Условия формирования и геометризация средне-позднеоксфордских коллекторов месторождений Казанской группы (юго-восток Нюрольской мегавпадины)

Объектом исследования являются терригенные отложения надугольной
толщи верхней части васюганского горизонта Казанского нефтегазоконденсатно-
го, Болтного нефтяного месторождения и Западно-Сомовской площади, располо-
женных в юго-восточной части Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции
на территории Парабельского района Томской области в пределах Пудинского
нефтегазоносного района Васюганской нефтегазоносной области (НГО).
Актуальность работы. В последнее время, как правило, для районов дол-
говременной разработки наблюдается тенденция к снижению добычи нефти, ко-
торая связана с ухудшением структуры извлекаемых запасов. В этих условиях для
Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции большое значение приобретает
проблема нефтегазоносности глубоких горизонтов, в том числе и юрских. В
настоящее время верхнеюрский горизонт (Ю-I) является перспективным и наибо-
лее сложным объектом для поисково-разведочных работ. В пределах изученной
территории горизонт характеризуется полифациальностью, которая обуславлива-
ет неоднородность фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов, их ча-
стую литологическую изменчивость по разрезу и по площади, и несоответствие
технологических параметров разработки их проектным показателям. В таких
условиях, наиболее актуальными являются исследования седиментологического
плана, позволяющие установить условия формирования сложнопостроенной окс-
фордской терригенной толщи и выявить геометрию разрабатываемых пластов
коллекторов, что и определяет актуальность настоящей работы.
Степень разработанности темы исследования. Исследованиями по дан-
ной тематике занимались коллективы Новосибирского и Томского территориаль-
ных геологических управлений (НТГУ и ТТГУ), Федерального государственного
унитарного предприятия «Сибирский научно-исследовательский институт геоло-
гии, геофизики и минерального сырья» (ФГУП «СНИИГГиМСа»), Федерального
государственного бюджетного учреждения науки «Институт нефтегазовой геоло-
гии и геофизики им. А.А. Трофимука» Сибирского отделения Российской акаде-
мии наук (ФГБУН ИНГГ СО РАН), государственного Западно-Сибирского науч-
но-исследовательского института геофизических методов разведки (ЗапСибНИИ-
геофизика), Федерального государственного бюджетного образовательного учре-
ждения высшего профессионального образования «Национального исследова-
тельского Томского государственного университета» (НИ ТГУ), Федерального
государственного автономного образовательного учреждения высшего образова-
ния «Национального исследовательского Томского политехнического универси-
тета» (НИ ТПУ), Открытого акционерного общества «Томский научно-
исследовательский и проектный институт нефти и газа» (ОАО «ТомскНИ-
ПИнефть»). Развитием взглядов на геологическое строение и нефтегазоносность
территории занимались Ф.Г. Гурари (1963, 1971, 1986), Н.П. Запивалов (1970),
А.Э. Конторович (1975, 1994, 2013), В.А. Конторович (2002), А.Р. Курчиков, В.Н.
Бородкин (2015), В.С. Сурков (1994), А.А. Трофимук (1983) и многие другие. Су-
щественный вклад в изучение стратификации внесли такие исследователи как
Ф.Г. Гурари (1986), В.А. Захаров (1997), В.И. Ильина (1985), О.Н. Костеша (1987,
2013), С.Н. Макаренко, Е.В. Полковникова, К.П. Лялюк, В.А. Коновалова (2013),
Г.М. Татьянин (1985, 2013) и другие. Результаты интерпретации геофизических
материалов освещены в работах В.Б. Белозерова (2008, 2010), А.В. Ежовой (1996),
Ю.Н. Карогодина (1983), В.П. Меркулова (1996), В.С. Муромцева (1981), Н.М.
Недоливко (Закартировать…, 2001) и многих других. Вопросам фациальной при-
надлежности изучаемых отложений посвящены исследования В.Б. Белозерова
(1980, 1984, 1988, 1990, 1991, 2007, 2011), Н.А. Брылиной (1988, 1990, 1984, 2006),
Л.Г. Вакуленко (2001, 2009, 2011. 2013), Е.Е. Даненберга (1979, 1980, 1988, 1990,
1984, 2006), Т.Г. Егоровой (1989), Е.А. Жуковской (2010, 2017), Г.Г. Кравченко
(2013, 2015, 2016), В.П. Меркулова (2002), О.С. Черновой (2002), П.А. Яна (2001,
2009, 2011, 2013) и других.
