4 Введение
Диссертация посвящена изучению литологии и петрофизических свойств рифейских карбонатных отложений Куюмбинского месторождения Юрубчено-Тохомской зоны нефтегазонакопления Байкитской антеклизы Сибирской платформы.
у Актуальность выбранного направления определяется тем, что
рифейские карбонатные отложения являются высокоперспективным поисково-разведочным объектом на нефть и газ в южной части Сибирской платформы. В этих отложениях в пределах Юрубчено-Тохомской зоны нефтегазонакопления открыт ряд месторождений: Куюмбинское, Юрубченское, Вэдрэшевское, Терско-Камовское. Строение залежей, их
геометрия, типы и количественная характеристика пустотного пространства,
f
а также строение резервуаров до сих пор является предметом дискуссии.
Одним из путей решения задачи адекватного моделирования природного резервуара является детальное изучение литологии и петрофизических свойств отложений и их распределение в разрезе и по площади продуктивного комплекса. Поэтому изучение этой проблемы на примере Куюмбинского месторождения является весьма актуальным.
W Цель работы дать литологическую характеристику и выявить
закономерности развития фильтрационно-емкостных свойств в зависимости от фациальной природы отложений и их постседиментационных преобразований. Для достижения сформулированной цели были определены следующие частые задачи:
• дать литологическую характеристику отложений, основываясь на их составе, текстурно-структурных показателях и характере постседиментационных преобразований;
• установить закономерности распространения типов пород по площади;
• выделить типы рифейских разрезов, основываясь на составе и количественном соотношении пород, установить интенсивность вторичных процессов в разных типах разрезов;
• охарактеризовать фильтрационно-емкостные свойства разных типов разрезов и установить разрезы с наилучшими фильтрационно-
¦ емкостными свойствами.
Научная новизна, полученных выводов, сводится к следующему:
1) дана подробная литологическая характеристика отложений и восстановлены условия образования осадков. Показана закономерная смена типов пород по площади месторождения: от граноморфных известняков на
л севере и граноморфных, иногда глинистых и битуминозных доломитов в
центральной части, до строматолитовых доломитов на юге;
2) выявлено, что наиболее интенсивно постседиментационные процессы (окремнение, перекристаллизация, выщелачивание) проявились в мелководных фациях строматолитовых доломитов;
3) проведена типизация разрезов, выделены и охарактеризованы с точки зрения фильтрационно-емкостных свойств четыре типа рифейского карбонатного разреза;
i^ 4) показано сложное опосредованное влияние фациальной природы
отложений на фильтрационно-емкостные свойства пород. В частности, показано, что процесс окремнения строматолитовых доломитов ведет к • увеличению их проницаемости.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в: 1) установлении связи фильтрационно-емкостных свойств пород с фациальной природой отложений, что позволяет прогнозировать развитие зон с разными коллекторскими свойствами на фациальной основе и, в
частности, оптимальные значения ФЕС в зонах распространения пластовых форм строматолитовых доломитов.
2) установлении связи фильтрационно-емкостных свойств с разными типами рифейских разрезов, что позволяет прогнозировать коллекторские свойства пород, вскрытых скважинами.
Диссертация объемом 163 страницы состоит из введения, 4 глав и $ заключения. В работе содержится 65 рисунков, в том числе 45 фотографий, 2
таблицы. Список литературы включает 79 наименований.
По результатам исследования опубликовано 6 научных работ. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях:
- 5 5-ая Юбилейная Межвузовская студенческая научная конференция «Нефть и газ - 2001», Москва, 2001;
- 56-ая Межвузовская студенческая научная конференция «Нефть и газ - 2002», Москва, 2002;
- XVI Губкинские чтения «Развитие нефтегазовой геологии — основа укрепления минерально-сырьевой базы», Москва, 2002;
- Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века», Саратов, 2003;
*' - XVII Губкинские чтения, Москва, 2004;
Исследования выполнялись в рамках грантов: НШ - 1859.2003.5; УР.09.01.040.
Работа выполнена на кафедре литологии РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина под руководством профессора В.Г. Кузнецова, которому автор выражает глубокую признательность.
Искреннюю благодарность автор выражает к.г.-м.н. О.В. Найденову за предоставление методических разработок и активное участие в обсуждении отдельных глав работы.
