Методика изучения засолонения терригенных отложений кембрия на Непском своде

УДК 622.243.272

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ЗАСОЛОНЕНИЯ ТЕРРИГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ КЕМБРИЯ НА НЕПСКОМ СВОДЕ

© В.А.Качин1, Е.О.Чертовских2, А.В.Карпиков3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведены известные процессы засолонения песчаных пород-коллекторов, а также методы исследования засо-лонения песчаников. Определены две основные и первоочередные задачи по засолонению коллекторов, предложены три основных коэффициента по степени засолонения порового пространства песчаников и их значения для фильтрации нефти по пластам. Ил. 1. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: засолонение; поровое пространство; коллектор; галит; продуктивность скважины.

METHODS TO STUDY CAMBRIAN TERRIGENOUS DEPOSITS SALINIZATION ON NEPA ARCH V.A. Kachin, E.O. Chertovskikh, A.V. Karpikov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 644074.

The paper discusses the known processes of sandy reservoir rock salinization, as well as methods to study sandstone salinization. It identifies two major and immediate goals for reservoir salinization and offers three basic coefficients according to the salinization degree of the sandstone pore volume and their significance for the oil filtration by reservoirs. 1 figure. 4 sources.

Key words: salinization; pore volume; reservoir; halite; well productivity.

На Непском своде нефтегазоносные терригенные отложения кембрия зачастую подвергнуты процессам засолонения, что снижает и даже полностью ликвидирует (уничтожает) емкость и проницаемость пластов-коллекторов и существенно затрудняет поиски, разведку и разработку месторождений, в частности Верх-нечонского месторождения. Изучению этого явления (засолонения) посвящены работы значительного количества исследователей [1, 2, 4], которых в первую очередь интересовало, в результате каких процессов могла каменная соль появиться в порах и каналах песчаников-коллекторов, а отсюда выявлялась возможность установить время заполнения пор солью. Эти процессы, в различной степени доказанные лабораторными исследованиями, а порою лишь логическими построениями доводов, суть следующие:

1. Контактный метаморфизм - взаимодействие подземных вод с вмещающими породами. В этом случае засолонялись только карбонатные и сульфатно-карбонатные пласты в карбонатно-соленосной части подсолевой формации. На контакте с солевыми пластами они обогащались ионами хлора и натрия, а при контакте с сульфатно-карбонатными породами -ионами кальция и магния (в обмен на натрий). Постепенно пресные воды преобразовывались в хлоридные натриевые рассолы выщелачивания, затем в кальцие-

во-натриевые и далее в хлоридно-кальциевые с предельно высокой минерализацией (до 350-600 г/л и более). При этом кальций и магний вытесняли из рассола натрий, и он выпадал в осадок в виде галита. Например, по Кутурминской скважине №156 (минерализация 546,7 г/л) содержание хлора - 345,1 г/л, натрия - 3,63 г/л, кальция - 153, 76 г/л, магния - 20,26 г/л, других компонентов - 29,95 г/л, в осадок выпало хлоридов натрия в просчете на галит 546,86 г/л. Натрий из рассола почти весь вытеснен и замещен кальцием и магнием. Такого процесса в терригенных породах (песчаники, алевролиты, аргиллиты) не могло быть, так как они содержат незначительное количество хлора, натрия, кальция и магния для ионообменных реакций и выпадения галита.

2. Взаимодействие пластовых хлоридных кальциевых и магниево-кальциевых рассолов с хлоридными натриевыми рассолами и солеными водами выщелачивания (химический механизм катионного обмена) и выпадения солевого осадка - разновидность вышеизложенного механизма в п.1.

3. Значительное выпадение солей из подземных вод может происходить снижением пластовых температур и давлений. Поскольку большинство солевых компонентов при снижении этих параметров выпадает в осадок (их растворимость снижается), приводится 4

1 Качин Виктор Афанасьевич, кандидат геологических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, тел.: (3952) 405090, e-mail: burenie@istu.edu

Kachin Victor, Candidate of Geology, Associate Professor of the Department of Oil and Gas Engineering, tel.: (3952) 405090, e-mail: burenie@istu.edu

2Чертовских Евгений Олегович, аспирант, тел.: (3952) 405090, e-mail: burenie@istu.edu Chertovskikh Evgeny, Postgraduate, tel.: (3952) 405090, e-mail: burenie@istu.edu

3Карпиков Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, тел.: (3952) 405090, e-mail: burenie@istu.edu

