Моделирование зон развития карбонатных трещинных коллекторов в нижней складчатой зоне Загроса (северная часть Ирака) с целью прогноза нефтегазоносности

Область исследования расположена в регионе Курдистан на северо-
востоке Ирака. Район являются частью Западно-Загросского складчато- надвигового пояса, сформированный в результате столкновения Аравийской и Иранской плит и осадконакопления в бассейне (палеобассейна) Неотетис. Исследовались площади нефтяных месторождений Саркала и Шакал.
Месторождение Саркала расположено в зоне с низкой складчатостью (предгорья) Загроса на юго-востоке Иракского Курдистана (KRI), примерно в 90 километрах к югу от города Сулеймания. Скважина- первооткрывательница вскрыла нефтеносные отложения в трех залежах. Месторождение Шакал расположено в 100 км к юго-востоку от месторождения Киркук.
2. Геологическое строение и нефтегазоносность исследуемой территории
Складчато-надвиговый пояс Загрос простирается на 2000 км между центральным Иранским плато на севере, хребтом Тавр в Турции на северо- западе, разломом Оман на юго-востоке, мысом Персидского залива на юго- западе. Пояс Загрос представляет собой основную часть Альпийско- Гималайского орогенеза и содержит более 5% мировых запасов углеводородов. Орогенез начал проявляться в конце Мелового времени, после столкновения Аравийской и Евразийской плит в результате закрытия бассейна Неотетиса.
Тектоническая эволюция района. На геологию складчато-надвигового
пояса Загрос оказывает большое влияние развитие и история региона Тетьян. 7
Тектонические события, которые произошли вдоль границ Аравийской плиты, связаны с процессами рифтинга Гондваны и последующим столкновением с Иранской плитой с запада и юго-запада. Регион Тетьян, который включает в себя Аравийскую плиту и прилегающие районы, прошел три основных этапа эволюции: 1 – закрытие Палеотетиса и рифтогенез Неотетиса с ранней перми до позднего триаса; 2 – процесс субдукции Неотетиса и столкновение (коллизии) Индийской плиты с Евразийской плитой от юры до палеоцена; 3 – столкновение (коллизия) Аравийской и Евразийской плит начиная с палеоцена до настоящего времени.
Тектоническое районирование Ирака. Ирак расположен в северо восточной части Аравийской плиты. Деформация из за Загросского орогенеза распространилась на юго запад через северные и северо восточные районы Ирака. Ирак подразделяется подразделяют на (А) стабильный шельф (недеформированная зона), которая охватывает центральный и южный Ирак, месопотамская зона, (В) нестабильный шельф, который охватывает северную и северо-восточную части Ирака, который также относится к складчато- надвиговому поясу Загрос (рисунок 1).
Область изучения находится в пределах низко-складчатой зоны. Нефтеносные отложения. Стратиграфия формаций региона и их
взаимоотношения показаны на рисунке 2.
Нефтегазоносность на изучаемых участках связана с коллекторами
формации Верхний Фарс, Джерибе (сложены доломитом, доломитовым известняком и глинистым известняком), Дибан (сложены известняками, доломитовым известняками, глинистыми известняками, мергелем и доломитом). Формация Джаддала представлена известняками, глинистыми известняками и мергелями.
3. Теоретические основы формирования трещиноватости в горных породах как основа для поиска и разведки месторождений
Трещиноватость, как результат воздействия, может служить инструментом, позволяющим исследовать этапы происхождения массива
горных пород, оценить и спрогнозировать состояние массива породы, определить характер деформационного поведения горных пород.
Естественные трещины играют важную роль в миграции флюидов. Поэтому определение зон повышенной трещиноватости важна при планировании разработки месторождений и выбора мест заложения скважин.
Рисунок 1 – Карта тектонического районирования Ирака (По Saffa F.A., 2012 с дополнениями автора)
Рисунок 2 – Стратиграфия и формации района
Детальное понимание механизма формирования естественных трещин позволяет адекватно использовать методологию прогнозирования зон повышенной трещиноватости в складчатых областях.
