Методы исследований при поисках и разведке нефти и газа

Схема стадийности поисково-разведочных работ на нефть и газ

Поисково-разведочный процесс на нефть и газ включа­ет в себя три последовательных этапа: региональный, поиско­вый и разведочный, каждый из которых подразделяется на две стадии. Схема стадийности поисково-разведочных работ на нефть и газ приведена в таблице 3.1.

Региональный этап проводится в неизученных и слабоизученных регионах или их частях, а также при поисках скоплений УВ в глубокозалегающих малоизученных частях разреза, например, под каменной солью на глубинах более 4 км, как в Прикаспий­ском регионе.

На стадии прогноза нефтегазоносности проводится изучение литолого-стратиграфических комплексов разреза отложений, выделение структурных этажей, проводится изучение основных этапов тектонического развития исследуемой территории и тек­тоническое районирование. Следовательно, на этой стадии уста­навливаются основные черты геологического строения и геоло­гической истории. Затем проводится выделение нефтегазоперспективных горизонтов и зон возможного нефтегазонакопления. Далее проводятся качественная и количественная оценки перс­пектив нефтегазоносности, а также выбор основных направле­ний и первоочередных объектов дальнейших исследований.

На следующей стадии оценки зон нефтегазонакопления уточ­няется нефтегазогеологическое районирование, выделяются наи­более крупные ловушки, например, валообразные поднятия, с которыми могут быть связаны зоны нефтегазонакопления. Про­водится количественная оценка перспектив нефтегазоносности и выбираются районы и первоочередные объекты (региональ­ные ловушки) для проведения поисковых работ.

Таблица 3.1 - Схема стадийности поисково-разведочных работ на нефть и газ

Поисковый этап наступает, когда полностью закончен регио­нальный этап и проведено геологическое обоснование к выпол­нению поисковых работ на нефть и газ на выявленной перспек­тивной региональной ловушке. В ней можно открыть зону неф­тегазонакопления, включающую ряд местоскоплений нефти и газа в пределах отдельных площадей — локальных поднятий или других локальных ловушек, осложняющих региональную ловушку. Поисковый этап подразделяется на две стадии, причём первая из них делится в свою очередь на две подстадии. Итак, стадия выявления и подготовки объектов к поисковому бурению делится на подстадию 1 (выявление обьектов) и подстадию 2 (подго­товка объектов). На первой подстадии выявляются условия зале­гания и параметры перспективных пластов, а также наиболее перспективные локальные ловушки (объекты, площади), выби­раются первоочередные объекты и проводится их подготовка к поисковому бурению. К примеру, если региональной ловушкой является вал, то выбираются наиболее крупные и хорошо подготовленные к бурению локальные структуры (антиклинали, купо­ла), среди которых намечается очередность их подготовки к по­исковому бурению. Наиболее подготовленными к бурению струк­турами считаются такие, которые по данным полевых геофизи­ческих исследований достаточно чётко определены в размерах (длина, ширина, амплитуда), конфигурация и сводовая часть структуры, а также положение структурных осложнений (разло­мов и др.), если выявлена сложная структура.

К крупным ловушкам относятся поднятия площадью 50—100 км и более, к средним – 10—50 км, к мелким — до 10 км. При этом в качестве первоочередных выбирают структуры, ресурсы которых превышают запасы среднего в районе местоскопления. Кроме этого, на очерёдность ввода структур в поисковое буре­ние влияют и экономические показатели (близость к местоскоплениям, трубопроводам, отдалённость от баЗ глубокого бурения, глубина залегания продуктивных пластов, качество УВ и др.).

На второй подстадии проводятся: детализация выявленных перспективных ловушек; выбор объектов и определение очерёд­ности их ввода в поисковое бурение; количественная оценка ре­сурсов УВ на объектах, подготовленных к поисковому бурению; выбор мест заложения поисковых скважин на подготовленных объектах.

На стадии поиска местоскоплений (залежей) основной целью является открытие скоплений УВ: открытие местоскопления или выявление новых залежей в неизученной части разреза в преде­лах местоскоплений, находящихся в разведке. В комплекс задач, решаемых на данной стадии, входят: выявление продуктивных пластов-коллекторов, перекрытых непроницаемыми слоями (по­крышками); определение параметров пластов; опробование и испытание продуктивных горизонтов и скважин; получение про­мышленных притоков нефти и газа; определение коллекторских свойств пластов и физико-химических свойств флюидов (нефти, газа, конденсата, воды); оценка запасов УВ открытых залежей; выбор объектов для проведения детализационных и оценочных работ.