Karpikov Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Oil and Gas Engineering, tel.: (3952) 405090, e-mail: burenie@istu.edu

возможных, в основном, палеотектонических явления - подъем пород приводит к снижению температур и давлений. По данным В.В. Казанского и др. (1970 г.), при фильтрации рассола Бочактинской скважины №3 (минерализация 491 г/л) через образец кварц-полевошпатового песчаника с пористостью 18% и проницаемостью 300 м2х10-15, при перепаде давления 14,7 мПа, через 8 часов проницаемость упала до нуля и фильтрация прекратилась. При дальнейшем повышении давления образец разрушился. Все поры в песчанике на 100% заполнились солью. При подъеме Лено-Тунгусской антеклизы до 1000 м и более температура снижалась на 15-20°С, пластовое давление на 10-12 мПа, что могло привести к выпадению значительного количества солей.

4. Минерализация подземных вод могла увеличиваться, что приводило к выпадению солей при подземном испарении, вымораживании, гидратации и мембранных процессах. По мнению исследователей, эти процессы имели ограниченное проявление по площади и глубине, то есть они могли происходить в локальных районах и на небольшую (от поверхности) глубину. Одним словом, терригенных пластов-коллекторов кембрия они вряд ли коснулись.

5. Техногенное засолонение возможно при поглощении буровых растворов во время вскрытия и испытания продуктивных горизонтов, а также при инфильтрации (отделении от бурового раствора соленого фильтрата и проникновении его в пласт). Этот процесс управляется человеком, и его можно точно обсчитать количественно.

Как видим, все на сегодня известные (или предполагаемые) процессы отложения солей в песчаниках характеризуются следующим образом: их нельзя количественно точно посчитать, привязать ко времени, даже геологическому, установить масштаб их проявления и масштаб их последствия, взаимодействия между собой и т.д., - за исключением техногенного процесса. Однако практика работ на Верхнечонском месторождении (поиски, разведка и разработка) диктует необходимость разработать теоретические основы засолонения пород, масштаб этого явления, место его проявления (по разрезу пластов пород и самого коллектора в них, по площади развития этого процесса в породах), степень заполнения солью пор коллектора, приуроченность соли по типам коллектора.

Что же нам может помочь? Разработка Верхне-чонского месторождения. Там можем получить количество выносимой соли нефтью, ее анализ (любой), интенсивность выноса соли на площади месторождения и т.д.

Однако есть еще один процесс - осадочный, сингенетический, и даже постгенетический, который мы рассмотрим в отдельной работе.

А что такое засолонение? Как его количественно наглядно отобразить на картах, чтобы была ясно видна связь его с поровым пространством пластов-коллекторов, где находится граница коллектор-неколлектор из-за наличия соли, т.е. какое значение степени засолонения песчаников привело к ликвидации коллектора как вместилища нефти и газа.

Известны два основных на сегодня метода определения количества соли в песчаниках:

1) вымывание соли из песчаников пресной водой (весовой или объемный метод, т.е. по разности веса образца керна до и после отмыва соли или разности объема порового пространства до и после отмыва);

2) метод 4-компонентного определения состава, основанный на получении от воздействия 4-х компонентов: кальция, хлора, калия и серы с последующим пересчетом на количество соли по процентному содержанию хлора в ее химической формуле. Коэффициент пересчета равен 1,65.

Однако наблюдаются некоторые расхождения по определению количества соли в одних и тех же пробах по данным названных методик в результате проявления различных причин. К сожалению, мы сегодня не располагаем математически обоснованной оценкой точности методов (при отмывке, например, могут растворяться не только каменная соль, но и другие минералы), да и сами методики по определению соли в породах имеют ограничения. По 4-компонентному методу достоверные данные могут быть более 1% хлора или более 1,65 % соли. При малых содержаниях этот метод дает искажения. Поэтому мы считаем, что при среднем и высоком (более 1,65%) содержании соли в породах следует использовать метод 4-компонентного определения состава, менее 1,65% - метод отмывок.

Проблема изучения засолонения пород многозначна как по количеству заключенных в ней вопросов, требующих ответа, так и по методам достижения ответов на них, а также по целям и задачам, которые следует решать в соответствии с требованиями практики и теории. Так, степень засолонения пород можно, к примеру, решать как через выяснение процентного содержания хлористого натрия в породах, так и путем установления соотношения толщины песчаников, по-ровое пространство которых занято солью, к общей толщине песчаников и т.д. Две основные задачи, на наш взгляд, следует решать прежде всего, а именно: а) какая часть объема продуктивных горизонтов на месторождении занята солью и где находятся эти участки; б) какое максимальное количество соли содержится в породах, из которых можно еще получать приток нефти и газа (при воздействии на пласты).

