ЗОНА ТЕКТОНИЧЕСКОГО РАЗУПЛОТНЕНИЯ -
САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОБЪЕКТ РАЗРАБОТКИ ГАЗОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯГ.И.
Амурский, Н.Г. Степанов (ВНИИгаз)В теории и практике разработки газовых месторождений широко используется понятие о трещинных коллекторах карбонатных отложений, обладающих такими характеристиками, как степень трещиноватости, трещинная пустотность, трещинная проницаемость, густота и раскрытость трещин и т.д., которые определяют их фильтрационно-емкостные свойства. Происхождение трещинных (микротрещинных) коллекторов связано с общими геологическими процессами, т.е. трещиноватость может быть седиментогенная, подседиментогенная, каркасная, резонансная, соскладчатая и т.д. Опыт разработки месторождений УВ
в коллекторах такого типа обширен и приемы их освоения в определенной мере стали даже тривиальными.В настоящей статье в порядке обсуждения рассматриваются явления, обусловленные направленным и локализованным приложением тектонодинамических (геодинамических) напряжений, ответственных за возникновения линейных, пространственно ограниченных систем дизъюнктивов, рассекающих месторождение-ловушку УВ зонами тектонического разуплотнения (ЗТР). Принципиальные отличия последних от повсеместной микротрещиноватости плотных карбонатных продуктивных отложений заключаются в узкой локализации ЗТР, образующих достаточно широкие (до нескольких километров) и протяженные полосы. Тектонодинамическая трещиноватость ориентированных напряжений характеризуется организацией их в закономерные системы, разномасштабной транзитностью, доминантностью.
Общепринятое понятие "разлом" не соответствует фактическому и хорошо изученному (бурением, ГИС, сейсморазведкой, дешифрированием дистанционных материалов и т.д.) природному дизъюнктивному явлению. В пласте это – не единичная плоскость, а целая зона переменных ширины и густоты составляющих дизъюнктивов. Проведенные исследования на ряде месторождений, особенно на тех, где применялась методика трехмерной сейсморазведки, в том числе детализационной, позволили выделить целую группу морфологически (а частично и генетически) различных дизъюнктивов нескольких кинематических типов, отличающихся: высотой проникновения (затухающих вверх или вниз по разрезу), плотностью (км/км
2), величиной смещения пластов (секущие часть или весь чехол, без- и малоамплитудные, переходящие вверх по разрезу в пликативные флексурные перегибы, секционно запечатанные), геометрическими и морфологическими особенностями (круто- или полого-наклонные, субвертикальные, двусторонние, непрерывные, прерывистые).Для дизъюнктивов ЗТР характерно сохранение разноуровенного подобия, т.е. выдержанность в пространстве, например азимута простирания, угла наклона, геометрической делимости, регматичности и т.д., от региональной линеаментной системы до систем дизъюнктивов залежи. Эта особенность, иногда называемая автомодельностью, т.е. подобием формы и структуры от макро- до микроуровня, позволяет, во-первых, обоснованно прогнозировать "разбиение" продуктивных земель на геометрически правильные
"подобные" поля и, во-вторых, предметно (численно) учитывать их при проектировании и на различных этапах освоения месторождения.Широко развитые разноранговые линеаментные системы образуют субвертикальные зоны дробления, наиболее выразительно фиксированные в относительно "хрупких" карбонатных породах, от безамплитудных до крупноамплитудных, т.е. таких, где амплитуда суммарного перемещения соизмерима или превышает толщину покрышки.
Зоны тектонического разуплотнения обладают в ловушке-резервуаре УВ главным свойством – повышенной проводимостью (флюидопроводимостью), а не существенными изменениями емкостных свойств.
Зоны тектонического разуплотнения имеют деструктивное, применительно к газовым залежам, значение. Межрезервуарная и транзитная миграция газов обусловливает почти полное отсутствие разрывоэкранированных собственно газовых
залежей. Такие весьма редко встречающиеся экранированные залежи объясняются очень редким сочетанием многих благоприятных факторов сохранности газа в недрах.Выявление направлений дизъюнктивов ЗТР уже достоверно решается сейсмическими методами даже в межскважинном пространстве. На газовых месторождениях с резервуаром, сложенным карбонатными породами, пространственно упорядоченное положение в целом ЗТР и составляющих ее дизъюнктивов – трещин предопределяет возникновение и длительную фиксацию флюидопроводящих каналов, названных авторами статьи "газоводами".
Газовое месторождение, связанное с карбонатными породами, рассеченными системой ЗТР, можно аппроксимировать как два месторождения-объекта: одно в низкопоровых карбонатных коллекторах
"матричного" типа, второе, линейное, "газоводного" типа с увеличенными фильтрационными показателями как по вертикали, так и горизонтали. Анализ строения таких "двойных" месторождений позволяет предложить систему их разработки как самостоятельных двух (или более) объектов эксплуатации.Линейные месторождения "газоводного" типа характеризуются шириной и протяженностью не менее ширины или длины ловушки вплоть до десятков километров. Такое месторождение "газоводного" типа образно представляется в виде глубокого (на всю толщину продуктивного пласта) ущелья с субвертикальными стенками (ограниченными трещинами – дизъюнктивами), выполненного дробленной низкопоровой карбонатной породой
(При бурении в ЗТР повсеместны ускорение проходки, провалы инструмента, активные поглощения и подъем малого количества шлама вместо керна и т.д.). Осредненный тип коллектора (продуктивной породы) в ловушке ЗТР может быть охарактеризован и выделен в самостоятельный тип как суперпроводимый кавернопустотный неоднородный.Рассмотрим лишь некоторые новые аспекты проблем разработки с позиций учета наличия на газовом месторождении ЗТР.
