Моделирование седиментационных процессов

Важнейшей задачей современной геологии нефти и газа в прикладном ее значении является изучение процесса развития осадконакопления во времени и пространстве в целях успешного прогнозирования размеров и форм природных резервуаров нефти и газа, что особенно важно при построении корректных геологических моделей.

Под моделью в геологии понимается абстрактное, упрощенное воспроизведение существующей реальности. Под моделированием геологического пространства понимается замещение объекта-оригинала его корректным условным образом с последующим изучением свойств рабочего пространства полученной модели.

Развитие представлений о процессах аккумуляции и накопления осадочного вещества осуществляется через построение моделей физических, седиментологических, концептуальных, математических.

Модели физические воссоздают естественный процесс образования осадка в условиях лаборатории в уменьшенном масштабе. Модели концептуальные объясняют причинную связь, приведшую к возникновению наблюдавшихся явлений. Обычно представляется в виде трехмерных блок-диаграмм, схем или чертежей и отображают зависимости между обстановкой седиментации, процессами и осадками. Математическая модель рассматривает количественную характеристику рассматриваемого явления, где объекты, их характеристики и свойства заменены алгебраическим выражением, содержащим постоянные величины, параметры и переменные. Модели седиментологиче- ские характеризуют совокупность осадочных фаций, связанных общими процессами осадконакопления, сформированных в определенное геологическое время, на определенной территории, в определенных литолого-фациальных условиях.

Основой для прогнозирования служат представления о том, что параметры природного резервуара в значительной мере предопределяются физико-географическими обстановками в стадию седиментогенеза, а также направленностью и интенсивностью вторичных преобразований пород, в том числе и под влиянием тектонических процессов.

Применение седиментационного моделирования по комплексу литологических и промыслово-геофизических параметров позволяет решать комплекс задач, связанных с прогнозом пород-коллекторов разного генезиса с индивидуальной постановкой методики поисков, прогноза и разведки на каждый генетический тип залежи нефти и газа.

Для корректной диагностики и идентификации фациальных систем и их подтипов необходима разработка идеальной классификации обстановок терригенного осадконакопления, охватывающей все многообразие типов, подтипов и индивидуальных фациальных единиц, без пропуска и без перекрытия их друг другом.

К основным прогнозным седиментологическим концепциям можно отнести следующие положения:

Форма любого песчаного тела - параметр переменный, изменившийся не один раз под воздействием многих факторов.

Характерной особенностью песчаных тел, сформированных в мелководной прибрежной части бассейнов, является их частая миграция и вследствие этого изменение их первоначальной формы и количественного соотношения фаций и их последовательностей в разрезе и по площади.

Определить генезис и первичную морфологию покровных аккумулятивных форм, особенно по каменному материалу (керну) зачастую не представляется возможным. Соответственно, первоначальная пространственная форма и размеры песчаных тел могут служить прямым нефтепоисковым признаком в очень редких случаях - при условии, что они были стабилизированы в течение какого-либо отрезка геологического времени.

Для качественного прогноза необходимо знание специфических условий седиментации: стратиграфической последовательности накопления; текстурно-структурных особенностей толщи; анизотропии (неоднородности) резервуара; степень влияния перечисленных условий на качество коллектора.

Почему седиментология важна для литолого-фациального анализа?

Любой прогноз песчаных резервуаров имеет два главных аспекта: - где искать новую песчаную залежь? - если она уже обнаружена, как оконтурить ее площадь, используя минимум данных?

Для этого требуется знание условий осадконакопления, регионального распределение фаций в данном бассейне, знание седиментационного простирания (древний рельеф), предшествующий опыт изучения подобных залежей в сходных фациальных условиях, установленных для данного бассейна.

Для обоснованного оконтуривания необходима модель, предсказывающая наиболее вероятную форму песчаного тела в определенных условиях осадконакопления. Для создания корректной модели необходимо сочетание внутренних и внешних характеристик резервуара. При эксплуатации залежи интересны, как правило, следующие вопросы: Как расположить скважины в пределах нефтяного поля, приуроченного к вытянутому песчаному объекту на начальной стадии разработки и после его обводнения? Какие отношения максимальной к минимальной горизонтальной проницаемости можно ожидать в таком песчаном теле? Каково соотношение между максимальной и горизонтальной проницаемостью и направлением удлинения песчаного тела?

Ответы на поставленные вопросы могут быть получены при изучении седименто- логических особенностей резервуара.

Специфические характеристики песчаных резервуаров зависят от соотношения особенностей, обусловленных как первичными, так и вторичными процессами преобразования и обуславливают закономерности продвижения флюидов через песчаноалевритовые породы. Строение породы и ориентировка структурообразующих зерен, осадочные текстуры и степень цементации слоев песчаника - все эти признаки тесно связаны с первичным процессом отложения.

Песчаное тело представляет собой определенную последовательность различных фаций напластования, на которых наложены специфические вторичные черты, такие как цементация, система трещиноватости и разломов, которые могут локально повысить значение первичных факторов, контролирующих поток флюидов.

Наиболее типичной характерной особенностью песчаных тел-резер-вуаров является их площадное развитие, а не распределение в разрезе [1]. Так в морских разрезах мощность отдельных толщ песчаников достигает сотни метров. В обычных разрезах мощность песчаных горизонтов, редко протягивающихся на расстояние более 2 км, не превышает 40 м.

