СПОСОБ ПРОГНОЗА ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ
METHOD FOR PREDICTING HYDROCARBON DEPOSITS

Изобретение относится к поискам, разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений и может быть использовано при решении геологических и промысловых задач.
Анализ компонентного состава нефтяного газа, дегазированной и пластовой нефти и привязка результатов к геологическим горизонтам лежит в основе стандартной методики (национального стандарта) поиска и разработки нефтяных и газовых месторождений. Компонентный состав определяется в отношении углеводородных (УВ) газов (метан и его гомологический ряд), двуокиси углерода, азота, сероводорода, радиоактивных и редких газов (радон, гелий), причем перспективность нефтегазоносности месторождения связывают с величиной концентрации указанных газов в породах.
Известны газогеохимические способы прогноза и/или поисков месторождений нефти и газа по выявлению, качественному и количественному анализу элементов-индикаторов, сопутствующих подземным и подводным хранилищам углеводородов, основанные на характере распространения газов в пористых и трещиноватых средах и растворимости газов в углеводородах /RU 2097760, RU 21777631, RU 2298816 и др./.
Известные способы предусматривают отбор проб в скважинах по глубине и их анализ либо in situ, либо в лабораторных условиях. Однако при пробоотборе точность прогноза ограничена, т.к. в пробы могут войти различные породы с разными фильтрационно-емкостными свойствами и элементы-индикаторы в силу этого могут быть рассеяны и не давать информацию с нужной точностью.
Известен способ геохимического тестирования локальных объектов при прогнозе нефтеносности, включающий приповерхностный отбор проб из глинистых приповерхностных интервалов (шпуров глубиной 3-5 м) по равномерной сетке 400×400 м (где это возможно), термовакуумную дегазацию проб и газохроматографический анализ проб на содержание углеводородного газа, адсорбированного глинистой почвой в пробе, идентификацию компонентного состава анализируемого газа на углеводородные соединения от метана до гексана и последующую статистическую обработку всего полученного материала с учетом геологических особенностей данного района /RU 2298816, G01V 9/00/. В целях прогноза нефтегазоносности района рассчитывают фоновые значения газогеохимических показателей, коэффициенты контрастности углеводородных газов, а заключение о вероятной нефтеносности данного района делают по модели вероятной нефтеносности, построенной по алгоритму системы обучения, в сопоставлении с эталонной моделью доказанной нефтеносности известной территории. Недостатком известного способа является его трудоемкость, кроме того, глинистые почвы могут содержать примеси и не быть адекватными адсорбентами углеводородного газа, а лабораторный анализ проб увеличивает время исследований, что в итоге снижает эффективность и надежность прогноза.
Известен геохимический способ поиска углеводородов, реализуемый непосредственно на поверхности, включающий отбор из почвы подвижных форм элементов-индикаторов искомого углеводорода, а также элементов-индикаторов в электроподвижных формах из гумусового горизонта и элементов-индикаторов, связанных с железо-марганцевыми соединениями, из обогащенного такими соединениями почвенного горизонта /RU 2097796, G01V 9/00/. Определяют концентрации всех выбранных элементов-индикаторов в точках отбора, выделяют участки с аномально высокими величинами концентрации элементов-индикаторов и определяют площади, в пределах которых совмещаются участки с аномально высокими концентрациями исследуемых элементов, и по ним судят о границах областей с наличием углеводородов. Способ позволяет картировать отдельные залежи, месторождения, нефтегазоносные провинции в зависимости от масштаба опробования, однако он характеризуется трудоемкостью выделения целевых почвенных горизонтов, а также возможным рассеянием элементов-индикаторов на примесных породах, не удерживающих элементы-индикаторы, что ограничивает точность результатов поиска.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ прогноза залежей углеводородов путем отбора проб подпочвенных газов на исследуемой площади и последующего газогеохимического анализа на содержание метана и тяжелых углеводородов, причем пробы подпочвенных газов отбирают из шпуров последовательно на двух горизонтах - верхнем 0,3-0,4 м и нижнем 0,8-1,0 м с предварительной герметизацией каждого интервала от атмосферы, и при превышении концентраций газов их фоновых значений не менее чем в 2 раза и увеличении концентрации на нижнем горизонте относительно верхнего не менее чем в 1,5 раза делают вывод о положительном прогнозе залежи углеводородов. При отборе проб на обоих горизонтах создают вакуумную депрессию для очистки газа от воздушной примеси, а на верхней границе нижнего горизонта устанавливают герметичную пробку. Взятые пробы анализируют на хроматографе на содержание метана и тяжелых углеводородов (С2 и выше), и при необходимости дополнительно анализируют подпочвенный газ на содержание сопутствующих газов - углекислого газа, водорода, гелия, кислорода и азота, а также определяют содержание абсорбированных углеводородов в выбуренной породе /RU 2359290, G01V 9/00/.
