторов палеозойской карбонатной формации Северо-Устюртской синеклизы.

6. Диссертантом разработана система кластерных признаков нефтегазо-носности коллекторов палеозойской карбонатной формации СевероУстюртской синеклизы и с их помощью произведено ранжирование территории по степени ее перспективности на выявление скоплений УВ, в том числе выделение наиболее перспективных участков для постановки первоочередных геологоразведочных работ.

Практические рекомендации: 1. Дифференциация исследуемой территории на две перспективные зоны может служить основой для целенаправленного ведения поисков скоплений УВ в разрезе карбонатной формации палеозоя:

1-е перспективностью отложений С 1.2 (Центральная и Западная части Куаныш-Коскалинского вала);

II — с перспективностью отложений ЦзС] (Восточная часть Куаныш-Коскалинского вала, Судочий прогиб).

2. Использование на практике разработанных диссертантом следующих методических приемов применительно для нефтегазопоисковых объектов исследуемой территории может способствовать повышению эффективности бурения поисково-разведочных скважин:

— на месторождении Карачалак, где доказана промышленная продуктивность карбонатных отложений палеозоя, рекомендовано бурение разведочной скважины между ранее пробуренными скв. №№ 5, 3, с осуществлением вскрытия продуктивных горизонтов раствором на нефтяной основе, позволяющее получить информацию о коллекторских свойствах и продуктивности пород в естественном залегании;

— включение в комплекс ГИС трех групп методов: а) НК, АК-С, ГГК-П для определения пористости, выделения и определения типов коллекторов по соответствию величин пористостиб) опробование пластов на каротажном кабеле (ОПК) и испытателями на трубах (ИПГ) для оценки характера насыщения, установления положения газожидкостного и водонефтяного контактов и определения коэффициента газонасыщенности — боковой каротаж (2 зонда) — в) по величине К пгран, НК, АК-С, ГГК-П выделение коллекторов и определение их эффективных толщинг) по гидродинамическому каротажу выделение коллекторов и определение их эффективных толщин;

— в зависимости от вскрываемого в разрезе карбонатной формации палеозоя типов коллекторов, в случае, когда данные ГИС не обеспечивают достоверное выделение нефтегазонасыщенных коллекторов, следует применить методику «двух растворов» в двух вариантах: а) изменение минерализации, что оптимально при изучении коллекторов отложений ЭзС] (нижние горизонты), представленных глинисто-карбонатными породами с повышенным естественным фоном радиоактивностиб) изменение радиоактивности, что оптимально при изучении коллекторов С. 2 (средние горизонты), характеризующиеся низким радиоактивным фоном.

— вследствие низких фильтрационно-емкостных свойств коллекторов палеозойской карбонатной формации целесообразно производить интенсификацию притоков на начальном этапе испытаний (перфорация в интервале не более 10 м в солянокислотной среде, повышая плотность перфорации поеле каждого вызова притока до 40−60 отверстий на метр), что обеспечит реальную оценку продуктивности пластов.

2. Научная новизна теоретических положений и результатов экспериментальных исследований, полученных автором.

2.1. В разрезе палеозойской карбонатной формации Северо-Устюртской синеклизы выделены 4 горизонта и впервые они расчленены по геофизическим признакам и распределению коллекторов на пачки.

2.2. Впервые установлено, что каждая выделенная пачка содержит коллекторы с определенной структурой порового пространства (порово — трещинные, порово-каверновые, порово-каверново-трещинные, трещинно-каверново-поровые, каверново-трещинные, трещинно-каверновые, трещин-но-поровые (с преобладанием каверносодержащих и трещинносодержащих разностей), объединенные в 3 группы по преобладающему типу пористости и проницаемости.

2.3. Впервые для палеозойских карбонатных коллекторов СевероУстюртской синеклизы разработаны петрофизическая и геофизическая модели, представляющие собой систему классификационных признаков (граничные и средние значения коллекторских и геофизических характеристик) и петрофизических зависимостей, отражающих взаимосвязи этих характеристик в виде графиков и уравнений.

2.4. Впервые научно обоснован комплекс промыслово-геофизических исследований, включающий нетрадиционные методы и методики (методика «двух растворов», временные замеры бокового каротажа), и отдающий приоритет методам, позволяющим решить задачу оценки эффективного объема порового пространства (акустический каротаж, нейтронный-гамма каротаж, гамма-гамма каротаж).

