Рентгеноструктурный анализ глин


Кудаманов А.И., Политова А.И., Михеев Ю.В., Снохин А.А., Пермяков А.В., Натчук Н.Ю.


Тюменский нефтяной научный центр (ОГ ПАО «НК «Роснефть»), ООО «Кынско-Часельское нефтегаз»

В процессе разработки седиментологической модели группы пластов Ю1 васюганской свиты на территории деятельности ООО «Кынско-Часельское нефтегаз» северо-востока Западной Сибири для уточнения трансгрессивно-регрессивной цикличности осадконакопления и корреляции пластов были использованы результаты рентгеноструктурного анализа пелитовых фракций (РСА глин) пород преимущественно глинистых пачек. Статья посвящена результатам практического применения новой методики интерпретации минералогического состава глин в разрезе каждого пласта.
Актуальность работы связана с проблемой неоднозначности и вариативности корреляции внутри крупной дельтовой системы, что может приводить к некорректному сейсмическому прогнозу и, соответственно, к искаженной оценке запасов и ресурсов УВ.
В процессе построения модели был разработан вариант геологической корреляции, учитывающий анализ цикличности осадконакопления и результаты изучения осадочных отложений методом РСА глин.
Эффективное решение проблемы корреляции, с учетом дополнительных данных по РСА, в данном случае позволяет предполагать, что результаты работы могут быть тиражированы на других участках аналогичного строения, изученных бурением с отбором керна, для снижения рисков геологоразведочных работ (ГРР).
Введение
По седиментологическому описанию керна установлено, что формирование верхнеюрских отложений рассматриваемой площади происходило в условиях крупной дельтовой системы. Проблема неоднозначности и вариативность корреляции внутри крупных сложно построенных дельтовых систем могут привести к некорректной прогнозной оценке запасов залежей и перспективных ресурсов.
Для повышения качества моделирования и прогнозных оценок кроме изучения текстурно-структурных характеристик отложений и проведения палеоструктурного анализа при выделении трансгрессивно-регрессивных циклов предлагается использовать результаты комплексных лабораторных исследований керна, в том числе данные рентгеноструктурного анализа пелитовых фракций отложений (РСА глин).
В настоящей статье представлен результат выполнения геологической корреляции разреза горизонта Ю1 Кынско-Часельского и Ютырмальского ЛУ с учетом данных исследований РСА глин.
Общая характеристика района
Административно участок работ относится к Красноселькупскому району Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) Тюменской области (рис. 1). Административный центр — поселок Красноселькуп — находится в 50 км на северо-восток от участка работ. На территории исследования расположено 7 нефтегазоконденсатных месторождений: Западно-Часельское, Ново-Часельское, Кынское, Верхне-Часельское, Фахировское, Усть-Часельское, Ютырмальское. Площадь Кынско-Часельского участка — 4 492,9 км2, площадь Ютырмальского участка — 209,6 км2.
Рис. 1. Обзорная схема района работ
Геолого-геофизическая изученность
Изучение района полевыми геофизическими методами проводилось в 50–60 гг., проведены: государственная геологическая, аэромагнитная, гравиметрические съемки; сейсмозондирование (СЗ) методом отраженных волн (МОВ), региональные съемки МОВ по рекам Таз и Часелька. В результате разработаны схемы геотектонического районирования фундамента и платформенного чехла. На основе данных гравимагнитных съемок и СЗ были выявлены крупные структуры II порядка — Южно-Русский, Часельский и Северо-Tолькинский валы, в зоне сочленения которых располагается изучаемый участок. В конце 1960-х годов на территории Кынско-Часельского лицензионного участка (ЛУ) проводились геолого-геофизические работы (ГРР) с целью поиска перспективных структур и подготовки их к глубокому бурению.
На изучаемой территории были проведены площадные работы МОВ и СЗ МОВ, а также работы методом общей глубинной точки (МОГT), позволяющие изучить разрез с большей детальностью и глубинностью. Были изучены структурные планы осадочного чехла и поверхности фундамента в пределах Средне-Тазовского мегапрогиба. Были выявлены, оконтурены и подготовлены к бурению по меловым и юрским отложениям ряд поднятий.
В пределах исследуемого участка протяженность профилей сейсморазведочных работ 2D составляет 4 800 пог. км, объем проведенных сейсморазведочных работ 3D — 3 348 км2.
В пределах месторождения были проведены работы методом ВСП в скважинах № 1Р
и № 44. В пределах границ участка работ пробурено 33 поисковые и 70 разведочных скважин (всего 103 скважины) с комплексом ГИС различной полноты исследований, качества и интервалами записи, а также керновыми исследованиями. Со вскрытием палеозоя пробурено 2 скважины: № 15П — на Ютырмальской площади, № 5П — на Ново-Часельской. Юрские отложения охарактеризованы 98 скважинами. Открыто 7 месторождений углеводородного сырья: Западно-Часельское, Ново-Часельское, Кынское, Верхне-Часельское, Фахировское, Усть-Часельское, Ютырмальское.
Керн по скважинам в контуре отчетных работ отобран в 89 скважинах.
Суммарная проходка по площади составляет 6 912,5 м. Суммарный вынос керна по площади составил 3 592,4 м. Процент выноса керна от общей проходки с отбором керна составляет 52 %.
По керну 46 скважин сделано послойное описание и проведен комплекс стандартных лабораторных исследований.
Палеотектонический анализ
Палеотектонический анализ позволяет выяснить историю формирования структурных элементов, определить основные этапы осадконакопления и пути транспортировки осадочного материала.
Для изучения характера тектонических движений, происходивших в верхне- и среднеюрский период, проанализированы:
  • интервалы толщин между ОГ А и ОГ Т1, ОГ Т1 и ОГ Б40, ОГ Б40 и ОГ Б20;
  • интервалы мощности осадков по выделенным трансгрессивно-регрессивным циклам — Ю1(6), Ю1(4-5), Ю1(2-3), Ю1(1).
По результатам анализа сделаны следующие выводы:
  • интервал А-Т1 характеризует палеорельеф фундамента в завершение формирования тюменской свиты. Зоны палеопрогибов могли контролировать положение аллювиальных систем (рис. 2);
Рис. 2. Карта толщин между ОГ А и ОГ Т1

