Подать статью
Стать рецензентом
Научная статья
Геология

Физические свойства палеозойско-мезозойских отложений из скважин Южно-Баренцевской впадины

Авторы:
В. Л. Ильченко1
И. В. Чикирев2
Об авторах
  • 1 — канд. геол.-минерал. наук старший научный сотрудник Геологический институт КНЦ РАН ▪ Orcid
  • 2 — канд. геол.-минерал. наук заведующий кафедрой Филиал Мурманского арктического университета в г. Апатиты ▪ Orcid
Дата отправки:
2024-10-24
Дата принятия:
2025-07-02
Дата публикации онлайн:
2025-11-14

Аннотация

Зона арктического шельфа является важным объектом исследования в связи с ее значительным углеводородным потенциалом. Для образцов керна из шести скважин Южно-Баренцевской впадины: Адмиралтейской-1, Крестовой-1, Лудловской-1, Штокманской-1, Арктической-1, Северо-Кильдинской-82 – проведено изучение физических свойств пород (плотность, упругость, индекс упругой анизотропии, удельное акустическое сопротивление и пористость). Коллекцию образцов представляют песчаники, алевролиты и известняки. Анализ керна показал, что породы непродуктивных скважин (Арктическая-1, Адмиралтейская-1, Крестовая-1), расположенных в средней части Южно-Баренцевской впадины и в пределах Адмиралтейского поднятия, по физическим и петрографическим свойствам отличаются от пород газовых и газоконденсатных скважин (Штокманская-1, Северо-Кильдинская-82 и Лудловская-1) вблизи границ Южно-Баренцевской впадины. Образцы керна продуктивных скважин (Штокманская-1, Северо-Кильдинская-82, Лудловская-1) имеют более низкие значения средней скорости продольных волн, удельного акустического сопротивления и более высокую открытую пористость и (или) индекс упругой анизотропии, чем непродуктивные скважины (Арктическая-1, Адмиралтейская-1, Крестовая-1). Такое сочетание петрофизических параметров обеспечивает коллекторские свойства перспективных на углеводороды пород. Петрографическое изменение коллекторских свойств изученных пород от продуктивных к непродуктивным скважинам связано с уменьшением гранулометрического состава и с переходом от порового цемента к пленочному и базальному. Песчаники Штокманской скважины имеют крупный размер зерен (0,1-0,5 мм), песчаники скважин Арктическая-1 и Крестовая-1 более мелкозернистые (0,1-0,2 мм). В скважине Штокманская-1 отмечается поровый цемент, в Арктической-1 – пленочный, в Крестовой-1 – базального типа. Установленные физические свойства осадочных пород, подходящие для развития продуктивных толщ, позволят уже на предварительной стадии анализа геофизических материалов проводить отбраковку пустых площадей при поиске геолого-тектонических структур, перспективных на залежи углеводородов.

Область исследования:
Геология
Ключевые слова:
шельф Баренцева моря углеводороды скважины керн литология физические свойства пород
Online First

Финансирование

Работа выполнена в рамках темы НИР ГИ КНЦ РАН № FMEZ-2024-0006.

Введение

Значение углеводородных ресурсов в настоящее время сложно переоценить. На территории Российской Федерации сосредоточена примерно третья часть мировых запасов природного газа. По запасам нефти Россия уступает лишь пяти государствам, и этого достаточно, чтобы развивать эту отрасль производства. По некоторым оценкам на шельфах окраинных морей Восточной Арктики с глубинами, не превышающими 500 м, может находиться до 30 % мировых запасов газа и 13 % нефти [1]. Поиски, разведка и освоение этих залежей в арктических районах связаны с решением сложных технико-технологических задач [2, 3]. Сокращение ресурсной базы углеводородного сырья в современных условиях требует создания новых эффективных экологически чистых технологий разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, прежде всего с низкопроницаемыми коллекторами [4, 5].

Важнейшим достижением стало открытие глобального Арктического пояса нефтегазоносности. На шельфах Баренцева, Печорского и Карского морей геологоразведочными работами закартированы многочисленные локальные объекты, выявлено 22 месторождения углеводородов [6]. В Баренцевом море открыты месторождения нефти, газа и газоконденсата. Месторождения нефти (Варандей-море, Приразломное и др.) обнаружены в юго-восточной части (Печорское море), непосредственно прилегающей к Тимано-Печорской впадине. В Южно-Баренцевском бассейне открыты пять месторождений – Штокманское, Ледовое (газоконденсат), Северо-Кильдинское, Мурманское и Лудловское (газ) [7]. В границах Баренцева моря найдены месторождения угля (Тимано-Печорская впадина, архипелаг Шпицберген), на Земле Франца-Иосифа ‒ угленосные толщи [8] и месторождения редкоземельных элементов [9]. Накоплен буровой и геофизический материал по обширной площади, что дает возможность комплексной интерпретации результатов сейсморазведочных региональных работ и реинтерпретации архивных материалов сейсморазведки с оконтуриванием и выделением перспективных зон нефтегазонакопления и объектов для проведения дальнейших геологоразведочных работ на участках с неоднозначным прогнозом и отсутствием промышленной нефтегазоносности [10].

