Роль седиментационных моделей в электрофациальном анализе терригенных отложений

Геология нефти и газа

УДК 550.8.05

РОЛЬ СЕДИМЕНТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ В ЭЛЕКТРОФАЦИАЛЬНОМ АНАЛИЗЕ

ТЕРРИГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

В.Б. Белозёров

Томский политехнический университет E-mail: BelozerovVB@hw.tpu.ru

Показана ведущая роль гидродинамического и тектонического факторов в формировании обстановок седиментации терриген-ных отложений. Представлена последовательность проведения элетрофациального анализа осадков континентальной, переходной и морской групп фаций на основе подбора соответствующей седиментационной модели, что способствует объективной интерпрететации и пространственному прогнозу фациальных обстановок по данным каротажа скважин.

Ключевые слова:

Фация, фациальная группа, седиментационная обстановка, коллектор. Key words:

Facies, facies group, sedimentary environment, reservoir.

Электрофациальный анализ, ввиду ограниченного объёма кернового материала при бурении глубоких скважин, является наиболее распространенным видом фациальных исследований в нефтяной геологии. В основу метода положено изучение по данным радиоактивного каротажа - ГК и самопроизвольной поляризации - ПС особенностей распределения гранулометрической неоднородности пласта по разрезу, которая характеризует гидродинамику процесса осадконакопления. Наиболее активно рассматриваемая методика развивалась в 70-90 гг. прошлого столетия за рубежом, где работы по выявлению сложнопостроенных залежей нефти и газа потребовали детального изучения условий формирования нефтеносных терри-генных коллекторов [1-6]. В отечественной литературе фундаментальными исследованиями по этому направлению следует считать работы В.С. Муромцева [7].

Проводимые электрофациальные реконструкции последующих лет в основном затрагивали особенности условий формирования нефтегазоносных резервуаров отдельных месторождений [8, 9] и базировались на результатах ранее проведённых исследований.

Значительные успехи в области седиментоло-гии терригенных отложений позволяют существенно повысить эффективность электрофациальных

реконструкций на основе комплексного анализа кернового материала, результатов геофизических исследований скважин и разработанных седимен-тационных моделей для терригенных отложений континентальной, переходной и морской групп фаций [1, 6].

Учитывая многообразие фациальных обстано-вок и ограниченное количество генерализованных форм кривых ГК и ПС каротажа, существует определённая последовательность их фациальной интерпретации. Первоначально по ограниченному объёму кернового материала определяется фациальная группа изучаемых отложений (континентальная, переходная, морская) и далее, в соответствии с существующими стандартами форм ПС (ГК) для конкретных обстановок осадконако-пления рассматриваемой группы, проводится их фациальная диагностика по данным каротажа скважин. Объективность реконструкций контролируется подбором соответствующей седимента-ционной модели, отражающей пространственное распределение фациальных обстановок, полученных в результате электрофациального анализа по скважинам. На этапе подбора такой модели проводится тщательное сопоставление генетических признаков конкретных фаций выбранной се-диментационной обстановки (осадочные текстуры, аутигенные минералы, органические остатки

и т. д.) с керновым материалом скважин. Такая последовательность изучения позволяет не только объяснить территориальную взаимосвязь обстано-вок осадконакопления, выявленных бурением, но и способствует прогнозу пространственного развития фаций, не освещённых скважинными данными, но предполагаемых подобранной седимен-тационной моделью.

Учитывая то, что в основе формирования коллектора лежит процесс перераспределения во времени терригенного материала водной средой, тектонический и гидродинамический факторы контролируют как объёмы поступления обломочного материала в осадочный бассейн, так и образование определённого сообщества фациальных обстано-вок. Наиболее детально значение этих факторов в формировании песчаных тел изложено в работе [6]. Совместный анализ публикаций по седименто-логии терригенных осадков и их электрофациаль-ному анализу позволяет сформировать генерализованные электрофациальные модели пространственного распределения фаций, учитывающие гидродинамику бассейна осадконакопления и особенности его тектонического развития.

