Свойства разломов и деформация пород в поиске и добыче

Нашлось немного свободного времени, чтобы написать запоздалый отчет о поездке на геологическую экскурсию-курс в штаты в октябре 2012 года организованный компанией Rock Deformation Research, Ltd. Тема курса –  “Структурные стили и характеристики разломов в поиске и разведке”.

Курс был очень интенсивным, проходил в районе городов Grand Junction, CO и Moab, UT и включал в себя по несколько часов в классе каждый день с последующими поездками по окрестностям Grand Junction (1 день) и Moab (4 дня).  Основная цель курса – ознакомить слушателей с видами и свойствами деформаций пород, возникающих в результате образования разломов. Многочисленные обнажения в этом регионе позволяют увидеть (пощупать, понюхать) и тем самым закрепить теоретические основы, полученные на сессиях в аудитории. Курс затрагивал темы оценки рисков при поиске месторождений, а также влияние деформации пород на разработку.

Публика была достаточно разношерстной, среди 15 участников курса были геологи и разработчики, молодые специалисты и менеджеры. На фото ниже видно распределение по возратам (тот что в шапке – ведущий курса). В плане географии этот курс был в основном для специалистов, работающих в Скандинавских странах, так что были в основном представители из Дании, Норвегии, а также Германии и Нидерландов.

Moab_Pic1

Примерный маршрут с указанием мест, которые мы посетили.

Moab_Pic2_sm

Moab_Pic3_sm

Практические все посещаемые места были расположены достаточно далеко от основных дорог и предполагали езду по грунтовым дорогам и серпантинам на больших внедорожниках (у меня был Suburban), в общем красота.

Ну а теперь по теме курса. Сначала нсколько слов а разломах и их свойствах и о том, каким образом свойства разлома могут быть реализованы в гелогической и гидродинамической моделях.
Обычно в моделях разломы представлены как некая плоскость, разделяющая два блока. Ключевое слово – плоскость, имеющая нулевую толщину. В гидродинамической модели, более того, очень часто разломы заменяются зигзагообразными кривыми для того чтобы сохранить ортогональность сетки и предотвратить возможные проблемы со сходимостью алгоритмов. В реальности же все выглядит несколько по другому:

Moab_Pic5

Как видно из рисунка в реальности геометрия разлома сложнее, чем просто плоскость смещения. Если привести немного теории (за точность фомулировок не берусь, я не геолог), то наряду с самим разломом, можно выделить, так называемую зону разлома, которая представляет собой зону деформаций породы и включает в себя – ядро разлома, внутреннюю и внешнюю зоны разлома. Ядро разлома наиболее узкая часть представляющая смещение (то что мы обычно представляем в наших моделях). Внутренняя зона разлома – это регион с наибольшими деформациями. Это могут быть серии небольших разломов, сжатия, растяжения и образование катакластических пород (не знаю правильного русского термина). Внешняя зона – зона близко расположенных небольших разломов и зон деформации породы.

Внутренняя зона и ядро разлома достаточно узкие и могут быть представлены в модели плоскостью, как мы обычно и делаем. В зависимости от литологии, типа разлома и высоты сброса, используя различные методы, можно оценить проводимость разлома, которая очень важна для оценки поисковых рисков и также для дальнейшего моделирования разработки. В гидродинамических моделях учитывается коэффициентом проводимости, который в дальнейшем при разработке месторождения может быть уточнен.

Внешняя зона деформаций разлома, которая как правило никак не моделируется, в зависимости от высоты сброса разлома может распространяться на несколько десятков метров от разлома, т.е. по сути по одной ячейке модели в каждую сторону от плоскости разлома. При этом плоскости деформации породы, расположены преимущественно параллельно плоскости разлома, хотя не всегда. На следующих картинках видно, что они из себя представляют:

DSCN1479DSCN1460

DSCN1470

На вертикальном срезе видно, что они представляют собой практически прямые линии достаточно большой длины:

DSCN1494 DSCN1493

На первый взгляд они выглядят как трещины с высокой проводимостью, но на самом деле исследования образцов керна с деформированной породой показывают, что проницаемость в этих зонах на несколько порядков хуже проницаемости нормальных (недеформированных) пород.