Южно-Баренцевская и Северо-Баренцевская впадины – уникальные области прогибов земной коры с геологическими признаками, благоприятными для формирования крупных скоплений нефти и газа: огромная мощность осадочного чехла, рифтогенные геодинамические условия, большой набор пород, которые могут быть как флюидоупорами, так и коллекторами [11]. Южно-Баренцевские газоконденсатные и газовые месторождения непосредственно связаны с триасовыми и юрскими отложениями и тяготеют к периферийным и пограничным зонам бассейна [12].

Фундаментальное изучение физических свойств горных пород (керна) из отложений шельфа и геотермические исследования морских илов Баренцево-Карского региона ведутся в Геологическом институте КНЦ РАН в течение многих лет [13-15]. При современных технологиях бурения и добычи нефти и газа не всегда проводится изучение керна скважин [7], тем не менее именно это позволяет получить информацию о коллекторских свойствах пород, что важно для определения перспективных структур и нефтегазовых объектов. Керновый материал используется в экспериментальных и теоретических исследованиях возможности применения метода направленной разгрузки пласта на месторождениях с низкопроницаемыми коллекторами [3], эффективности водогазового воздействия на пласт при извлечении конденсата из низконапорных коллекторов [16], влияния горного давления на проницаемость песчаников и иных углеводородных коллекторов [17, 18], оценки коэффициентов сжимаемости трещин и межзерновых пор углеводородных коллекторов [19]. Цифровые модели также базируются на большом количестве параметров, получаемых в ходе литолого-петрографических исследований шлифов и керна скважин [20].

Важным аспектом изучения керна скважин являются исследования изменения физических свойств горных пород в процессе подъема образцов с больших глубин [21] и конкретно изменения механических свойств, пористости и трещиноватости пород-коллекторов в процессе подъема керна с глубин на поверхность [22, 23]. Использование новых данных о механических свойствах извлекаемых образцов пород позволяет повысить точность цифровых геологических моделей, необходимых при выполнении геолого-разведочных работ, определении коллекторских свойств, нефте- и газонасыщенности месторождения и разработке залежей нефти и газа.

В работе приводятся петрографическая характеристика и результаты изучения физических свойств керна (плотность, упругость, индекс упругой анизотропии, удельное акустическое сопротивление и пористость) из скважин Южно-Баренцевской впадины: Адмиралтейская-1, Крестовая-1, Лудловская-1, Штокманская-1, Арктическая-1, Северо-Кильдинская-82 (рис.1). Породы представлены палеозойско-мезозойскими отложениями интервала нижняя пермь – нижний мел.

Рис.1. Геологическая карта-схема строения южной части Баренцева моря [24] с положением скважин: СГ-3 – Кольская сверхглубокая; SK – Северо-Кильдинская-82; S-Mu – Северо-Мурманская; Mu – Мурманская-24; Аrc – Арктическая-1; Led – Ледовая-1; Кr – Крестовая-1; Sht – Штокманская-1; Lu – Лудловская-1; Аdm – Адмиралтейская-1. Опорные сейсмологические профили: ГСЗ-82, 1-АР, 2-АР

Значение показателя открытой пористости служит основным критерием коллекторских свойств осадочных пород. Рассматриваются сочетания физических параметров, характерные для пород-коллекторов. Информация о физических свойствах осадочных пород из шельфовых отложений Южно-Баренцевской впадины (как и морских скважин в принципе) публикуется нечасто, и этот материал может быть полезен литологам, геологам-нефтяникам, морским геологам и инженерам.

Методы

Образцы керна (42 шт.) изучались в петрографических шлифах с помощью поляризационных микроскопов ПОЛАМ РП-1 (ОАО «ЛОМО») и Amplival (Carl Zeiss Jena). При определении наименований песчаников и их гранулометрического состава использовались методики В.Н.Шванова и В.Т.Фролова [25], в частности диаграмма песчаных пород В.Н.Шванова, которая учитывает соотношение различных обломочных компонентов (кварца, полевых шпатов, обломков пород) в песчаниках. Размер зерен определялся с помощью окуляра с линейкой поляризационного микроскопа.

Материал для петрофизических исследований был подготовлен следующим образом: из керна были выпилены образцы в форме куба (длина ребра 25-30 мм, маркировка граней (направлений прозвучивания) – x, y, z, нормаль к грани z совпадает с осью керна, направления x и y – произвольно, взаимно ортогонально). Упругие свойства (скорости распространения ультразвуковых продольных волн Vx, Vy, Vz) измеряли в трех направлениях в сухих образцах с использованием серийного ультразвукового прибора ГСП УК-10ПМС. Инструментальная погрешность временного интервала составляла ±0,5 %, продолжительность одного измерения – 0,5 мин, рабочая частота – 45-60 кГц. Для обеспечения переноса волны от сенсора к поверхности образца использовался концентрированный раствор полисахаридов. Число измерений в каждом из трех направлений кубического образца составляло от 5 до 10.

Затем показатель (индекс или девиатор) упругой анизотропии вычислялся по формуле

А= 1 V m V x V m 2 + V y V m 2 + V z V m 2 100 %,

где Vm – средняя скорость распространения продольных волн, Vm = (Vx + Vy + Vz)/3.

