Коллекторский потенциал осадочного чехла Ямальской области

Под коллекторским потенциалом (КП) авторы понимают общую и аккумуляционную песчанистость (долю пластов единичной мощностью более 10 м) конкретных продуктивных толщ, коррелируемость в пространстве песчано-алевролитовых горизонтов и фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) пород-коллекторов, фоновые — в целом по всем горизонтам и индивидуальные — по конкретным пластам.

Опыт проведения поисково-разведочных работ на юрский комплекс в северных районах ЗСП показывает, что главным фактором, лимитирующим распространение промышленных по величине и добычным возможностям скоплений УВ на средних и больших глубинах являются ФЕС пород проницаемых горизонтов. Для песчаников и алевролитов мелового и юрского возраста они зависят как от первично-генетических, так и вторичных факторов.

По всем ямальским месторождениям общее число определений ФЕС коллекторов превышает 3 тыс. Наиболее изученным является разрез Новопортовского (более 600 определений) и Бованенковского (более 1000) месторождений.

Коллекторами нефти и газа в продуктивных отложениях Новопортовского месторождения являются песчаники и алевролиты, отличающиеся в отдельных пластах по минералогическому составу, типу, составу и количеству цемента, физическим свойствам и пр.

Коллекторами горизонта ТП₁ являются песчаники и алевролиты полевошпатово-кварцевого и аркозового состава. Цемент преимущественно глинистый, гидрослюдистый, с примесью монтмориллонита; довольно часто встречается карбонатный цемент. Содержание цемента 2,0—5,0 %. Пористость коллекторов 20—28 %, в среднем 24—25 %, проницаемость достигает (120—150)·10^-15 м² и более.

Коллекторы новопортовской продуктивной толщи представлены, в основном, песчаниками, тогда как алевролиты имеют меньшее распространение. Песчаники — крепкие, массивные, реже слоистые, по минералогическому составу аркозовые, полевошпатово-кварцевые (содержание кварца достигает 65—70 %). Цемент по составу преимущественно каолинитовый, гидрослюдистый, реже карбонатный. Содержание цемента в песчаниках 2,3—37,8 %, в отдельных скважинах встречаются слабосцементированные разности. Для всего разреза характерно обилие слойков глин в песчаниках, количество и толщина которых увеличивается по мере приближения к литологическим экранам.


Алевролиты — крупнозернистые, сцементированы гидрослюдисто-каолинитовым цементом преимущественно порового и пленочно-порового типа.

Открытая пористость песчаников группы НП изменяется в диапазоне 18 — 22 %, проницаемость (10—150)10^-15 м², ФЕС алевролитов существенно хуже.

Коллекторы горизонтов Ю_2-3 представлены песчаниками, кварцполе-вошпатовыми и аркозовыми, и алевролитами, аркозовыми, разнозернистыми, сцементированными каолинитовым, гидрослюдистокаолинитовым и карбонатным цементом (содержание цементирующего материала обычно 3—4 %). Характерной особенностью этих отложений является обилие слюд и растительного детрита с включениями линзочек и слойков углей. Их русловой генезис предопределяет достаточно высокую внутреннюю литологическую неоднородность. Песчаники неяснослоистые, косослоистые или с волнисто-прерывистой слоистостью, определяемой присутствием алевролита и слюд. Средняя пористость коллекторов 18,2 %, проницаемость — (15—20,4)·10^·15 м², хотя в отдельных образцах русловых песчаников кп достигает 21,6 %, кПр до 54,2·10^-15 м². Вместе с тем, величина кп у песчаников нижней юры на глубинах 2500 — 2760 м снижается до 9,3—14,9 % (обычно около 11,5—12 %), кПр — до (0,16—13,7)10^-15 м², (обычно — единицы мД). На рис. 4.28 представлена взаимозависимость проницаемости и пористости для Но-вопортовского месторождения по всему продуктивному разрезу.

В целом для сеноманских и альбских пород Ямала КП оценивается как максимально высокий: наряду с высокой песчанистостью фоновая пористость слабосцементированных песчаников составляет 29—33 %, проницаемость — сотни миллидарси (максимальная — 802—907 мД), вместе с тем ФЕС коллекторов альб-сеноманского комплекса здесь несколько хуже, чем в НПТР.


