Email this article Facies control of the reservoir properties distribution in the carbonate rocks of epicontinental platforms
- Authors: Khalelova A.B.1
-
Affiliations:
- KMG Engineering
- Issue: Vol 5, No 1 (2023)
- Pages: 5-20
- Section: Geology
- URL: https://vestnik-ngo.kz/2707-4226/article/view/108561
- DOI: https://doi.org/10.54859/kjogi108561
- ID: 108561
Cite item
Full Text
Abstract
Background: It is difficult to imagine the modern world without hydrocarbon raw materials. Oil and gas production is not only the basis of a powerful fuel and energy complex but also the main source of foreign exchange earnings and a leading component of the budget for many countries. Carbonate rocks strike the imagination by their diversity, but at the same time they cause many problems: they are extremely variable from the point of view of reservoirs. The main problems of productive carbonate members are heterogeneity; distribution of reservoirs in the form of lenses with different configurations and strikes as well as hydrodynamic connections between the lenses is often chaotic. All of the listed problems of carbonate reservoirs are associated with secondary processes.
Aim: The project aims to assess the reservoir properties of carbonate rocks from the point of view of facies zoning on the example of Ovinparm rocks.
Materials and methods: In this work, we used: rock material from 8 wells (475 m), 14 wells with hydrodynamic data and a 3D seismic cube.
Results: Based on the data obtained, the principles of facies diagnostics of the epicontinental platform deposits of were developed, facies of epicontinental platforms were identified, rock material was linked to logging data, a facies model and a facies map were built, a sequence stratigraphic analysis was carried out, and the regularity of the selective nature of the manifestation of secondary processes depending on the characteristics of the conditions for the accumulation of facies of epicontinental platforms was revealed, promising zones were identified taking into account the facies zoning and the intensity of the passage of secondary processes in the study area.
Conclusion: By understanding how the reservoir properties are related to carbonate depositional conditions, we can predict the most interesting zones and determine the main secondary processes leading to such improved or degraded reservoir properties.
Full Text
Введение
К карбонатным отложениям относятся более 40% мировых запасов углеводородов. С ними связаны месторождения-гиганты, такие как Поса-Рика в Мексике, Келли-Снайдер в США, Суон-Хиллс в Канаде, Карачок в Сирии, Киркук в Ираке, Гавар и Шайба в Саудовской Аравии. Казахстанские крупные месторождения также связаны с карбонатными резервуарами.
Карбонатные породы характеризуются широким спектром типов по своему строению и составу и крайне изменчивы по своим коллекторским свойствам. Основными проблемами продуктивных карбонатных пачек являются неоднородность, хаотичное распределение коллекторов в виде линз различной конфигурации и простирания, что нередко отражается и на гидродинамической связи между линзами. Перечисленные проблемы карбонатных коллекторов связаны с вторичными процессами.
Общие сведения
Изучаемая территория относится к Тимано-Печорскому нефтегазоносному бассейну России. Основным продуктивным горизонтом являются карбонатные отложения овинпармского горизонта, лохковского яруса, нижнего девона.
По региональным данным, в овинпармское время изучаемая территория находилась в пределах очень протяженного, крайне мелководного моря, которое было ограничено на континентальном склоне цепочкой барьерных рифов [2]. По выделенным категориям седиментационных моделей М. Таккера и П. Райта овинпармские отложения относятся к эпиконтинентальным платформам. По условиям осадконакопления такие бассейны характеризуются приливно-отливной зоной (рис. 1).
Рисунок 1. Седиментационная модель эпиконтинентальной платформы Тимано-Североуральского региона [2]
Современные аналоги условий осадконакопления, которые контролируются приливно-отливной деятельностью, известны на шельфе Южной Флориды и в заливе Шарк в Западной Австралии. По результатам исследований этих современных субтропических и тропических морей выделяются надприливные (супралитораль), межприливные (литораль) и подприливные (сублиторальные) обстановки.
На изучаемой территории карбонатное осадконакопление происходило в условиях мелководного шельфа, размер которого постепенно сокращался, и шельф обмелялся со смещением западной его границы к востоку в течение лохковского времени. На этом фоне проявляются периодические изменения солёности бассейна и интенсивности поступления в него терригенного материала, что подтверждается керновым материалом и данными гидродинамических исследований (далее – ГИС). На схеме межскважинной корреляции по линии I-I’ (рис. 2) наблюдается сокращение глинистых пачек с северо-запада на юго-восток, что предопределяет факт того, что источник сноса находился на северо-западе.