Для речных систем континентальной группы фаций можно выделить три основных типа седи-ментационных обстановок. Первый - разветвлённый (многорусловой) тип рек, свойственен предгорным равнинам, где достаточно сильная гидродинамика речного потока сочетается с большим поступлением терригенного материала. Постоянное изменение положения речных рукавов способствует формированию покровного типа аллювия гравийно-песчаного либо песчаного состава, где преобладающей фацией являются песчаники русловых отмелей, а подчинённой - песчаные осадки действующего и глинистые осадки «брошенно-

го» русла. Соответствующие формы кривых ПС рассматриваемых обстановок приведены на рис. 1.

Второй тип - меандрирующие реки равнин, характеризуется повышенным содержанием терри-генного материала в сочетании с низкой гидродинамикой текучих вод. Для этого типа рек песчаная составляющая в разрезе и плане, ввиду постоянного формирования и «отчуждения» меандр, развита фрагментарно. Меандрирующим рекам свойственен обширный спектр фаций (береговые валы, кревассовые глифы, прирусловые валы, головные части берегового вала, ленточные гряды, отложения поймы и старицы), территориальное соотношение которых и типы кривых ПС представлены на рис. 2.

В зависимости от направления меандрирова-ния реки в осадочной толще, вмещающей русло, выделяют отложения песчаной и глинистой поймы. На прямолинейных и умеренно меандрирую-щих участках реки, где транспортирующая способность водного потока соответствует объёму влекомого обломочного материала, латеральное перемещение песчаных осадков осуществляется за счёт мигрирующих во времени «ленточных» гряд [10]. Ключевым фациальным элементом, характеризующим отчуждение меандры с последующим формированием старицы, является головная часть берегового вала. Этот фациальный элемент осложняет боковую часть берегового вала меандры вверх по течению реки.

Третьему - анастамазирующему типу рек, свойственно стабильное во времени положение речных рукавов и пойменных долин. В результате этого формируются русловые пески повышенной толщины, заключённые в глинистые осадки поймы, имеющие на каротаже блоковую форму кривой ПС (ГК).

Рис. 1. Фациальная интерпретация кривых ПСдля речных отложений разветвлённого типа: 1) песчаные осадки действующего русла; 2) песчаные осадки внутри русловой отмели; 3) глинистые отложения брошенного русла; 4) торфяники (угли); 5) але-врито-глинистые осадки завершающей стадии развития аллювиального ритма; 6) базальные горизонты песчаных толщ

ПС ПС ПС Меандрирующее пс пс пс

Рис. 2. Фациальная интерпретация кривых ПСдля речных отложений меандрирующего типа: 1) ленточная гряда; 2) пойменное болото; 3) старица

Учитывая, что каждой фациальной обстановке осадконакопления рассмотренных речных систем соответствует индивидуальная характеристика кривых ПС (ГК) и определённое пространственное положение в седиментационной модели, открывается возможность по отдельным фациаль-ным элементам, установленным в процессе бурения скважин, спрогнозировать местоположение фациальных обстановок, не выявленных бурением, но предполагаемых в соответствии с выбранной седиментационной моделью.

При интерпретации отложений переходной и морской групп фаций необходимо учитывать этапы тектонического развития осадочного бассейна (трансгрессивный, регрессивный) и гидродинамический режим морского побережья (волновой, приливной, штормовой). Трансгрессии и регрессии влияют как на объёмы поступления обломочного материала в бассейн седиментации, так и на «выразительность» фациальных обстановок в осадочном разрезе. В условиях регрессии, в связи с понижением базиса эрозии, поступление терри-генного материала усиливается. Преимущественно медленное развитие регрессий сопровождается последовательным напластованием в разрезе отложений, сформированных в пределах дальней, переходной, предфронтальной и пляжевой зонах морского побережья (рис. 3). Это формирует в покровных, выдержанных по площади регрессивных песчаниках гранулометрическую последовательность с увеличением зернистости вверх по разрезу (во-ронковидная форма кривой ПС), в которой выде-

ление конкретных фациальных обстановок затруднено.

Последовательность электрофациального анализа в осадочной серии регрессирующего моря сводится к первоначальному делению разреза, если это возможно, на толщи дальней, переходной, предфронтальной и пляжевой зон седиментации с последующей электрофациальной интерпретацией каждой из них в зависимости от принятой седи-ментационной модели побережья (волновая, штормовая, приливная).