Недостатком известного способа является трудоемкость герметизации проб в полевых условиях, в частности, из-за летучести гелия и водорода, кроме того, приповерхностные слои почвы могут быть загрязнены углеводородами техногенного происхождения (разливы топлива и масел), что может исказить результаты анализа компонентного состава проб и понизить точность и надежность прогноза.
Способ прогноза залежей углеводородов, включающий отбор проб подпочвенных газов на заданных профилях и по площади и определение содержания в них элементов-индикаторов, по которому прогнозируют наличие залежей углеводородов, выбран в качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения.
Задача изобретения состоит в снижении трудоемкости и повышении эффективности исследования перспектив нефтегазоносности территорий.
Задача решена тем, что в способе прогноза залежей углеводородов, включающем отбор газовых проб на заданных профилях и по площади и определение содержания в них элементов-индикаторов, по которому прогнозируют наличие залежей углеводородов, в соответствии с изобретением, в качестве элемента-индикатора используют гелий - Не, отбор газовых проб проводят в приповерхностном слое воздуха и подпочвенном слое на глубине до 1 м по сети наблюдений, определенной конкретной геологической и/или промысловой ситуацией, причем отбор проб проводят с использованием анализатора гелия путем периодической продувки его непосредственно в точке отбора пробы в течение заданного временного интервала, регистрируют величину содержания гелия в каждой пробе и статистически усредняют выборки на заданных пространственно-временных интервалах с учетом чувствительности анализатора гелия, составляют матрицы усредненных величин содержания гелия в приповерхностном слое воздуха и почвенном газе и по ним строят карты распределения аномального содержания гелия, по которым прогнозируют наличие залежей углеводородов.
В качестве анализатора гелия выбран переносной гелиевый течеискатель PHD-4 фирмы Varian, США.
Сущность изобретения иллюстрируют фиг.1, на которой представлено распределение концентрации гелия в воде (кривая 1), нефти (кривая 2) и свободном газе (кривая 3) /по А.Н.Воронови лр., 1980/, фиг.2, на которой представлена карта распределения концентрации гелия в приповерхностном слое воздуха на территории Южно-Ягунского нефтяного месторождения, фиг.3, на которой представлена карта распределения концентрации гелия в почвенном слое (там же), фиг.4, на которой представлена карта положительных гелиевых аномалий (там же).
Сущность изобретения состоит в следующем. Гелий Не поступает в осадочный чехол из фундамента по трещинным тектоническим нарушениям и по мере удаления от фундамента концентрация и парциальное давление гелия в разрезе уменьшаются, а распределение стационарного потока гелия Не в осадочном чехле определяется близостью, возрастом фундамента, мощностью осадочного чехла и его общей проницаемостью. Содержание гелия в залежах свободных газов наибольшее - оно составляет 30-120 мл/л, на порядок ниже - в нефти (6-10 мл/л), и еще на порядок ниже - в подземных водах (0,5 мл/л) (фиг.1). Фоновое содержание гелия в атмосферном воздухе составляет 5,2 ppm (5,2 частицы на миллион). Фоновое содержание гелия в приповерхностном слое наземных водотоков и водоемов (рек, озер, болот, морей и океанов) в равновесии с атмосферой при стандартных условиях (давление 1 атм, температура 0°С) составляет 0,04 мл/л.
