Оценка вторичных фильтрационно-емкостных свойств коллекторов Присахалинского шельфа по результатам геомеханического моделирования

Методика исследований

В данной работе была реализована технология оценки вторичной проницаемости на примере Киринского и Аяшского лицензионных блоков. Объектами исследования стали структурные и литологические ловушки различных резервуарных комплексов. Исследованию подлежали структурные ловушки окобыкайско-дагинского, нижненутовского и верхненутовского резервуарных комплексов. Анализ проводился с целью определения вторичной проницаемости горных пород и выявления особенностей их структуры.

Результаты исследований

Геомеханическая модель коллекторских свойств в Киринском лицензионном участке (ЛУ)

Геомеханическая модель Киринского ЛУ базируется на трехмерной структурно-геологической модели, представленной в виде координат X, Y, Z.

Установленные данные о вероятности образования трещин позволили сделать выводы о характере появления новых трещин. Площадь новых трещин значительно меньше стабильных и недеформированных участков. Особенно подверженным деформациям оказалась южная часть лицензионного участка. Исходя из результатов исследований, была разработана модель трещиноватости на месторождениях Киринского ЛУ. Модель была построена на основе шести параметров, учитывающих особенности геологической структуры и вероятности появления трещин. Анализ результатов расчетов вероятности возникновения трещин показал, что новообразованные трещины занимают незначительную площадь по сравнению со стабильными территориями. Отдельные участки, особенно южная часть ЛУ, подвержены значительным деформациям [4][9].

При моделировании фильтрационных процессов в пласте, особенно при описании сложных коллекторов с большим количеством трещин, часто используется метод двойного пространства. Этот метод включает в себя двойную пористость и проницаемость. Первичная пористость и проницаемость, связанные с межзерновыми параметрами коллектора, изучаются с помощью традиционных методов. А вторичная пористость учитывается с помощью специальных методов, которые позволяют прогнозировать плотность, апертуру и ориентацию систем трещин. Месторождения Киринского ЛУ являются примером месторождений, где присутствует сложный коллектор. Этот коллектор обладает как первичной, так и вторичной пористостью и проницаемостью. Поэтому эффективные фильтрационно-емкостные свойства этого коллектора можно рассматривать как «сумму» первичной и вторичной пористости и проницаемости. Для более точного моделирования и понимания процессов фильтрации в таких коллекторах необходимо учитывать обе компоненты.

Детальный разрез значений вторичной проницаемости через скважины Южно-Киринского месторождения показал, что есть соответствие между дебитами скважин и величиной вторичной проницаемости [11].

В ходе исследования:

• была использована геомеханическая модель для оценки напряженного состояния пород;
• была создана дискретная модель трещиноватости и проведен расчет вторичной пористости и проницаемости;
• было выявлено, что процесс трещинообразования затрагивает различные участки изучаемого района неравномерно. Сильные максимумы вторичной проницаемости наблюдаются вдоль пологопадающих разломов фундамента. Большинство зон повышенных значений проницаемости вытянуты в северо-восточном направлении, что соответствует общему простиранию разрывных нарушений [10].

Важно отметить, что Южно-Киринское месторождение имеет сложное строение с зонами повышенных значений вторичной проницаемости. Скважины ЮК-4, ЮК-6 и ЮК-3 расположены в областях максимальной вторичной проницаемости, и именно через них получены притоки нефти. Блоки, не затронутые трещинной проницаемостью, имеют более изометричную форму и обычно находятся в областях локальных опусканий [7].

Геомеханическая модель коллекторских свойств в Аяшском ЛУ

С использованием геомеханической модели и ряда геологических параметров, таких как удаленность от разрыва, степень кривизны структурной поверхности, удаленность от конца разрыва и т. д., мы можем рассчитать относительную величину вторичной проницаемости и пористости. Абсолютные значения этих параметров можно будет получить впоследствии, когда будут проведены гидродинамические исследования скважин. Важно отметить, что при моделировании трещиноватости обычно возникает высокий уровень неопределенности, и только комплексный анализ помогает преодолеть эту неоднозначность [1].

Построенная детальная цифровая трехмерная геологическая модель позволила перейти к следующему этапу — построению геомеханической модели (рис. 2).

Для моделирования напряженного состояния коллектора используется упругая конечно-элементная модель в программном модуле RMSFracture. Приложенная нагрузка вызывает смещение по существующим разломам, что приводит к образованию локального поля напряжений. Основная цель моделирования — выявить локальное поле напряжений и оценить его влияние на появление новых трещин или изменение степени раскрытости существующих. Области повышенных значений сжимающих напряжений (σ3) локализованы в южной части Аяшского ЛУ в верхних частях разреза, в то время как нижние части наиболее деформированы на севере. Максимумы значений вытянуты в субширотном направлении. Кроме того, были построены схемы ориентировок максимального и минимального сжатия. Расчеты появления новых трещин в горных породах основываются на математической модели Мора — Кулона, описывающей зависимость касательных напряжений от величины приложенных нормальных напряжений. Эта теория используется для расчета трендов «вероятность образования трещин» и «местоположение новообразованных трещин» [6].

Проведенные вычисления для каждого горизонта от фундамента до кровли помырского горизонта привели к нескольким выводам о появлении новых трещин. Важным фактом является то, что площадь появления новых трещин практически совпадает со стабильными и слабодеформированными районами. Следующим выводом анализа является то, что наиболее деформированным участком является южная часть Аяшской ЛУ для верхних частей стратиграфического разреза. В то же время отложения, близкие к фундаменту, распределены более равномерно по площади. Эти результаты подтверждают общий характер появления новых трещин. [8].

