Сдвиговая тектоника ОБ - тектонофизические и флюидодинамические аспекты нефтегазоносности недр > Сдвиговая тектоника осадочных бассейнов
Структурные парагенезы сдвигов: от Риделя к Силвестеру. Что дальше?
Тимурзиев Ахмет Иссакович:
Физическое моделирование
Физическое моделирование выполнялось в рамках совместного проекта по моделированию структурообразования в условиях сдвиговых деформаций, приближенных к геологическим условиям севера Западной Сибири в лаборатории тектонофизики и геотектоники Геологического факультета МГУ (группа М.А.Гончарова) и Западно-Сибирским Геологическим Центром, ЗапСибГЦ (группа Ю.М.Зубкова).
1. Во всех экспериментах, выполненных группой М.А.Гончарова (МГУ), а именно, моделирование деформаций фундамента в отсутствие чехла и моделирование деформаций фундамента с чехлом над отдельным сдвиговым разломом фундамента в вариантах жесткого и пластичного фундамента и др., в чехле удалось воспроизвести лишь крутопадающие трещины отрыва и сколы Риделя. При этом трещины отрыва не получали дальнейшего развития, а объединялись в сколы Риделя, простирание которых незначительно отклонялось от простирания сдвигового разлома в фундаменте. Между тем в исследуемом районе встречаются углы падения сбросов в диапазоне 50-70˚, а их простирание заметно (на 35-55˚) отличается от простирания сдвига фундамента.
С учетом дополнительных экспериментов (моделирование гравитационной нагрузки чехла и суперпозиции двух типов горизонтального сдвига: вдоль вертикальной плоскости и вдоль горизонтальной плоскости) результаты физического моделирования, выполненных группой М.А.Гончарова (МГУ) объясняют формирование сдвиговых деформаций, характерных для севера Западной Сибири, сочетанием двух типов горизонтального сдвига: вдоль вертикальной и вдоль горизонтальной плоскостей без участия механизма транспрессии или транстенсии.
2. Признав, в целом неудачными выполненные эксперименты и полученные по ним результаты физического моделирования, группа Ю.М.Зубкова (ЗапСибГЦ) пришла к выводу о необходимости прекращения экспериментов до оснащения лаборатории необходимым оборудованием, способным обеспечить подобие физических условий нагружения горных пород, геодинамическим условиям природных зон сдвигания.
Для ряда авторских групп работы первого этапа исследований оказались не совсем удачными и не позволили ответить на поставленные вопросы по воссозданию природных условий образования структурных парагенезов зон горизонтального сдвига. Ряд авторских групп в процессе исследований пришли к различным, в том числе взаимно противоположным выводам по вопросам формирования структурных парагенезов зон сдвигания.
Так, анализ причин расхождения углов, образуемых нарушениями с осью плоскостей локализации деформаций, с углами, типичными для сдвиговых нарушений Риделя, привел Ш.А.Мухамедиева и Е.И.Рыжак (ИФЗ РАН) к выводу о том, что это может быть связано с наложением на сдвиговые напряжения сжимающих напряжений в направлении вдоль или поперек полосы локализации.
Ряд структурно-кинематических признаков оперяющих разломов зон сдвигания позволил Ю.Л.Ребецкому классифицировать режим напряженного состояния осадочного чехла Еты-Пуровского месторождения как горизонтальное растяжение. Близость простирания оперяющих кулис разрывов сопряженных сдвиговых зон осадочного чехла определяется влиянием дополнительного латерального воздействия (субширотного растяжения и субмеридионального сжатия), проявляющегося и в разрывной тектонике фундамента.
Напротив, результаты физического моделирования, выполненные группой М.А.Гончарова (МГУ) объясняют формирование сдвиговых деформаций, характерных для севера Западной Сибири, без участия транспрессии или транстенсии.
Результатом исследований физического моделирования зон сдвигания, выполненных по нашей инициативе на примере геологической модели Еты-Пуровского месторождения, является вывод о недостаточной аппаратной и программной подготовленности ряда лабораторных центров для выполнения экспериментов по механизму структурообразования в геодинамической обстановке горизонтального сдвига, как в условиях простого, так и чистого сдвигания.
Общим выводом содержательной части выполненных аналитических исследований и экспериментальных работ является не более чем общее приближение модельных решений к сложным природным структурным парагенезам зон сдвигания и, как следствие, осознанная всеми участниками работ, необходимость дальнейших исследований в этой области. В этой связи многие из поставленных перед академической наукой теоретические вопросы структурообразования в зонах сдвигания остались без ответа.
