Значительная часть углеводородных запасов нашей страны может быть отнесена в трудноизвлекаемым. В статье приведены литолого-петрофизические модели природных резервуаров отражающих иерархическую структуру пустотного пространства и его минералогию, лежащие в основе технологий освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов.
В настоящее время существенная часть всех запасов углеводородов на территории Российской Федерации может быть отнесена к группе трудноизвлекаемых. Факторами, определяющими отнесение запасов к этой группе, являются особенности структуры, текстуры пород, морфометрические характеристики их пустотного пространства, а также характеристики насыщающих их флюидов. Принято считать, что трудноизвлекаемые запасы в основном связаны с породами баженовской свиты Западной Сибири и доманикоидами Волго-Урала. Однако к породам коллекторам с трудноизвлекаемыми запасами можно отнести рифейские доломиты запада Сибирской платформы, значительную часть карбонатных продуктивных отложений Восточной Сибири, Тимано – Печорской провинции, позднемеловые отложения Западной Сибири, хадумские отложения Предкавказья и тд.
Каждый из перечисленных геологических объектов обладает уникальными свойствами пустотного пространства, что во многом определяет сложности освоения находящихся в них углеводородных скоплений. Современные технологии лабораторных исследований структуры пород и их минерального состава позволяют детализировать эти характеристики до микронного и субмикронного уровня. Но эти исследования, впрочем, как и большинство других литологических исследований, носят точечный характер. В связи с развитием в последние годы высокотехнологичных оптических и электронных аналитических систем наблюдается некоторый перекос в сторону супердетальных точных исследований. Эти исследования, безусловно, крайне важны, но одной из главных проблем является создание новых разномасштабных литолого-петрофизических моделей природных резервуаров, отражающих неоднородность распределения фильтрационно-емкостных свойств и минерального выполнения поровых каналов как в микро, так и в макро объемах.
Существенно сужают наши представления о структуре и свойствах природных резервуаров ограниченные объемы кернового материала. Особенно отчетливо это проявляется при сравнении результатов изучения керна и естественных обнажений горных пород (Рис 1).
Рис 1. Закономерности распределения пустотного пространства в продуктивных отложениях в рифейском природном резервуаре
При изучении керна скважин, вскрывающих продуктивные отложения рифейских доломитов на западе Сибирской платформы, очень трудно выявить закономерности распределения кавернового и трещинового пространства. Хотелось бы отметить, что для продуктивных отложений рифея в целом, характерны очень низкие значения проницаемости и пористости, а распределение каверн и трещин представляется довольно хаотичным. При изучении стратиграфических аналогов продуктивных отложений рифея в обнажениях отчетливо видно, что как системы трещин, так и системы каверн подчиняются четким закономерностям (Рис 2).
Рис 2. Закономерности распространения фильтрационно-емкостного пространства в карбонатном резервуаре аладьинской свиты на р. Иркинеева. Прослои с массовым развитием пустот выщелачивания (обозначено стрелками). Пунктирные линии – ортогональная система трещин.
Достаточно ярко проявляется иерархичность систем трещин, определяющих блоковую структуру рифейского резервуара. Очевидно, что при тех или иных техногенных воздействиях на рифейские резервуары, эти системы трещиноватости будут во многом определять гидродинамику продуктивного пласта. Особенности распределения каверн и трещин в рифейском резервуаре обуславливают осложнения в процессе бурения и вскрытия продуктивных пластов.
Другой яркий пример слабопроницаемых нефтегазоносных отложений являют собой кремнистые отложения позднего мела, широко развитые на территории севера Западной Сибири (Рис 3). Значения пористости в них достигают 30%-40%, а проницаемости не превышают единиц милидарси. В связи с этим задача создания искусственных систем проницаемости в этих породах является крайне актуальной. При этом пока абсолютно не исследовано как через систему искусственных трещин будут взаимодействовать крайне неравномерно распределенные объемы пустотного пространства. Диапазон изменения размеров пустот в этих породах очень широк от 1мкм до100 мкм. Интересно отметить, что распределение объемов пустотного пространства в позднемеловых кремнистых породах во многом контролируется процессами биотурбации.
Рис 3. Неоднородность распределения пустотного пространства в пористой зоне биотурбации кремнистых продуктивных отложений позднего мела Западной Сибири
Особую проблему, очень мало обсуждаемую при создании технологий освоения природных резервуаров с трудноизвлекаемыми запасами, представляет минералогия пустотного пространства. Часто в такого рода резервуарах в пустотном пространстве наблюдается широкий спектр вторичных минералов, которые коренным образом меняют его свойства.
Так, в уже упоминавшихся продуктивных рифейских доломитах, пустотное пространство часто практически полностью выполнено тонкой пленкой гематита и фильтрация как пластового, так и техногенного флюида происходит не по легкорастворяемым карбонатам а по слабо подверженным процессам растворения гематитовым кристаллам.
Интенсивная сульфатизация и окремнение в породах коллекторах часто приводят к неэффективности кислотных обработок.
Для карбонатных пород коллекторов практически любого возраста характерно большое разнообразие генетических типов пустотного пространства с разными морфометрическими характеристиками. В частности, в девонских карбонатных породах коллекторах Тимано-Печорской провинции, представленных строматопорово-водорослевыми известняками, выделяются: поры, каверны, внутриформенные открытые поры, внутриформенные закрытые поры, микропористость, заполненная дисперсным органическим веществом (Рис 4).
Рис 4. Неоднородность распределения пустотного пространства в строматопоровых известняках продуктивных отложений девона Тимано-Печорской провинции.
Различные генетические типы пустот обладают резко различающимися морфометрическими параметрами. Основной объем пустотного пространства в известняках строматопорово-водорослевых связан с внекаркасным пространством. Каркасное пространство также имеет собственный объем пустот, преимущественно закрытого типа. Внекаркасное и внутрикаркасное пустотные пространства имеют низкую степень связности. Различные генетические типы пустотного пространства обладают специфическим характером насыщения органическим веществом. Различия в морфометрических характеристиках и характере насыщения пустотного пространства органическим веществом во многом определяют поверхностные свойства коллектора и соответственно особенности фазовой проницаемости.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что в основу технологий освоения трудноизвлекаемых запасов углеводородов должны быть положены разномасштабные литолого-петрофизические модели природных резервуаров отражающих иерархическую структуру пустотного пространства и его минералогию.