В объеме танопчинской толщи (апт-неоком) КП ухудшается от верхних горизонтов (ТП_1-6) к нижним (ТП_16-20), пористость песчаников снижается от 27—24 до 22—20 % и ниже, проницаемость от (360—120)·10^-12 м², до первых десятков миллидарси. Вместе с тем и коррелируемость отдельных пластов песчаников и алевролитов в континентальной угленосной толще между поисково-разведочными скважинами (3—5 км) оказывается невысокой: отмечаются многочисленные литологические замещения, выклинивания пластов, русловые врезы и прочее. В низах неокома (горизонты БЯ₁—БЯ₁₈ и НП) на большинстве площадей Ямала, кроме Новопортовской площади отмечается невысокая величина КП, в частности открытая пористость составляет в среднем 17—19,5 %, проницаемость песчаников от (2—5)·10^-15 м² до 75·10^-15 м², очень редко до 100·10^-15 м², алевролитов до (5—3)·10^-15 м² и менее (табл. 4.21).


Особо остро стоит вопрос о характеристике КП юрского продуктивного комплекса как в региональном плане, так и конкретно для Ямала и шельфа Карского моря и отдельных зон и площадей в их пределах.

Коллекторами для углеводородных скоплений на Ямале в разрезе нижне-среднеюрской продуктивной толщи (тюменская свита и ее аналоги) являются:

• гравелиты и крупнозернистые песчаники базального горизонта юры пролювиально-аллювиального генезиса — обычно весьма хороший коллектор;
• песчаники крупно- и среднезернистые, относительно хороший коллектор;
• песчаники МКЗ и алевропесчаники, удовлетворительный коллектор;
• алевролиты крупно- и мелкозернистые — посредственный и/или плохой коллектор;
• алевролиты МКЗ, глинистые и тонкое переслаивание алевролитов и глин, слабопроницаемые, плохой коллектор.

На юге и юго-западе Ямала песчано-алевролитовые горизонты юры имеют континентальный генезис (преимущественно аллювиальные, озерные и дельтовые фации). Породы переполнены растительным детритом, РОВ и содержат тонкие пласты угля. К северу от Нейтинской площади значительно увеличивается доля прибрежно-морских, в том числе и баровых фаций.


Изучение КП пород юры провинции в целом и ее отдельных областей и районов начиналось с Березовского и Шаимского районов ХМАО, Новопортовского месторождения Ямала, юрских месторождений Томской области. В целом, по Западной Сибири накоплен колоссальный фактический материал в виде первичных (единичных) определений ФЕС — многие десятки тысяч — и других физических параметров коллекторов, петрофизи-ческих зависимостей и проч.

Многие исследователи отмечают в целом для провинции ухудшенные ФЕС коллекторов тюменской свиты. В частности, С.И. Шишигин с соавторами установил, что в разрезе Талинского нефтяного месторождения только 23,3 % изученных образцов песчано-алевролитовых пород относится к коллекторам вообще (проницаемость — 0,001 мкм² и выше), а к коллекторам промышленного значения — всего 5,3 % (проницаемость более 0,01 мкм²). Следует заметить, что в пределах месторождения тюменская свита залегает на «щадящих» для сохранности коллекторского потенциала глубинах (2100—2600 м). В качестве нижних пределов ФЕС для коллекторов тюменской свиты называются разные, но в целом близкие величины. Например, для нефтенасыщенных коллекторов горизонта ЮС₂ Сургутского свода Ж.А. Поздеев и Н.В. Шишова (1983 г.) считают проницаемость равной 2,2·10^-3 мкм² и открытую пористость равной 14,2—14,4 %, во многих работах Б.А. Лебедева, С.И. Шишигина и других исследователей приводится величина 0,5·10^-3 мкм². По А.А. Ханину, пониженная проницаемость коллекторов соответствует диапазону 0,1—0,01, низкая — 0,01—0,001 мкм², к полуколлекторам относятся породы с проницаемостью 10^-3—10^-5 мкм² (менее 1 мД).

Изучение зонально-глубинных изменений величин ФЕС юрских коллекторов на Севере провинции проводили В.И. Ермаков, Б.А. Лебедев, Н.Н. Немченко, В.А. Скоробогатов, С.И. Шишигин, а в последние два года — достаточно детально — исследователи ОИГГиМ СО РАН (А.А. Карташов, Г.Г. Шемин и др.) [14, 43, 47, 48, 62, 65, 72, 82, 113, 129].