Режимы трещин
Существует три режима развития трещин:
 I – режим открытия (растягивающее напряжение, нормальное к плоскости трещины)
 II – скользящий режим (напряжение сдвига, действующее параллельно плоскости трещины и перпендикулярно фронту трещины)
 III – разрывной режим (напряжение сдвига, действующее параллельно плоскости трещины и параллельно фронту трещины).
4. Анализ и моделирование трещиноватости
Анализ трещиноватости на месторождениях Саркала и Шакал был выполнен в программном обеспечении Петрель (Petrel). Для него использовались два разных метода, что зависело от механизма, ответственного за генерацию трещин, а также от геологических и структурных особенностей и тектонической истории месторождений.
Карбонатный нефтеносный коллектор Джерибе / В. Дибан в Саркале расположен между вышележащими эвапоритами формации Нижнего Фарса и нижележащими эвапоритами формации Дибан. Складкообразование обусловлено столкновением Аравийской и Иранской плит, начавшимся в позднем мелу и продолжавшимся до позднего миоцена. Структура на верхнем уровне нефтеносного коллектора Джерибе / В. Дибан включает в себя множество паразитических (мелких) складок. Складкообразование вызывало сокращение (укорочение) коллекторов, в результате чего образовались зоны растяжения и сжатия. Зоны растяжения являются областями развития трещин растяжения. В этой работе образование зон растяжения под воздействием процесса складкообразования, было рассмотрено как механизм возникновения трещин в коллекторах изучаемого района.
После Миоцена направление движения Аравийской плиты в сторону Иранской плиты подверглось значительным изменениям и привело к генерации поля наклонных напряжений, в результате чего режим напряжения от чистого сжатия изменился на наклонное напряжение со сдвиговыми и взбросовыми (компонентами) движениями (режим транспрессии). Были образованы многочисленные крупные и второстепенные разломы, как сдвигового, так и взбросового типов, что подвергло дополнительной деформации коллекторы и эта деформация привела к возмущению полей локальных напряжений в коллекторах. Неоднородное поле напряжение рассматривается как второй
механизм образования трещин. В результате действия механизма такого рода трещины могут генерироваться в различных участках пласта, особенно в зонах с наличием активных разломов. Во второй части этой работы проанализировано образование трещин, вызванных активизацией разломов.
Интерпретация каротажных данных в Саркале показывают преобладание тенденции образования трещин северо западной направленности. Данные микроимиджера указывают на наличие 46 проводящих трещин в скважине Саркала-1 и одной непроводящей в Хасира-1. Все эти трещины ориентированы по направлению северо-запад с крутым углом падения.
На месторождении Шакал для скважины «Шакал-3» так же были проведены каротажные исследования и было интерпретировано 42 трещины, среди которых 19 были проводящими.
Анализ трещиноватости нефтегазоносных карбонатных трещиноватых коллекторов исследуемой области был выполнен посредством изучения механизма индикации тектонической трещиноватости продуктивных пластов используя следующие методы:
I. Прогнозирование зон развития трещиноватости нефтегазоносных карбонатных отложений палеоцена-миоценового комплекса с использованием атрибута кривизны в качестве механизма идентификации (выделения) трещин и оценки распределения интенсивности трещиноватости вблизи ствола скважины и для зон с складкообразованием (зоны растяжения).
II. Моделирование трещиноватости нефтегазоносных карбонатных отложений на основе палеоструктурного анализа и метода инверсии палеонапряжений в зонах с возмущенным полем напряжений, вызванных активацией разломов. Модель инверсии напряжений использовалась в качестве механизма обнаружения зоны развития трещиноватости и трещинных коридоров вокруг крупных разломов вдали от стволов скважин.
Анализ трещиноватости нефтегазоносных карбонатных трещиноватых коллекторов месторождения Саркала с использованием сейсмического атрибута кривизны. Атрибуты кривизны предоставляют ценную информацию об ориентации трещин и их плотности в зонах
складчатости вблизи скважин. Ориентации линеаментов (разломов) и трещины, интерпретируемые по атрибуту кривизны, могут быть объединены в формате роз-диаграмм. Эти диаграммы в свою очередь, можно сравнить с аналогичными диаграммами из фактических скважинных данных по естественным трещинам, полученными из каротажных данным FMI (азимутальный электрический микроимиджер). Используя полученный из скважин материал можно откалибровать результаты анализа атрибута кривизны и получить более качественную модель.