Для решения поставленных задач нами предлагается сначала установить средневзвешенное по пластам (в каждой скважине) процентное содержание хлористого натрия по формуле

Е

Ксв --

а3

*( а2 + а1

Еа1±а11п

где а1 и а2 - расстояние по разрезу скважины до точки соответственно предыдущего и последующих анализов, м: а3 - содержание соли в образце, %; п - количество анализов в пласте.

Если составить карту по этому коэффициенту, то она не будет отвечать всем требованиям: одинаковые изолинии могут характеризовать мощность песчаников, к примеру, 5 м и 15 м. Но, во-первых, для запол-

п

нения всех пор песчаников мощностью 5 м необходимо в 3 раза меньше соли, чем для пласта мощностью 15 м. Во-вторых, в пласте мощностью 5 м свободного от соли порового пространства будет в 3 раза меньше, чем в 15-метровом пласте при одинаковом значении средневзвешенного содержания. А это значит, что в последнем случае возможно наличие ловушки для нефти и газа. Поэтому нами предложен коэффициент удельного содержания каменной соли на единицу площади (в кг/м2). Он рассчитывается по формуле

Куд = Ксв*Н*р, кг/м2,

где И - мощность пласта, м; р - плотность каменной соли, равная 2170 кг/м3.

Предлагается еще один коэффициент Кстз. - степень заполнения пор солью (%), т.е. какая часть пор породы занята галитом. Для этого содержание соли (%) в породе делится на пористость породы (в %), замеренную после отмывки образца и устанавливаемую взвешиванием.

Чтобы выявить границу полностью засолоненных песчаников, была исследована зависимость между степенью заполнения пор солью и коэффициентом продуктивности скважины (рисунок). Оказалось, что существует три зоны по значению Кстз: 1) до 20%; 2) 20-50%; 3) выше 50%.

Первая зона (или степень) практически не оказывает влияния на фильтрацию нефти по пласту. Третья зона (степень - более 50%) заполнения пор солью полностью лишает песчаники проницаемости, из которых получить притока УВ невозможно (без воздействия на него, что пока никем не исследовалось). Промежуточное содержание соли в породах

(20-50% Кст.з) оказывает разное влияние на фильтрацию нефти по пласту.

Для оценки выделенных зон по степени заполнения пор солью в каждой скважине проведена выборка эффективной мощности песчаников (коллектора) при заполнении пор солью меньше 20% и ее значение (Иэф) сравнено с данным коэффициентом продуктивности. Оказалось, что там, где происходит заполнение пор солью более 50% песчаников нижнего и верхнего пласта Верхнечонского горизонта, можно ожидать коллектор мощностью не более 2 м, что является граничным значением по мощности, а в переходной зоне (от 20 до 50%) - до 5 м, т.е. в площади развития песчаников со средней степенью заполнения солью порового пространства пород возможно наличие залежей УВ и удовлетворительная продуктивность скважин.

Обозначенными задачами полностью решить проблему засолонения пород на Непском, в частности, своде невозможно. Она требует дальнейшей разработки.

Необходимо иметь данные по выносу соли потоком нефти при эксплуатации скважин, по динамике изменения количества и качества соли, суммарному извлечению из пласта соли, условиям выноса соли нефтью, притоку пластовой и технической воды (особенно технической и изменению ее химического состава при вытеснении ею нефти), детально рассмотреть условия образования соляных пробок в стволе скважин, методы их ликвидации, изменение структуры порового пространства засолоненного коллектора после вымывания соли из него как по разрезу пласта, так и по его простиранию. Содержание соли в нефти в некоторых эксплуатационных скважинах (№1013) достигает 302,497 г/л.