Разведочный этап является завершающим в геолого-разведоч­ных работах на нефть и газ. Разведка проводится на площадях, где получены промышленные притоки нефти и газа. Целью раз­ведочных работ является оценка открытых скоплений нефти и газа и подготовка их к разработке.

На первой стадии разведки (оценка местоскоплений или за­лежей) проводится следующее: определение параметров залежей и местоскоплений для установления их промышленной значи­мости; подсчёт запасов УВ залежей и местоскоплений; выбор объектов и этажей разведки; определение очерёдности опытно-промышленной эксплуатации и подготовки объектов к разра­ботке.

На следующей стадии разведки (подготовка местоскоплений или залежей к разработке) основными задачами являются: гео­метризация залежей УВ; оценка достоверности значений коллекторских свойств продуктивных пластов и подсчётных пара­метров для расчёта запасов и составления технологической схе­мы разработки для нефтяного объекта или схемы опытно-про­мышленной эксплуатации газового объекта; подсчёт запасов УВ и определение коэффициента извлечения (нефтеотдачи); доизучение залежей и местоскоплений в процессе разработки.

Под этажом разведки понимают часть разреза местоскопления с одним или несколькими продуктивными пластами, которые находятся на близких гипсометрических уровнях, характеризуют­ся сходством геологического строения и свойств флюидов, раз­ведку которых можно проводить одной сеткой скважин. Геолого-разведочный процесс на нефть и газ осуществляется по специальным проектам, которые составляются отдельно по эта­пам: региональному, поисковому и разведочному.

При поисках и разведке нефти и газа используются в комплексе различные методы исследований, включая: геологи­ческие, геофизические (полевые и скважинные), геохимические, гидрогеологические, геотермические, гидродинамические, дис­танционные, геоморфологические, математические методы, при­менение ЭВМ и программирования. Поэтому в поисково-разве­дочном процессе участвуют различные специалисты: геологи, бу­ровики, геофизики, геохимики, гидрогеологи, гидродинамики, математики и другие.

Геологические исследования включают: проведение геолого­съёмочных работ с составлением геологических карт различных масштабов, бурение скважин разного назначения и обработку полученной информации о строении и свойствах продуктивных пластов, а также параметрах залежей и местоскоплений нефти и газа. Ниже рассмотрим наименование и назначение буровых сква­жин при поисково-разведочных работах на нефть и газ. На региональном этапе бурятся опорные и параметрические скважины, на поисковом — структурные и поисковые, на разведочном — разведочные.

Опорныескважины бурятся в слабо изученных территориях для изучения геологического строения и перспектив нефтегазонос­ности. Поданным опорных скважин выявляются крупные струк­турные элементы и разрез земной коры, изучается геологическая история и условия возможного нефтегазообразования и нефтегазонакопления. Опорные скважины закладываются, как прави­ло, до фундамента или до технически возможной глубины и в благоприятных структурных условиях (на сводах и других под­нятиях). В опорных скважинах отбирается керн и шлам по всему разрезу отложений, проводится полный комплекс промыслово-геофизических исследований (ГИС), опробование перспектив­ных горизонтов и др.

Параметрические скважины бурятся в целях изучения геоло­гического строения, перспектив нефтегазоносности и определе­ния параметров физических свойств для более эффективной ин­терпретации геофизических исследований. Они закладываются на локальных структурах по профилям для регионального изуче­ния крупных структурных элементов. Глубина этих скважин, как и для опорных, выбирается до фундамента или, в случае невоз­можности его достижения (как в Прикаспии), до технически возможной.

Помимо отбора керна и шлама и проведения комплекса ГИС в параметрических скважинах проводятся геохимические иссле­дования, отбор проб нефти, газа и воды, опробование пластов в процессе бурения и испытание продуктивных горизонтов.

Структурныескважины бурятся, как правило, на поисковом этапе, но в отдельных случаях — на региональном. Задачи струк­турных скважин: детализация строения перспективных структур, включая прослеживание тектонических нарушений. Эти сква­жины закладываются до определённых горизонтов с иелью по­строения структурных карт, в том числе, если геофизическими методами не удаётся выявить строение перспективной площади. Глубина структурных скважин обычно небольшая.