Таким образом, по величине содержания гелия в пробах приповерхностного воздуха и почвенного газа можно судить о характере насыщения и проницаемости резервуаров подстилающего осадочного чехла. Поэтому при достаточной чувствительности прибора-анализатора гелий Не может быть выбран в качестве достаточно надежного элемента-индикатора нефтегазоносности исследуемого района (фиг.1), а измерения содержания летучего газа гелия Не непосредственно в точке отбора пробы и при ее заборе снимают трудности, связанные с изоляцией пробы от внешней среды перед транспортировкой ее, передачей и подготовкой для газохимического анализа, характерные для анализа проб углеводородных газов. В качестве прибора-анализатора может быть использован промышленно выпускаемый переносной гелиевый течеискатель PHD-4 фирмы Varian, США, имеющий чувствительность по гелию 2 ppm (2:1000000 частиц), также может быть использован переносной гелиевый течеискатель Pico Sniffer фирмы MKS Instruments, США, имеющий чувствительность по гелию 0,1 ppm (0.1:1000000 частиц), и другие приборы, имеющие пределы обнаружения гелия менее 2,5 ppm (2,5:1000000 частиц). Гелиевый течеискатель PHD-4 имеет кварцевый мембранный фильтр, селективно пропускающий только атомы гелия в детектор, который вырабатывает сигнал, пропорциональный количеству попавших в него атомов гелия. При усреднении результатов измерений исключаются флуктуации, обусловленные флуктуациями состава и давления в атмосфере, влиянием нефтяных загрязнений среды, сглаживаются ряды выборочных значений в каждой точке наблюдений, что позволяет выделить тренд измеряемой величины. При наличии корреляции матриц усредненных величин содержания гелия для приповерхностных и почвенных измерений, а также при их корреляции с вариациями содержания гелия по точкам измерений, площадными вариациями и при наличии зон с повышенными гелиевыми характеристиками (содержание, аномалии, вариации) судят о перспективах исследуемой области на нефтегазоносность.
Способ осуществляют следующим образом.
Территорию исследуемого района, как правило, уже изученную методами сейсморазведки и/или другими геофизическими методами, разбивают сетью наблюдений, причем дискретность шага сети определяется сложностью геологического строения, предполагаемыми размерами объекта исследований, стадией поисково-разведочных и/или эксплуатационных работ. В узле сетки устанавливают прибор-анализатор, в частности переносной гелиевый течеискатель PHD-4, снабженный зондом для отбора газовой пробы. Гелиевый течеискатель PHD-4, снабженный Bluetooth-адаптером LM048, подключенным к его цифровому входу-выходу RS 232, коммутируют с компьютером (ноутбуком) посредством Bluetooth-интерфейса, обеспечивая телеметрическую передачу информации от анализатора в компьютер и программное управление процессом измерений. Производят измерения содержания гелия Не у поверхности земли, над устьем намеченной скважины, цикл измерений состоит из 30 отсчетов концентрации гелия, снятых с периодом 3с между отсчетами при продувке детектора гелия атмосферным воздухом. Такое количество отсчетов считается репрезентативным для статистической обработки случайной величины. Далее ручным буром или мотобуром бурят шпур (неглубокая скважина) глубиной 1 м и опускают в нее щуп-удлинитель с перфорированной оконечностью, куда герметично вставляют зонд гелиевого течеискателя. Глубина скважины фиксирована и обеспечивает однородность условий почвенных измерений, т.к. щуп-удлинитель опускают вертикально до дна скважины. Перфорация на оконечности щупа-удлинителя отделяет грунт и предотвращает попадание частиц почвы в измерительный прибор, приустьевые части скважины в месте сопряжения со щупом-удлинителем тампонируются для предотвращения попадания атмосферного воздуха в отбираемый почвенный газ. После установки щупа-удлинителя измеряют содержание гелия в пробе почвенного газа также путем продувки детектора гелиевого течеискателя с регистрацией 30 отсчетов с периодом 3с между отсчетами. По окончании цикла измерений прибор-анализатор перемещают на следующую точку измерений и повторяют измерения в описанной последовательности. Измерения могут производиться также с использованием нескольких приборов-анализаторов и одного компьютера (ноутбука), т.к. Bluetooth-адаптер обеспечивает передачу информации по телеметрическому каналу связи на расстояниях до 100 м.