В отличие от регрессии, трансгрессия моря проявляется более активно. В её реализации можно выделить две фазы: фазу активного наступления и фазу относительной стабилизации морского побережья. Вследствие того, что в периоды трансгрессий происходит «консервация» источников сноса, ограниченные объёмы поступающего терри-генного материала не способны формировать обширные по площади коллекторы покровного типа, свойственные регрессивным этапам. Накопление повышенных толщин песчаников происходит в фазу тектонической «стабилизации» на конкретных гидродинамических барьерах морского побережья (барьерный бар, бар дальней зоны), в пределах активных гидродинамических зон шельфа (приливно-отливные валы) и приливно-отливной равнины (приливно-отливные каналы, дюны и т. д.). Осадки пляжевых зон незначительны по толщине и играют подчиненную роль.

В фазу активного наступления моря эта фа-циальная «мозаика» перекрывается более глубоко-

Рис. 3. Схема геоморфологических единиц береговой зоны и соотношение между текстурами донных осадков в прибрежной зоне

водными, преимущественно глинистыми осадками. Для территорий, охваченных активной фазой трансгрессии, характерно накопление плохо отсортированных маломощных песчано-глинистых осадочных толщ, выделяемых в фацию «мобильной седиментации», либо осадки могут вовсе отсутствовать [6].

Пространственное соотношение конкретных фациальных обстановок в условиях стабильного морского побережья (рис. 4) контролируется типом его гидродинамической активности (штормовой, волновой, приливно-отливной), который также предопределяет и тип дельт морского бассейна (приливная, волновая, речная). Так, преимущественно приливно-отливные процессы способны перераспределять терригенный материал на значительные территории как в направлении суши, так и в направлении моря, формируя песчаники покровного типа в пределах пляжа, предфронтальной, переходной зон и коллекторы «шнуркового» типа в области шельфа (приливно-отливные валы) и приливно-отливной равнины (приливно-отлив-ные каналы). Волновые процессы при дефиците обломочного материала благоприятны для образования баров дальней зоны, барьерных баров и лагун. Штормовому побережью свойственно формирование сообщества песчаных баровых построек эрозионно-аккумулятивного типа, приливно-от-ливных дельт и штормовых песчаников (рис. 5).

Штормовые песчаники являются элементом песчаной составляющей шельфовой зоны, формирование которых связано с участками побережий, подверженных воздействию штормов. Разрушение вдольбереговых баровых построек в условиях сильной гидродинамической активности способствует транспортировке грубообломочного материала на значительное расстояние в удалённые шельфовые участки морского бассейна. Чередование проявлений штормовых периодов со спокойными этапами

седиментации благоприятно для переслаивания хорошо отсортированного песчаного и глинистого материала. Однако глинистые прослои в «штормовых» песчаниках шельфовой зоны не образуют однородную литологическую среду. Это связано с тем, что на сформированный в период спокойной седиментации маломощный глинистый покров оказывает сильное гидродинамическое воздействие последующая штормовая обстановка. При этом глинистый материал «смешивается» с подстилающими его песчаными разностями, образуя песчано-гли-нистый прослой с волнистой прерывистой («рябчиковой») текстурой. Одна из важных особенностей штормовых песчаников - значительное латеральное развитие отдельных маломощных хорошо отсортированных песчаных прослоев.

Формирование дельт обусловлено деятельностью речных систем, а также приливных и вол-ноприбойных воздействий моря. Подоминирую-щему фактору, контролирующему перераспределение осадков этой переходной группы фаций, выделяют выдвигающиеся, лопастные, серповидные и эстуариевые типы дельт [6].

По последовательности пространственной взаимосвязи седиментационных обстановок в переходной (дельтовой) группе фаций могут быть выделены фации наземной части дельты, авандельты и продельты. Формирование наземной части дельты связано с континентальной равниной, периодически заливаемой водой, где осаждается как песчаный, так и глинистый материал. Здесь выделяются осадки дельтовых рукавов, лагун и приливно-от-ливных равнин.