Высококачественный сейсмический куб 3D PSDM (глубинная миграция после суммирования) охватывает большую часть структуры Джеррибе / В. Дибан на месторождении Саркала. По нему удалось рассчитать качественный атрибут кривизны поверхности. На месторождении Шакал сейсмические данные показывают низкое качество интерпретации из- за интенсивной тектонической деформации и надвигообразования в структуре Шакала. Качество данных в некоторых областях повлияло на достоверность интерпретации. Участки с меньшей достоверностью расположены в непосредственной близости от основных структурных элементов (разломы / надвиги) (рисунок 3).
Рисунок 3 – Распределение различных зон достоверности интерпретации по линии 11764 сейсмического куба Месторождения Шакал.
Области, которые, как ожидалось, будут отражать значительный изгиб слоя породы, обнаруживаемыйпоатрибутукривизны показалиоченьплохоекачествосейсмических данных месторождения Шакал. Расчет атрибута кривизны для структуры Шакала не проводился из-за отсутствия устойчивости (сплошности) горизонта, которая нарушается огромным надвигом и многочисленными второстепенными взбросовыми разломами. По этой причине анализ трещиноватости месторождения Шакал выполнен с использованием метода инверсии напряжений, подходящего для моделирования трещин, образованных вокруг разломов и надвигов.
Понятие кривизны. Кривизна поверхности -это мера ее отклонения от плоскости. В этой работе анализ сейсмических данных и расчет атрибута кривизны выполнялся для поверхности коллектора Джерибе / В. Дибан в программном обеспечении Petrel. Расчет атрибута кривизны был органичен только для верхней частью антиклинали месторождения Саркала. Нижней границей был выбрана изогипса на глубине -3760, где уже не наблюдается существенных структурных перегибов (рисунок 4).
Рисунок 4 – Разрез структуры Саркала (антиклиналь), иллюстрирующий зоны со значительным изгибом пластов коллекторов, для которых был выполнен анализ трещиноватости с использованием атрибута кривизны.
В данной методике были сопоставлены высокоплотные трещиноватые зоны выделенные (отражённые) по атрибуту кривизны поверхности, с реальными (фактическими) данными естественных трещин,
интерпретированные по каротажным данным (микроимиджер). 15

Структурная поверхность по кровли коллектора Джерибе / В. Дибан была проинтерпретирована с использованием трехмерного сейсмического куба. Из нее был вычислена атрибут максимальной кривизны поверхности коллектора. Скважины Хасира-1 и Саркала-1 расположены в зонах с высокими значениями атрибуту кривизны. Как показано на рисунке 5 результаты моделирования по атрибуту кривизны совпадают с интенсивностью трещиноватости полученными в скважинах.
Это позволяет интерполировать интенсивность трещиноватости из скважинных данных по атрибуту кривизны в межскважинное пространство, для получения распределения интенсивности трещиноватости в объёме коллектора.
Полученные значения интенсивности трещиноватости связаны с плотностью трещин, которая является мерой трещиноватости пород. Параметр интенсивности трещиноватости (P32) был выбран для расчета карты интенсивности трещин «Площадь трещин / объем пород».
Рисунок 5: Расположение скважин по поверхности атрибута максимальной кривизны. Зоны с высокой плотностью трещиноватости (из скважин) располагаются в области мелкомасштабных складок, выделенных по атрибуту кривизны.
16

Кривая (каротаж) «плотность трещиноватости» бала перемасштабирована с целью переноса скважинных данных в модель, а затем перемасштабированные значения плотности трещиноватости были интерполированы по атрибуту кривизны с помощью инструмента Кригинг (Кригинг) в межскважном пространстве. Результатом интерполяции стала карта распределения интенсивности трещиноватости в объёме коллектора.
Построение модели дискретной сети трещин (DFN). Дискретная сеть трещин для коллектора Джерибе / В. Дибан на месторождении Саркала была смоделирована с использованием карты интенсивности трещин в качестве основного входного материала, который был получен на предыдущих этапах.
