Засолоненные коллекторы

Мы уже поговорили о Суперплюме - том кто наделал много изменений в Западной и Восточной Сибири. Теперь продолжим обсуждать эти изменения.

С коллекторами Восточной Сибири всегда ассоциируются два фактора: битуминизация и засолонение. Про первое мы тоже уже поговорили, и теперь поговорим о засолонении.

Во-первых нужно отметить, что залосонение коллекторов может быть вызвано двумя причинами:

в процессе седиментации при осаждении солей в морских бассейнах при их высыхании (пример - каширские отложения Татарстана [1])
в результате вторичных процессов (Восточная Сибирь)

Сейчас мы поговорим именно про второй тип засолонения.

Вообще засолонение связно с наличием в пустотном пространстве коллекторов двух минералов: галита и ангидрита. Хотя в большинстве случаем исследователями рассматривается только наличие одного минерала (с игнорированием присутствия другого), рассматривать их нужно вместе.

Галит – каменная соль, минерал подкласса хлоридов, кристаллическая форма хлорида натрия (NaCl). Образуется путем осадки и кристаллизации так природных и натуральных рассолов. Осадка галита происходит в морских заливах и соленых озерах при испарении воды на открытом воздухе. Окраска белая или прозрачная.

Ангидрит – минерал, состоящий из безводного сульфата кальция (CaSO₄). Он является одним из основных компонентов гипса, который представляет собой гидратированный сульфат кальция (CaSO₄·2H₂O). Ангидрит обычно встречается в виде белых или серых кристаллов и может образовываться в результате высыхания гипса или в процессе осаждения в соляных озерах и морях.

Сложность таких отложений связана сразу с рядом факторов:

Разнонаправленное влияние на методы ГИС: например, ангидрит повышает плотность, а галит ее понижает.
Сложность определения объема галита на керне: галит содержится в горных породах как в твердой фазе (заполняя собой поры), так и в пластовой воде (ее минерализация достигает 600 г/л), из-за чего сложно отделить исходный галит от галита, выпавшего в осадок в процессе извлечения керна.
Растворение галита при разработке залежи: при растворении галита пресной нагнетаемой водой происходит повышение температуры, что, в свою очередь, приводит к выпадению из пластовых вод карбонатов и полной кольматации пустотного пространства.

Модель формирования отложений

В Восточной Сибири, где засолонение является результатом вторичных процессов – осаждения минералов из пластовых вод циркулирующих по тектоническим нарушениям (трещинам).

При этом наблюдается очаговое распределение соли – встречаются участки (как региональные, так и вертикальные) полностью кольматированные ангидритом и галитом, на фоне чистых коллекторов.

Примером таких отложений является хамакинский горизонт. По фотографиям керна отложения характеризуются пятнистыми структурами. Размер пятен варьируется от 1 до 16 см. Характерная белесость этих участков обусловлена наличием тонкорассеянного ангидрита, который формирует в поровом пространстве породы агрегаты шестоватых кристаллов и включений.

Пятнистая текстура с очагами светло-серого цвета (ангидрит) [2]

В отличие от включений ангидрита, засолонение галитом не явно выражено на фотографиях керна (рис. 1.19). Уверенно галит выделяется только непосредственно на керновом материале.

Засолонение, представленное галитом

Предполагается следующая этапность засолонения горизонта [2;3;4]:

Осадки накапливались в прибрежно-континентальных условиях, характеризующихся низкой концентрацией солей в водах.
В последствие началось накопление карбонатно-галогенных отложений, перекрывающих рассматриваемый комплекс. При этом происходило просачивание солей в нижележащие проницаемые горизонты, что привело к их незначительному засолонению.
В пермотриасовом периоде тектоническая активизация региона (суперплюм) привела к формированию восходящих магматических потоков. Эти потоки, проникая по разуплотнённым зонам, рассекали терригенные и карбонатные отложения, включая надсолевую часть разреза, создавая интрузии. Проникновение интрузий вызывало высокое давление, активировало разломы и нагревало как породы, так и пластовые флюиды вблизи зон внедрения магмы. Горячие воды, растворяя соли, увеличивали свою плотность и под действием гравитации и давления мигрировали в нижние интервалы разреза образовавшимся разломам. Поэтому максимальное засолонение коллекторов фиксируется вблизи тектонических нарушений.
Рассолы, проникшие в терригенные пласты, распространялись по разрезу, вытесняя ранее присутствовавшие флюиды, особенно активно в коллекторах с высокими фильтрационно-ёмкостными свойствами. Из-за этого заглинизированные пласты зачастую сохранили свои исходные коллекторские свойства.
В дальнейшем, при понижении регионального давления и температуры происходило осаждение солей. Причем галит заполнял оставшееся пустотное пространство после раскристаллизации ангидрита и является наиболее поздним (по времени образования) вторичным минералом. [2;3].

На характер распределения галита в пустотном пространстве также оказывает влияние смачиваемость поверхности твердой фазы [4]: для гидрофобных коллекторов предполагается, что кристаллы соли образуются на поверхности поровых каналов и могут полностью занимать поровое пространство, в тоже время для гидрофильных коллекторов максимальное значение коэффициента засолонения определяется остаточной водонасыщенностью пород (1 – Кво).