Поисковые скважины имеют главную цель; открыть скопле­ние нефти и газа на подготовленной геологическими и геофизи­ческими метода площади. Поисковыми считаются все скважи­ны, пробуренные на поисковой площади, вплоть до получения промышленного (достаточно большого) притока нефти или газа. Во многих случаях даже крупные скопления УВ, обнаруженные на структурах простого строения, были открыты всего одной поисковой скважиной. В случае сложных структур, например разбитых разломами на несколько блоков, чтобы открыть место-скопление нефти или газа, приходилось закладывать несколько поисковых скважин.

Как показал опыт поисково-разведочных работ у нас в стра­не, обычно первыми двумя поисковыми скважинами открывает­ся около 75% местоскоплений, а первыми тремя — 85%.

Разрезы поисковых скважин детально изучаются (отбор кер­на, ГИС, опробование, отбор проб флюидов и др.).

Глубина поисковых скважин соответствует глубине залегания самого нижнего перспективного горизонта и, в зависимости от геологического строения разных регионов и с учётом техничес­ких условий бурения, колеблется от 1,5—2 км до 4,5—5,5 км.

Разведочные скважины бурятся с целью оценки запасов от­крытых залежей и местоскоплений УВ. По данным разведочных скважин определяется конфигурация залежей нефти и газа и рас­считываются параметры продуктивных пластов и залежей, опре­деляется положение ВНК, ГНК, ГВК. На основании разведоч­ных скважин дается подсчёт запасов нефти и газа на открытых местоскоплениях. В разведочных скважинах проводится боль­шой комплекс исследований, включая отбор и исследование кер­на, отбор проб флюидов и исследование их в лабораториях, оп­робование пластов в процессе бурения и испытание их после окончания бурения, ГИС и другие.

После окончания разведочного этапа проводится пробная эксплуатация выявленных залежей УВ, а разведочные скважины в последующем часто используются для эксплуатации залежей. На стадии подготовки к разработке применяют бурение опере­жающих эксплуатационных скважин. Они закладываются на ряде крупных площадей в целях выявления пропущенных ранее при разведке продуктивных пластов, особенно в нижней, не осве­щенной бурением части осадочного комплекса. Например, на Самотлорском местоскоплений нефти применение опережающего эксплуатационного бурения привело к открытию новой нефтя­ной залежи в юрских отложениях [38].

Дистанционные методы исследований широко используются для решения различных задач народного хозяйства, в том числе при поисках и разведке нефти и газа. К ним относятся аэро- и космометоды. е. изучение земной поверхности с самолётов, кос­мических кораблей и спутников с проведением аэрофотосъём­ки, аэро- и космовизуальных исследований и космофотосъёмки.

Наиболее важной задачей при дешифрировании аэро- и кос­мических снимков является поиск структурных форм, с которы­ми могут быть связаны местоскопления нефти и газа. Аэромето­ды оказывают большую помощь в выявлении поднятий в земной коре на региональном этапе поисково-разведочных работ, еще до проведения геофизических исследований и бурения. Особен­но эффективен поиск структур с помощью аэрофотоснимков в районах проявления активной тектонической деятельности в но­вейшее время. Ведь существуют поднятия, развивающиеся в со­временных условиях и имеющие связь с погребёнными структу­рами, т. е. характеризующиеся унаследованным развитием.

Локальные поднятия, испытывающие восходящие тектони­ческие движения в новейшее время, отображаются на аэрофо­тоснимках, например, по рисунку гидрографической сети (над структурами — радиальный, кольцевой или эллиптический). До­лины рек огибают локальные поднятия, что отображается на аэро­снимках и легко интерпретируется.

Соляные купола выявляются на аэрофотоснимках по харак­теру проявления растительности и почвенного покрова.

Косвенным дешифрировочньщ признаком закрытых нефте­газоносных структур служат грязевые вулканы, хорошо отобра­жаемые на аэрофотоснимках. Обычно последние связаны со сво­дами антиклиналей.

Аэрометоды используются при выявлении прямых признаков нефтегазопроявлений, например, на морском дне. По нефтяным пятнам и иризируюшей поверхности воды судят о поднимаю­щейся из недр (дна моря) нефти. Такие пятна не сносятся водой и ветром в сторону в отличие от случайных пятен, оставляемых судами.