  • • интервал Т1-Б40 характеризует палеоструктурный план кровли тюменской свиты в завершение формирования сиговской свиты. Изменение толщин в большей степени связано как с тектоническими движениями территории, так и с условиями осадконакопления. Снос осадков с юго-востока и юга обусловлен развитием в этой части крупной дельтовой системы (рис. 3).
Рис. 3. Карта толщин между ОГ Т1 и ОГ Б40

Тектонические движения на момент завершения формирования горизонта Ю1 характеризуются картой толщин между сейсмическими отражающими горизонтами Т1 и Б40. Максимальная мощность накопившихся отложений — 160 м, минимальная — 95 м.
Минимальные значения мощности, с большой долей вероятности, соответствуют относительному подъему рельефа и отмечаются на Верхне-Часельской и Усть-Часельской площадях, между Усть-Часельской и Фахировской площадями и на северо-востоке от Фахировской площади (р-н скв. 188Р), а также на запад от Ново-Часельской площади (рис. 1, 3).
Максимальные толщины соответствуют относительному прогибанию рельефа и располагаются к юго-востоку от Ютырмальской площади, между Верхне-Часельской и Южно-Часельской площадями, а также к северо-востоку от Кынской площади.
Относительно фундамента рельеф площади развивался унаследованно.
Интервал Б40-Б20 в основном характеризует интенсивность сноса с востока. Тектоническая составляющая проявлена в локальных аномалиях (рис. 4).
Рис. 4. Карта толщин между ОГ Б20 и ОГ Б40

