СПОСОБ ПОИСКА И КОНТРОЛЯ УГЛЕВОДОРОДОВ КОМПЛЕКСОМ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
METHOD FOR SEARCHING AND CONTROLLING HYDROCARBONS BY A COMPLEX OF GEOPHYSICAL METHODS

Изобретение относится к области использования геофизических методов для решения задач технической и экономической оптимизации алгоритмов поиска, разработки углеводородных залежей (УВЗ) и эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ).
Известен способ низкочастотного сейсмического зондирования для поиска и разведки залежей углеводородов [RU 2336541 C2, МПК G01V 1/00, опубл. 2008], включающий регистрацию сейсмических колебаний по вертикальным компонентам информационных сигналов в диапазоне частот 0,5-50 Гц, соответствующем диапазону глубин залегания фундамента, расчет спектральных характеристик с использованием Фурье-преобразования полученных сигналов, анализ их на наличие ложных сигналов и сигналов от продуктивного пласта с природными углеводородами, исключают из рассмотрения ложные сигналы, проводят анализ оставшихся сигналов с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов. Обеспечивается повышение достоверности обнаружения залежей углеводородов путем выявления и исключения сигналов, не характеризующих наличие залежи.
Недостатком известного способа является невысокая точность сопоставления спектральных характеристик с глубиной, т.к. отношение средней по осадочному чехлу скорости распространения продольных сейсмических волн к средней по осадочному чехлу скорости распространения поперечных сейсмических волн всегда больше единицы. Кроме того, как показано в работе [М.Y. Ali, K. Berteussen., J. Small and В. Barkat, A low frequency, passive seismic experiment over a carbonate reservoir in Abu Dhabi, First Break, 2007, №25, 71-73], используемый в указанном способе критерий нефтегазоносности не всегда указывает на наличие залежи углеводородов, а лишь характеризует скачок акустической жесткости в диапазоне исследуемых глубин.
Известен способ сейсморазведки [RU 2271554 С1, МПК G01V 1/00, опубл. 2006], включающий предварительное определение дисперсионной кривой микросейсмических волн, характерной для исследуемой территории, путем проведения синхронной регистрации микросейсмических сигналов не менее чем двумя сейсмостанциями с вертикальными сейсмодатчиками и последующее использование дисперсионной кривой для привязки по глубине аномалий спектральных характеристик. Обеспечивается увеличение глубинности сейсморазведки при одновременном повышении достоверности результатов.
Недостатком данного способа является низкая точность, поскольку использование экспериментальной дисперсионной кривой низкоскоростных поверхностных волн Рэлея приводит к значительным погрешностям при сопоставлении аномалий по глубине.
Известны способы вибросейсморазведки при поиске залежей углеводородов, согласно которым в качестве первичного информационного сигнала используют характеристики микросейсмического шума Земли, затем проводят дополнительное генерирование сейсмических колебаний сейсмовибратором, проводят математическую обработку сигналов, о наличии залежи судят либо по увеличению площади под кривой взаимного спектра одноименных колебаний при записи сейсмического фона после возбуждения сейсмических колебаний по сравнению с записью сигнала до генерирования колебаний, либо по появлению спектральной аномалии не менее чем на одной из компонент при записи сигнала во время генерирования сейсмических колебаний по сравнению с сигналом, измеренным до генерирования [RU 2045079 С1, МПК G01V 1/00, опубл. 1995 г.; RU 2161809 С2, МПК G01V 1/00,  опубл. 2001].