Следующим шагом в исследовании вторичной проницаемости является создание аналитической дискретной модели трещиноватости Аяшского ЛУ при помощи программы «Create Fracture Mode». Полученные вероятностные дискретные модели трещиноватости для каждого горизонта позволяют прогнозировать степень проницаемости. В верхней части стратиграфического разреза ожидаются структурные ловушки с классическими поровыми коллекторами, такими как окобыкайско-дагинский, нижненутовский и верхненутовский резервуарные комплексы. В то же время нижние части (миксоцен-олигоценового возраста и даже фундамента) связываются с трещинно-поровыми и кавернозно-трещинными резервуарами. Существующие тектонические нарушения верхних горизонтов, более 400, свидетельствуют о значительном влиянии трещиноватости на фильтрационные свойства коллектора. Эффективная фильтрационно-емкостная система (ФЕС) коллектора должна представлять собой комбинацию первичной и вторичной пористости и проницаемости, что делает актуальным изучение вторичной проницаемости в данном блоке. В качестве примера приведена схема относительной трещинной проницаемости Perm Khmax Даехуриинского горизонта (рис. 3) [3].

Проведенное исследование проницаемости в Аяшском блоке позволило выявить различия между верхними и нижними стратиграфическими горизонтами. Особое значение имеет окобыкайская глинистая пачка, которая служит поверхностью раздела между ними. Определена вторичная проницаемость в различных горизонтах блока, что может иметь важное значение для дальнейших исследований и планирования добычи. Необходимо учитывать эти различия при проведении работ и разработке месторождения.

Для более точного определения проницаемости в различных стратиграфических горизонтах Аяшского блока рекомендуется провести дополнительные исследования с учетом установленных особенностей. Это позволит более точно определить границы и характеристики проницаемости, что будет полезно для оптимизации процессов добычи и повышения эффективности работы месторождения [2].

Большинство зон повышенных значений проницаемости вытянуты в субмеридиональном направлении согласно общему простиранию структуры. Наиболее высокопроницаемые участки локализованы на крутых склонах поднятий.

Разные участки изучаемой территории неодинаково затронуты процессом трещинообразования, причем с глубиной максимумы вторичной проницаемости локализуются вдоль пологопадающих разломов фундамента.

Вторичная проницаемость верхних горизонтов более проявлена в пределах южной половины Аяшского блока.

Заключение

В ходе исследований было установлено, что Присахалинский шельф, включая Киринский и Аяшский ЛУ (рис. 4А), подвержен влиянию современного сдвигового поля напряжений с осью максимального сжатия, ориентированной по субшироте. Это приводит к формированию локального поля напряжений, изменению степени открытости трещин и определяет вторичную пористость и проницаемость пород. 3D-моделирование позволило провести расчет прогнозной проницаемости для каждого стратиграфического горизонта. Отмечается значительное различие вторичной проницаемости в верхних и нижних стратиграфических горизонтах.

Например, в зонах к югу от Восточно-Одоптинского поднятия наблюдается изменение ориентации и формы высоких значений вторичной проницаемости, особенно это заметно при переходе к Аяшскому и Киринскому ЛУ. На Киринском ЛУ вторичная проницаемость уменьшается, в то время как на Аяшском ЛУ остается практически неизменной (рис. 4Б). Основные максимумы повышенной проницаемости протягиваются вдоль крупных разрывных нарушений и формируют сеть фильтрационных каналов, которые влияют на миграцию УВ.

Например, в Окобыкайской свите крупные разрывные нарушения выступают в качестве каналов вертикальной миграции УВ, соединяя палеогеновые комплексы с коллекторами верхнего миоцена и плиоцена. Наиболее проницаемой для верхнемиоцен-плиоценовых отложений оказывается южная половина Аяшского ЛУ (рис. 4В) [5].

Стоит отметить, что влияние вторичной проницаемости на общую проницаемость различных стратиграфических подразделений является изменчивым. Например, в случае комплекса пород фундамента предполагается наличие кавернозно-трещинного резервуара, для которого вторичная проницаемость сопоставима с полной проницаемостью. При оценке эффективной проницаемости эоцена — позднеолигоценового мачигарско-даехуриинского комплекса, обладающего трещинно-поровым резервуаром, влияние вторичной проницаемости преобладает, что делает участки с высокими значениями вторичной проницаемости перспективными для поиска месторождений углеводородов.

В залегающих выше отложениях ранне-среднемиоценового комплекса, также обладающего трещинно-поровым коллектором, вклад вторичной проницаемости уменьшается. Для преимущественно терригенных отложений верхнего миоцена-плиоцена, обладающих поровым резервуаром, роль вторичной проницаемости существенно ниже, однако ее все же следует учитывать. Выявленная вторичная проницаемость может значительно дополнить информацию о фильтрационных характеристиках коллектора. Все расчеты проводятся на трехмерной геологической модели, что позволяет использовать полученные данные для гидродинамического моделирования.

ВКЛАД АВТОРОВ / AUTHOR CONTRIBUTIONS

Керимов В.Ю. — разработал концепцию статьи, подготовил текст статьи, окончательно утвердил публикуемую версию статьи и согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Потемкин Г.Н. — внес вклад в работу при построении геомеханической модели Киринского лицензионного участка и согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Шатыров А.К. — внес вклад в работу при построении и моделировании распространения зон трещинноватости и вторичной проницаемости горизонтов и согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Vagif Y. Kerimov — developed the concept of the article, prepared the text of the article, finally approved the published version of the article and agrees to accept responsibility for all aspects of the work.

Grigory N. Potemkin — contributed to the work in building the geomechanical model of the Kirinskiy license area and agrees to accept responsibility for all aspects of the work.

Anar K. Shatyrov — contributed to the work in the construction and modeling of fracture zone propagation and secondary permeability of horizons and agrees to accept responsibility for all aspects of the work.