В.И. Ермаковым и В.А. Скоробогатовым в 70—90 гг. прошлого столетия проведены исследования КП юрской толщи и даны изменения его параметров по площадям и скважинам НПТР и Ямала, результаты которых обобщены в работах [43, 47]. На основе анализа большого массива фактических данных было показано, что средние и удовлетворительные коллекторские свойства у песчано-алевролитовых пород юры сохраняются только до 3000 м, глубже стремительно снижаются как открытая пористость, так и особенно проницаемость. Тем не менее, даже в интервале 3700—4200 м от дельные прослои, главным образом, песчаников имеют пористость до 15—17 % и проницаемость до 4·10^-15 м² (межзерновую) и даже до 6,8·10^-15 м² (трещинную, в карбонатизированных разностях, с пористостью 9—10 %). В целом же на больших глубинах только 8 % образцов проницаемы для нефти и газа (более 2,0·10^-15 м²) и 5 % — для газа (0,5—2,0)·10^-15 м², а 87 % слабо или полностью непроницаемы.


По характеру строения порового пространства в юрских коллекторах условно выделены три типа пород: ультратонкопоровые, тонкопоровые и среднетонкопоровые. Выделенные типы различаются диапазоном изменения пор по размерам, медианным диаметром и размерами доминирующих пор.

Во ВНИИГАЗе (А.Е. Рыжов, Н.В. Савченко и др.) экспериментально изучено влияние пластовых условий на проницаемость, что позволяет оценить фильтрационную способность пород в условиях залежи. Наибольшее снижение газопроницаемости (по отношению к абсолютной) и наличие градиентов начала фильтрации в условиях, моделирующих пластовые, наблюдаются в разностях с ультратонкопоровой структурой порового пространства. Такое строение характерно для пород с абсолютной проницаемостью менее (0,3—0,5)·10^-15 м², которые практически не могут служить коллекторами.

Наименьшее влияние пластовых условий испытывают среднетонкопоровые породы с абсолютной проницаемостью более (2—4)·10^-15 м². Такие породы представляют наибольший интерес с точки зрения добычи газа.

Группа пород с абсолютной проницаемостью в интервале (0,5—2)·10^-15 м² (в среднем — около 1·10^-15 м²) является переходной от неколлектора к коллектору.

Особенностью юрских коллекторских горизонтов в Ямальской ГНО является зависимость фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) песчано-алевролитовых пород от глубин погружения и пластовых температур. На глубинах менее 2000 м при температурах до 60—70 °С проницаемость коллекторов составляет первые десятки миллидарси, пористость открытая от 12—14 до 18—20 %. С увеличением глубины и температуры от 2000 до 2500—2800 м и от 60 до 80—90 °С проницаемость снижается до первых единиц — десятых долей миллидарси, пористость открытая до 10—14 %. На больших глубинах в условиях температур свыше 100 °С песчаники и особенно алевролиты в своей массе становятся неколлекторами, в первую очередь для нефти (проницаемость — десятые, сотые и тысячные доли миллидарси, пористость 6—12 %).

Однако, и в жестких термоглубинных условиях (3000—3700 м, 100—120 °С и более), локальные зоны в коллекторской толще юры сохраняют удовлетворительные величины ФЕС (проницаемость до 1,0·10^-15 м², пористость открытая до 11—12 %) и из них получены притоки газа до 60—80 тыс. м³/сут (без вторичных методов). Однако подобные газопроницаемые зоны развиты на фоне обширных зон плотных, практически непроницаемых газонасыщенных коллекторов, как, например, установлено на Харасавэйской площади.

В частности, в разрезе юры Бованенковского месторождения фоновая проницаемость снижается от (0,5—0,6)·10^-15 м² (Ю_2-3) до 0,2—0,4 (Ю_6-7) и (0,05—0,30)·10^-15 м² (Ю_10-12) в одних и тех же скважинах, однако в объеме одновозрастных горизонтов величина k_пр жестко контролируется локальным уровнем прогрева (СТ, °С). Восточная граница Харасавэйской термоаномалии проходит по западным склонам куполов Бованенковской площади, и как следствие в скв. 121, 124, 126, 131 k_пр практически всех изученных образцов ниже (0,05—0,01)·10^-15 м², пористость открытая 6,2—11,0 % содержание карбонатов 5,1—21,4 % (неколлектор) и при испытании притоков геофлюидов не получено (практически «сухо»).