90

о с

ф

ср

° ^

Cû 0s

80 ♦

70

60

л

I

ф

О

ф „

о ^ "со 50 I-

О о 1= Ü

¡1 ф 40

S 30

20

10

♦ 1 Верхний пласт Верхнечонского горизонта

2 Нижний пласт Верхнечонского горизонта

12 3 4

Коэффициент продуктивности скважин Кпр, м3/сут. атм

0

0

5

График зависимости Кст. 3 ЫаО\ от продуктивности скважины по верхнечонскому горизонту Верхнечонского месторождения

Этот анализ, по нашему мнению, дает возможность более правильно регулировать технологический режим работы скважин, уточнять выбор метода интенсификации притоков (к примеру, можно ли применять метод вибрации). Кроме того, представится возможность прогнозировать развитие участков разной степени засолонения коллектора, следовательно, направлять поисковое, разведочное и эксплуатацион-

ное бурение для достижения более эффективных результатов. Этого можно достичь, если будут установлены механизмы выпадения солей в коллекторах верхнечонского горизонта, время садки соли, масштабы процесса засолонения коллекторов. По нашему мнению, все надо делать поэтапно. Один из этапов изучения засолонения песчаников на Непском своде отражает эта статья.

Библиографический список

1. Анциферов А.С. Причины засолонения коллекторов нефти и газа в Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции // Доклады Академии Наук, 2000.

2. Железнова А.Н., Золотов А.Н., Ниполаева Л.В. О влиянии солевых буровых рассолов на условия отдачи песчаников нижнего кембрия в Приленском районе Иркутской области. ВНИГНИ Восточно-Сибирское ГУ, Т. 370. №1. С.80-82.

3. Качин В.А. и др. Обосновать продуктивные поля и произвести подсчет запасов нефти и газа категории С2 по Верх-

по заказ-наряду

нечонскому месторождению. Отчет 1423419527. Фонды ИГУ. Иркутск, 1987. 4. Качин В.А. и др. Разработать критерии выделения перспективных на нефть и газ полей в преображенском, усть-кутском горизонтах центральной части Непского свода и установить зоны и степень засолонения песчаников Верхне-чонского месторождения. Отчет по договору 1423419062. Фонды ИГУ. Иркутск, 1988.

УДК 528.946

ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ФОТОРЕАЛИСТИЧНОЙ МОДЕЛИ ТЕРРИТОРИИ СТУДГОРОДКА ИРГТУ СРЕДСТВАМИ ГИС

1 9

© Е.В. Клевцов1, А.С. Аксаментов2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Представлены краткое описание технологии создания цифрового топографического плана по данным дистанционного зондирования Земли и трёхмерное моделирование наземной и подземной составляющих исследуемой территории средствами отечественной ГИС «КАРТА 2005» (панорама). Трехмерные модели наилучшим образом описывают реальную местность, объекты окружающего мира и их взаимное расположение, что позволяет использовать их при решении градостроительных, природоохранных, навигационных задач для различных территориальных образований. В качестве иллюстрации рассмотрена территория Студгородка ИрГТУ, отображенная с максимальной реалистичностью, включая трехмерную модель некоторых элементов подземных и наземных коммуникаций. Ил. 8. Библиогр. 10 назв.

Ключевые слова: трехмерное моделирование; дистанционное зондирование Земли; фотореалистичные мод ели; геоинформационные системы.

TECHNOLOGY TO CREATE A THREE-DIMENSIONAL PHOTOREALISTIC MODEL OF ISTU CAMPUS

TERRITORY BY GIS

E.V. Klevtsov, A.S. Aksamentov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The paper briefly describes a digital topographic map technology by the data of Earth remote sensing and a three-dimensional modeling of surface and underground components of the territory under investigation by means of domestic GIS "Karta 2005" (Panorama). The ability of three-dimensional models make the best of describing the real locality, environmental objects and their mutual arrangement is a condition of their use when solving town planning, nature conserva-tional and navigational problems for various territorial subdivisions. The territory of ISTU campus serves as an ill ustration of the most realistic display, including a three-dimensional model of some elements of underground and above-ground communications. 8 figures. 10 sources.

Key words: three-dimensional modeling; Earth remote sensing; photorealistic models; geo information systems (GIS).

1 Клевцов Евгений Валерьевич, кандидат географических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел.: (3952) 405103, e-mail: v11 @istu.edu

Klevtsov Evgeny, Candidate of Geography, Associate Professor of the Department of Mine Surveying and Geodesy, tel.: (3952) 405103, e-mail: v11@istu.edu

2Аксаментов Андрей Сергеевич, аспирант, тел.: (3952) 405103, e-mail: radeon_fx@mail.ru Aksamentov Andrei, Postgraduate, tel.: (3952) 405103, e-mail: radeon_fx@mail.ru