Выходы нефти и нефтяные озера (асфальтовые) на суше вы­деляются по более тёмной окраске по сравнению с окружающей местностью.

По аэрофотоснимкам легко трассируются тектонические на­рушения.

Многие обще геологические задачи, играющие существенную роль при поисках нефти и газа, успешно решаются с помошью космических снимков. По ним можно выявить и классифициро­вать разномасштабные структуры, определить тип нарушений, направленность тектонических движений, возраст разрывов зем­ной коры и их связь с глубинными структурами.

Наилучшие результаты по выявлению структур, которые мо­гут представлять интерес при прогнозе нефтегазоносности, по­лучают при комплексном использовании аэро- и космических снимков.

Аэрокосмические методы позволяют значительно сократить объём дорогостоящих геолого-съёмочных и буровых работ, а также детализировать строение регионов и площадей.

Геофизические методы исследований используются на всех ста­диях геолого-разведочных работ на нефть и газ, при этом приме­няются как полевые, так и скважинные методы.

В комплекс полевых геофизических исследований входят сле­дующие методы: аэромагнитная и гравиметрическая съёмки, элек­троразведка методами теллурических токов, сейсморазведка по профилям методами глубинного сейсмического зондирования преломлённых и отражённых волн и др. При этом система гео­физических профилей привязывается к пробуренным опорным и параметрическим скважинам.

Основной целью полевых геофизических исследований яв­ляется изучение структуры земной коры и выявление поднятий (региональных и локальных), благоприятных в нефтегазонос­ном отношении. Таким образом, упомянутые геофизические методы подготавливают структуры для дальнейших поисков нефти и газа. В этом отношении наиболее широко используют­ся сейсмические методы, заключающиеся в прослеживании гра­ниц геологических слоев путём расчёта скорости и расстояний до преломляющих и отражающих площадок в земной коре пос­ле проведения взрывов в точках возмущений на земной повер­хности. Сейсмические колебания от взрывов, которые произ­водятся в полевых условиях, регистрируются на специальных передвижных установках. По параметрам упругих волн (отра­жённых или преломленных) специалисты составляют сейсми­ческий разрез земной коры.

На разведочном этапе используется детальная сейсмораз­ведка (наземная и скважинная), что позволяет уточнять струк­турные особенности и состав продуктивного пласта, а в комп­лексе с электроразведкой — уточнять положение водонефтя-ных и водогазовых контактов на выявленных залежах нефти и газа.

На всех этапах геолого-разведочного процесса, в последние годы широко применяются сейсмостратиграфические исследо­вания, которые основываются на извлечении геологической ин­формации из сейсмических данных. На основе сейсмостратиграфии проводится расчленение разреза отложений на структурно-седиментационные тела, выявляются неантиклинальные ловуш­ки, прогнозируется нефтегазоносность и распределение УВ в ловушках различного типа.

Применение в комплексе сейсмостратиграфического и палеогеоморфологи чес кого анализов позволяет решить ряд геологи­ческих задач, которые другими методами не удаётся решить, на­пример, поиск песчаных дельтовых тел и конусов выноса в древ­них отложениях (клиноформы), с которыми могут быть связаны скопления нефти и газа.

Геофизические исследования скважин (ГИС) проводятся на всех этапах геолого-разведочных работ на нефть и газ. В комплекс ГИС входят следующие методы: электрометрия, радиометрия, кавернометрия. Совместно с данными исследований керна эти методы позволяют охарактеризовать разрез скважин, включая литологию и физические параметры пластов. Поданным ГИС и керна выполняются необходимые геологические построения: структурные карты и профили, карты изопахит и др., которые используются для изучения геологического строения нефтегазо­вых объектов и подсчёта запасов УВ в них.

Геохимические методы исследований основаны на обнаруже­нии УВ в толще пород выше залежей нефти и газа за счёт мигра­ции УВ по системам трещин, разрывных нарушений или в ре­зультате диффузии над нефтяными и газовыми скоплениями. Среди наземных геохимических методов выделяют: газовую съём­ку, битумно-люминесцентный, радиохимический, микробакте­риальный методы и газовый каротаж и др.