Анизотропия упругих свойств горной породы обусловлена геометрией ее системы трещиноватости и, как и анизотропия проницаемости породы, является одним из основных петрофизических показателей, важных для пород-коллекторов.

Плотность ρ определяли гидростатическим взвешиванием образцов (метод Архимеда) в воздушно-сухом и погруженном в воду состояниях по формуле ρ = ρвmсух/(mсухmвод), где ρв = 1 г/см3 – плотность воды; mсух – вес сухого образца в воздухе; mвод – вес образца, погруженного в воду.

Удельное акустическое сопротивление определялось по формуле R = ρVm. Вариации параметра R указывают на чередование в разрезе породных слоев с различными физическими свойствами.

Для каждого образца коллекции был определен коэффициент открытой пористости путем пропитывания керосином изначально сухих образцов керна. Коэффициент пористости получен по формуле Cp = (Vpor/Vsample)∙100 %, где Vpor – объем пор, см3; Vsample – объем образца, см3. Пористость является одним из основных факторов, который контролирует качество коллектора [26, 27].

Результаты

Результаты измерений и расчетов представлены в таблице. Все образцы описаны макроскопически и в шлифах (рис.2). На рис.3 показаны результаты измерений керна для скважин Штокманская-1, Арктическая-1 и Крестовая-1, более представительных по числу образцов.

Описание керна в шлифах

Коллекцию изученного керна представляют осадочные горные породы – песчаники, алевролиты и известняки, часто с прослоями углистого вещества. В породах повсеместно преобладают зерна кварца – бесцветные, с низким рельефом, интерференцией серых цветов и типичным волнистым погасанием. Широко распространены обломки микроклина, распознаваемые по микроклиновой решетке, и кислые плагиоклазы – бесцветные, с низким рельефом, серыми цветами интерференции и полисинтетическими двойниками с тонкой двойниковой полоской. Повсюду встречается слюда, как правило, в форме отдельных бесцветных лейстов, с характерным низким рельефом, яркими цветами интерференции и искристым погасанием. Часто встречаются отдельные зерна циркона, для которого характерны высокий рельеф и яркие цвета интерференции с зональной окраской. По отдельным зернам полевых шпатов обычно развиваются серицит, который образует мелкие лейсты желтого цвета, и редко – хлорит с типичной интерференцией грязно-серых цветов.

Многие образцы (песчаники, алевролиты и др.) в шлифах очень схожи между собой, незначительно различаются в процентном содержании и размере обломков отдельных минералов. Краткое описание составов образцов приведено в таблице. Изменения минералов в шлифах показывают, что для большинства изученных осадков характерны признаки, типичные для фаз позднего катагенеза (мезокатагенез) или раннего метагенеза (апокатагенез).

Физические свойства керна скважин

Скважина Штокманская-1. Плотность пород ρ незначительно меняется по разрезу от 2,26 до 2,6 г/см3 и имеет тенденцию к постепенному увеличению с глубиной (см. таблицу, рис.3, а). Средняя скорость продольных волн Vm не зависит от плотности, но также слегка варьируется и постепенно увеличивается с глубиной. Плотность напрямую влияет на удельное акустическое сопротивление, которое значительно меняется по разрезу и повторяет изменения Vm.

Физические свойства образцов керна

Образец

Глубина, м;возраст

Порода, состав

Скорости продольных волн Vx;Vy;Vz, км/c

Средняя скоростьVm, км/c

Плотностьρ, г/см3

Удельное акустическое cопротивлениеR, г/см2∙c

Индекс упругой анизотропииА, %

Открытая пористость, Cp, %

Скважина Штокманская-1

1Sht

1437;K1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) тонкослоистый; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

2,92; 2,80; 1,14

2,29

2,31

5,29

61,44

10,8

2Sht

1557;K1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм); цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

2,25; 2,78; 1,17

2,07

2,31

4,78

56,06

10,5

3Sht

1705;K1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) тонко-горизонтально слоистый; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,12; 2,92; 1,40

2,48

2,50

6,20

53,64

6,1

4Sht

1810;K1

Известняк массивный

2,20; 3,30; 0,93

2,14

2,51

5,37

78,38

4,4

5Sht

1900;J3

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) тонкослоистый с открытыми трещинами; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

2,64; 3,52; 1,77

2,64

2,51

6,63

46,87

5,2

6Sht

2066;J2

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) тонкослоистый, биотурбитовая текстура; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

2,98; 3,01; 1,88

2,62

2,29

6,00

34,76

13,1

7Sht

 

2177;J2

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм), биотурбитовая текстура; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,03; 3,07; 2,33

3,02

2,36

7,13

22,91

11,8

8Sht

2246;J2

Песчаник кварцевый среднезернистый (0,1-1,2 мм, преобладает 0,4-0,5 мм); цемент пленочный, хлорит-серицитового состава; локально кварцевый регенерационный

1,79; 1,95; 1,73

1,72

2,26

3,89

8,84

13,2

9Sht

2303;J2

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) косослоистый, биотурбитовая текстура; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,01; 2,18; 1,72