В течение последних 50-ти лет седиментологическое моделирование все плотнее внедряется в нефтяную индустрию. Охватывает диапазон масштабов от 0.00001 до 10000 метров (и более). Вовлекает в решение поставленных задач специалистов разного профиля. Устанавливает связи между разномасштабными явлениями. Влияет на каждый аспект нефтяной геологии. Дальнейший прогресс седиментологии зависит в первую очередь от мультидисциплинарных команд, которые объединяют специалистов се- диментологов, геологов, палеонтологов, петрофизиков, геофизиков, сейсмиков.

Для диагностики обстановок седиментации песчано-алевритовых горизонтов и последующего трехмерного моделирования в нефтяной геологии используют следующую последовательность их изучения.

Изучение общегеологических данных (региональная геология, тектоника, структурный план; анализ осадочного бассейна в целом). В каждом конкретном регионе вследствие специфики геологического строения и развития в предыдущие эпохи, каждое осадочное трехмерное тело имеет свои закономерности и аномалии.

В отложениях разных эпох, с разным типом седиментогенеза существовали условия, благоприятные для формирования возможных природных резервуаров. На территории Западной Сибири, Урало-Поволжья, Северного Кавказа мезо-кайнозойские отложения представлены преимущественно терригенными породами. Карбонатные породы, родоначальники карбонатного типа резервуаров широко развиты в палеозойском комплексе многих нефтегазоносных территорий (Западная и Восточная Сибирь, Каспий, Волго-Уральская, Прибалтийская провинции и мн. др.

Такое распространение пород обусловливает развитие в кайнозойских и мезозойских отложениях преимущественно песчаных и алевритовых коллекторов порового типа.

В палеозойских отложениях типичны карбонатные породы-коллекторы (известняки, доломиты и разности промежуточного состава), характеризующиеся сложным распределением структуры порового пространства.

Неизвестными элементами для прогнозирования остаются их глубинное положение, стратиграфическая принадлежность, размер, форма, литологический состав и коллекторские параметры. Поэтому основными задачами литолого-фациального анализа и последующего седиментологического моделирования являются следующие: Региональные аналогии. Определение пространственного положения природного резервуара. Создание стратиграфического каркаса (методы секвенс-стратиграфии, ритмостратиграфии, цикличности). Детальное литологическое описание пород, слагающих резервуар. Понимание и применение методических приемов, используемых при картировании и описании различных характеристик систем осадконакопления и осадочных фаций (структурные построения). Понимание, как фация контролирует качество резервуара. Знание спектра осадочных систем и типов возможных ловушек УВ.

Региональные аналогии способствуют более правильному пониманию особенностей седиментации продуктивного резервуара, характеризуя местоположение основных источников сноса, области транзита и конечного осадконакопления. Природные объекты одного ранга в сходных условиях проходят сходные пути развития. Если мы знаем качество одного из этих объектов, то по методу аналогий подобные качества надо ожидать и у другого объекта. Разработанные региональные схемы корреляции и индексации пластов, позволяют более корректно проводить выделение коллекторов в осадочном разрезе и трассировать их пространственное развитие, используя совокупность литостратиграфических маркирующих горизонтов.

Структурные построения: выделение реперов; типизация разрезов; выделение опорных типовых характеристик; картирование по площади зон с различным набором признаков; построение карт мощностей по всем выделенным генетическим единицам; комплексирование полученных результатов и построение седиментологической модели, учитывающей вышеперечисленные признаки.

Создание стратиграфического каркаса (определение стратиграфических последовательностей напластования).

Детальное литологическое описание пород резервуара помогает понять особенности распределения крупных палеогеографических обстановок осадочного бассейна. Основными приемами при изучении внутренних характеристик резервуара являются: детальное макроописание керна; текстурный анализ образцов; выделение единиц потока; их корреляция по площади; детальные минералогические исследования образцов (шлифы); изучение ассоциаций разновидностей форм кумулятивных кривых гранулометрического состава пород; распознавание диагенетических изменений пород; выделение микрофациальных обстановок седиментации выделенных единиц потока; изучение фоссилий, минеральных включений, углистости, контактов и переходов; использование данных промысловой геофизики для выделения электрометрических образов фаций; интеграция полученных данных.

Керн позволяет определить фациальную принадлежность рассматриваемого резервуара и ограничить спектр возможных фациальных подобстановок осадконакопления.

Подобранная седиментационная модель формирования резервуара, позволяет существенно расширить представление на его строение и ту фациальную неоднородность, которая предполагается седиментационной обстановкой, но бурением еще не изучена. Прогноз таких зон может успешно проводиться по данным сейсморазведки.

Выявленная литолого-седиментационная модель должна отразить генетическую неоднородность формирования резервуара, которая в последующем будет реализована в петрофизической модели, путем отображения неоднородности фильтрационноемкостных свойств резервуара.

Определение пространственного положения природного резервуара начинается с сопоставления литологических колонок по профильным направлениям. Графические

построения, с использованием метода интерполяции, позволяют наметить границы коллекторских и экранирующих тел в разрезе. В результате графического сопоставления литологических колонок, возможно, оконтурить зоны распространения коллекторов и экранов. По мере получения новых литологических данных карты распространения природных резервуаров могут быть детализированы [90].

Контрольные вопросы:

Что изучает литолого-фациальный анализ?

Что такое фация?

Какие группы фаций Вам известны?

Для каких целей при литолого-фациальном анализе используется метод аналогий?

Какими способами можно оконтурить зоны распространения коллекторов с наилучшими фильтрационно-емкостными параметрами? Какую роль играют литолого-фациальные исследования в нефтяной геологии?

Какие методы и приемы литолого-фациального анализа Вы изучили? Перечислите основные прогнозные седиментологические концепции.