СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПОИСКОВ МОРСКИХ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
METHOD FOR ELECTROCHEMICAL EXPLORATION OF OFFSHORE OIL AND GAS DEPOSITS

Изобретение относится к области геофизики, а именно к электрометрическим методам на геохимической основе, и может быть использовано для поисков, уточнения морфологии морских месторождений нефти и газа.
Изобретение предназначено для использования на акваториях.
Известна система, использующая комбинацию мощных источников сейсмических и электромагнитных волн для регистрации отклика от неглубокозалегающих углеводородных залежей в движении судна. Система состоит из мощных набортных источников энергии, регистрирующей аппаратуры и забортных линий с измерительными датчиками. Система прошла апробацию в Мексиканском заливе [1].
Однако недостатками системы являются необходимость в мощных источниках энергии, малая глубинность исследований, потребность в крупнотоннажных и специально оборудованных судах, высокая стоимость работ и малая помехозащищенность.
Известен метод сейсморазведки, который в течение многих лет применяется для поисков углеводородных залежей на море. Это наиболее распространенный метод отраженных волн - МОВ ОГТ. Способ позволяет искать углеводородные месторождения, залегающие на разной глубине в геологическом разрезе [2].
Недостатками метода, по сравнению с предлагаемым, являются: влияние на биосистему моря, так как возбуждаемые взрывными источниками сейсмические сигналы оказывают существенное влияние на биогенную часть экосистемы, в том числе на промысловых рыб; громоздкость метода, требующая применения взрывных источников колебаний, длинных тяжелых забортных линий, необходимость использования крупнотоннажных, оборудованных сложным спуско-подъемным оборудованием, судов и большая стоимость работ.
Известен также способ оценки содержания тяжелых металлов над нефтегазовыми месторождениями по результатам химического анализа проб воды, отобранной с разных водных горизонтов в заданной сети точек [3].
Однако этот способ трудоемкий, дорогостоящий, требующий больших затрат времени на дискретный пробоотбор, транспортировку проб к стационарной лаборатории и не позволяющий получить достоверную непрерывную информацию между точками проботбора.
Целью настоящего изобретения являются поиски нефтегазовых месторождений по аномальной концентрации тяжелых металлов, которые непрерывно регистрируются в воде с помощью ионоселективных электродов, избирательно реагирующих на эти ионы.
Сущность изобретения заключается в том, что над нефтегазоносными структурами в горных породах между залежью и дном акватории и в водной толще акватории образуются струйные ореолы рассеяния микроэлементов, мигрирующих из нефтегазовых месторождений.
В водной толще происходят следующие явления:
1) вертикально вверх направленный квазиконвективный перенос газовыми пузырьками (в основном - метаном, азотом, водородом) подвижных (ионных) форм нахождения металлов - «естественная» ионная флотация их;
2) турбулентное перемешивание вод;
3) перенос растворенных компонент морскими течениями;
4) поглощение растворенных компонент взвешенными частицами.
С целью теоретического решения задачи рассмотрим сначала точечный источник подвижных форм металла, расположенный на дне акватории. Совместим начало декартовых координат с местом расположения точечного источника растворенного вещества мощностью q (на дне акватории), ось z направим вертикально вверх, ось x - по направлению течения вод со скоростью U, y - нормально к плоскости x 0 z. Учет турбулентного перемешивания вод океана под действием вихрей различных масштабов позволяет после операции осреднения и пренебрежения молекулярной диффузией, а также турбулентной диффузией по вертикальной оси по сравнению с квазиконвективным переносом растворенных металлов газовыми пузырьками получить полуэмпирическое дифференциальное уравнение турбулентной диффузии (точнее диффузионно-конвективное уравнение). Это уравнение для концентрации С подвижных форм металла в морских водах с учетом явления сорбции в стационарном случае имеет вид:
где V - скорость квазиконвекции по оси z, K - коэффициент турбулентной диффузии, к - коэффициент поглощения растворенного вещества.
Граничные условия имеют вид:
где δ(α) - дельта-функция Дирака, определяемая соотношениями:
.
Учитывая симметрию распределения концентрации C относительно плоскости y=0 и применяя к концентрации интегральное преобразование Фурье по координате x и косинус-преобразование Фурье по координате y, найдем решение задачи (1)-(3):
Аномалии имеют кольцеобразную форму и при широком изменении глубины (~1200-3300 м) и среднего радиуса (~1000-24000 м) залежей средний радиус кольца равен радиусу залежи, а ширина кольца колеблется в пределах ~200-1200 м, в среднем составляя примерно 600 м.
0
0
0
В этом случае для кольца шириной 2b со средним радиусом r (внутренним - r-b, внешним r+b) на основании принципа суперпозиции полей источников, интегрируя выражение (4) по площади кольца, получим распределение концентрации в водной толще от нефтегазовой залежи:
где
z, r, φ - цилиндрические координаты, центр которых совмещен с центром кольцевой аномалии, расположенной на дне акватории, а полярная ось направлена по течению вод со скоростью U.
По нашим экспериментальным данным форма аномалий и их распределение по площади, в первую очередь, зависит от инженерно-геологических характеристик и трещиноватости слоев вмещающих залежь (покрышек). Типичное строение трещиноватости приводит к тому, что нефтяные месторождения характеризуются аномалиями, приуроченными к центральным частям месторождения, газовые и газогидратные - кольцевыми аномалиями.