2,30

2,50

5,75

40,20

6,1

10Sht

2452;J1

Известняк тонкослоистый

3,56; 3,50; 1,33

2,80

2,57

7,19

64,17

2,8

11Sht

2710;J1

Песчаник кварцевый среднезернистый (0,1-1,2 мм, преобладает 0,4-0,5 мм) массивный; цемент пленочный, хлорит-серицитового состава, локально кварцевый регенерационный цемент

2,55; 2,46; 2,38

2,46

2,28

5,61

4,89

11,4

12Sht

2806;T3

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм); цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,05; 3,32; 1,79

2,72

2,39

6,50

42,93

9,7

13Sht

2907;T3

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм); цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

2,94; 2,22; 1,53

2,23

2,33

5,20

53,82

11,5

14Sht

3007;T3

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) горизонтально слоистый; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,89; 4,06; 2,14

3,36

2,59

8,70

44,73

1,4

15Sht

3020;T3

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) косослоистый; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

2,53; 3,28; 1,61

2,47

2,57

6,35

47,89

3,5

16Sht

3057;T3

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) тонкослоистый, биотурбит; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

2,61; 3,79; 1,83

2,74

2,64

7,23

50,93

3,5

17Sht

3073;T3

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) тонкослоистый; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,72; 3,82; 2,86

3,47

2,49

8,64

21,51

7,5

18Sht

 

3103;T3

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) слюдистый, косослоистый; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

2,79; 3,66; 2,26

2,90

2,60

7,54

34,48

2,6

Средние значения

2,43

2,43

5,9

42,69

7,5

Скважина Арктическая-1

1Arc

2040;K1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм); цемент типа выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,73; 3,52; 2,20

3,15

2,56

8,06

37,24

5,4

2Arc

2616;J2

Алевроглинистая порода тонко-слоистая с обломками раковин

3,32; 3,26; 2,30

2,96

2,09

6,19

27,34

0,0

3Arc

2872;J2

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) косослоистый; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,45; 3,48; 2,28

3,07

2,53

7,77

31,52

3,3

4Arc

3323;J1

Песчаник аркозовый мелко-среднезернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,2-0,3 мм) массивный; цемент пленочный хлорит-серицитовый, локально регенерационный кварцевый

3,51; 3,61; 2,69

3,27

2,45

8,01

21,83

6,1

5Arc

3625;T3

Песчаник аркозовый среднезернистый (0,1-0,8 мм, преобладает 0,4-0,5 мм) массивный; цемент пленочный хлорит-серицитовый, локально регенерационный кварцевый

2,87; 2,93; 1,83

2,54

2,41

6,12

34,44

7,3

6Arc

4040;T3

Известняк, размер зерен ≤ 0,1-0,15 мм, тонкослоистый

3,80; 3,87; 2,49

3,39

2,60

8,81

32,43

1,3

Средние значения

3,06

2,44

7,47

30,75

3,9

Скважина Крестовая-1

1Kr

2417;T1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,2 мм) тонко-горизонтально-слоистый; цемент карбонатный, базального типа

3,93; 4,18; 2,22

3,4

2,68

9,22

43,86

0,6

2Kr

3099;T1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,2 мм); цемент карбонатный, базального типа

4,25; 3,24; 3,47

3,65

2,70

9,85

20,40

0,4

3Kr

3402;T1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм); цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

4,48; 4,64; 2,91

4,01

2,69

10,79

33,71

0,1

4Kr

3616;T1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,2 мм) тонкослоистый; цемент карбонатный, базального типа

2,98; 4,51; 1,67

3,05

2,74

8,36

65,91

0,5

5Kr

3817;T1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,2 мм) тонкослоистый; цемент карбонатный, базального типа

4,40; 4,10 2,19

3,56

2,74

9,75

47,62

0,7

6Kr

3806;T1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,2 мм) тонкослоистый; цемент карбонатный, базального типа

2,94; 3,21; 2,50

2,88

2,72

7,83

17,60

0,4

7Kr

3910;P2

Алевроглинистая порода, тонко-слоистая

3,07; 4,31; 1,77

3,05

2,70

8,23

58,89

0,5

Средние значения

3,38

2,71

9,16

41,14

0,4

Скважина Адмиралтейская-1

1Adm

1845;P2

Известняк массивный углистый

4,16; 3,23; 3,97

3,79

2,70

10,23

 

18,33

1,2

2Adm

2047;P2

Известняк тонкослоистый

3,11; 4,67; 2,34

3,37

2,65

8,93

49,82

7,0

3Adm

2330;P1-2

Известняк массивный

4,60; 4,40; 3,49

4,16

2,73

11,36

20,11

0,7

4Adm

2640;P1

Известняк массивный

4,38; 3,92; 1,56

3,31

2,72

9,00

65,19

1,1

Средние значения

3,66

2,7

9,88

38,36

2,5

Скважина Лудловская-1

1Lu

1717;J2

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) тонко-косослоистый; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,91; 3,31; 2,16

3,13

2,57

8,04

40,18

4,1

2Lu

2218;J1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм); цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,44; 3,72; 1,36

2,84

2,56

7,27

64,20

4,2

3Lu

2881;T3

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) косослоистый; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,74; 3,52; 2,13