Осадки авандельты отлагаются в прибрежной части моря и представлены в основном песчаными образованиями. Продельта характеризует наиболее удалённую, морскую часть дельтового комплекса, для которой характерно накопление глин и алевролитов.

Рис. 4. Фациальная интерпретация кривой ПСдля морских отложений: 1) баровый остров; 2) промоины и головные части разрывных течений; 3) барьерный бар; 4) забаровая лагуна; 5) пляж, береговой вал (трансгрессивные и регрессивные береговые пески); 6) приливно-отливная зона с рукавообразной системой русловых промоин; 7) бары дальней зоны и песчаные банки; 8) приливно-отливные каналы и гряды; 9) глубоководный конус выноса; 10) глинистые осадки шельфа; 11) приливно-отливные дельты; 12) дюны; 13) штормовые пески; 14) песчаные валы приливных течений; 15) подводная долина; 16) подводные дюны

крупнозеристые

Рис. 5. Седиментационная модель штормового побережья

На рис. 6, а, б, приведён пример конструктивных дельт (выдвигающаяся, лопастная), строение которых обусловлено влиянием русловых процессов на распределение песчаных и глинистых осадков. В выдвигающихся дельтах преобладает влияние русловых процессов, вследствие чего песчаная составляющая локализуется в линейных зонах, приуроченных к действующим дельтовым протокам. В пространстве конфигурация трендов дельтовых проток напоминает «птичью лапу», и это название часто является синонимом для дельт рассматриваемого типа.

Отличие лопастных дельт от выдвигающихся обусловлено преобладанием волновых процессов в перераспределении терригенного материала при их формировании. Вследствие этого песчаный покров авандельты более обширен. Песчаные «рукава» представляют собой сообщество песчаников русел и устьевых баров. По каротажным диаграммам ПС и ГК собственно дельтовые протоки характеризуются блоковой и колоколовидной формами. Устьевые бары и покровы авандельты имеют воронкообразную конфигурацию кривых ПС и ГК. Отложения между дельтовыми протоками представлены переслаиванием песчаников, алевролитов и аргиллитов.

В деструктивных, серповидных (рис. 6, в) и эс-туариевых (рис. 6, г) дельтах распределение терри-генного материала обусловлено волновой и при-

ливной деятельность моря. Песчаные покровы авандельты значительны по площади. Для них свойственна воронковидная форма кривых ПС и ГК.

По данным промысловой геофизики фациаль-ная характеристика отложений дельтовых проток и осадков, разобщающих их, подобна аналогичным отложениям для конструктивных дельт. Отличительная особенность строения эстуариевой авандельты - наличие серии песчаных гряд приливных течений, являющихся «морским» продолжением дельтовых каналов, для которых характерна блоковая форма кривых ПС и ГК.

Для авандельтовых отложений свойственно наличие разрывных и деформационных текстур, связанных с перемещением грубообломочных осадков в процессе седиментации, вследствие поступления избыточного объема терригенного материала в морской бассейн.

Как и для обстановок континентальной группы, каждый из фациальных элементов перечисленных седиментационно-гидродинамических моделей побережья и дельтовых равнин имеет определённое пространственное положение и индивидуальную конфигурацию кривой ПС (ГК). Это позволяет по результатам электрофациального анализа ограниченного числа скважин реконструировать седиментационную модель в целом и, используя существующие знания по особенностям про-

Рис 6.

Фациальная интерпретация кривой ПСдля дельтовых отложений: 1) наземная часть дельтовой равнины; 2) песчаные отложения русла реки; 3) глинистые отложения «брошенного» русла; 4) песчаные отложения дельтовых каналов и авандельты; 5) алевритовые отложения удалённой части авандельты

странственного развития и строению фациальных элементов рассматриваемой модели, более эффективно проводить разведку и эксплуатацию нефтегазоносных резервуаров.