Тем не менее, не будет преувеличением сказать, что огромный багаж знаний, полученный нами в процессе совместной работы с научными коллективами и исследовательскими группами, а также совместные обсуждения результатов работ, помогли в решении ряда крупных научных задач. Полученные знания о механизме формирования зон сдвигания использовались нами для практических целей обоснования поисков, разведки и разработки месторождений, осложненных сдвигами, а учеными академических групп – в развитии фундаментальных знаний о сдвиговых деформациях.
Попробую позже проиллюстрировать некоторые положения по изложенному тексту некоторыми иллюстрациями.
Зинатов Хайдар Галимович:
Уважаемый Ахмет Иссакович!
Я с удовольствием прочел Вашу публикацию в "Глубинной нефти" № 9 нынешнего года. Почему? Да это великолепная систематизированная подборка о методах применения тектонофизики в геологии. Я в свое время "по крупицам" собирал эту информацию по мере её поступления со всего Мира. Недостатком было то, что я её не систематизировал и долгие годы носил её с собой, загнав "в подкорку" :) >:(. А с вашей информацией, в том числе о моделировании парагенетичных дислокаций, начинающему изучать тектонофизику и её применение в геологии ..и хлопот нет. :).
И все же, надеюсь, что Вы найдя "свободное " время завершите свой ответ на мой, м.б., невнятно, сформулированный вопрос.
Благополучия!
Тимурзиев Ахмет Иссакович:
Хайдар Галимович, как видите работа выполнена большая и серьезная, поэтому могу смело утверждать в этих вопросах мы кое-что смыслим и не будем обращать внимание на лающих собак.
Это конечно не все, здесь не показаны наши подходы к реконструкциям полей напряжений. Как раз в следующем номере 10 журнал Глубинная нефть об этом будет говориться. Но ждать выхода журнала не будем, кое-что покажем.
В вопросе реконструкций полей напряжений я выделяю три составных элемента:
1. необходимость (возможность) определения типа напряженного состояния земной коры (сдиговый, надвиговый, сбросовый или рифтовый), современных, новейших, палеонапряжений;
2. необходимость (возможность) определения направлений осей напряжений (максимальных нормальных напряжений: σ1σ2σ3) и сечений касательных напряжений (сечения сдвиговых деформаций);
3. определения абсолютных (относительных) значений величин максимальных нормальных напряжений по осям (x, y, z): σ1σ2σ3) и сечений касательных напряжений.
По каждому из этих элементов есть методы реконструкций и технические решения определения абсолютных (относительных) значений величин максимальных нормальных и касательных напряжений.
Покажу как это я делаю в следующих ответах.
Тимурзиев Ахмет Иссакович:
Начну с третьего пункта. Это то, что мы делаем в массовом производственном режиме и уже выполнено на десятке площадей для недропользователей Западной и Восточной Сибири, Оренбургской области, Западного Предкавказья и др.: технология математическое моделирование напряженно-деформированного состояния (НДС) горных пород.
На основе математического моделирования НДС горных пород осуществляется районирование полей напряжений на области сжатия, растяжения и сдвига (повышенной трещиноватости) и реконструкции ориентировки осей напряжений, давлений гидроразрыва пластов и многое другое.
Для знакомства с методикой можно почитать статью: Тимурзиев А.И., Ластовецкий В.П. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния горных пород в пределах структур горизонтального сдвига с целью оптимального размещения поисково-разведочных и эксплуатационных скважин. – Геофизика, 2011, №2, с.47-56 (http://www.deepoil.ru/images/stories/docs/avtorsk/raboty/txt_B_55.pdf).
Хайдар Галимович, если не хочется обращаться к первоисточнику, привожу ниже текст статьи (тезисы), опубликованной в сборнике ИПНГ (Нетрадиционные ресурсы углеводородов: распространение, генезис, прогнозы, перспективы развития. Материалы Всероссийской конференции с международным участием 12–14 ноября 2013 г. М.: ГЕОС, 2013. – с.268-271. ISBN 978-5-89118-632-3).
МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ОСВОЕНИЯ НЕКОНВЕНЦИОНАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ И РАЗРАБОТКИ НЕТРАДИЦИОННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
А.И. Тимурзиев, ОАО «ЦГЭ», aitimurziev@cge.ru
Аннотация. Для месторождений, осложненных структурами горизонтального сдвига, на основе модели строения залежей пластово-жильного типа демонстрируются связи продуктивности скважин с деформационными условиями сжатия – растяжения в пределах зон динамического влияния сдвигов фундамента. Разработанная модель «клина сжатия» и совершенствование ее в модель «клин в клине» позволили обосновать структурные признаки растяжения и проницаемости горных пород для проектирования высокодебитных скважин на месторождениях, осложненных структурами горизонтального сдвига.
В последние годы в ОАО «ЦГЭ» на массовый поток поставлены работы по математическому моделированию напряженно-деформированного (НДС) состояния горных пород (программная среда – ANSYS и его отечественные аналоги), выполняемые по сейсмическим проектам (в границах кубов МОГТ-3D, ЛУ по данным МОГТ-2D или отдельным профилям), связанным со сложным геологическим строением изучаемых объектов. Работы позволяют выделить области (в плане) и интервалы (в сечении) относительного растяжения и сжатия, повышенной трещиноватости и разуплотнения для прогноза фильтрационной неоднородности и анизотропии трещинных сред по 6-ти расчетным компонентам напряжений для 3-х мерного пространства куба на глубину сейсмической записи. Результаты математического моделирования НДС горных пород комплексируются в среде DV-Geo с прогнозными картами пористости, эффективных нефтенасыщенных толщин по сейсмическим атрибутам и позволяют по опыту работ на разрабатываемых месторождениях прогнозировать контура ВНК на поисковых площадях (рис.1).
Целью выполняемых работ является разработка математической модели НДС горных пород для выделения зон относительного сжатия, растяжения, повышенной трещиноватости и разуплотнения. По опыту работ эти данные востребованы сегодня при обосновании местоположения поисково-разведочных и эксплуатационных скважин, при проектировании геолого-технических мероприятий (зарезка боковых стволов, выбор местоположения скважин, прогноз параметров ГРП, проектирование ориентированных стволов скважин и системы ППД), при составлении проектов по освоению сланцевой нефти, при проведении других рисковых мероприятий.
Расчетная модель включает в себя данные о структуре (горизонты и разломы) и физико-механические свойства разреза. Для построения упругой модели расчетного участка используются данные по сейсмическим скоростям продольных и поперечных волн, данные о плотности пород и корреляционные связи между упругими константами, скоростями и плотностью горных пород.
По результатам расчетов и дальнейшей обработки формируется куб данных НДС со значениями X, Y, Z, σx, σz, τxz, σxN, σzN, σm. Всего в файле содержится информация для более чем миллиона узлов по шести параметрам: σx – нормальное горизонтальное напряжение (1); σz – нормальное вертикальное напряжение (2); τxz – касательное напряжение в плоскости Oxz (3); σxN – нормальное горизонтальное напряжение, нормированное на боковой отпор (4); σzN – нормальное вертикальное напряжение, нормированное на геостатический вес (5); σm – всестороннее горное давление (6). Первые три параметра посчитаны по расчетам в ANSYS, а последние четыре – результат обработки. Нормированные параметры (4,5) – безразмерные, остальные – (1,2,3,6) в МПа.
Куб полей напряжений представляет собой текстовый файл-матрицу строк и столбцов расчетных точек. По оси OX шаг измерений равен расстоянию между вертикальными сечениями модели. Внутри же сечений (по осям OY и OZ) – сеть расчетных точек нерегулярная. Она образована узлами сетки конечных элементов. Далее куб данных НДС используется для получения полей напряжений по поверхности кровель продуктивных и перспективных горизонтов по специальной программе интерполяции.
Дополнительными данными служат оцифрованные поверхности горизонтов - гриды. При этом вычисляются σm-ost-g - остаточное всестороннее давление, полученное путем вычитания из m фоновых значений, посчитанных путем вычисления равновесного осреднения в круге радиусом 5 км. В результате выполненных работ по математическому моделированию НДС горных пород в линейно-упругой постановке с нагружением массива пород только собственным весом с помощью пакета конечно-элементного анализа ANSYS получают куб данных НДС и значения полей напряжений по поверхностям кровель продуктивных и перспективных горизонтов.