Во втором случае в поровом пространстве формируются мелкие кристаллы или комочки соли, плавающие в поровом флюиде и способные фильтроваться по пласту и извлекаться вместе с промышленным флюидом при разработке месторождения [4].

Методы определения по керну и по ГИС

Для количественного определения галита по керну необходимо использовать специальную методику [5]: объем галита в пустотном пространстве определяется как разница коэффициента пористости полностью обессоленного образца и образца до процесса отмыва пустотного пространства:

Ксоль = Кп(после отмыва) - Кп(до отмыва)

Исследование дополнительно контролируется замерами изменения массы, объемной и минералогической плотностей образца до и после обессоливания, а также рентгеноструктурным анализом (РСА).

Однако нужно отметить неоднозначность этого метода в условиях одновременного присутствия в горной породе галита и ангидрита – в процессе обессоливания образца вместе с галитом из пустотного пространства вымывается часть ангидрита. А проконтролировать этот процесс уже достаточно сложно.

На методы ГИС ангидрит и галит оказывают разнонаправленное влияние, что вызывает дополнительные трудности при определении подсчетных параметров:

Ангидрит характеризуется интервальным временем пробега продольных волн (164 мкс/м), сопоставимым с породообразующими минералами, а галит – интервальным временем (221 мкс/м) пробега, сопоставимым с глиной.
Плотности ангидрита (2.98 г/см3) и галита (2.2 г/см3) существенно контрастируют между собой и с другими породообразующими минералами.
Ангидрит и галит характеризуются отсутствием вородосодержания, но т.к. в состав галита входит хлор (замедлитель нейтронов), то присутствие галита в горной породе оказывает влияние на нейтронные методы – водородосодержание по нейтрон-нейтронному методу по тепловым нейтронам (ННКт) и нейтрон-гамма методу (НГК) будет завышено.
Также ангидрит и галит не проводят электрический ток и характеризуются низкими значениями гамма метода.

Сопоставление интервального времени пробега упругой волны (∆T), объемной плотности (δ) и нейтронной пористости (w) с открытой пористостью Кп горных пород [5]

Выделяются три подхода к учету засолонения при петрофизическом моделировании:

Построение объемно-компонентной модели, включающей ангидрит и хлорит. Сущность подхода заключается в решении прямой задачи геофизики - подборе такого состава горной породы, при котором моделируемые показания зондов ГИС соответствуют реальным, зарегистрированным в скважине. Для определения пористости горных пород с учетом минеральных и структурных особенностей пустотного пространства возможно использование всего комплекса методов пористости – АК, НК, ГГКп, а также методов ГГКпл, ГК и СГК.
Нахождение трехмерных эмпирических связей: АК + НК; НК + ГГКп ГГКп + АК [4;5;6 и других]. Недостатком такого подхода является то, что при его использовании исследователи работают только с одним минералом – галитом или ангидритом, а влиянием другого пренебрегают.
Использование нейтронных методов: здесь также можно выделить три способа.

Сопоставление водородосодержания по разным модификациям нейтронного метода [7].

Показания метода ННКнт определяются в основном водородосодержанием среды (поглощающие свойства хлора не оказывают влияния). Показания ННКт зависят уже и от замедляющих (наличие водорода) и от поглощающих свойств среды (наличие хлора). Таким образом, регистрируемые показания метода будут занижены в интервалах с высокими поглощающими свойствами. Показания НГК будет еще в большей степени зависеть от наличия хлора – при поглощении тепловых нейтронов ядра элементов испускают различное количество гамма-квантов (водород – 1 гамма-квант, хлор – более 2 гамма-квантов).

Ограничением этого метода является тот факт, что в скважинах, в подавляющем большинстве случаев, записывается только одна модификация нейтронного метода (ННКт или НГК). В данное время производится разработка специальной аппаратуры нейтронного каротажа, объединяющей в себе все три модификации (ННКнт, ННКт и НГК) [8].
Применение импульсного нейтрон-нейтронного метода (ИННК) [9].

Декремент затухания нейтронов (или коэффициент затухания), определяемый в аппаратуре ИННК, зависит от типа материала и энергии нейтронов. Для водорода декремент затухания для водорода составляет примерно 0.2-0.4 см⁻¹, а для хлора – около 0.05-0.1 см⁻¹.
Использование аппаратуры импульсного нейтрон-гамма спектрометрического каротажа (ИНГКс), определяющего элементный состав горных пород, который может быть пересчитан в объемное содержание минералов, в том числе галита и ангидрита.

Заключение

Таким образом, засолонение коллекторов Восточной Сибири представляет собой сложный вторичный процесс, связанный с осаждением галита и ангидрита из высокоминерализованных пластовых вод, циркулирующих по тектоническим нарушениям.

Оно оказывает значительное влияние на фильтрационно-емкостные свойства пород, усложняя их изучение как по керну, так и по данным ГИС.

Для оценки засолонения необходимо учитывать совместное влияние этих минералов.

Литература