3,13

2,57

8,04

39,44

1,5

Средние значения

3,03

2,57

7,79

47,94

3,3

Скважина Северо-Кильдинская-82

1SK

3413;T1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) массивный; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

3,61; 3,45; 2,01

3,02

2,67

8,04

41,27

1,6

2SK

 

3774;T1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) массивный; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

2,74; 2,82; 1,47

2,34

2,50

5,85

45,77

5,9

3SK

3875;T1

Песчаник аркозовый мелкозернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,15 мм) массивный; цемент выполнения пор хлорит-серицитового состава, локально железистый

2,87; 2,27; 1,82

2,32

2,47

5,73

32,11

5,3

4SK

4007;T1

Песчаник аркозовый мелко-средне-зернистый (0,1-0,5 мм, преобладает 0,2-0,3 мм) массивный; цемент пленочный, хлорит-серицитового состава, локально регенерационный кварцевый

4,19; 4,29; 3,13

3,87

2,54

9,83

23,49

5,8

Средние значения

2,89

2,54

7,34

35,66

4,6

Показатель упругой анизотропии А уменьшается вниз по разрезу, существенно варьируется и не всегда согласуется с предыдущими параметрами по знаку изменения. Пористость Cp наиболее сильно меняется от 1,4 до 13,2 % и в большинстве случаев обратно пропорциональна упругим параметрам (Vm, R, A). Продуктивный интервал этого месторождения с уникальными запасами газоконденсата расположен в интервале глубин 1813-2479 м [28]. Согласно исследованию [12], скважина Штокманская-1 вскрывает два интервала газоконденсата, на глубинах ~1850-1900 и ~2100-2200 м. Вероятно, ко второму интервалу относятся образцы 6Sht-8Sht c самыми высокими значениями Cp = 11,5-13,2 %, хотя высокая пористость отмечается и для образцов 1Sht, 2Sht и 11Sht-13Sht (см. таблицу, рис.3).

Скважина Арктическая-1. Плотность пород, как и в Штокманской скважине, слабо меняется с глубиной от 2,4 до 2,6 г/см3 с уменьшением до 2,09 г/см3 на глубине 2616 м (образец 2Arc, см. таблицу, рис.3, б). Средняя скорость продольных волн Vm и удельное акустическое сопротивление R синхронно меняются по разрезу, не увеличиваясь с глубиной. Индекс упругой анизотропии А меняется синхронно с R для верхних образцов (1Arc-3Arc), и находится в противофазе с R для нижних (4Arc-6Arc). Коэффициент пористости Ср существенно меняется от 0 до 7,1 %, увеличиваясь в трех нижних образцах. Данные о продуктивности этой скважины и Арктической площади в целом в открытой печати отсутствуют.

Рис.2. Фотографии шлифов некоторых образцов пород: а, б – 4SK (песчаник аркозовый мелко-среднезернистый); в, г – 3Kr (песчаник аркозовый мелкозернистый плохосортированный); д – 8Sht (песчаник кварцевый среднезернистый); е – 2Arc (алевроглинистая порода с четкой слоистостью); ж, з – 7Kr (алевроглинистая порода)

Рис.3. Вариации физических свойств керна по разрезу: a ‒ скважина Штокманская-1; б ‒ скважина Арктическая-1; в ‒ скважина Крестовая-1

1 – средняя скорость Vm, км/с; 2 – плотность r, г/см3; 3 – удельное акустическое сопротивление R, г/см2∙с; 4 – коэффициент пористости Ср, %; 5 – индекс упругой анизотропии А/10, %

Скважина Крестовая-1. Плотность образцов находится в узких пределах (2,68-2,74 г/см3) в связи с однородностью пород (см. таблицу). Средняя скорость продольных волн Vm и удельное акустическое сопротивление R постепенно уменьшаются с глубиной. Существенно меняется показатель упругой анизотропии А, который находится в противофазе с R для верхних образцов (1Кр-5Кр), и меняется синхронно с R для нижних образцов (6Кр и 7Кр). Коэффициент пористости Cp низкий (0,1-0,7 %) во всех образцах, что вызывает сомнения в возможном наличии здесь залежей углеводородов.

Обсуждение результатов

Физические свойства керна Кольской сверхглубокой (СГ-3) и ряда других скважин, пройденных в древнейших метаморфических породах, а также измерения керна меловых отложений Ленинградской площади (шельф Карского моря) [15] показали, что упругая анизотропия пород как физическое свойство, связанное с составом, структурой и трещинно-поровой системой породы, отражает тектонику объекта (породного массива) и обусловлена в основном геодинамическими процессами [15, 29]. Последними исследованиями [30] получена новая информация о геологическом строении северной части Карского шельфа у архипелага Северная Земля. Физические свойства горных пород не только дают необходимую информацию об их коллекторских свойствах, но и свидетельствуют о перспективах шельфовых отложений на углеводороды. Формирование такого свойства осадочного бассейна, как углеводородный потенциал, определяет в итоге становление динамической системы самого бассейна [12, 31].

На рис.4 показаны средние значения физических свойств для каждой изученной скважины (см. таблицу), которые представляют собой характеристические точки вдоль ориентированного с юго-запада на северо-восток условного профиля.

Рис.4. Средние значения физических свойств керна скважин (с юго-запада на северо-восток).