Рисунок 2. Межскважинная корреляция по линии I-I’
По литературным данным и по данным ГИС, овинпармский сиквенс (S(IV) D1op) можно разделить на 3 сиквенса V порядка, в пределах которых выделяют 4 пачки (рис. 2). Для изучаемого региона повсеместно продуктивными является 2-я и 4-я пачки, которые характеризуются более чистыми карбонатами.
Генетический анализ пористости овинпармских отложений
В процессе анализа фотографий шлифов, керна и их описания выделены 4 фации: супралитораль, верхняя литораль, нижняя литораль и мелкая сублитораль, которые характерны для древних эпиконтинентальных платформ. Основой для разделения на фации являлись: различная седиментационная структура пород, текстурные особенности, такие как тип слоистости, наличие биотурбации и т.д., наличие остатков организмов, различное содержание глинистой примеси (рис. 3).
Рисунок 3. Принципы фациальной диагностики отложений эпиконтинентальной платформы Печорского бассейна в овинпармское время [2, с изменениями]
Выделенные фации формируют элементарные циклиты, начинающиеся с отложений сублиторали и обмеляющиеся вверх по разрезу. Эти циклиты делятся на два типа, которые различаются, главным образом, по количеству глинистой примеси в составе циклитов и по их толщине (рис. 4–5).
Рисунок 4. Строение элементарного циклита овинпармских отложений в условиях низкого привноса глинистого материала
2 – фации мелкой сублиторали; 3 – нижней литорали; 4 – верхней литорали; 5 – супралиторали
Рисунок 5. Строение элементарного циклита овинпармских отложений в условиях увеличенного привноса глинистого материала
2 – фации мелкой сублиторали; 3 – нижней литорали; 4 – верхней литорали; 5 – супралиторали
Строение элементарных циклитов
Отложения мелкой сублиторали
К отложениям сублиторали c низким содержанием глинистой примеси отнесены массивные, интенсивно биотурбированные мадстоуны (рис. 6). Они характеризуются отсутствием фауны, причиной чему могли служить периодические увеличения солености, а также мутность воды из-за карбонатных частичек пелитовой размерности, выносимых в подприливную зону.
Рисунок 6. Отложения мелкой сублиторали
Биотурбированный доломит / Bioturbated dolomite: а) при дневном свете / in daylight; б) при ультрафиолетовом свете / under ultraviolet light; в) биотурбированный доломит (красными линиями показаны раскрытые трещины, красными областями – каверны выщелачивания) / bioturbated dolomite (red lines show open cracks, red areas show l desalination caverns); г) мелкозернистый доломит / fine-grained dolomite; д) крупно-среднезернистый доломит, образованный по ходам илоедов / coarse-medium-grained dolomite formed along the burrows. Надулярный доломит / Nadular dolomite: е) мелкозернистый доломит с разной степенью заглинитизированности / fine-grained dolomite with varying degrees of clay content; ж) микритовый доломит с разной степенью заглинитизированности / micritic dolomite with varying degrees of clay content; з, и) надулярные доломиты / nadular dolomites
Отложениям сублиторали c высоким содержанием глинистой примеси свойственны глинистые карбонаты с нодулярной текстурой (рис. 6, а)-д)). Они характеризуются отсутствием фауны и следов биотурбации. Вероятно, вследствие увеличения привноса глинистого материала илоеды перестали занимать эту биологическую нишу. Образование нодулярной текстуры связано со стяжением карбонатного материала, при котором происходит выжимание рассеянной глины (рис. 6, е)-и)).
Отложения литорали
Межприливная зона характеризуется развитием приливно-отливных течений и значительными колебаниями гидродинамической активности водного потока. Литораль обладает отчетливой вертикальной зональностью, которая контролируется энергией водной среды, поэтому в литорали выделяются:
- Нижняя литораль из-за низкой гидродинамической активности маркируется развитием горизонтально слоистых микритовых известняков. Слоистость обусловлена переслаиванием темных пелитоморфных разностей и более светлых пелоидных. В зернистом компоненте, помимо пелоидов, может присутствовать остракодовый детрит, который иногда образует ракушняковые скопления (рис. 7, а)-е)). При увеличении привноса глинистого материала сокращается количество детрита, увеличивается содержание микритовой составляющей (рис. 7, ж)-и)).
- Верхняя литораль из-за высокой активности водной среды характеризуется косой и линзовидной слоистостью со зна- ками ряби. Особенностью этой зоны является развитие песков, пляжей, барьеров и гряд, сложенных из зёрен песчано-алевритовой размерности (водорослевые песчинки, литокласты, пелоиды, оолиты), также этой зоне характерна фенестровая пористость и развитие водорослевых тел (рис. 8, а)-е)).
Рисунок 7. Отложения нижней литорали
Известняки с ракушняковыми скоплениями / Limestones with shell accumulations: а) при дневном свете / in daylight; б) при ультрафиолетовом свете / under ultraviolet light; в) микритовый известняк с горизонтальной слоистостью / micritic limestone with horizontal layering; г) тонкозернистый доломит с включениями фауны / fine-grained dolomite with faunal inclusions; д) раковины остракод в микритовом известняке / ostracod shells in micritic limestone; е) слоистый микритовый известняк / layered micritic limestone. Алевритистые карбонаты / Silty carbonates: ж) слоистые алевритовые известняки с детритом / layered silty limestones with detritus; з) единичные раковины остракод в микритовом известняке / single ostracod shells in micritic limestone; и) слоистый алевритистый известняк / layered silty limestone
Рисунок 8. Отложения верхней литорали
Крупно-среднезернистые известняки с косой слоистостью / Coarse-medium-grained limestones with oblique bedding: а) при дневном свете / in daylight; б) при ультрафиолетовом свете / under ultraviolet light; в) среднезернистые известняки с косой слоистостью / medium-grained limestones with oblique bedding; г) водорослевый известняк / algal limestone; д) микрокодиевые водоросли / microcodia algae; е) водорослевый известняк с фенестровой пористостью, заполненный кальцитом / algal limestone with fenestra porosity filled with calcite. Мелкозернистые известняки с косой слоистостью с прослоями глинистых микритовых известняков / Fine-grained obliquely bedded limestones with interlayers of argillaceous micritic limestones; ж) слоистый мелко оолитовый известняк / layered finely oolitic limestone; з) разнозернистый оолитовый известняк / inequigranular oolitic limestone; и) мелкозернистые ооидные известняки с косой слоистостью, с прослоями глин / fine-grained ooid limestones with oblique bedding, with interlayers of clays; к) мелкозернистые оолиты с прослоями глин / fine-grained oolites, with interlayers of clay
При увеличении привноса глинистого материала уменьшается размерность оолитовых песков и сокращается их мощность (рис. 8, ж)-к)).
Отложения супралиторали
Для супралиторальных отложений характерна тонкая слоистость, преобладание пелитоморфных известняков и седиментационных доломитов с трещинами усыхания. Также встречаются строматолиты (рис. 9, а)-г)). При привносе глинистого материала, отложения супралиторали представлены алевритистыми микритовыми карбонатами (рис. 9, д)-е)).
Рисунок 9. Отложения супралиторали
Строматолитовый известняк / Stromatolitic limestone: а) в образце / in the sample; б) в шлифе, вторичный доломит по водорослевому строматолитовому известняку / in the thin section, secondary dolomite after algal stromatolitic limestone; в) в образце / in the sample, г) в шлифе / in the thin section. Алевритистый известковистый доломит / Silty calcareous dolomite: д) в шлифе / in the thin section; е) в образце / in the sample; ж) линозовидно-микрослоистый микритовый известняк с трещинами усыханиями / lenticular-microlayered micritic limestone with shrinkage cracks; з) в шлифе / in thr thin section
Влияние вторичных процессов на коллекторские свойства овинпармских пород
По итогам выделения фаций на керновом материале выполнена привязка к данным ГИС. По результатам привязки выявлены петрофизические облики каждой выделенной фации. Основой для выделения данных литотипов служит изменение глинистости по разрезу. Поэтому для расчленения разреза основным методом является гамма-каротаж (далее – ГК). Фации сублиторали и верхней литорали представлены относительно чистыми известняками, фации нижней литорали – слабоглинистыми известняками, а супралитораль – сильноглинистыми известняками и глинами.
Кроме показаний гамма-каротажа, также использован метод нейтронного гамма-каротажа (далее – НГК), бокового каротажа (далее – БК), акустического каротажа (далее – АК) и плотностного гамма-гамма-каротажа (далее – ГГК).
Таким образом, сублитораль характеризуется низкими значениями ГК и АК, высокими значениями НГК и плотности, средними и высокими значениями БК. Отложениям нижней литорали характерны средние значения ГК, НГК, средние и низкие значения БК и плотности, средние и высокие значения АК. Фациям верхней литорали свойственны низкие значения ГК, высокие значения НГК, очень высокие значения БК, низкие и средние значения АК, высокие и средние значения плотности.
Высокие значения ГК, АК, низкие значения НГК, БК и плотности соответствуют отложениям супралиторали, т.к. они представлены более глинистыми породами (рис. 13).
Рисунок 13. Выкопировка из петрофизического планшета скв. N с нанесенными интервалами вероятной трещиноватости
Основными процессами увеличения фильтрационно-емкостных свойств (далее – ФЕС) в отложениях овинпармского горизонта являются выщелачивание, доломитизация и процессы трещинообразования. Некоторые из этих процессов имеют селективный характер развития. Эта избирательность предопределяется различными свойствами каждой выделенной фации: структурно-текстурными особенностями, наличием разнообразных примесей, морфологией первичного пустотного пространства, вещественного состава.
На изучаемой территории трещины в большей степени характерны для отложений мелкой сублиторали и нижней литорали (рис. 10). В процессе изучения кернового материала определены признаки избирательности трещинообразования:
- наблюдается последовательное уменьшение плотности трещин от мадстоунов к пакстоунам и к грейнстоунам, т.е. отложения сублиторали и нижней литорали => супралиторали => верхней литорали (рис. 11).
- наблюдается увеличение плотности трещин по степени увеличения доломитизированности мадстоунов (рис. 10).
Рисунок 10. Модель циклофациального расчленения отложений овинпармского горизонта
Рисунок 11. Пример расположения микротрещин на керне в породах сублиторали и нижней литорали
а) биотурбированный доломит мелкой сублиторали / bioturbated dolomite of the shallow sublittoral zone; б) доломит мелкой сублиторали / dolomite of shallow sublittoral; в) кавернозный известняк мелкой сублиторали / cavernous limestone of the shallow sublittoral zone; г) доломит нижней литорали / dolomite of the lower littoral; д) микритовый известняк нижней литорали / micritic limestone of the lower littoral; е) остракодовый известняк нижней литорали, перекрывающийся породами верхней литорали / ostracod limestone of the lower littoral, overlain by rocks of the upper littoral
По петрофизическим данным можно предположить наличие трещин на глубинах 3005, 3029 и 3059 м в скв. N, т.к. там наблюдаются «выпадения» из порово-каверновой модели образцов с повторяющимися «отскоками» по трем видам исследований (Кп, Кпр и Кв), что, безусловно, может характеризовать микротрещиноватость породы (рис. 12). Эти интервалы по керну охарактеризованы отложениями нижней литорали и сублиторали (рис. 10, б, ж).
Рисунок 12. Примеры трещин в отложениях овинпармского горизонта в колонке керна
2 – сублиторальные, 3 – нижняя литораль, 4 – верхняя литораль
По изученным данным керна, шлифов и ГИС наблюдается зависимость степени доломитизации от вертикального расстояния до поверхности размыва и от наличия глинистой примеси. Это позволяет предположить, что основной причиной процессов доломитизации овинпармских отложений является влияние поверхностных вод, связанных с размывами в пражское, а затем и в живетское время. Но при прочих равных условиях наблюдается селективность этих процессов, связанных с наличием микритовой составляющей в породах, т.е. отложения нижней литорали => супралиторали => сублиторали (по ходам илоедов) => верхней литорали.
Сейсмофациальный анализ
Сеймофациальный анализ предполагает детальное изучение особенностей волновой картины в интервале изучаемого пласта на вертикальных временных разрезах и картах атрибутов. Совместный анализ особенностей формы записи и их отображения на картах позволяет выделить сейсмофации на качественном уровне, т.к. отсутствует хорошая корреляция между атрибутными и скважинными данными, что связано с частым переслаиванием выделенных фаций. Наиболее информативным для построения фациальной карты для овинпармских пород является атрибут, полученный по результатам AVA инверсии. Сейсмофациальные карты построены для двух продуктивных пачек овинпармского горизонта.