Недостатками вышеперечисленных известных способов являются недостаточная информативность, что не позволяет определить глубину залежи, а также сложность математического анализа полученных сигналов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ поиска нефтегазовых залежей, использующий детальные гравиметрические и высокоразрешающие сейсмические измерения [RU 2090916 C1, МПК G01V 11/00, 9/00, опубл. 1997]. Съемки выполняются последовательно: сначала производят гравиметрическую съемку и выделение по ее результатам контуров и размеров ловушек и залежей нефти и газа, при этом ловушки и залежи обнаруживают в пределах так называемых локальных геодинамических зон, расположение которых, как правило, приурочено к границам блоков фундамента и региональным разломам, которые обнаруживают по наличию локализованных, узких, линейно вытянутых зон положительных аномалий силы тяжести амплитудой от 0,05 мГал, осложненных отрицательными аномалиями от залежи; затем обнаруженные аномалии проходят сейсмической съемкой по профилям с применения взрывных или вибрационных источников, выделяют по ней субвертикальные, выполаживающиеся с глубиной участки разреза, литологически однотипные с вмещающими породами, но с повышенной на 5-12% скоростью и на 2-4% плотностью, к которым приурочены ловушки и залежи, определяют их контуры и размеры. Способ обеспечивает увеличение вероятности обнаружения нефтегазовых залежей в локальных зонах, приуроченных к неструктурным ловушкам геодинамических зон за счет повышения достоверности геофизических данных и уменьшение общего объема поисково-изыскательских работ.
Недостатками данного способа является ограниченность применения районами геодинамических зон и отсутствие методической основы для поиска нефтегазовых залежей тектонического типа. Кроме того, способ позволяет достоверно определить контуры и размеры ловушки, но не наличие в ней углеводородной залежи.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности поиска, разработки месторождений и эксплуатации ПХГ.
При осуществлении изобретения поставленная проблема решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении достоверности обнаружения и точности определения параметров пространственного расположения залежей углеводородов.
Указанный технический результат достигается тем, что способ поиска месторождений углеводородов, оценки и мониторинга пространственного распределения содержания углеводородов в продуктивном пласте при разработке углеводородных залежей и эксплуатации подземных хранилищ газа включает следующие действия: осуществляют одновременную регистрацию естественных сейсмических колебаний поверхности Земли в диапазоне от 0,1 до 20 Гц и измерение вариации силы тяжести с использованием сейсмо-гравитационных станций, представляющих совокупность ортогональных трехкомпонентных  сейсмоприемников и гравиметрического регистратора, указанные сейсмо-гравитационные станции располагают на дневной поверхности целевого участка исследования по сети наблюдений, определяемой линейными размерами, ориентацией и глубинностью объекта исследуемых недр, его литологическим разрезом в районе целевого участка исследований, с разбивкой и синхронизацией временных отрезков наблюдения сейсмических и гравиметрических сигналов на дискретные участки, анализируют сейсмические сигналы в частотной и временной областях, рассчитывают вариации силы тяжести, удаляют техногенные помехи в регистрируемых сигналах, определяют наличие аномалии в спектре мощности сейсмического сигнала, судят о наличии нефтегазовой залежи и ее пространственном расположении по корреляции аномалий в динамических характеристиках спектральной мощности сейсмического сигнала и вариаций силы тяжести.  Кроме того, проводят учет промысловых данных по объему добычи (отбора/закачки) углеводородов, позволяющих проводить количественную оценку содержания углеводородов в продуктивном пласте, а также используют данные геофизических исследований скважин (ГИС), повышающих достоверность определения пространственного положения углеводородной залежи и позволяющих проводить количественную оценку содержания углеводородов в продуктивном пласте, проводят регистрацию сейсмических и гравиметрических сигналов на участках, заведомо не содержащих углеводородов, что повышает достоверность обнаружения углеводородных залежей на целевых участках, имеющих схожий литологический разрез.
Отличие заявляемого способа состоит в следующем:
- используют высокочувствительные широкополосные сейсмоприемники, в качестве информативного сигнала измеряющие параметры естественного сейсмического волнового поля Земли, взрывные или вибрационные источники для проведения исследований не применяют;
- сейсмические измерения проводят не по профилям, а по площадной сети наблюдений;
- гравиметрические и сейсмические измерения проводят не последовательно, а одновременно на каждой точке физического наблюдения;
- анализ сигналов и поиск аномалий проводят в частотной и временной областях информативного сигнала;
- изобретение применимо к поиску и мониторингу нефтегазовых залежей структурного типа, представляющими собой единую залежь с общим контуром нефтеводяного контакта и не ограничивается поиском нефтегазовых ловушек в так называемых локальных геодинамических зонах;
Заявляемый способ позволяет проводить количественную оценку содержания углеводородов в продуктивном пласте.