2.5. Впервые для палеозойских карбонатных коллекторов СевероУстюртской синеклизы разработана система кластерных признаков нефтега-зоносности (тип разреза, наличие флюидоупоров, мощность пачек и горизонтов, тип ловушки, соотношение по мощности коллекторов с различной структурой порового пространства и др.) и с их помощью произведено районирование изучаемой территории по степени нефтегазоперспективности с выделением участков для постановки первоочередных геолого-разведочных работ.

3. Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы.

3.1. Разработка теоретических положений и создание на их основе моделей палеозойских карбонатных коллекторов Северо-Устюртской синеклизы стало возможным благодаря комплексному использованию теоретических и экспериментальных методов исследований. Решение задач построения пет-рофизической и геофизической моделей, а также ранжирование территории по перспективности выявления в них скоплений УВ базируется на строго доказанных выводах математического анализа и математической статистики.

3.2. Разработанные петрофизическая и геофизическая модели опробованы экспериментально при переобработке материалов геофизических исследований по скважинам № 1,5 Карачалак, № 1 Каракудук, № 3 Цент. Кушкаир.

3.3. Результаты переобработки ГИС анализировались и сопоставлялись с данными, полученными по керну и с результатами испытаний.

3.4. Результаты ранжирования территории сопоставлялись с результатами глубокого бурения.

3.5.Достоверность полученных результатов обеспечивается применением ранее апробированных методик, объективным анализом фактического материала, удовлетворительным согласованием с результатами других исследований по отдельным объектам и параметрам изучаемых отложений.

3.6. Обоснованность диссертации базируется на первичных геолого-геофизических материалах, данных исследования керна, результатах испытаний по 49 скважинам, вскрывшим палеозойскую карбонатную формацию в пределах рассматриваемой территории, и результатах других исследований, выполненных при непосредственном участии автора в рамках тематических, опытно-методических работ и изложенных в соответствующих отчетах (фондовые материалы) в период её работы ОАО «Узбекгеофизика», ОАО ИГиР-НиГМ, НП и УЦЭиРС ТашГТУ.

4. Практическая и научная полезность результатов диссертационной работы.

4.1. Разработанные в диссертационной работе теоретические основы функционального распределения параметров коллекторов как одного из базовых элементов поисково-разведочных работ на нефть и газ в глубокопог-руженных сложнопостроенных карбонатных разрезах, позволяют повысить эффективность геолого-разведочных работ на нефть и газ в Устюртском регионе.

4.2. Практическое значение работы состоит в том, что разработанные методики позволяют повысить достоверность выделения и определения параметров нефтегазосодержащих пластов-коллекторов в сложнопостроенных карбонатных отложениях.

4.3. Материалы и результаты исследований внедрены в практику работ ОАО «Узбекгеофизика», путем усовершенствования ранее применяемого комплекса геофизических исследований.

4.4. Материалы и результаты исследований внедрены в НП и УЦ ЭиРС ТашГТУ, путем использования разработанных автором детализационных схем строения палеозойской карбонатной формации при выполнении научно-исследовательских работ по изучению нефтегазопродуктивных толщ Устюртского региона.

4.5. Материалы и результаты исследований внедрены в «УзЛИТИнефте-газ» при обработке материалов промыслово-геофизических исследований скважин по Устюртскому региону.

4.6. Материалы и результаты исследований использованы автором при подготовке двух учебных пособий [61, 122].

5. Апробация работы.

Основные положения работы докладывались на Международной научно-технической конференции «Геодинамика и углеводородный потенциал осадочных бассейнов Центральной и Восточной Азии» (Ташкент, 2005 год), на Республиканской научно-практической конференции, посвященной «Итогам выполнения фундаментальных, прикладных исследований и инновационных разработок .» (Ташкент, 2005 г.), на IX Международном симпозиуме «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях» (Белгород: ВИОГЕМ, 2007) и на VIII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». (Москва, РГГУ, 2007). Результаты исследований также использовались при подсчете запасов газа месторождения Карачалак и обсуждались при их защите в Государственной комиссии по запасам Республики Узбекистан (1996г.).