По результатам работ считаются и строятся карты полей напряжений различных компонент тензора напряжений в вертикальных сечениях, по кровлям продуктивных и перспективных горизонтов, модели блокового строения расчетной площади (в вертикальных сечениях в горизонтальных сечениях), районирования площади работ с выделением областей относительного растяжения и повышенной трещиноватости.
На рис.1 показан пример совмещения результатов математического моделирования НДС горных пород в среде DV-Geo с прогнозными картами эффективных нефтенасыщенных толщин по сейсмическим атрибутам, который демонстрирует на примере разрабатываемого месторождения хорошее совпадение контуров ВНК с областями растяжения внутри нулевой изолинии величин остаточных всесторонних давлений. Пример демонстрирует возможность прогнозирования границ распространения залежей (контуров ВНК) на поисковых площадях.
По результатам математического моделирования НДС горных пород удается установить связи и зависимости полей напряжений с геологическим строением месторождения, его пликативными и дизъюнктивными структурами. Как правило, наиболее приподнятая часть структуры находится в состоянии относительного растяжения по сравнению с его крыльями; в полях напряжений хорошо видна горизонтальная неоднородность напряженно-деформированного состояния горных пород, также хорошо отображается блоковое строение месторождения, обусловленное расположением дизъюнктивов и образующих структурный план горизонтов.
Основные результаты математического моделирования НДС горных пород оформляются в сводные карты областей относительного растяжения и повышенной трещиноватости для всех горизонтов. Изолинии компоненты σmg-ost локализуют общие области относительного растяжения структуры; внутри нее выделяются локальные области относительного растяжения по компонентам σxN, σzN, которые являются наиболее перспективными, с позиций напряженно-деформированного состояния горных пород для заложения поисково-разведочных и добывающих скважин.
По данным касательных напряжений τxz оконтуриваются предполагаемые области повышенной трещиноватости – благоприятные зоны для формирования трещинных коллекторов нефти и газа и высокопродуктивных участков залежи.
Таким образом, удалось существенно продвинуться в использовании данных моделирования НДС горных пород и комплексирования их с результатами сейсмических построений (карты прогнозных параметров Нэф, Кп и др.) на программном уровне, что позволяет осуществлять геометризацию залежей и давать рекомендации на бурение скважин на основе комплексных параметров структурно-деформационной и емкостно-фильтрационной неоднородности резервуаров. Более того нами реализована возможность включения в анализ наравне с прочими сейсмическими данными 6-ти компонент производных НДС горных пород и использования их в качестве атрибутов геологической и гидродинамической модели залежей. Особый эффект эти работы дают при работе с трещинными коллекторами, с которыми мы столкнемся в низах осадочного чехла и в фундаменте, при разработке нетрадиционных, сложно построенных месторождений, в том числе с неконвенциональными ресурсами.
Результаты математического моделирования НДС горных пород используются при прогнозе параметров трещинных систем в сложных резервуарах, при обосновании концепции поисков нефти и рекомендациях по заложению поисково-разведочных скважин по результатам комплексного анализа геолого-геофизических и промысловых материалов, при подготовке рекомендаций по разработке залежей с учетом результатов углубленного анализа разрывной тектоники, планировании и осуществлении геолого-технических мероприятий в скважинах, включая проектирование дизайна и проведение ГРП, при проектировании и осуществлении наклонно-направленного бурения и при вскрытии высокопродуктивных участков и интервалов распространения сланцевого газа и нефти на фоне нерентабельных для освоения низкопроницаемых полей.
Рис.1. Пример совмещения результатов математического моделирования НДС горных пород в среде DV-Geo с прогнозными картами эффективных нефтенасыщенных толщин по сейсмическим атрибутам. Цветовая палитра: красный – сжатие, синий – растяжение; показаны контуры залежей - ВНК (синий штрих-пунктир) и нулевая изолиния (коричневая зубчатая линия), разделяющая области сжатия и растяжения.
Все результаты построений покажу ниже, заметьте напряжения рассчитываются в абсолютных значениях (МПа) и дают количественные величины, которые можно сопоставлять с другими данными, горным давлением, давлением гидроразрыва пластов, нагрузкой на долото, т.е. использовать для технологических целей.
Симонян Геворг Саркисович:
Уважаемый Ахмет Иссакович!
Поздравляю Вас с Днем 3D-шников. Пока этот праздник неофициальный, но он широко отмечается теми, кто на разных уровнях работает с 3D технологиями. (3D – 3-его декабря).
С уважением- Геворг Саркисович.
Навигация
Перейти к полной версии