Кроме того автор благодарит Е.И. Кудрявцеву, A.M. Миллер, Н.В. Кляцко, Н.М. Скобелеву за консультации, рекомендации и поддержку в написании работы, а также, О.В. Постникову, А.В. Постникова и Ю.В. Ляпунова за советы, консультации и критику.
1. Краткие сведения о геологическом строении региона
Современные представления о геологическом строении Сибирской платформы заложены в трудах В.А. Обручева, Н.С. Шатского, М.М. Одинцова, Н.С. Зайцева, В.Г. Васильева, Т.Н. Спижарского, П.Е. Оффмана, Ю.А. Косыгина, К.В. Мокшанцева, К.А. Савицкого, С.А. Замараева, И.П. Карасева, Ю.А. Притулы, А.Л. Яншина и многих других ученых [Геология нефти и газа ...1981; Золотов, 1982].
Представления о нефтегазоносности рифейских отложений Сибирской платформы и строении природного резервуара разработаны в исследованиях А.К. Битнера, А.Н. Вотинцева, М.П. Гришина, В.А. Егорова, А.Э. Конторовича, А.А. Конторовича, В.А Кринина, В.Г. Кузнецова, Л.Л. Кузнецова, В.Д. Накарякова, Г.Д. Назимкова, Б.А. Соколова, Е.П. Соколова, B.C. Суркова, А.А. Трофимука, Ф.С. Ульмасвая, СИ. Шленкина, Е.М. Хабарова, В.В. Харахинова и многих других исследователей [Битнер, Кринин и др. 1990; Гришин, Конторович и др. 1989; Закономерности размещения ...1990,Хабаров 1999,2000].
1.1. Структурно-тектоническое районирование
Объектом исследования являются рифейские отложения Куюмбинского месторождения, которое относится к Юрубчено-Тохомской зоне нефтегазонакопления, расположенной в центральной части Камовского свода Байкитской антеклизы (рис. 1).
Структурно-тектоническое районирование Сибирской платформы отражено на картах, изданных под редакцией Л.И. Ровнина, В.В. Семеновича, А.А. Трофимука и др., Н.С. Малича, а также в монографиях коллективов СНИИГГиМС, ВостСибНИШТиМС, ИГ ЯФ СО АН СССР, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и ОИГГиМ СО АН СССР. Тектоническое районирование платформы проводится по двум стратиграфическим уровням:
Условные обозначения
Надпооядковые структуры:
положительные (антеклизы)
отрицательные (синеклизы)
Структуры I порядка замкнутые: положительные (своды)
Структуры II порядка замкнутые:
положительные (валы, куполовидные поднятия и т.д.)
отрицательные (прогибы, котловины и т.д.)
Структуры III порядка замкнутые:
CZ2
отрицательные (прогибы)
изогипсы предвендской эрозионной поверхности
разломы
границы исследуемого участка (Куюмбинское месторождение)
Рис. 1. Схема структурно-тектонического районирования осадочного чехла юго-западной части Сибирской платформы (по данным А.А. Конторовича и др.)
10
по эрозионно-тектонической поверхности фундамента и по маркирующим горизонтам нижнего палеозоя (кровле терригенных образований венда и изохронных ей уровням в зонах отсутствия этих отложений). На территории платформы выделено пять надпорядковых структур: Ангаро-Анабарская мегантеклиза, Присаяно-Тунгусская мегасинеклиза, Хатангско-Вилюйский региональный прогиб, Алданская антеклиза и Предпатомский региональный прогиб [Геология нефти и газа ...1981; Тектоника и перспективы ...1993].
Байкитская антеклиза расположена в юго-западной части Сибирской платформы и имеет неправильную, несколько вытянутую в северо-западном направлении форму. Площадь ее около 120 тыс. км2. От Енисейского кряжа антеклиза отделена узким (несколько десятков километров) прогибом поверхности фундамента. Наиболее четко она выражена по базальным горизонтам нижнего палеозоя. Поверхность кристаллического фундамента характеризуется достаточно дифференцированным рельефом и образует единое надпорядковое поднятие. Глубина ее залегания изменяется от 3 до 6 км, уменьшаясь в пределах отдельных блоковых поднятий до 2 км. Осадочный чехол южной части антеклизы представлен в основном терригенно-карбонатными, часто соленосными породами рифейского и раннепалеозойского возраста, а в северных ее районах появляются верхнепалеозойские и триасовые образования, мощностью до 1 км [Геология нефти и газа ... 1981; Умперович, Губина, 1991; Золотов, 1982].