Выводы

Повышение эффективности разведки и разработки залежей углеводородов в терригенных кол-

лекторах на основе совместного использования се-диментационной модели продуктивного резервуара и электрофациального анализа осадочной толщи предусматривает:

• предварительную диагностику фациальной группы (континентальная, переходная, морская) изучаемого осадочного комплекса на основе кернового материала по скважинам;

интерпретацию обстановок осадконакопления по форме кривых радиоактивного каротажа и самопроизвольной поляризации в соответствии с выбранной фациальной группой; подбор наиболее оптимальной седиментацион-ной модели из числа выделяемых в изучаемой фациальной группе пород, удовлетворяющей

наблюдаемому пространственному распределению электрофаций по скважинам; территориальный прогноз фациальных обста-новок, не выявленных ранее бурением, но предполагаемых в соответствии с выбранной седи-ментационной моделью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рейнек Г.Э., Сингх И.Б. Обстановка терригенного осадконакопления. Пер. с англ. - М.: Недра, 1981. - 438 с.

2. Глестер Р.П., Нельсон Х.У. Роль гранулометрического анализа в определении фаций. Пер. с англ. - М.: Всесоюзный центр перевода, 1976. - № Ц-88456. - 82 с.

3. Конибир Ч.Э.Б. Палеоморфология нефтегазоносных песчаных тел. Пер. с англ. - М.: Недра, 1979. - 255 с.

4. Хобсон Г.А. Достижения в нефтяной геологии. Пер. с англ. -М.: Недра, 1980. - 234 с

5. Селли Р.Ч. Древние обстановки осадконакопления. Пер. с англ. - М.: Недра, 1989. - 93 с.

6. Рединг Х. Обстановка осадконакопления и фации. - М.: Мир, 1990. - Т. 1. - 350 с.

7. Муромцев В.С. Электрометрическая геология песчаных тел литологических ловушек нефти и газа. - Л.: Недра, 1984. -259 с.

8. Топычканова Е.Б., Ермакова С.А., Зорькина О.А. Особенности геологического строения и условий формирования неоком-ских отложений на Западе Сургутского свода // Нефтяное хозяйство. - 2009. - № 8. - С. 18-20.

9. Крупин А. А. Анализ развития палеорусловых отложений в юрских горизонтах месторождения Каламкас // Нефть. Газ. Новации. - 2010. - №10. - С. 60-71.

10. Попов И.В. Загадки речного русла. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - С. 99-103.

Поступила 20.01.2001 г.

УДК 553.98

ВЛИЯНИЕ ФАЦИАЛЬНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ТЕРРИГЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ НА РАЗРАБОТКУ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ

В.Б. Белозёров

Томский политехнический университет E-mail: BelozerovVB@hw.tpu.ru

Проведён анализ фильтрационно-емкостной неоднородности песчаных коллекторов с позиции условий их образования. В зависимости от фациальной принадлежности песчаников, выделены фациальная, макрослоистая (гранулометрическая), слоистая (текстурная) и микрослоистая фильтрационно-емкостные неоднородности. Показано участие рассматриваемой совокупности фильтрационно-емкостных неоднородностей коллектора в построении его геологической модели и особенностях разработки залежей нефти и газа. Проведена качественная оценка эффективности существующих методов разработки для каждой из выделенных неоднородностей.

Ключевые слова:

Фация, слоистость, анизотропия, проницаемость, пористость, нефть, газ. Key words:

Facies, cleavage, anisotropy, permeability, porosity, oil, gas.

Внедрение в нефтегазовую геологию новых технологий, затрагивающих как добычу углеводородного сырья (гидравлический разрыв пласта (ГРП), бурение горизонтальных скважин), так и математическое моделирование процесса разработки залежи, позволяет использовать фильтрационно-ем-костную неоднородность пласта в повышении эффективности эксплуатации месторождений нефти и газа [1, 2].

Учитывая, что эффективность эксплуатации связана с реализацией определённой технологической схемы разработки залежи в соответствии с построенной геологической моделью пласта,

предлагается новый подход оценки фильтрацион-но-емкостной матрицы коллектора. В его основу положены литолого-седиментационные характеристики терригенного пласта, базирующиеся на четырёх типах его фильтрационно-емкостной неоднородности.

Первый тип связан с фациальной неоднородностью формирования коллектора, в результате чего песчаный пласт рассматривается не как единое целое, а как геологическое тело, изменчивое по лате-рали в соответствии с конкретными обстановками осадконакопления (рис. 1, а). Для каждой из обста-новок характерны свои закономерности распреде-