Преимуществом изобретенного способа также является его экологическая безопасность, поскольку оказывается минимальное воздействие на окружающую среду, что позволяет проводить работы в природоохранных зонах и в населенных пунктах.
Причинно-следственная связь между заявляемым техническим результатом - повышение достоверности обнаружения и эффективности разработки углеводородных залежей и эксплуатации ПХГ и существенными признаками изобретения следующая.
Осуществление одновременной регистрации естественных сейсмических колебаний поверхности Земли в диапазоне от 0,1 до 20 Гц и измерение вариации силы тяжести с использованием сейсмо-гравитационных станций позволяет соотнести по времени и месту два косвенных метода определения углеводородов: по низкочастотным микросейсмическим колебаниям, резонирующим при прохождении среды с присутствием углеводородов и отрицательными аномалиями силы тяжести, приуроченным к разуплотнениям среды (пласт-коллектор), вероятностно характеризующим наличие УВ.
Указанное расположение сейсмо-гравитационных станций на дневной поверхности целевого участка исследования способствует повышению достоверности определения параметров при построении трехмерных моделей расположения УВЗ.
Анализ сейсмических и гравиметрических сигналов в частотной и временной областях позволяет выявить корреляцию аномалий в динамических характеристиках спектральной мощности сейсмического сигнала и вариаций силы тяжести.
Способ осуществляют следующим образом.
Для проведения измерений используется площадная равномерная наблюдательная сеть, состоящая из рядовых сейсмо-гравитационных станций, каждая из которых представляет совокупность ортогональных трехкомпонентных сейсмоприемников и гравиметрического регистратора.
Шаг построения равномерной сети (постоянное расстояние между соседними рядовыми станциями) составляет от 50 до 1000 м и определяется линейными размерами, ориентацией и глубинностью объекта исследуемых недр, его литологическим разрезом в районе целевого участка исследований.
При отсутствии данных и гипотез о размерах углеводородной залежи (УВЗ) для сети наблюдений выбирается минимальный шаг равный 50 метрам.
Перед проведением основных измерений производят сравнение амплитудной идентичности сейсмических приемников и трактов в целом. Для этого сейсмоприемники располагают в одной точке и производят одновременную запись микросейсмических сигналов не менее 30 мин. На основании полученных временных рядов производят вычисление коэффициентов, необходимых для приведения сигналов к единому амплитудному уровню. После этого сейсмоприемники располагают в пунктах сети сейсмо-гравитационных станций.
Для определения планового и высотного местоположения сейсмо-гравитационных станций используют высокоточные GPS-приемники.
Помехообразующими факторами при проведении, в частности, гравиметрических наблюдений являются: изменения высоты пункта наблюдения; изменение толщины и плотности снежного покрова; сезонные изменения степени водонасыщенности грунта верхней части разреза; лунно-солнечные вариации; любые изменения (природные или техногенные) на участке пункта наблюдения, приводящие к выбытию или приросту масс (отсыпки песком, выпучивание и просадка приповерхностного слоя почвы в ближней зоне пункта наблюдения); изменение гидрологических факторов в ближней зоне пункта наблюдения (изменение уровня воды в зоне пункта наблюдения, изменение уровня воды у водоемов, рек, ручьев и т.д.); нелинейная составляющая изменения атмосферного давления.
При выборе места заложения рядовых станций ориентируются на возвышенные участки рельефа с преимущественно песчанистым составом верхней части разреза, находящиеся на расстоянии не менее 30 м от открытых водоемов, избегают размещения станций на участках развития торфяников.
Уровень микросейсмической активности связан с общей геодинамической активностью (например, Солнечно-Лунные твердотельные приливы) и может меняться в течение суток.
Для учета вышеуказанных эффектов используют опорные сейсмо-гравитационные станции, которые располагают вне границ целевого участка и на них производится постоянная эталонная регистрация уровня микросейсмической активности в течение всего времени производства работ параллельно с эталонными замерами вариаций силы тяжести с целью привязки измерений, проводимых на рядовых пунктах.