Экспериментальные полевые работы на лицензионных площадях Баренцева, Карского морей показывают, что при изучении аномалий концентраций тяжелых металлов в водной толще допустимое расстояние измерительных датчиков от дна лежит в пределах 1-50 метров.
Для измерений используются измерительные линии, перемещаемые за кораблем по профилям со скоростью 4-8 узлов. Регистрирующая аппаратура находится на борту экспедиционного судна. В качестве забортных измерительных датчиков, присоединенных к измерительной кабельной линии, используются ионоселективные электроды, избирательно реагирующие на наличие в морской воде подвижных форм тяжелых металлов.
Морские экспериментальные исследования струйных ореолов рассеяния над известными нефтегазовыми залежами на шельфе Печорского и Карского морей выполнены с помощью предлагаемого в заявке геоэлектрохимического способа измерений - профилирования косой, в которой измерительными датчиками являются ионоселективные электроды.
Благодаря особенностям струйных ореолов рассеяния глубинность исследований при этом, по сравнению с обычными геохимическими методами, возрастает во много раз (получены контрастные аномалии концентраций тяжелых металлов над нефтегазовыми залежами, залегающими на глубинах 1050-3540 м).
При использовании предлагаемого способа важным является: определить, какие генетически пространственные области экранов, перекрывающих нефтяные или газовые залежи, являются наиболее проницаемыми для потоков флюидов, несущих микроэлементы тяжелых металлов. К сожалению, известные структуры, расположенные на шельфе Баренцева и Карского морей с этой точки зрения, по сути дела, не изучены. Определенные аналогии с морскими месторождениями Каспийского, Балтийского морей и близкими по строению месторождениями суши, изученными более детально, позволяют предположить, что в отложениях, перекрывающих газовые и газоконденсатные месторождения, основные трещиноватые ослабленные зоны покрышек находятся над центральными частями залежей. Нефтяные же месторождения характеризуются приуроченностью таких зон к периферийным частям месторождений.
Работы, выполненные нами на ряде месторождений Баренцева моря, подтверждают данное заключение.
Приведенные теоретические и экспериментальные данные позволяют сделать вывод о возможности включения непрерывного изучения концентраций в морской воде металлов - микрокомпонентов нефти (меди, свинца и кадмия) в комплекс методов поисков нефтегазовых месторождений на шельфе.
Использование геоэлектрохимического метода в модификации профилирования с использованием измерительных ионоселективных электродов позволяет проводить непрерывные измерения концентраций металлов по профилю в процессе движения судна. Точность измерений повышается путем компенсации постоянной составляющей сигналов с электродов. Проведение таких измерений в комплексе с измерением напряженности магнитного поля позволяет решать поисковые задачи с большей эффективностью, чем при использовании сейсморазведки. При этом используются суда меньшего тоннажа, проведение спуско-подъемных технических операций значительно упрощается, а время проведения работ на конкретных перспективных площадях и их стоимость сокращается в 2-3 раза.
Достоверность изобретения подтверждается результатами экспериментальных работ, выполненных на шельфе Баренцева моря, характеризующегося наличием большого числа нефтяных и газовых структур, открытых на основе применения сейсмического, гравиметрического и магнитного методов.
Однако при определении ионов меди и свинца должны отсутствовать ионы серебра и ртути или они должны быть замаскированы комплексующими агентами. Последнее в море выполнить невозможно. Остается изучение дополнительно мешающих ионов серебра и ртути и исключение их влияния.
Исключение влияния мешающих ионов можно выполнить либо путем выбора таких наблюдений, в которых нет ионов серебра и/или ртути, или путем оценки зависимости между ионами серебра и ртути и ложными аномалиями меди и свинца и кадмия. Такая зависимость может быть получена между концентрациями серебра и ртути и локальными аномалиями искомых элементов в виде одномерных и/или двумерных уравнений регрессии. Локальные аномалии при этом вычисляются путем сглаживания концентраций в заданном окне или полиномом заданной степени. Оптимальное окно или степень полинома выбираются по максимальной корреляции остаточных (локальных) аномалий с аномалиями серебра и ртути. Уравнения регрессии тоже можно оценивать или в целом по профилю, или в заданном окне.
По результатам измерений выделяют аномалии в концентрации тяжелых металлов по превышению амплитуды колебаний над фоном на kσ (где k=1÷3, σ - стандартное отклонение от среднего), и по форме и расположению аномалий оконтуривают месторождение.
Таким образом, предлагается способ электрохимических поисков морских нефтегазовых месторождений, при котором на профилях над предполагаемым месторождением или перспективной площадью выполняют непрерывную регистрацию концентрации тяжелых металлов индикаторов (Cu, Pb и Cd) и мешающих металлов (Ag и Hg) с помощью измерительных ионоселективных электродов, которые перемещаются в водном слое у поверхности дна. Концентрации элементов индикаторов уточняются с помощью дополнительных измерений концентраций мешающих элементов и выделяют в их концентрациях аномалии, контролирующие залежь.
Технический результат - обнаружение месторождений нефти и газа в акваториях.
Литература
1. Пискарев А.Л., Шумилов А.В. Электромагнитные аномалии над резервуарами углеводородов при проведении электроразведки буксируемой приемно-передающей линией // Каротажник, 2009, №1, с. 3-14.
2. Гурвич И.И., Номоконов В.П. Сейсморазведка. Справочник геофизика, Недра, 1981, с. 464.
3. Иванов Г.И. Геоэкология Западно-арктического шельфа России: литолого-экогеохимические аспекты// СПб.: Наука, 2006, 303 с.