В работах И.Н. Ушатинского (1975), Н.Н. Немченко и Э.Д. Дорбида (1985) содержится вывод о сохранении юрскими коллекторами удовлетворительных и даже высоких ФЕС на глубинах более 4,0 км. Однако приводимые в этих работах аргументы (действие ювенильного и органогенного С02 в качестве фактора растворения и разуплотнения; существование скоплений УВ как фактор, препятствующий протеканию эпигенетических процессов в коллекторском пространстве, «механическому» сжиманию пород коллекторов), противоречат накопленным фактам и результатам исследований, проводившихся во ВНИГРИ, ИГИРГИ, ВНИИГАЗе. Эти эмпирические факты свидетельствуют о весьма затруднительных условиях для миграции УВ, в особенности жидких, в нижне-среднеюрской коллекторской толще северных районов ЗСП.

Закономерности изменения ФЕС коллекторов юры таковы:

1. Песчаники — преимущественно мелкозернистые, полимиктовые, в низах — кварцево-полевошпатовые, слабоокатанные, сцементированные карбонатно-глинистым цементом (карбонатность изменяется от 3—5 до 18—24 %), пористость открытая варьирует от 7—9 до 16 %, в редких случаях до 18—20 %. Фильтрационные свойства пород нижне-среднеюрского подкомплекса весьма низкие: фоновая проницаемость в большинстве районов Севера даже в горизонте Ю_2-4 меньше 5·10^-15 м² (рис. 4.29).

2. В большинстве образцов тюменской свиты наблюдается вполне отчетливое несоответствие между открытой пористостью, часто сохраняющейся до больших глубин (3,5—4,5 км) на уровне 12—15 % и проницаемостью: многие образцы обладающие удовлетворительной открытой пористостью оказываются непроницаемыми (k_пр < 0,01·10^-15 м²).

3. В большинстве районов и зон, в особенности высокопрогретых, отмечается высокая вторичная карбонатность пород (от 5 до 30—35 %), а при ее значениях более 6—8 % большинство образцов песчаников и алевролитов становятся неколлекторами.

4. На ряде структур, осложненных разломами, установлено увеличение ФЕС, главным образом проницаемости, по-видимому, тектонического происхождения, однако в целом проблема микротрещиноватости юрских тер-ригенных коллекторов в экстремальных термоглубинных и катагенетиче-ских условиях севера провинции не изучена.

Главный вывод: в коллекторских горизонтах нижней-средней юры ЯНАО в целом и Ямальской области, в частности, наблюдается весьма сложная пространственная картина вариаций величин ФЕС, а именно «мозаика» разнопродуктивных и непродуктивных участков, с «мертвой» (неотдающей) газонасыщенностью плотных высококарбонатизированных пластов и прослоев песчаников и алевролитов, что должно учитываться при уточнении промышленных запасов газа и конденсата и добывных возможностей юрских залежей. Вместе с тем общую петрофизическую изученность юрских коллекторов нельзя признать удовлетворительной: необходим более глубокий и массовый анализ всех характеристик порового пространства и фильтрационных особенностей песчаников и алевролитов горизонтов Ю_2-3, Ю_6-7, Ю₁₀ и Ю₁₂ и других горизонтов.

Эволюционное изменение величин ФЕС коллекторов определяется как первичными седиментационно-диагенетическими, так и вторичными эпигенетическими условиями, такими, как темпы погружения и роста глубин и пластовых температур, количеством и типом ОВ, миграционными процессами геофлюидов.

Безусловно, величина КП определяется, прежде всего, первично-фациальными условиями осадконакопления, предопределяющими такие литологические параметры разреза, как мощность (толщина) единичных пластов песчаников и алевролитов, а также природных резервуаров (совокупности коллекторских пластов с маломощными внутренними глинистыми перемычками), зернистость пород, особенности петрографического состава и др.