В южной части Байкитской антеклизы выделяется один элемент первого порядка - Камовский свод, оконтуренный с учетом буровых и сейсморазведочных работ по кровле отложений собинской свиты, по стратоизогипсе 2 км. В этих пределах его площадь составляет около 43 тыс. км2, а амплитуда не превышает 200 м. Свод имеет сложную с извилистыми очертаниями форму и вытянут в северо-западном направлении более чем на 300 км при средней ширине около 125 км. Для него характерно очень пологое, близкое к горизонтальному залегание нижнепалеозойских пород, которое нарушается лишь вблизи разрывных нарушений и крутых флексур.
11
На территории свода преобладает согласное залегание верхних и нижних горизонтов кембрия.
Рельеф поверхности фундамента в пределах Камовского свода образует несколько обособленных поднятий. Его абсолютные отметки изменяются в пределах - 2,0 - 4,0 км. Отмечаются значительные колебания мощности рифейских пород, замеренные по керну углы падения пород изменяются от 10 до 85°, чаще всего от 15 до 25° [Конторович А.Э, Конторович А.А. и др., 1988; Конторович А.Э, Изосимова и др., 1996]. Рифейские образования перекрываются почти горизонтально залегающими породами венда.
Сложность при районировании региона вызывает выделение структур второго порядка, что связано, со слабой геолого-геофизической изученностью территории и сравнительно слабой дислоцированностью отдельных поверхностей, а также частым отсутствием замкнутых форм второго порядка. Однако, на территории Камовского свода, а также на северном и северо-восточном склонах Байкитской антеклизы, по данным сейсморазведки, нижнекембрийские горизонты образуют девять пликативных структур второго порядка, среди них пять замкнутых и четыре незамкнутых, осложняющих склоны антеклизы. Площади этих структур от 1,5 до 6,5 тыс. км , ориентировка очень разнообразна. Амплитуды по нижнекембрийским отложениям не превышают 100-150 м.
Осадочный чехол осложнен большим количеством разрывных нарушений разного порядка и времени заложения, изменчивой протяженности и амплитуды. Специальная обработка результатов бурения скважин и данных 2D и 3D сейсморазведки позволяет, по крайней мере в пределах ЮТЗ, выделять несколько типов разрывных нарушений — надвиги, сдвиги, сбросы [Зиньковский, Славкин и др., 1999; Конторович А.Э, Изосимова и др., 1996].
Деструктивная тектоника определяет характер внутреннего строения рифейского резервуара и формирования в нем зон аномальной
12
трещиноватости. Опосредованное влияние тектоники на формирование пустотного пространства рифейских пород выразилось в образовании в период предвендской денудации в разломных зонах карстовых полостей и каверн.
1.2. Литолого-стратиграфическая характеристика
осадочного чехла
В пределах Юрубчено-Тохомской зоны нефтегазонакопления осадочный чехол представлен отложениями рифея, венда и кембрия, и частично, ордовика, несогласно залегающими на кристаллическом фундаменте архей-протерозойского возраста. Фундамент сложен гранитами, гранитогнейсами и кварцитами, вскрытыми скважинами УК-4, К-5, выходящими на довендскую поверхность на западе исследуемой территории.
Стратиграфическое расчленение венд-кембрийских отложений является устоявшимся. Стратиграфия рифейских отложений остается вопросом дискуссионным, в связи:
- с отсутствием полного разреза рифейских отложений, вскрытого в одной скважине;
- с наличием в разрезе рифея разновозрастных толщ, сложенных близкими по литологическому составу и структуре породами;
- с интенсивными вторичными преобразованиями пород, которые имели длительный и многостадийный характер;
- с наличием в рифейском структурном ярусе разрывных нарушений;
- с неоднозначностью применения биостратиграфического метода, в связи с тем, что рифейские толщи не содержат достоверно определимых и однозначно датируемых палеонтологических остатков.
Все имеющиеся стратиграфические схемы основаны, в основном, на данных изотопно-геохронологических методов и сопоставлении
2002].
13
литологических типов разрезов. Сложности использования изотопно-геохронологических методов исследования состоят в том, что они определяют не сам возраст породы, а время и в некоторых случаях продолжительность эпигенетических процессов [Виноградов, Корж и др., 1998].
В пределах Камовского свода наиболее полно рифейские отложения вскрыты скважинами Мдр-156 и Юр-30. По стратиграфической схеме, предложенной специалистами КНИИГиМС, весь разрез рифейских отложений Юрубчено-Тохомской зоны расчленяется на 12 свит (снизу-вверх) - зелендуконскую, вэдрэшевскую, мадринскую, юрубченскую, долготинскую, куюмбинскую, копчерскую, юктенскую, рассолкинскую, вингольдинскую, токурскую, ирэмэкэнскую (рис.2). Все они, за исключением, зелендуконской, объединены в камовскую серию [Конторович А.Э., Изосимова и др., 1996, Кринин, Конторович А.А. и др.,
Возраст пород камовской серии большинство исследователей оценивают как средне- и позднерифейский. Имеющиеся определения абсолютного возраста дают значение 1060,1080, 1105±40 - 1265+10 млн. лет [Конторович А.Э., Изосимова и др., 1996; Хоментовский, Наговицин, 1998]. Тем не менее, другими исследователями, в карбонатных породах обнаружены очень низкие отношения 87Sr/ 86Sr — около 0,704, которые могут свидетельствовать о более древнем возрасте пород камовской серии, который, возможно, выходит за принятую для нижнего рифея границу -1650 млн. лет [Виноградов, Корж и др., 1998].
Зелендуконская свита - терригенная - конгломерато-песчаная. Песчаники розоватые, серые, желтовато-серые мелко-среднезернистые кварцевого и полимиктового состава. Свита датируется нижним протерозоем и вскрыта в скважинах К-6, К-9, и вероятно, в скважине К-204. Для отложений установлена резкая изменчивость мощности, вскрытая толщина в скважине Юр-30 - 260 м, в скважине Юр-6 мощность свиты, по керновым
I
Промыслово-геофизическая характеристика
Краткая литологическая характеристика
етло-серые кварцевые.
Алевролиты красновато-коричневые, ¦зеленовато-серые с прослоями н линзами кальцита, гипса и ангидрита. Редкие единичные прослои известняков н доломитов темно-серых мслио-среднезерннстых, водорослевых
Переслаивание доломитов и каменной соли
Доломиты серые, зеленовато-серыс мелко-
среднезернистые, неравномерно глинистые,
ангндритистые.
Каменная соль бесцветная прозрачная белая
крупнокристаллическая
Долериты серые и темно-серые средне-кристаллические, часто трещиноватые
Доломиты серые, темно-серые мелао-средне-эернпстые, водорослевые, глинистые (до мергелей)
Переслаивание каменной соли и доломитов.
Каменная соль бесцветная прозрачная белая
крупнокристаллическая.
юмиты серые, зеленовато-серые мел w-днеэернистые, неравномерно глинистые.
Доломиты и известняки серые, коричневато серые, тонко-средвезернистые, ангндритнетые, тинистые с желваками темного кремня
|ванне каменной соли и доломитов. Каменная соль бесцветная прозрачная белая крупнокристаллическая. Доломиты серые, темно-серые мелкь среднезерннстые. неравномерно глинистые н ангидритистые.