С термодинамических позиций специального рассмотрения заслуживают такие вопросы проектирования и разработки газового месторождения, как пространственная неоднородность фильтрационных свойств в зависимости от наличия газоводных каналов внутри залежи или в зоне контактов с водонапорной системой.
Признание наличия устойчивых газоводных каналов в продуктивной толще объясняет широко известные явления "скоростной" внутрирезервуарной миграции газа. Это в свою очередь предполагает систему размещения эксплуатационных скважин в условиях преобладания однонаправленной фильтрации.
При проектировании совершенно необходим учет зон деформационного разуплотнения для решения общих и дифференциальных фильтрационных задач, а также и для оптимизации размещения эксплуатационных скважин с различными объемом и временем добычи газа.
Разработка модели месторождения с упорядоченной системой длительно живущих газоводов требует принципиально новых подходов к анализу различных этапов освоения месторождения и особенно к математическому моделированию проектирования и эксплуатации. При этом в модель закладывается фрактальное строение продуктивной карбонатной толщи, обладающей естественной площадной анизотропией проницаемости, которая учитывается путем построения сетевой модели с эквивалентной прерывистостью.
Кроме принципиальных отличий строения продуктивного пласта в резервуаре рассматриваемого типа и особенностей физических свойств зоны дробления, существенными, на наш взгляд, будут и процессы, происходящие в ЗТР при разработке. Так, если в низкопоровых коллекторах месторождения "матричного" типа в процессе добычи преобладают плоскорадиальные или радиально-сферические разновидности фильтрации, то в линейном "газоводном" типе доминирует (осредненно) продольная фильтрация, т.е. ориентированная по направлению ЗТР.
Нам представляется, что в отличие от "тривиальных" месторождений на месторождениях "газоводного" типа вертикальная проницаемость (проводимость) может быть равной горизонтальной или даже превышать ее, т.е. с отношением более единицы. Поэтому
"вертикальная" фильтрация может превалировать над "горизонтальной".В связи с преобладанием "линейного" характера фильтрации понятие коэффициента охвата в общепринятом понимании, видимо, теряет смысл.
Следует отдельно рассмотреть роль и влияние геодинамических (тектонодинамических) явлений при создании природных хранилищ газа на базе выработанной залежи. Особенности строения природного резервуара газа, сложенного, например, карбонатными компетентными породами, предопределяют целый набор геолого-технологических последствий, связанных с закачкой газа в "освободившуюся природную емкость". Нахождение объекта в условиях напряженного состояния в различных геодинамических обстановках (например, Вуктыльский "сорванный" и перемещенный к западу по листрической поверхности скольжения карбонатный резервуар) обусловливает активность и вторичных процессов: избирательного заполнения, выборочной активизации ЗТР, межматричного заполнения закачанным газом и т.д. При этом процессе явно активизируются капиллярно-гравитационные явления и повышается агрессивно-растворяющая и экстрагирующая роль газа в перераспределении УВ в сторону утяжеления их плотностей.
Геолого-технологические последствия добычи газа из месторождения (залежи) и последующей закачки газа по уже иным путям его поступления в коллекторы заключаются в избирательном (а не фронтальном) поступлении газа по природным газоводам, сформированным зонами тектонического разуплотнения. Поэтому теоретические представления об образовании газового
"пузыря" в своде такой ловушки требуют существенного уточнения, особенно в вопросе о его временной геометризации. Судя по результатам закачки и вторичной добычи газа наличие линейных (в том числе пересекающихся, очаговых, сводовых, крыльевых, широких и узких и т.д.) газоводов предопределяет "языковый" характер заполнения ловушки, особенно при аномально низких "остаточных" пластовых давлениях. Поэтому тектонодинамический контроль, по нашим представлениям, является определяющим в размещении УВ различной вязкости, особенно остаточной части их запасов.Определенная объемная упорядоченность ЗТР, например на Вуктыльском месторождении, обеспечила размещение остаточных запасов С
5+в в виде "лоскутного одеяла", образованного серией прямо-сторонних участков относительно высокого содержания "остаточного" конденсата преимущественно в матричных зонах, и их отсутствие в "коридорах повышенной проводимости" – газоводах, откуда в процессе многолетней эксплуатации весь комплекс УВ был добыт.На этапе вторичного использования газового месторождения возникают новые аспекты геодинамической (тектонодинамической) предопределенности процессов извлечения УВ (особенно жидких) из недр. Так, в условиях, например, карбонатного эксплуатируемого резервуара при вторичной закачке сухого природного газа или закачке широкой фракции легких УВ в истощенную залежь объем вторичной добычи С
5+в зависит (кроме прямых технологических и геохимических условий) от особенностей строения ЗТР на участках закачки. При этом следует отметить, что в "сверхтолстых" продуктивных карбонатных толщах (например, на Карачаганаке (1600 м), Вуктыле (1400 м), Астрахани (220 м), Оренбурге (520 м) дифференциация свойств ЗТР, фильтрация и ретроградная конденсация могут быть по-разному спровоцированы геодинамическими причинами. Выявление изменения различных свойств многокилометровых продуктивных толщ в напряженном геодинамическом поле – задача последующих исследований. Добыча продуктов ретроградной конденсации прежде всего обеспечивается "крупной пустотностью", так называемыми крупными порами и трещинами, из которых и идет испарение (выделение) конденсата, тогда как мелкие поры инертны, а подчас являются бездействующими. Иначе говоря, процесс испарения при смешении разных по жирности газов будет не общим, спокойным и одинаковым для всего объема участка закачки, а избирательным по зонам проникновения – ЗТР. Фильтрация многокомпонентных недонасыщенных систем, естественно, будет осуществляться под лимитирующим и дифференциальным воздействием тектонодинамических процессов и их производных – ЗТР.