Вот еще серия таких деформаций, ориентированных более хаотично по отношению к плоскости разлома. При этом деформированы они таким образом, что гораздо меньше подвержены эрозии:

DSCN1818 DSCN1827 DSCN1822

Ну и еще несколько картинок, на которых видно как интенсивность деформаций в экспоненциально й зависимости снижается по мере удаления от плоскости разлома:

DSCN1925 DSCN1931 DSCN1930

 

Как я уже упоминал выше, проницаемость деформированных из-за разломов пород (fault rock) варьируется от 10 nD – 1 mD, проницаемость обычного коллектора от 0.1 mD – 5 D. При переходе к геологическим или гидродинамическим ячейкам, для оценки проницаемости всей ячейки нужно брать среднее гармоническое взвешенной по длине блоков (деформированных и недеформированных). Имеется в виду проницаемость в направлении перпендикулярно к плоскости разлома. Проницаемость в направлении вдоль плоскости разлома будет очевидно выше:

    \[  K_{bulk} = \frac{L_r+L_f}{\frac{L_r}{K_r}+\frac{L_f}{K_f}} \]

К примеру, возьмем ячейку в 50 метров, с проницаемостью 100 мД, где у нас будет одна зона деформации толщиной 1 см и с проницаемостью 0.01 мД, таким образом средняя проницаемость всего блока в направлении перпендикулярном плоскости деформации будет – 50/(\frac{49.99}{100}+\frac{0.01}{0.01})=50/(0.4999+1)]\approx50/1.5\approx33mD, в 3 раза меньше. При этом проницаемость ячейки вдоль зоны деформации будет практически такой же как и у недеформированного блока (арифметические среднее взвешенное по толщине). Для вычисления проницаемости, вызванной серией таких зон, нужно будет слегка изменить формулу, используя плотность деформации на 1м и среднюю толщину.

Завершая вышесказанное, несколько рекомендаций для геологов и разработчиков, занимающихся построением моделей. Для тех месторождений, где количество разломов небольшое, и расположены они достаточно далеко друг от друга, а также если размер ячейки модели крупный (100 м и более), не стоит заниматься изменением проницаемости блоков, расположенных непосредственно у разломов. Все это можно сделать изменением проводимости разломов. В противном случае, если разломов очень много и если расположены они достаточно близко друг от друга, и размер ячейки небольшой, то  стоит подумать над тем, чтобы дополнительно к коэффициентам проводимости разломов, также изменить проницаемость ячеек рядом с разломами.

Но не все так просто. Есть примеры, где все немного по другому. К примеру, на South Arne (месторождение с которым я сейчас работаю), проницаемость вдоль разломов выше, за счет увеличенной трещиноватости. Но это мел, совсем другой тип коллектора по сравнению с песчаником. И генезис образования разломов отличный. Так что всегда есть исключения.

Ну и напоследок еще несколько фотографий:

1. Colorado National monument

DSCN1368

2. По дороге в Моаб

DSCN1421

3. Привал

DSCN1537

4. Double Arch

DSCN1563

4. Delicate Arch

DSCN1688DSCN1725DSCN1729

Серия разломов, которые не видны на сейсмике:

DSCN1957DSCN1962

Тут без комментариев, матушка-природа

DSCN1549

Share

4 Comments

  1. Шпиндлер Андрей

    Спасибо Владимир за статью, очень познавательно. Основной неопределенностью остается вопрос о “залечености” разломов, ведь она не поддается никакой оценке… Скажите, Вам как-нибудь освещали этот вопрос на семинаре?

    1. volvlad

      Кстати говоря, оценки о провдимости разломов провести можно, исходя из литологии, типа разлома. Все конечно же неточно с массой всевозможных допущений, но провести некий анализ можно и его проводят для оценки рисков при поиске углеводородов.

  2. я не геолог и всегда считал что разломы должны увеличивать проницаемость. ну ладно поперек разломов понятно, но вдоль разломов то должна проводимость увеличиваться. и вертикальная проницаемость тоже. все таки большая трещина по сути. если конечно не брать во внимание тот эффект, что просачиваемая по разломам вода цементирует ходы (в результате осаждения растворимых веществ), но раз уж на то пошло, она с таким же успехом могла зацементировать весь коллектор.
    а есть существенная разница в разломах песчаников и карбонатов да?

    1. volvlad

      В том-то и дело что я тоже также полагал до этого, и на Syd Arne, месторождение с которым я сейчас работаю, проводимости вдоль разломов выше. Более того в четверг вернулся с семинара по исследованиям меловых залежей, у всех тоже самое (Ekofisk, Eldfisk, Valhall). Но мел это немного другое, да и процесс образования разломов важен. В общем, то что я увидел там “немного” отличается, да и беседы с лидером курса, кторый всю свою жизнь этим занимается, говорят об обратном. В общем надо смотреть на каждый случай отдельно. И данный случай показывает, что у любого правила есть исключение… геология одним словом)

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *