Карбонатные коллекторы

Начать нужно с того, что они из себя представляют. А это лучше всего описано в видео по ссылке ниже. Предлагаю его посмотреть.

Карбонатные породы-коллекторы представляют собой породы, состоящие преимущественно из карбонатных минералов, таких как кальцит (CaCO₃) и доломит (CaMg(CO₃)₂). Эти породы формируются осадочным путем в морских и озерных бассейнах. Большая часть карбонатного осадка имеет биогенный генезис и образуется в результате концентрации извести, которую организмы извлекают из морской воды.

Ключевое отличие карбонатных горных пород от терригенных заключается в том, что они накапливаются непосредственно в месте их образования, а не приносятся как терригенные.

Основными условиями накопления карбонатных осадков являются:

• наличие соответствующей температуры и солёности вод;
• обилие животных и растительных организмов, поставляющих карбонатный материал;
• отсутствие привноса песчано-алевритового и кремнистого материала, разрушающего известковистые частицы;
• длительное прогибание бассейна, обеспечивающее аккумуляцию мощных карбонатных осадков при одновременном сохранении мелководных условий.

В карбонатных пластах распространены органогенные постройки, к которым зачастую приурочены резервуары нефти и газа.

Органогенные постройки в карбонатных породах – это структуры, созданные или повлиявшие на формирование осадков в результате деятельности живых организмов. По типу органогенного каркаса, способу накопления биогенного карбоната и составу биоценозов различают строматолитовую (строматолиты) и герматолитовую (биостромы, биогермы, рифы) формации.

Карбонатные породы часто характеризуются сложной структурой пористости. Поры могут быть результатом первичных процессов (например, остатков морской фауны) или вторичных процессов, таких как растворение или трещинообразование. Это создает сложную систему пор, трещин и каверн, что делает такие породы трудными для исследования и разработки.

Обычно про интерпретацию ГИС в карбонатах говорят как про какой-то определенный навык. Мне кажется, что это не совсем так: в карбонатном разрезе записывается тот же самый комплекс методов ГИС, что в терригенке. И сами методы ГИС регистрируют те же величины.

Но нужно отметить, что карбонаты бывают разные: где-то встречаются высокопористые карбонаты (Кп под 30%), а где-то получают фонтан при около нулевой пористости (трещинные коллекторы). И это и есть различие: интерпретировать карбонаты - это одно, а уметь учитывать усложняющие факторы - это другое.

Среди основных факторов можно выделить:

• доломитизация (вторичные процессы)
• трещиноватость и кавернозность
• битуминизацию
• галитизацию и ангидритизацию
• др.

При этом методики учета этих факторов не связаны именно с карбонатами, т.к. они применимы и для других отложений. Например, породы фундамента (доюрский комплекс) тоже осложнены трещиноватостью и кавернозностью, а галитизация и ангидритизация наблюдается также и в терригенных коллекторах и т.д.

Методики интерпретации в “обычных” карбонатах такие же как и терригенном разрезе (кроме ПС). Другое дело карбонаты со вторичными изменениями - здесь часто применятся решение системы петрофизических уравнений. ГКЗ всегда к таким вещам относилось с недоверием, но когда появились карбонаты Восточной Сибири, то там стандартные подходы стали малоэффективными и ГКЗ в их отношении смягчилось.

Иногда этот подход еще называют Элан - от названия модуля в ПО Техлог (Elan - element analysis). Его сущность заключается в решении прямой задачи геофизики - подборе такого состава горной породы, при котором моделируемые показания зондов ГИС соответствуют реальным, зарегистрированным в скважине.

В ручную такую задачу не решить. Для этого используются специальные математические методы. И они уже для нас реализованы во всех существующих софтах. А что это за методы и как они реализованы рекомендую посмотреть в видео Алексея Лубинца. Алексей обладает уникальным опытом руководства разработкой петрофизического софта в разных компаниях и точно знает о чем говорит.

Трещиноватость

Проницаемость трещиноватой горной породы увеличивается в разы, относительно породы без трещин.

Объем трещинной пористости неизвестен - исследователи спорят об этом. Обычно говорят о величине от 1% до до 3.5%.