DFN были смоделированы стохастическим методом в программном обеспечении Petrel (рисунок 6, рисунок 7) и откалиброваны по фактическими данными по естественных трещин из FMI (FMI: Fullbore Formation Microimager-Schlumberger) и CMI (CMI – Compact Microimager- Weatherford) скважин Хасира-1и Саркала-1.
Рисунок 6 – Разрез скважины, показывающий интервалы трещиноватости коллекторов Джерибе / В. Дибан, интерпретированные по данным микроимиджеров в скважинах Саркала-1 и Хасира-1.
Данные микроимиджеров показывают параметры интерпретируемых трещин, такие как доминирующея ориентация азимута падения, угол падения и открытость/закрытость.
Рисунок 7 – Стохастическая модель дискретных сети трещин (DFN) коллектора.
Моделирование трещиноватости нефтегазоносных карбонатных отложений на основе палеоструктурного анализа и метода инверсии палеонапряжений. Для моделирования была использована методология, геомеханического прогнозирования ориентировки и плотности трещин в коллекторах и обеспечивающая лучшее понимание их воздействия на характеристики коллектора. Методология объединяет интерпретацию трещин в скважине как «достоверных данных» с интерпретацией разлома по сейсмическим данным как «приближенной модели» поля напряжения. Наборы данных, используемых для инверсии напряжений подразделяются на две основные группы: данные, предоставляющие информацию об ориентации (трещины и плоскости вторичных разломов с углом внутреннего трения); данные, предоставляющие информацию о магнитуде (величине) перемещения по разлому, GPS, набор данных InSAR).
Метод позволяет восстановить удаленное напряжение и режим тектонического события, амплитуду перемещения на разломах, а затем оценить
перемещение и возмущенные поля напряжений и деформаций в любой точке модели. Он опирается на предположение, что трещины развиваются в пределах возмущенного поля напряжений, вызванного активностью основных разломов.
Модель разломной тектоники (структурный каркас) месторождения Саркала построена путем интерпретации основной сети разломов месторождения из сейсмического куба. Система разломов характеризуется двумя типами: 1). Крупные крутые разломы, или наклонно скользящие, проникающие в коллекторы формации Джерибе и простирающиеся глубоко в мезозойский разрез. Они обуславливают форму и положение «положительной цветковой» структуры Саркала. 2). Многочисленные мелкие надвиговые/взбросовые разломы в интервале Джерибе / В. Дибан, которые ассоциированы с крупными разломами. Эти разломы имеют значительно меньшую протяжённость и развиты исключительно между маломощными эвапоритовыми слоями в нижнем Дибане и ангидритами формации нижний Фарс.
Модель разломной тектоники (структурный каркас) месторождения Шакал. Сеть разломов в структуре Шакал является сложной из-за структурной эволюции области и различной кинематики, которой подверглась область в течение ее геологической истории.
Полученные результаты указывают ориентацию палеостресса (палеонапряжения) в 35 ̊ СВ-ЮЗ (рисунок 8).
Рисунок 8 – Результаты определения палеотектонического напряжения и палеотектонического режима в области Саркала и Шакал
Другим результатом модели инверсии напряжений являются карта интенсивности трещин (плотность), ориентация трещин (простирание), а также карты смещения по всем трем осям X, Y и Z, что позволяет заметить уровень смещения вдоль разломов и, следовательно, определить влияние разлома на общую деформацию структуры. Карту интенсивности трещин рассматривают как геомеханический драйвер трещиноватости, который зависит от активации разлома и возмущения напряжения.
Создание дискретной модели сети трещин (ДМСТ) на основе палеоструктурного анализа и метода инверсии палеонапряжений. Это заключительный этап анализа. DFN, полученная на основе геомеханики, полностью зависит от результатов расчета инверсии напряжений. Все необходимые входные данные, получаются из результатов палеотектонической модели и процесса инверсии палеонапряжения, такие как драйвер трещиноватости (карта интенсивности) и данные об ориентации трещины (угол и азимут падения) (рисунок 9).