Продуктивные скважины выделены эллипсами

Условные обозначения см. на рис.3

Несмотря на небольшое количество изученных образцов, по средним значениям физических свойств, рассчитанных для всех скважин (см. таблицу, рис.3), и с использованием дополнительной информации можно сделать некоторые выводы. По данным исследований [8, 28], продуктивными являются три площади – Северо-Кильдинская-1 (газовая), Штокманская-1 (газоконденсатная) и Лудловская-1 (газовая). По геологическому положению продуктивные скважины расположены на границах впадин, а непродуктивные – в центре Южно-Баренцевской впадины (Арктическая-1) и в пределах Адмиралтейского поднятия (Крестовая-1 и Адмиралтейская-1) (см. рис.1).

Физические свойства образцов керна Северо-Кильдинской, Штокманской и Лудловской газовых скважин (рис.4) близки по относительно низким значениям Vm и R и более высоким значениям Cp и A. Все эти параметры зависят от наличия пор и трещин. Развитие трещинно-поровой системы приводит к увеличению коэффициентов открытой пористости и (или) упругой анизотропии и одновременно – к снижению средней скорости продольных волн и уменьшению удельного акустического сопротивления. Наиболее высокие значения открытой пористости отмечены в скважине Штокманская-1, которая не имеет равных по коллекторским свойствам. В скважине Лудловская-1 при низком значении открытой пористости повышается значение индекса упругой анизотропии, что может быть связано с наличием систем трещин. Роль трещиноватости в фильтрации флюидов особенно возрастает в плотных низкопоровых разностях пород с малой межзерновой проницаемостью [32]. Такие породы могут образовывать трещинно-поровые, порово-трещинные, а в отдельных случаях и чисто трещинные коллекторы, где фильтрация флюидов осуществляется преимущественно по трещинам. Коллекторские свойства малопродуктивных скважин (Арктическая-1, Крестовая-1, Адмиралтейская-1) уступают по этому признаку газовым скважинам (Лудловская, Северо-Кильдинская-82, рис.4), что выражено в низкой величине открытой пористости и индекса упругой анизотропии, но в повышенных параметрах R и Vm.

Таким образом, физические свойства изученных образцов керна заметно отличаются в продуктивных и непродуктивных скважинах.

Если рассмотреть петрографические свойства пород на примере скважин Штокманская-1 (продуктивная), Арктическая-1 и Крестовая-1 (непродуктивные), то при одинаковом типе пород (аркозовые песчаники) наблюдается разница как в гранулометрическом составе, так и в способе цементации пород. Песчаники Штокманской скважины отличаются более крупным размером зерен (0,1-0,5 мм), песчаники из скважин Арктическая-1 и Крестовая-1 мелкозернистые (0,1-0,2 мм). В скважинах Штокманская-1 отмечается поровый цемент, Арктическая-1 – пленочный цемент, Крестовая-1 – цемент базального типа. При переходе от порового цемента к пленочному и базальному коллекторские свойства песчаников уменьшаются [33]. В Штокманской скважине на фоне песчаников в разрезе выделяются два образца известняка (4Sht и 10Sht), которые отличаются наиболее низкой пористостью, но высокой анизотропией, что может говорить о наличии в них внутренних трещин. Такие же тонкослоистые или массивные известняки с очень низкой пористостью и низкой анизотропией найдены в скважине Арктическая-1 (2Arc и 6Arc, см. таблицу, рис.3). Возможно, отсутствие пор в известняках обусловлено малым размером зерен ≤ 0,1-0,15 мм, так как понижение коллекторских свойств терригенных (обломочных) пород может быть прямо связано с уменьшением размерности их гранулометрического состава.

По данным, представленным в статье, можно утверждать, что месторождения углеводородов в недрах Южно-Баренцевского бассейна следует искать на относительно небольшом расстоянии от его тектонических границ. Считается, что при формировании газа в Южно-Баренцевской термической камере эти огромные объемы газа перетекали в относительно возвышенные области, такие как Штокмано-Лудловская площадь [11]. С другой точки зрения флюиды отжимались к бортам прогиба за счет мощного литостатического давления, мигрировали из областей избыточного давления в краевые зоны разуплотнения [12]. В любом случае открытые в Южно-Баренцевом бассейне газоконденсатные и газовые месторождения Мурманское, Северо-Кильдинское, Штокманское, Ледовое, Лудловское тяготеют к периферийным зонам [8].

Полученные результаты могут быть полезны при изучении перспективных на углеводороды геолого-тектонических структур. Петрофизические методы можно применять для своевременной отбраковки потенциально пустых участков на предварительном этапе анализа геофизических (сейсмологических) материалов. Также литологические и петрофизические данные по образцам керна скважин глубокого бурения на нефтегазовых объектах могут быть использованы в методах математического моделирования при построении цифровых моделей керна [34, 35], которые применяются при исследованиях сложных с точки зрения проведения экспериментов пород-коллекторов или при оценке запасов нефти и газа [20].

Заключение

На основе анализа керна по пяти разным физическим свойствам (плотность, упругость, индекс упругой анизотропии, удельное акустическое сопротивление и пористость) и петрографическим особенностям из шести скважин Южно-Баренцевской впадины можно сделать следующие выводы.