Пласты известняков серых, коричневато-серых, мелко-среднезерннстых, водорослевых, кавернозных. Долернты серые сред некристаллические, часто трещиноватые_____________
серые, коричневато-серые, нелио-средне-s. аер—стыв, нершшюмернв аипцригистме. тинистые
1ерссда нвание аргиллкго в н дола \ ангядрмтнстых м песчанистых; пласты алстр
Доиюмжты серые, крясмовято-серы \ аншдрктстые, шеарнтнстыс и
Песчаники, гравелиты, конгломераты, аргиллиты Доломиты фвтогенные, ляяэовядмо слоистые,
Переслишякне доломитов эеленомго-серых тонш-сломстыж и аргилднтои темно-серых
Аргиллиты зеленовато-серые гидрослюдистые с прослоями доломитов глинистых
Доломиты светло-серые фнтогенные глинистые песчанистые (до прослоев песчаников)
Доломиты светло-серые массивные, участками пятнистые, строматолнтовые глинистые, иногда опесчаненн ые. окремнелые
Переслаивание доломитов глинистых иикро-тонюзернистых неяснослоистых н аргиллитов коричневато- и зеленовато-серых
Доломиты розовато-серые строматолнтовые (пластовые и столбчатые формы) волнисто-слоистые окремнелые и трещиноватые
Доломиты темно-серые песчанистые, глинистые с прослоями седиментацнонных брекчий и аргиллитов темно-серых
Доломиты темно- и светло-серые фнтогенно-обл ом очные, неравномерно окремнеиные иногда песчанистые. В нижней части толщи встречаются структуры оползания осадка, брекчии взламывания
Доломиты серые микритовыс глинистые с прослоями аргиллитов и пеечннков
Доломиты фнтогенные (строматолнтовые, граноморфные) массивной, узорчатой, слоистой текстуры послойно неравномерно окремненные.
В нижней части с прослоями песчаников серых мелкозернистых кварцевых. Породы неравномерно трещиноваты в кавернозны
Переслаивание темно-серых доломитов глинистых участками известно висты х. мергелей доломитовых, алевролитов и аргиллитов.
Аргиллиты коричневато-серые иногда алевритнетые, доломит истые с прослоями алевролитов, песчаников, доломитов глинистых
Песчаники розовато-серые кварц-полевошпатовые мелко- и среднезерннстые плотные.
Долернты серые, темно-серые мел ко-кристаллические плотные
Грвнитогяейсы роаииш-ссрыетрсщшюитыс
Условные обозначения:
Доломиты: водорослевые
3 глинистые
ангидритистые и ангидритовые
окремнелые песчанистые и песчаные
1 L
¦—
1—1
1 I-
-1 1!
1
VVVVVVVV VVVVVWV fVVVVVVVV
yvyvvvvv
Песчаники
Алевролиты
Аргиллиты
Каменная соль
Мергели доломитовые
Гранитогнейсы
Долериты
Несогласное залегание
Свиты систем:
вендской:
vn - ванаварская;
osk - оскобинская;
ktg - катангская;
sb - собинская;
вендской -
нижнекембрийской:
tt - тэтэрская;
ордовикской:
рг - пролетарская
Рис. 2. Схематический сводный стратиграфический разрез ЮТЗ (по данным А.А. Жеребцова, А.А. Конторовича, СБ. Столярова и др.) с упрощениями.
15
данным составляет всего 1,5-2 м, а в скважине Юр-66 более молодые отложения рифея ложатся непосредственно на гранитогнейсы кристаллического фундамента. Столь резкое изменение мощности связано с внутририфейским размывом или с неравномерным формированием депрессий на стадии рифтогенеза [Конторович А.Э., Конторович А.А. и др., 1988; Конторович А.Э., Изосимова и др., 1996].
Вэдрэшевская свита относится к нижнему рифею. Она сложена у переслаиванием аргиллитов алевритовых и алевролитов со значительным
преобладанием первых. Пласты тонкозернистых песчаников имеют резко подчиненное значение, их мощность не превышает 1,5 м. Доломитовый материал в ее составе практически отсутствует. Свита вскрыта скважинами К-15, К-204. В скважине К-204 она залегает выше конгломерато-песчаной, но характер их контакта неясен.
Мадринская свита представлена неравномерно переслаивающимися доломитами, доломитовыми мергелями, алевролитами и аргиллитами. Преобладают темно-серые глинистые доломиты и аргиллиты. В пределах Куюмбинской площади выявлены участки замещения доломитов на известняки.
Юрубченская свита сложена преимущественно доломитами, в различной степени окремнелыми. На сопредельной Юрубченской площади (юго-западная часть ЮТЗ) она состоит из двух подсвит. Для нижней $ характерна темноцветная окраска и пласт песчаников в основании. Верхняя
подсвита сложена светло-серыми доломитами, которые различаются соотношением оолито-пизолито-интракластических и строматолитовых пфод, а также степенью окремнения. На Куюмбинской площади нижняя подсвита является существенно более терригенной и включается в состав мадринской свиты. Мощность свиты от 204 до 515 м.