По данным ГИС IV пачка накапливалась в условиях наименьшего привноса глинистого материала, что создало наиболее благоприятные условия для формирования коллекторов с повышенными ФЕС. По фациальной карте IV пачки были выделены зоны развития нижней и верхней литорали (рис. 14). В пределах зоны развития нижней литорали выделяется зона с увеличенными мощностями, которая потенциально соответствует зоне развития остракодовых банок. Согласно сейсмическим данным и данным ГИС, для IV пачки наилучшими коллекторами в овинпармских отложениях являются фации верхней литорали, поскольку:
- эти фации состоят из зернистых известняков, сложенных водорослевыми песчинками, литокластами, пелоидами, оолитами и т.д., за счёт чего образуется больше первичной межзерновой пористости;
- из-за активных гидродинамических условий практически отсутствует первичный цемент между зернами, а постседиментационный спаритовый цемент очень хорошо поддается процессам выщелачивания, что объясняет высокие значения проницаемости для этой фации в наиболее преобразованных частях;
- при вторичных преобразованиях появляются дополнительные типы пористости (внутризерновая и слепковая), которые в большей степени характерны фациям верхней литорали.
Рисунок 14. Карта сейсмического атрибута и карта преобладающих условий осадконакопления в интервале IV пачки
По данным ГИС, II пачка накапливалась в условиях увеличения привноса глинистого материала, что привело к ухудшенным ФЕС и сокращению мощностей овинпармских отложений. По фациальной карте II пачки выделены зоны развития нижней и верхней литорали (рис. 15). На изучаемой территории преобладали отложения нижней литорали, отложения верхней литорали представлены в сокращенных мощностях и зонах развития. Привнос глинистого материала сильно ухудшил ФЕС пород верхней литорали. Для II пачки овинпармских пород наилучшими коллекторами являются отложения нижней литорали. Вторичные процессы существенно увеличивают ФЕС пород отложений нижней литорали и мелкой сублиторали. Так, в наиболее преобразованных разностях имеются средние значения ФЕС при нулевых значениях на момент осадконакопления. Это объясняет то, что:
- эти фации характеризуются наибольшей плотностью трещин, которые контролируют все последующие вторичные процессы;
- пористость в этих фациях появляется за счёт каверн, проницаемость за счёт трещин и каналов, образованных по трещинам, т.е. полностью контролируются вторичными процессами.
Рисунок 15. Карта сейсмического атрибута и карта преобладающих условий осадконакопления в интервале II пачки
Заключение
Практическое применение понимания перераспределения ФЕС в карбонатных коллекторах помогает выделять наиболее интересные зоны и определять основные вторичные процессы, приводящие к таким результатам, т.е. в пределах месторождения такие данные помогают определиться с постановкой новых скважин и методом добычи.
В региональном плане концептуальная модель осадконакопления карбонатных отложений позволяет прогнозировать аналогичные фации за пределами сейсмического куба, а понимание влияния вторичных процессов способствует определению наиболее перспективных участков для разведки. Например, для данных овинпармских карбонатов продуктивность заключается в трещинообразовании, и поэтому коллекторы с улучшенными ФЕС приурочены к надвиговым зонам.
ДОПОЛНИТЕЛЬНО
Источник финансирования. Автор заявляет об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.
Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
ADDITIONAL INFORMATION
Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.
Competing interests. The author declares that she has no competing interests.
About the authors
Assel B. Khalelova
KMG Engineering
Author for correspondence.
Email: a.khalelova@niikmg.kz
Kazakhstan, Astana
References
- Zhemchugova VA. Reservoir sedimentology of carbonate deposits. Moscow: EAGE; 2014. (In Russ).
- Zhemchugova VA. Practical application of reservoir sedimentology in modeling hydrocarbon systems. Textbook for universities. Moscow: Publishing Center of Gubkin University; 2014. (In Russ).
- Nikonov NI, Bogatsky VI, Martynov AV, et al., editors. Timan-Pechora sedimentation basin. Atlas of geological maps. Ukhta: Timan-Pechora Research Center; 2000. (In Russ).
Supplementary files