Таким образом, на основании палеотектонического анализа можно сделать вывод, что в изучаемый период времени площадь имела преимущественно унаследованный характер развития с локальными колебаниями, обусловленными эвстатическим изменением уровня моря и развитием долгоживущей крупной дельтовой системы с поступлением осадочного материала с востока, юго-востока.
Анализ трансгрессивно-регрессивной цикличности
Для усиления обоснованности и корректности геологической корреляции разрезов скважин был проведен циклостратиграфический анализ с использованием результатов РСА глин.
Циклостратиграфический анализ отложений является одним из важных этапов геологической корреляции разреза [1]. Для его выполнения были построены геолого-статистические разрезы по горизонту Ю1 (осредненная кривая альфа-ПС (α-PS)) [2]. На основе полученных осредненных кривых α-PS проводилось расчленение разреза на седиментационные циклы (трансгрессивно-регрессивные, T-R секвенсы).
В разрезе горизонта Ю1 выделяются 4 седиментационных цикла, по всей вероятности, отражающих изменения абсолютного уровня моря [3].
Подход к выделению литоциклов основан на результатах работы [4], которая представляет собой переоценку истории юрского уровня моря с учетом недавних обновлений временных шкал и большого объема новых хроностратиграфических данных, накопленных после 1998 г., когда был представлен последний такой синтез. Авторами в келловей-оксфордских отложениях района исследований были выделены 4 трансгрессивно-регрессивных цикла (цикл 1, цикл 2, цикл 3, цикл 4)
и сопоставлены с данными по глобальным изменениям уровня моря [5, 6] (рис. 5).
Рис. 5. Сопоставление геолого-статистических разрезов (ГСР) по площадям КЧЛУ и глобальной кривой колебаний уровня моря в келловей-оксфордский этап (Haq, 2017)

По материалам керна и с учетом данных ГИС в объекте исследования выделены основные литоциклы, границы которых подтверждаются по материалам керна и данным ГИС. Границы литоциклов согласуются с границами, полученными в результате фациального анализа, а также нейросетевого моделирования (рис. 6).
Рис. 6. Выделение литоциклов на примере разреза скв. Западно-Часельская 1П, Ново-Часельская 16П, Кынская 200Р, Усть-Часельская 218П, Фахировская 8П

Для фактического уточнения границ литоциклов, хорошо выраженных на диаграммах ГИС (рис. 5, 6), были использованы результаты лабораторных исследований, в том числе комплекса глинистых минералов, слагающих преимущественно глинистые толщи между песчаными пластами.
На диаграммах ГИС глинистые отложения регрессивных пойм и трансгрессивных осадков морского затопления (отражающих истинные границы циклов) практически не отличаются, но по составу (соотношению) преобладающих глинистых минералов достаточно уверенно могут быть отнесены к обстановкам — либо морской, либо пойменной седиментации.
Так, для пойменных отложений характерен, как правило, смешанный («пестрый») состав глин. Здесь представлены все группы минералов: каолинит, хлорит, гидрослюда, в меньшей степени смешаннослойные (ССО) и монтмориллонит, что отражает относительно равное участие различных источников в терригенном осадконакоплении.
При затоплениях и относительном удалении источников терригенных осадков возрастает роль аутигенного минералообразования, в первую очередь интенсивно набухающего монтмориллонита (и группы смектитов в целом). Чем продолжительнее существуют обстановки трансгрессий, тем больший вклад в осадконакопление пелитоморфных осадков приходится на долю аутигенных набухающих глин. Известно, что с течением времени часть набухающих глин трансформируется в слабонабухающие ССО и ненабухающий иллит (гидрослюда).
Следовательно, преобладание в составе глинистой толщи — суммы монтмориллонита, ССО и гидрослюды — свидетельствует о трансгрессии территории на время осадконакопления данной толщи (рис. 7).
Рис. 7. Скважина Ново-Часельская 17П,
гл. 2886,21 м

Генетическая приуроченность конкретной глинистой пачки в разрезе пласта может быть определена с помощью результатов полуколичественного РСА глин.
Как уже было сказано, преобладание суммы монтмориллонита, гидрослюды и ССО (содержание в образце около 50 %) свидетельствует о наличии морской (трансгрессивной) глинистой перемычки в пласте и, следовательно, о границе литоцикла. Напротив, преобладание хлорита и каолинита в исследуемых образцах свидетельствует о регрессивном формировании глинистых отложений.
Для уточнения корреляции пласта Ю1 были использованы результаты РСА глин по скважинам: Ново-Часельская 16П, Ново-Часельская 17П, Западно-Часельская 1П, Фахировская 8П, Фахировская 190П, Усть-Часельская 218П. В скважине Ново-Часельская 17П сумма гидрослюдистых минералов и ССО в одном из образцов породы составляет 52 %, что, очевидно, отражает границу литоцикла — перекрытие песчаников трансгрессивными глинами (рис. 7, табл. 1).
Табл. 1. Минеральный состав глин в скважине Ново-Часельская 17П