Дело в том, что по керну трещинную пористость достоверно не определить - при подъеме керн переходит из зоны высокого давления в зону низкого давления и увеличивается в размере, что приводит в раскрытию трещин. Если расширение пор можно определить, то с трещинами так не получатся. А иногда из трещиноватого интервала извлекали просто щебень.

Существуют подходы к определению трещинной пористости с изготовлением кубических образцов, но там определение производится графически.

Хоть достоверно величину Кп трещин нельзя определить, но можно однозначно сказать, что она очень маленькая и ее не смогут определить методы ГИС.

По ГИС можно выделить три методики прогнозирования трещиноватых интервалов:

• микроимиджеры
• АКШ кросс-дипольный
• сопоставление параметров твердой фазы по АК и ГГКп

Причем это методики именно прогнозирования интервала, а не определения Кп. Пористость принимают константой (величина обосновывается какими-либо суждениями).

А еще интересный вопрос - это Кнг в трещинах. Однозначно остаточной воды там будет мало, т.к. нет капилляров (в виде трубок) и тупиковых пор. Поэтому его обычно тоже принимают константой от 70 до 100%.

Кавернозность

Считается, что кавернозность образуется при выносе минералов при движении пластовых вод. А также вследствие перекрестизации исходных минералов - самое частое замещение кальция на магний при переходе кальцита (СаСО3) в доломит (СаСО3 * MgСО3).

При наличии кавернозности наблюдается обратная ситуация относительно трещиноватости - увеличение пористости и уменьшение проницаемости. Если каверны сообщаются между собой, то и проницаемость будет высокой. Но часто принимаемость определяется проницаемостью матрицы породы, которая может быть невысокой. И встречаются ситуации, когда фильтрация углеводородов, содержащихся в кавернах, невозможна через тонкие поры матрицы (например, в доюрском комплексе).

Методы выделения кавернозных интервалов такие же как при трещиноватости. Для определения коэффициента пористости каверн используют методику В.М. Добрынина, в основе которой лежит существенное различие пор, трещин и каверн по величине коэффициента объемной сжимаемости, что отражается на скорости распространения упругой волны.

Битуминизация

Битум - это неизвлекаемые тяжелые углеводороды. Т.е. нефть, которая не участвует в фильтрации.

Методы ГИС не могут определять динамические параметры, а только фиксируют статические характеристики около скважинного пространства. И, как следствие, по методам ГИС битум не отличим от обычной нефти.

Таким образом, битуминозные интервалы выделяются по ГИС как хорошие нефтенасыщенные коллекторы, но при этом не дают приток.

Битум можно выделить только по одному методу ГИС - это ЯМК . Этот метод позволяет определить состояние водорода. Т.к. битум является вязким веществом, то релаксация водорода будет проходить намного быстрее, чем в свободной нефти.

По керну можно выделить 5 состояний углеводородов [статья, статья]:

• свободная нефть
• остаточная нефть
• битум, извлекаемый щадящей холодной экстракцией
• битум, извлекаемый горячей экстракцией
• кероген (твердое вещество)

И вот на этом моменте становится непонятно что такое битум. Точнее что именно понимается разными исследователями под этим термином.

Галитизация

Галитизация или засолонённость коллекторов представляет собой постседиментационную кольматацию пустотного пространства галитом (часто совместно с ангидритом). Такое явление вызвано высокой минерализацией пластовых вод (до 600 г/л) и характерно для подсолевых карбонатных и терригенных отложений Восточной Сибири.

При этом наблюдается очаговое распределение кольматации - встречаются участки где поры полностью заняты галитом, а в остальной части горных пород коллекторские свойства могут оставаться довольно высокими.

При исследовании керна таких отложений наблюдаются трудности:

• при обессоливании керна наблюдается завышение ФЕС, за счет растворения твердого галита
• при исследовании исходных горных пород может наблюдаться уменьшения ФЕС за счет выпадения галита в твердую фазу из пластовой воды.

Керновые исследования, в таких условиях выполняются без обессоливания на реальной пластовой воде.

По ГИС влияние галита учитывается с помощью включения в систему петрофизических уравнений (Elan).

Таким образом, интерпретация методов ГИС в карбонатных коллекторах представляет собой знание достаточно большого количества методик для учета возможных осложняющих факторов.