Глубинные геохимические исследования проводят на всех эта­пах поисково-разведочных работ на нефть и газ. На региональном и поисковом этапах проводят в скважинах газовый и битумный каротаж, а также исследуют керн и шлам, а на разведочном — определяют физико-химические свойства УВ.

Гидрогеологические исследования заключаются в изучении хи­мического состава подземных вод и растворённых в них газов, динамики вод, что на региональном этапе необходимо для про­гнозирования нефтегазоносности недр, выявления путей миг­рации УВ с пластовыми водами, установления возможных зон нефтегазонакопления и объектов для постановки поискового бурения. Гидрогеологические исследования в разведочных сква­жинах проводятся при опробовании нефтеносных и водонос­ных пластов путём замеров давлений на устье и забое скважин, измерения температуры и отбора глубинных проб. Эти иссле­дования используются как при расчёте запасов УВ, так и при подготовке технологической схемы разработки местоскоплений нефти и газа.

Геотермические исследования проводятся с целью изучения теплового поля при тектоническом районировании территорий, при изучении условий формирования и динамики подземных вод, при прямых поисках скоплений УВ, а также при составле­нии технологической схемы разработки местоскоплений.

На региональном этапе различия в геотермической обстанов­ке в отдельных участках исследуемой территории позволяют вы­явить структурный план, режим и динамику подземных вод. На основе данных по геотермии можно выявить поднятия и проги­бы, т. е. изучить глубинную тектонику, а также определить пути миграции УВ с подземными водами.

При детальных поисках УВ по повышенным геотермическим аномалиям выявляются как локальные поднятия, так и зоны на­рушений, если последние являлись областями разгрузки подзем­ных вод.

Математические методы, ЭВМ и программирование использу­ются при поисках и разведке нефти и газа на всех стадиях геоло­го-разведочного процесса.

В комплекс математического и компьютерного обеспечения поисково-разведочных работ на нефть и газ входит следующее: программные пакеты, картопостроение, геомоделирование, обработка экспериментальных данных, методы классификации (рег­рессионный и кластерный анализы, распознавание образов и др.), банки геолого-геофизических данных, подсчёт ресурсов и запа­сов У В и др.

Применение матметодов, ЭВМ и программирования с каж­дым годом возрастает, что объясняется возрастанием объёмов геолого-геофизической информации, в особенности в усложня­ющихся геологических условиях проведения поисково-разведоч­ных работ (на больших глубинах, под мощной соленосной тол­щей, в сложнопостроенных структурных ловушках, в акваториях морей и океанов и т. д.). В указанной сложной геологической обстановке в целях сокращения затрат при получении геолого-геофизической информации обязательным условием успешного проведения поисково-разведочных работ является применение матметодов, ЭВМ и программирования.

Эффективность поисков и разведки нефти и газа во многом определяется степенью применения матметодов, ЭВМ и програм­мирования. Например, некачественная подготовка объекта на ста­дии поиска приведёт к бурению лишних скважин или вообще не даст результата. И наоборот, качественно подготовленный объект обеспечит затраты минимального времени и средств на стадии разведки [38].

Применение математических методов и ЭВМ при прогнозе, поисках и разведке нефти и газа достигло высокого уровня во многих регионах страны. С помощью ЭВМ можно просто и бы­стро создавать и корректировать графические модели нефтегазо­вых объектов, а с помощью встроенного микропроцессора об­считывать их характеристики (объём, площадь), воспроизводить трёхмерное изображение, поворачивать, перемещать объект, со­здавать более сложный объект из элементарных объектов и др. Поэтому можно считать, что работа на ЭВМ составляет суще­ственную часть практической деятельности геолога [31]. При этом необходимо учитывать, что математические методы и ЭВМ не подменяют работу геолога в ее традиционном понимании, а до­полняют.

Одним из важных методов исследований при проведении по­исков и разведки нефти и газа является геолого-математическое моделирование с применением вычислительной техники. Метод моделирования нашел широкое применение во всех отраслях ес­тественных наук, в том числе в геологии. Особенно важно при­менение моделирования для решения наиболее сложных задач поисков и разведки скоплений УВ. Практически можно разве­дать местоскопление УВ лишь один раз, и если будет допущена ошибка в методике поисков и разведки, эффективность геолого-разведочного процесса будет резко снижена. Однако моделиро-вание позволяет разведку объекта выполнить несколько раз. При этом будет выбран оптимальный вариант разведки, который мож­но применить на практике.