Рисунок 9 – Входные данных для моделирования DFN, карта плотности трещин (драйвер трещиноватости), угол и азимут падения. Стереограмма показывает сопоставление модели DFN с реальными данными о трещинах для двух кластеров трещин СЗ-ЮВ и СВ-ЮЗ, созданных с помощью геомеханического моделирования DFN.
Перемасштабирование дискретной модели сети трещин. Результатом масштабирования модели сети трещин DFN является распределение трещинной пористости и трещинной проницаемости по сетке. Результаты моделирования показывают, что на месторождении Саркала коллектора Джерибе обладают высокой трещинной проницаемостью (до 1000 мД), что означает очень высокий контраст проницаемости между трещинами и матрицей (рисунок 10). Карта распределения значений трещинной проницаемости показывает проводящие трещины вокруг скважины Саркала-1. Этот факт совпадает с реальными данными по фактическим трещинам из микроимиджеру CMI Sarqala-1, который показывает наличие 46 проводящих трещин. Трещинная пористость в Саркале колеблется в пределах (0 – 0,004%). Значения между 0,0001 и 0,01 от объема породы являются типичными для трещин (от 0,01% до 0,1%).
Рисунок 10: Результаты перемасштабирования модели сети трещин для коллекторов Джерибе / В. Дибан на месторождении Саркала. Верхнее окно – гистограмма распределения значений трещинной проницаемости, нижняя гистограмма распределение значения трещинной пористости.
Результаты перемасштабирования модели сети трещин месторождения Шакал показывают более неопределенные результаты. Ввиду геологической сложности структуры Шакал, оценка параметров трещин может быть связана
с высокой неопределенностью. Результаты перемасштабирования трещинной проницаемости показывают значения до 5000 мД в некоторых зонах, близких к разломам, которые могут быть связаны с кластером трещин или коридорами открытых трещин растяжения.
5. Планирование геолого-разведочных работ на основании анализа трещиноватости
История бурения на двух исследованных месторождениях показывает зависимость успеха скважины от ее проникновению в сеть трещин. На месторождении Саркала была пробурена вертикальная скважина, не вскрывшая трещиноватый карбонатный резервуар пласта Джерибе. Результаты испытания показали отсутствие углеводородов, как предполагается, ввиду отсутствия сети трещин в прискважном пространстве. В процессе разведки месторождения был пробурен боковой ствол (Sarqala- 1RE) с отходом 15 метров от материнского ствола. Боковой ствол попал в сеть естественных трещин и по результатам испытаний продуктивностью скважины составила 9000 баррелей в день.
Смоделированная сеть трещин показывает, что местоположение вертикальной скважины Саркала-1 (сухая скважина) расположена за пределами модели естественного разрыва, в то время как боковой ствол (Саркала1-RE) попал в естественную сеть трещин, где развита повышенная трещиноватость. Ввиду субширотного распространения развития трещин, их субвертикальной ориентировки, а также доказанную бурением бокового ствола промышленную нефтегазаностность становится возможным выделить области сгущения трещин как элементы, имеющие повышенный интерес для дальнейшей разведки (рисунок 11).
Заключение
Коллекторы рассматриваемого района представлены карбонатными породами, которые плиоцен – миоценового возраста, обладающие низкой матричной проницаемости. В результате столкновения Аравийской и Иранской плит возникли глобального тектонического напряжения,
23
Рисунок 11 – Стволы планируемой горизонтальной скважины на месторождении Саркала, нацеленные на зоны интенсивной трещиноватости

вызвавшие тектонические деформации. Образовалась горная система Загрос и множество структурных ловушек антиклинальной формы.
В работе атрибут сейсмический кривизны был рассмотрен как инструмент выделения складок и зоны растяжения, которые являются зонами повышенной трещиноватости. С помощью методов палеоструктурного анализа и инверсионной модели палеонапряжений были рассчитаны карты плотности трещиноватости, и определены ориентация (азимут падения) и угол падения трещин в зонах с наблюдаемым возмущением поля напряжений. Дискретные сети трещин, смоделированные с помощью обоих методов были перемаштабированы и рассчитаны значения трещинной пористости и трещинной проницаемости. На основе значения трещинной проницаемости были выделены перспективные участки в коллекторах для дальнейшей разведки с целью размещения скважин.