На сегодняшний день, несмотря на достаточную изученность литологиче-
ских свойств пород-коллекторов верхнеюрских отложений, не в полном объеме
исследованы особенности структуры порового пространства, а также причины
низких фильтрационно-емкостных свойств, определяющих нефтеизвлечение.
Особенно важно учитывать эти факты на поздних этапах разработки нефтяных
залежей, что также выдвигает эти проблемы в разряд наиболее актуальных.
Верхнеюрские терригенные коллекторы, слагающие горизонт Ю-I, характе-
ризуются как «сложные коллекторы» больших глубин, залегание которых часто
не контролируется структурными факторами, а фильтрационные свойства зависят
от незначительного изменения литологического состава пород (Прошляков, Хо-
лодов, 1985). Детальная характеристика пород-коллекторов, выявление перспек-
тивных зон с улучшенными коллекторскими свойствами и разработка более со-
вершенных геологических моделей не возможны без изучения условий формиро-
вания отложений и закономерностей их строения.
Цель работы на основе комплексных исследований установить закономер-
ности смены обстановок формирования сложной по строению надугольной толщи
месторождений Казанской группы для геометризации коллекторов и выявить за-
кономерности распределения пород-коллекторов с улучшенными фильтрационно-
емкостными свойствами.
Основные задачи:
• изучить вещественный состав и строение отложений;
• провести литологическую характеристику и типизацию терригенных кол-
лекторов;
• проанализировать фильтрационно-емкостные свойства пород-
коллекторов и их распределение по площади и по разрезу;
• оценить влияние седиментационных и постседиментационных процессов
на коллекторские свойства пород;
• выявить зоны с улучшенными фильтрационно-емкостными свойствами;
• реконструировать обстановки осадконакопления с привлечением геохи-
мических данных;
• построить актуальную седиментационную модель формирования средне-
позднеоксфордских отложений.
Фактический материал, собранный лично и совместно с коллегами в 2009
– 2017 гг., является основой диссертации. Керн разведочных и эксплуатационных
скважин Казанской, Болтной и Западно-Сомовской площадей изучен на базе ре-
гионального кернохранилища ОАО «ТомскНИПИнефть» (г. Томск).
Научная новизна.
на базе комплексного литологического исследования терригенных пород, изу-
чения седиментационных и постседиментационных преобразований уточнен веще-
ственный состав и выделены зоны с улучшенными фильтрационно-емкостными свой-
ствами пород-коллекторов надугольной пачки Казанской группы месторождений;
впервые выделены и описаны 13 литолого-генетических типов отложений, сла-
гающих 6 макрофациальных комплексов, отвечающих бассейново-мелководным, при-
ливно-отливным и относительно глубоководным условиям седиментации;
на основе детального изучения керна надугольной пачки юго-восточной части
Нюрольской впадины предложен авторский вариант седиментологической модели Ка-
занской группы месторождений;
впервые примененный на данном месторождении ориентированный палеомаг-
нитным способом керн позволил уточнить наклон территории с юга на северо-северо-
восток, а также выявить направления палеотечений;
впервые для данной группы месторождений проведен геохимический анализ,
для выявления редкоземельных элементов в составе терригенных пород, результаты
которого подтвердили сходимость литохимических реконструкций с фациальным ана-
лизом. Условия формирования отложений впервые реконструированы и проанализиро-
ваны с использованием геохимических показателей по элементам-примесям;
на основании изучения 36 геофизических разрезов скважин, включая
29 разрезов с керновым материалом выявлены площадные закономерности латераль-
ной изменчивости литологического состава пород-коллекторов Казанской группы ме-
сторождений, на основе полученных результатов литолого-фациального анализа керна
дана рекомендация о переиндексации пластов на Болтном месторождении.
Практическая и теоретическая значимость работы. В результате прове-
денного комплекса исследований получены практические рекомендации по со-
зданию геологической модели надугольных пластов группы Ю-I, которые в даль-
нейшем могут быть взяты за основу при подсчете запасов нефти и газового кон-
денсата, сосредоточенных в верхнеюрских коллекторах в пределах территории
исследования и использованы при выборе технологической схемы разработки.
Составленные автором литолого-фациальные схемы и карты могут служить осно-
ванием при разработке мероприятий по увеличению нефтеотдачи пластов.