Породы непродуктивных скважин Арктическая-1, Адмиралтейская-1 и Крестовая-1, расположенных в средней части Южно-Баренцевской впадины и в пределах Адмиралтейского поднятия, по физическим свойствам отличаются от пород газовых и газоконденсатных скважин Штокманская-1, Северо-Кильдинская-82 и Лудловская-1, расположенных вблизи границ Южно-Баренцевской впадины. Образцы керна продуктивных скважин имеют более низкие значения Vm и R и более высокие значения Cp и (или) A, чем непродуктивные скважины. Именно такое сочетание петрофизических параметров обеспечивает коллекторские свойства перспективных на углеводороды пород. Петрографическое изменение коллекторских свойств изученных пород в продуктивных и непродуктивных скважинах отражается в уменьшении гранулометрического состава пород и в переходе от порового к пленочному и базальному цементу.

При поиске перспективных на углеводороды геолого-тектонических структур можно использовать петрофизические методы, чтобы своевременно отбраковывать потенциально пустые участки на предварительном этапе анализа геофизических (сейсмологических) материалов.

Литература

  1. Тектоностратиграфический атлас Восточной Арктики / Отв. ред. О.В.Петров, М.Смелрор. СПб: ВСЕГЕИ, 2020. 152 с.
  2. Гусев Е.А. Итоги и перспективы геологического картирования арктического шельфа России // Записки Горного института. 2022. Т. 255. С. 290-298. DOI: 10.31897/PMI.2022.50
  3. Karev V., Kovalenko Y., Ustinov K. Directional Unloading Method is a New Approach to Enhancing Oil and Gas Well Productivity // Geomechanics of Oil and Gas Wells. Springer, 2020. P. 155-166. DOI: 10.1007/978-3-030-26608-0_10
  4. Двойников М.В., Леушева Е.Л. Современные тенденции освоения углеводородных ресурсов // Записки Горного института. 2022. Т. 258. С. 879-880.
  5. Dmitrieva D., Romasheva N. Sustainable Development of Oil and Gas Potential of the Arctic and Its Shelf Zone: The Role of Innovations // Journal of Marine Science and Engineering. 2020. Vol. 8. Iss. 12. № 1003. DOI: 10.3390/jmse8121003
  6. Арчегов В.Б., Нефедов Ю.В. Стратегия нефтегазопоисковых работ в оценке топливно-энергетического потенциала шельфа арктических морей России // Записки Горного института. 2015. Т. 212. С. 6-13.
  7. Инновационный вектор развития ОАО «МАГЭ» / Науч. ред. Г.С.Казанин, Г.И.Иванов. СПб, 2017. 263 с.
  8. Шипилов Е.В., Мурзин Р.Р. Месторождения углеводородного сырья западной части российского шельфа Арктики: геология и закономерности размещения // Геология нефти и газа. 2001. № 4. С. 6-19.
  9. Евдокимов А.Н., Смирнов А.Н., Фокин В.И. Полезные ископаемые арктических островов России // Записки Горного института. 2015. Т. 216. С. 5-12.
  10. Prischepa O., Nefedov Y., Nikiforova V. Arctic Shelf Oil and Gas Prospects from Lower-Middle Paleozoic Sediments of the Timan-Pechora Oil and Gas Province Based on the Results of a Regional Study // Resources. 2022. Vol. 11. Iss. 1. № 3. DOI: 10.3390/resources11010003
  11. Маргулис Е.А. Факторы формирования уникального Штокмановско-Лудловского узла газонакопления в Баренцевом море // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2008. Т. 3. № 2. 9 с.
  12. Шипилов Э.В. Месторождения углеводородного сырья российского шельфа Арктики: геология и закономерности размещения // Вестник МГТУ. 2000. Т. 3. № 2. C. 339-351.
  13. Цыбуля Л.А., Левашкевич В.Г. Тепловое поле Баренцевоморского региона. Апатиты: Кольский научный центр РАН, 1992. 112 с.
  14. Ильченко В.Л. Анализ треков спонтанного деления для определения палеотемпературного режима осадков Баренцева моря // Литология и полезные ископаемые. 1995. № 5. С. 552-557.
  15. Ильченко В.Л., Чикирев И.В. О некоторых физических свойствах меловых пород юго-западной части шельфа Карского моря // Литология и полезные ископаемые. 2009. № 4. С. 363-373.
  16. Drozdov A., Gorbyleva Y., Drozdov N., Gorelkina E. Perspectives of application of simultaneous water and gas injection for utilizing associated petroleum gas and enhancing oil recovery in the Arctic fields // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 678. № 012039. DOI: 10.1088/1755-1315/678/1/012039
  17. Kozhevnikov E.V., Turbakov M.S., Riabokon E.P., Poplygin V.V. Effect of Effective Pressure on the Permeability of Rocks Based on Well Testing Results // Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 8. № 2306. DOI: 10.3390/en14082306
  18. Dasgupta T., Mukherjee S. Sediment Compaction and Applications in Petroleum Geoscience. Springer, 2020. 122 p. DOI: 10.1007/978-3-030-13442-6