Аналогичные результаты получены и в скважинах: Ново-Часельская 16П (ГС+ССО = 50 %), Западно-Часельская 1П (ГС+ССО ~ 50 %), Фахировская 190Р (ГС+ССО = 55 %), Фахировская 8П (ГС+ССО = 59 %). На границах литоциклов в отобранных образцах содержание суммы (гидрослюда+ССО) составляет больше 50 %, что указывает на обстановки трансгрессивного затопления.
С другой стороны, в скважине Фахировская 190П в одном из образцов керна содержание хлорита и каолинита составляет 86 %, что свидетельствует о регрессивном характере осадконакопления для этой части разреза (рис. 8, табл. 2).
Рис. 8. Скважина Фахировская 190П,
гл. 2 793,07 м

Табл. 2. Минеральный состав глин в скважине Фахировская 190Р

Внутри литоциклов в отобранных образцах содержание суммы (гидрослюда+ССО) составляет меньше 50 % и существенно преобладает содержание хлорита и каолинита, что говорит о том, что глинистые породы формировались в об становках преимущественно регрессивного развития территории. Аналогичные результаты получены и в скважинах Ново-Часельская 16П (Х+К = 79 %),
Западно-Часельская 1П (Х+К = 69 %), Фахировская 8П (Х+К = 89 %), Усть-Часельская 218П (Х+К = 69 %).
На примере корреляции скважин наглядно показана приуроченность образцов глин в соответствии с их минеральным составом (рис. 9).
Внутри литоциклов в отобранных образцах содержание суммы (гидрослюда+ССО) составляет меньше 50 % и существенно преобладает содержание хлорита и каолинита, что говорит о том, что глинистые породы формировались в об становках преимущественно регрессивного развития территории. Аналогичные результаты получены и в скважинах Ново-Часельская 16П (Х+К = 79 %),
Западно-Часельская 1П (Х+К = 69 %), Фахировская 8П (Х+К = 89 %), Усть-Часельская 218П (Х+К = 69 %).
На примере корреляции скважин наглядно показана приуроченность образцов глин в соответствии с их минеральным составом (рис. 9).
Рис. 9. Выделение границ циклов по данным РСА на примере скв. Ново-Часельская 16П, Ново-Часельская 17П, Западно-Часельская 1П, Фахировская 190Р, Фахировская 8П и Усть-Часельская 218П
Табл. 3. Сопоставление коэффициентов прогноза данных первоначальной корреляции скважин и корреляции с учетом данных РСА

Рис. 10. Итоговая корреляция по горизонту Ю1
Рис. 11. Пример уточнения корреляции с учетом данных РСА
Кудаманов А.И., Политова А.И., Михеев Ю.В., Снохин А.А., Пермяков А.В., Натчук Н.Ю.

ООО «Тюменский нефтяной научный центр» (ОГ ПАО «НК «Роснефть»), Тюмень, Россия
ООО «Кынско-Часельское нефтегаз», Тюмень, Россия

aikudamanov@tnnc.rosneft.ru
Основой проведенных исследований послужили материалы керна и данные ГИС, а также интерпретации сейсморазведочных материалов. Обобщение этих данных и применение новой методики интерпретации минералогического состава глин в разрезе горизонта Ю1 на Кынско-Часельском и Ютырмальском ЛУ позволили уточнить геологическую корреляцию и улучшить сейсмический прогноз.
рентгеноструктурный анализ глин, геолого-статистический разрез, граница литоцикла, глинистая пачка, корреляция
Кудаманов А.И., Политова А.И., Михеев Ю.В., Снохин А.А., Пермяков А.В., Натчук Н.Ю. Применение рентгеноструктурного анализа глин для уточнения цикличности при корреляции горизонта Ю1 на Кынско-Часельском и Ютырмальском ЛУ // Экспозиция Нефть Газ. 2024. № 9. C. 56–63.
DOI: 10.24412/2076-6785-2024-9-56-63
04.10.2024
УДК 551.8, 552.5
DOI: 10.24412/2076-6785-2024-9-56-63

Рекомендуемые статьи
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (495) 414-34-88