Методология и методы исследования. Для достижения цели и решения
поставленных задач автором использованы геолого-геофизические, литологиче-
ские, фациально-генетические, геохимические и палеогеографические методы
изучения осадочных толщ. В процессе исследования применялся комплексный
литолого-фациальный анализ, выполненный по рекомендациям В.П. Алексеева
(2002, 2007), Л.Н. Ботвинкиной (1957, 1962, 1965), Г.Ф. Крашенинникова (1971),
В.Г. Кузнецова (2012), Д.В. Наливкина (1956), В.К. Прошлякова (1981), Х.Г. Ре-
динга (1990), Э. Хэллема (1983), В.М. Цейслера (2004) и др., который заключался
в детальном изучении кернового материала с определением текстурных призна-
ков, выделении литолого-генетических типов и макрофаций отложений горизонта
Ю-I. Для подтверждения возраста изучаемых отложений применялся микропале-
онтологический анализ, выполненный в Лаборатории микропалеонтологии НИ
ТГУ. Петрографическое описание прокрашенных шлифов и выявление стадиаль-
ных преобразований, влияющих на коллекторские свойства пород, выполнено ав-
тором во время работы в Лаборатории седиментологии ОАО «ТомскНИПИнефть»
по стандартным методикам (Шванов, 1969, 1987,1998, Черников, 1969, Япаскурт,
1994, 2008). Аналитические исследования заключались в интерпретации результа-
тов геохимического, рентгенофазового, гранулометрического анализа.
Основные защищаемые положения.
1. Пространственные закономерности изменения литологического состава
надугольной толщи, сложенной преимущественно алеврито-песчаными породами
с прослоями аргиллитов, известняков, ракушняков и углей, свидетельствуют о
формировании отложений в прибрежно-морских условиях. Основными движу-
щими силами переноса и накопления терригенного материала являлись приливно-
отливные течения и волнение морского бассейна.
2. Формирование полифациальных отложений верхней юры происходило в
условиях переходной зоны от суши к морю. Выделенные в разрезе 13 литогенети-
ческих типов отложений отнесены к 6 макрофациям и генетически соответ-
ствуют бассейново-мелководным, приливно-отливным и относительно глубоко-
водным условиям седиментации.
3. Прямым следствием литологической и фациальной неоднородности
надугольной пачки является сложный характер изменчивости петрофизических
параметров продуктивных пластов Казанской группы месторождений. Наилуч-
шими коллекторскими свойствами обладают породы, отнесенные к барам даль-
ней зоны, средними свойствами – породы фации приливных каналов, ухудшенны-
ми – отложения приливных отмелей. Залежи среднего-верхнего оксфорда имеют
линзовидную геометрию песчаных тел, которые выклиниваются в южном
направлении.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Область
диссертационного исследования соответствует паспорту специальности 25.00.16 –
«Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшей-
дерское дело и геометрия недр», а именно: пункту 2 – «Разработка методов гео-
метризации месторождений полезных ископаемых, свойств и состояний массивов
горных пород как основы геометрики квалиметрии недр, оптимизации разведоч-
ных сетей, подсчета запасов, прогнозирования условий рационального освоения
недр…» и пункту 8 – «Анализ и типизация горно-геологических условий место-
рождений твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, для их эф-
фектного промышленного освоения».
Личный вклад автора. Автором самостоятельно определены цель и задачи
исследований, а также изучен обширный фактический материал. Основные ре-
зультаты, включая рисунки и фотографии, используемые в диссертации, получе-
ны лично автором или при его непосредственном участии.
По исследуемым объектам автором собраны и обобщены результаты работ
предыдущих исследователей (данные региональной геологии, геологические раз-
резы, данные геофизических исследований скважин (ГИС). Лично автором собран
и изучен обширный фактический материал, включающий детальное послойное
макроописание керна с проведением текстурного анализа и построением литоло-
гических колонок (около 1560 п.м.), анализ комплекса каротажных диаграмм (ПС,
ГК, НГК в 36 скважинах) и лабораторные исследования керна. Проведено петро-
графическое описание 407 прокрашенных шлифов, характеризующие минерало-
го-петрографический состав и гранулометрические параметры пород-коллекторов
Казанской, Болтной и Западно-Сомовской площадей с определением петротипа,
подсчетом гранулометрических характеристик, определением состава цемента и
характера цементации, характеристикой особенностей порового пространства и
оценкой пористости, характеристикой постседиментационных изменений, а также
фотографированием шлифов.