  19. Жуков В.С., Кузьмин Ю.О. Экспериментальная оценка коэффициентов сжимаемости трещин и межзерновых пор коллектора нефти и газа // Записки Горного института. 2021. Т. 251. С. 658-666. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.5
  20. Белозеров И.П., Губайдуллин М.Г. О концепции технологии определения фильтрационно-емкостных свойств терригенных коллекторов на цифровой модели керна // Записки Горного института. 2020. Т. 244. С. 402-407. DOI: 10.31897/PMI.2020.4.2
  21. Kozlovsky Y.A. The Superdeep Well of the Kola Peninsula. Springer-Verlag, 1987. 571 p. DOI: 10.1007/978-3-642-71137-4
  22. Baker R.O., Yarranton H.W., Jensen J.L. Practical Reservoir Engineering and Characterization. Elsevier, 2015. 534 p. DOI: 10.1016/C2011-0-05566-7
  23. Peng Xiang, Hongguang Ji, Jingming Geng, Yiwei Zhao. Characteristics and Mechanical Mechanism of In Situ Unloading Damage and Core Discing in Deep Rock Mass of Metal Mine // Shock and Vibration. 2022. Vol. 2022. № 5147868. DOI: 10.1155/2022/5147868
  24. Сакулина Т.С., Рослов Ю.В., Иванова Н.М. Глубинные сейсмические исследования в Баренцевом и Карском морях // Физика Земли. 2003. № 6. С. 5-20.
  25. Систематика и классификации осадочных пород и их аналогов / Отв. ред. В.Н.Шванов. СПб: Недра, 1998. 352 с.
  26. Yang Gao, Zhizhang Wang, Yuanqi She et al. Mineral characteristic of rocks and its impact on the reservoir quality of He 8 tight sandstone of Tianhuan area, Ordos Basin, China // Journal of Natural Gas Geoscience. 2019. Vol. 4. Iss. 4. P. 205-214. DOI: 10.1016/j.jnggs.2019.07.001
  27. Barletta A. Fluid Flow in Porous Media // Routes to Absolute Instability in Porous Media. Springer, 2019. P. 121-133. DOI: 10.1007/978-3-030-06194-4_6
  28. Козлов С.А. Инженерная геология Западно-Арктического шельфа России. СПб: ВНИИОкеангеология, 2004. 147 с.
  29. Artyushkov E.V. On the origin of the seismic anisotropy of the lithosphere // Geophysical Journal International. 1984. Vol. 76. Iss. 1. P. 173-178. DOI: 10.1111/j.1365-246X.1984.tb05033.x
  30. Гусев Е.А., Крылов А.А., Урванцев Д.М. и др. Геологическое строение северной части Карского шельфа у архипелага Северная Земля по результатам последних исследований // Записки Горного института. 2020. Т. 245. С. 505-512. DOI: 10.31897/PMI.2020.5.1
  31. Лавренова Е.А., Щербина Ю.В., Мамедов Р.А. Моделирование углеводородных систем и количественная оценка углеводородного потенциала восточно-арктических морей // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 2020. Т. 63. № 4. C. 23-38. DOI: 10.32454/0016-7762-2020-63-4-23-38
  32. Белоновская Л.Г., Булач М.Х., Гмид Л.П. Роль трещиноватости в формировании емкостно-фильтрационного пространства сложных коллекторов // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2007. Т. 2. 18 с.
  33. Смирнова Н.В. Типы цемента и влияние их на проницаемость песчаных пород // Геология нефти и газа. 1959. № 7. С. 33-38.
  34. Samylovskaya E., Makhovikov A., Lutonin A. et al. Digital Technologies in Arctic Oil and Gas Resources Extraction: Global Trends and Russian Experience // Resources. 2022. Vol. 11. Iss. 3. № 29. DOI: 10.3390/resources11030029
  35. Esiri A.E., Jambol D.D., Ozowe C. Enhancing reservoir characterization with integrated petrophysical analysis and geostatistical methods // Open Access Research Journal of Multidisciplinary Studies. 2024. Vol. 7. Iss. 2. P. 168-179. DOI: 10.53022/oarjms.2024.7.2.0038

Похожие статьи

Обоснование оптимальных технико-экономических параметров карьера при этапной разработке рудных крутопадающих месторождений
2022 С. И. Фомин, М. П. Овсянников
Оценка параметров надежности схем цехового электроснабжения горных предприятий с однотрансформаторными подстанциями при различных способах их резервирования
2025 Р. М. Петрова
Плавающие биоплато Constructed Floating Wetlands – фитотехнология для очистки сточных вод: опыт применения и перспективы использования
2025 Л. А. Иванова, Е. А. Красавцева, Т. Т. Горбачева
Разработка инженерной методики определения норматива потребления электроэнергии аппаратами воздушного охлаждения
2025 Д. Е. Филимошина
Высокоглиноземистые гнейсы чупинской толщи Беломорского подвижного пояса: условия метаморфизма, парциальное плавление и возраст мигматитов
2025 А. В. Юрченко, Ш. К. Балтыбаев, Т. А. Мыскова
Экспериментальное моделирование снижения алмазоносности кимберлита в условиях коровых кумулятивных центров
2025 А. В. Кузюра, А. В. Спивак, Г. Ю. Криулина