Долгоктинская свита представлена чередующимися пластами доломитов, участками песчанистых, глинистых доломитов, доломитовых мергелей и аргиллитов с прослоями алевропесчаников. Толщина пластов
16
аргиллитов чаще равна всего 0,5-1,5 м и редко превышает 1,5 м. Толщина пластов относительно чистых доломитов колеблется от 1 до 5 м, глинистых доломитов и доломитовых мергелей от 1-2 до 5 м. Соотношение карбонатной и глинистой составляющих свиты по площади непостоянно. Свита вскрыта скважинами №№ Юр-54, К-12, ее мощность изменяется от 53 м до 244 м.
Куюмбинская свита в полном объеме вскрыта скважиной Мдр-156, в интервале 2728-3202 м, большая группа скважин вскрывает ее фрагменты. v Она сложена преимущественно оолито-пизолито-интракластическими
доломитами и пластовыми строматолитовыми доломитами и представляет собой чередование различных по мощности пачек светло-серого, серого и темно-серого цветов. В средней части свиты в скважине Мдр-156 выделяются глинистые пласты на глубине 2912 и 2992 м.
Копчерская свита вскрыта единственной скважиной Мдр-156 в интервале 2600-2728 м. Изученная часть ее сложена неравномерно переслаивающимися глинистыми доломитами, доломитами и аргиллитами, часто алевритистыми. Толщина свиты составляет 128 м.
Юктенская свита в полном объеме не вскрыта ни одной скважиной. Она сложена в основном строматолитовыми и оолито-пизолито-интракластическими доломитами с подчиненными прослоями доломикритовых разностей. Максимальная вскрытая мощность - 402 м установлена в скважине Юр-110.
ff Рассолкинская свита вскрыта скважинами К-10, Юр-110. В целом она
сложена неравномерно переслаивающимися глинистыми доломитами, доломитами и аргиллитами. Мощность рассолкинской свиты составляет 186 м в скважине К-10 и 228 м в скважине Юр-110.
Винголъдинская свита делится на две подсвиты, обе они сложены преимущественно доломитами. От доломитов нижней подсвиты породы верхней отличаются более темным цветом и наличием песчаников и алевропесчаников в разрезе. Свита вскрыта скважинами К-10, Юр-110, в которых ее мощность составляет 603-654 м.
17
Токурская свита, датируемая верхним рифеем, сложена аргиллитами с подчиненными прослоями комковато-интракластических доломитов.
Ирэмэкэнская свита является самым молодым стратиграфическим уровнем рифея, вскрываемым скважинами в пределах ЮТЗ. Она делится на две подсвиты. Для нижней характерно переслаивание пластов строматолитовых доломитов и аргиллитов. Верхняя подсвита сложена в основном строматолитовыми доломитами с прослоями алевропесчаников. v Вся толща рифейских пород подвергалась интенсивным вторичным
преобразованиям, которые имели длительный и многостадийный характер. Наиболее интенсивно эти процессы протекали в предвендское время, когда породы камовской серии были выведены на дневную поверхность. В результате процессов карстования в кровле рифейских отложений спорадически развит специфический генетический тип пород - карстогенные породы. Эти образования представлены доломитами алевритовыми и песчаными, доломитовыми брекчиями, а также алевролитами доломитовыми. Они обладают очень изменчивыми литологическими свойствами и разными исследователями относятся либо к рифею, либо к венду.
Отложения венда и кембрия представлены карбонатными, терригенными и галогенными образованиями морского и прибрежно-морского генезиса, среди которых большая часть принадлежит карбонатным породам.
Щ' Вендский комплекс с угловым и стратиграфическим несогласием
залегает на породах рифея, ему соответствуют отложения ванаварской, оскобинской, катангской и собинской свит.
Ванаварская свита сложена песчаниками, алевролитами, аргиллитами разноцветными, с прослоями мергелей доломитовых, в основании отмечаются гравелиты и конгломераты, ее мощность 0 — 75 м. В пределах Куюмбинской площади свита вскрыта единичными скважинами.
Оскобинская свита (мощностью 0 - 76 м) представлена в основном доломитами серыми и красновато-серыми, в различной степени