В ходе исследования автором проинтерпретированы выполненные опреде-
ления гранулометрического состава пород (168 образцов), рентгеновского энерго-
дисперсионного микроанализа, геохимического анализа (58 образцов), микропа-
леонтологического и палинофациального анализа (178 образцов), а также рентге-
нофазового анализа в количестве 255 образцов. Вышеперечисленные анализы вы-
полнены в Лаборатории седиментологии ОАО «ТомскНИПИнефть», «Аналитиче-
ском центре геохимии природных систем» и в «Лаборатории микропалеонтоло-
гии» Национального исследовательского Томского государственного университе-
та.
Автором лично выделено 13 литолого-генетических типов отложений, слагаю-
щих 6 макрофациальных комплексов, и предложен авторский вариант седиментологи-
ческой модели Казанской группы месторождений.
В работах, написанных в соавторстве с коллегами, соискателю принадлежит
постановка целей, задач и непосредственное участие во всех видах исследований.
Достоверность результатов работы. Достоверность предложенных авто-
ром выводов и рекомендаций обусловлена большим объемом фактического мате-
риала, изученного с применением различных методик, всесторонним анализом
выполненных ранее научно-исследовательских работ по предмету исследования,
применением в исследованиях апробированного научного материала. Доказатель-
ством достоверности служат экспериментальные методы проверки, которые вы-
полнены путем сравнения полученных результатов литолого-фациального анали-
за с результатами ICP-MS анализа, петрографического анализа шлифов, грануло-
метрического анализа, рентгенофазового анализа и данных микропалеонтологии,
которые не противоречат друг другу.
Публикации и апробация работы. Исследование по данной теме было
начато автором в 2009 году. По теме диссертации опубликовано 14 статей в науч-
ных журналах и сборниках конференций и совещаний, 3 из них в ведущих рецен-
зируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных Высшей аттестацион-
ной комиссией.
Результаты исследований докладывались на Всероссийской молодежной
научной конференции «Актуальные вопросы географии и геологии» (Томск,
2010) и 66-ой научной студенческой конференции (Томск, 2012), Всероссийской
научно-практической конференции «Новые технологии – нефтегазовому региону»
(Тюмень, 2013), VII Всероссийском литологическом совещаний (Новосибирск,
2013 г.), Шестой региональной научно-технической конференции молодых специ-
алистов ОАО «ТомскНИПИнефть» (Томск, 2013), Всероссийской молодежной
научной конференции с участием иностранных ученых «Трофимуковские чтения-
2013» (Новосибирск, 2013), XVII Международном симпозиуме имени академика
М.А. Усова студентов и молодых ученых (Томск, 2013), Пятом Всероссийском
совещании «Юрская система России: Проблемы стратиграфии и палеогеографии»
(Тюмень, 2013), Седьмой региональной научно-технической конференции моло-
дых специалистов ОАО «ТомскНИПИнефть» (Томск, 2014), Всероссийской шко-
ле студентов, аспирантов и молодых ученых по литологии «Виртуальные и реаль-
ные литологические модели» (Екатеринбург, 2014), Восьмой региональной науч-
но-технической конференции молодых специалистов ОАО «ТомскНИПИнефть»
(Томск, 2015), Всероссийской молодежной научной конференции с участием ино-
странных ученых «Трофимуковские чтения-2015» (Новосибирск, 2015), Седьмом
Всероссийском совещании «Юрская система России: Проблемы стратиграфии и
палеогеографии» (Москва, 2017).
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, 5 глав,
заключение и список литературы. Полный объем диссертационной работы содер-
жит 166 страниц, в том числе 98 рисунков и 8 таблиц. Список литературы вклю-
чает 181 наименование.
Работа выполнена в Национальном исследовательском Томском политехни-
ческом университете под научным руководством кандидата геолого-
минералогических наук, заведующей кафедрой разработки и эксплуатации нефтя-
ных и газовых месторождений НИ ТПУ Черновой Оксаны Сергеевны, которой ав-
тор выражает искреннюю благодарность. Автор особо признателен за помощь и
ценные советы своему наставнику Кравченко Григорию Геннадьевичу. Автор
глубоко признателен за ценные консультации и помощь: Е.А. Жуковской, С.В.
Парначеву, В.П. Меркулову, В.Б. Белозерову, М.В. Шалдыбину, Л.Г. Вакуленко,
С.Б. Шишлову, П.А. Яну, В.А. Чеканцеву, Е.Н. Жилиной, И.В. Вологдиной, Е.Ю.
Барабошкину, В.А. Стаценко, а также всему коллективу Лаборатории седименто-
логии ОАО «ТомскНИПИнефть».
ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