Опорные сейсмо-гравитационные станции располагают вне контура УВЗ на расстоянии не менее 0,5 и не более 2 км от контура газоносности, исключающем влияние УВЗ и процессов разработки месторождений на значения силы тяжести и регистрацию сейсмического сигнала. Используют не более 4-х опорных сейсмо-гравитационных станций для одного целевого участка, в зависимости от его размера.
Дополнительно к сети рядовых сейсмо-гравитационных станций организуют базовые сейсмо-гравитационные станции, которые располагают не по равномерной сети, а непосредственно вблизи эксплуатационных и разведочных скважин.
Использование базовых сейсмо-гравитационных станций позволяет определять количественные зависимости измеряемых параметров сейсмического и гравитационного полей с промысловыми данными и данными ГИС.
Полученные на базовых сейсмо-гравитационных станциях зависимости используют для повышения достоверности интерпретации корреляций сейсмического и гравитационного полей в пространстве между кустами эксплуатационных скважин и в периферийных зонах месторождения (на крыльях УВЗ).
Для достижения технического результата в предлагаемом способе, проводят синхронную по времени и месту регистрацию естественных сейсмических колебаний поверхности Земли в диапазоне от 0,1 до 20 Гц и измерение вариаций силы тяжести.
Проводят разбивку временного диапазона измеренного сейсмического сигнала на синхронизированные по времени для всех сейсмических приемников дискретные участки.
Проводят расчет спектральных характеристик, соответствующих каждому дискретному участку с образованием дискретной последовательности.
Анализируют каждый дискретный участок на наличие помех, имеющих техногенную природу, и на наличие информативного сигнала.
Исключают из дальнейшего рассмотрения дискретные участки, содержащие техногенные помехи. Для исключения помех, не связанных с глубинными исследуемыми процессами, измерения проводят одновременно по трем ортогональным компонентам (Z, N-S, W-E) сейсмоприемника, помехи от наземных техногенных и природных источников (промышленные установки с сейсмическим характером работы, транспортная деятельность, атмосферные осадки и другие техногенные и природные воздействия) исключают с помощью задания времени непрерывной регистрации сейсмического сигнала (время экспозиции не менее 60 минут).
Проводят спектрально-временной анализ информативных дискретных участков.
Выносят суждения о наличии/отсутствии УВ по корреляции изменений динамических характеристик спектральной мощности информативного сейсмического сигнала на измеренных частотах и аномалий силы тяжести.
Критерием наличия залежи углеводородов является получение значимых коэффициентов корреляции между увеличением амплитуды спектральных линий в спектре дисперсий сейсмического сигнала и отрицательными аномалиями силы тяжести.
Для сопоставления данных, полученных косвенными и прямыми методами, коэффициенты корреляции сейсмических и гравиметрических аномалий соотносят с промысловыми данными и данными ГИС, определяют уровень значимости коэффициентов корреляции, устанавливают количественные соотношения с основными параметрами, описывающими УВЗ и ее пространственное расположение.
Таким образом, применение способа поиска месторождений углеводородов, оценки и мониторинга пространственного распределения содержания углеводородов в продуктивном пласте при разработке углеводородных залежей и эксплуатации подземных хранилищ газа обеспечивает повышение достоверности обнаружения УВЗ за счет одновременного комплексного использования микросейсмических (МСИ) и гравиметрических исследований (ГИ) по сравнению с традиционными методами геофизической разведки.
На основе использования информации о пространственные(ом) распределения(и) содержания углеводородов в продуктивных пластах добиваются:
повышения эффективности добычи при разработке УВЗ за счет оптимального размещения эксплуатационных скважин;
повышения эффективности эксплуатации ПХГ за счет оптимального размещения эксплуатационных скважин;
повышения достоверности определение положения контура УВЗ и его изменения в пространстве между кустами эксплуатационных скважин и в периферийных зонах УВЗ;
повышения достоверности определение величины пластового давления и его изменений в пунктах, расположенных вне эксплуатационного поля добывающих скважин;
повышения достоверности оценки отработки периферийных участков УВЗ;
сохранения максимального потенциала буферного газа за счет выбора оптимальных эксплуатационных режимов ПХГ;
повышения достоверности прогнозирования обводнения залежи;
повышения достоверности оценки скорости и путей миграции углеводородного флюида.