В связи с анализом эволюции КП юрских резервуаров необходимо отметить следующее. На Ямале в нижне-среднеюрской толще повсеместно развито преимущественно газогенерирующее гумусовое РОВ и КОВ как в глинах, так и в песчано-алевролитовых пластах, с малой примесью сапропелевой компоненты, с малыми вариациями в содержании суммарного ОВ по площади области, поэтому в конечном итоге эпигенетические изменения в минеральном скелете пород-коллекторов контролируются, прежде всего, термоглубинными условиями их залегания и уровнем катагенеза (R°, %).

Работами ВНИИГАЗа установлено, что помимо первичных, литолого-фациальных причин, на эволюцию коллекторских свойств и добывных возможностей природных резервуаров юры и АТ воздействуют вторичные причины: разные глубины погружения и, как следствие, разная гравитационная уплотненность пород; неравномерный прогрев различных зон и участков; наличие флюидопроницаемых разломов значительной амплитуды (не менее 50—70 м) — путей миграции геофлюидов (газа, воды, жидких УВ) и перераспределения геофлюидальных давлений; вариации в количестве и особенно составе рассеянного ОВ: при преобладании гумусовой компоненты в суммарном ОВ в ходе прото- и мезокатагенеза, по сути непрерывно, но с относительными генерационными максимумами и минимумами при деструкции керогена помимо УВГ выделяются и повышенные количества CO₂, которые в водонасыщенной среде коллекторов при миграции геологически быстро расходуются на эпигенетические процессы и цементацию песчаников и алевролитов, а по плоскостям разломов — и уплотненных глин (аргиллитов).

В тюменской свите, из-за более интенсивного уплотнения, чем нижнемеловых толщ, возникают многочисленные, не столько фациальные, сколько эпигенетические барьеры, разделяющие залежь на блоки, но зато возникают трещиноватые участки, приводящие хотя бы к кратковременному их объединению. Кроме того, все более усиливается линейная ориентировка более проницаемых зон и объединение с помощью трещин разных пластов по вертикали. Разведывать такие залежи чрезвычайно сложно и еще труднее будет их разрабатывать.

Фильтрационная характеристика коллекторов определяет такой важнейший параметр добывных возможностей залежей, как величина притоков пластовых флюидов в скважину. Термоглубинные рубежи 3000±200 м и (100±10) °С отделяют в разрезе юрской толщи продуктивные коллекторские горизонты от практически сухих, часть которых оказывается непродуктивной по технологическим причинам.

Установленная зависимость объясняется уплотнением "традиционных" нижне-среднеюрских коллекторов — мелкозернистых полимиктовых песчаников и алевролитов — в жестких термобарических условиях больших глубин, с одной стороны, под действием веса вышележащих отложений, приводящего к раздавливанию обломков глинистых пород и нестойких минералов, содержание которых (по данным Б.А. Лебедева и др., 1974) достигает 30—40 %, и выжиманию их в поры, с другой стороны, за счет эпигенетических процессов, а именно выпадение кальцита в порах вследствие мощной генерации С02 в толщах с гумусовой органикой при повышенных геотемпературах. Причем, наблюдается взаимозаменяемость этих двух факторов, а именно на глубинах 3200—3500 м, но при СТ ниже 100 °С юрские поровые коллекторы еще не теряют промышленную значимость, по крайней мере для газа, аналогично и при более высоких геотемпературах, но меньших, чем 2800 м, глубинах. В силу этих причин широкое развитие в разрезе юры получили прослои и горизонты карбонатизированных, а на глубинах более 4,5 км и частично окварцованных песчаников, полностью потерявших способность проводить флюиды в пластовых условиях.

«Классическое» подтверждение закономерности, подмеченной авторами ранее [43, 47, 48, 129], а именно затухания газо- и особенно нефтепродуктивности юры — отсутствие притоков геофлюидов из горизонта Ю₂ Восточно-Бованенковского месторождения при термоглубинных условиях его нахождения 3058—3063 м и 96 °С («сухо», измеренная температура, по-видимому, ниже пластовой на 2—4°С); горизонта Ю_6-7 Нурминского месторождения (3200 м, 106 °С, вероятно СТ занижена, так как при испытании — «сухо») и многих других.

Зоны с повышенным и средним КП на Ямале расположены в его южной части — от Байдарацкой до Новопортовской площадей, где кровля горизонта Ю_2-3 залегает на глубинах до 2800 м в условиях СТ менее 90°.