Данные измерений, поступившие в компьютер, сохраняются и архивируются вместе с сопутствующими данными о точке наблюдения, определяемыми GPS-антенной (координаты точки наблюдений, точность определения координат и др.), и о синхронных с анализом пробы характеристиках измерительного прибора (стабильность, чувствительность и др.). Данные компьютера (ноутбука) передаются посредством сети Internet в центральное вычислительное устройство для систематизации и обработки данных. Данные обрабатывают статистическими методами для выявления закономерностей в распределении содержания гелия по исследуемой территории.
Следует отметить, что измерения в шпуре глубиной 1 м не всегда осуществимы, так как не всегда есть возможность проходки 1 м пород - скальные породы, водотоки и т.п. Это учитывают в дальнейших расчетах, но для того, чтобы точки измерений можно было сравнивать между собой, во всех случаях производят измерение в приповерхностном воздухе, которое можно выполнить на любой точке.
Вариации (изменения) концентрации Не в приповерхностном слое воздухе и почвенном газе искажают информационные параметры гелиевой съемки. Опыт работ показывает, что величины вариации концентрации гелия Не, полученные на постоянном контрольном пункте, являются функцией времени, координат места отбора и различной чувствительности приборов-анализаторов (у гелиевых течеискателей чувствительность зависит от характеристик кварцевых мембран, которые могут различаться для разных устройств).
Для учета влияния вариаций и разной чувствительности приборов в работе полевые измерения концентраций Не нормируют на средние значения по каждому участку съемки, выполненному одним прибором в один день, что решает проблему учета и временной, и координатной, и приборной составляющих вариаций концентрации Не. Нормирование проводят по трем факторам: прибору, периоду измерений (рабочий день), участку работ. Далее выполняется нормирование полученных аномальных (превышающих дисперсию) концентраций гелия Не на стандартное отклонение (чувствительность) по каждому прибору.
Для учета временных вариаций содержания гелия можно также использовать методику непрерывной записи содержания гелия (мониторинга) на стационарном пункте, выполняющейся на фиксированной точке в течение всего периода полевых измерений.
По нормированным данным концентрации гелия Не в приповерхностном почвенном газе, среднего от суммарных концентраций, положительных гелиевых аномалий в приповерхностном слое воздуха, почвенном газе и средних суммарных положительных гелиевых аномалий составляют карты районирования площади работ.
Также строятся карты вариаций (изменений) концентрации гелия Не в приповерхностном слое атмосферы, почвенном газе, средних суммарных концентраций в каждой координатной точке, карты площадных вариаций этих величин путем усреднения данных измерений методом скользящего среднего по 5 координатным точкам, т.е. по 150 замерам.
Карты распределения по площади положительных аномалий содержания гелия могут быть интерпретированы как карты перспектив нефтегазоносности коллекторов с улучшенной трещинной проницаемостью (для перспективных поисковых участков) и карты активных остаточных запасов нефти (для разрабатываемых месторождений). На картах могут быть геометризованы компактные и перспективные для дальнейшего освоения углеводородов контуры, локализованы зоны с активной остаточной нефтенасыщенностью, обоснованы точки для заложения первоочередных поисково-разведочных и эксплуатационных скважин.
Известна методика поиска залежей углеводородов, основанная на сходстве химического состава почвенного газа в нефтяной скважине в области залегания углеводородов и газового фона вне этой скважины и использовании селективных мембран для выделения целевого газа. При отборе газовых проб применяют сорбенты для поглощения углеводородных газов С1-С5 в сочетании с политетрафторэтиленовыми мембранами селективного действия (PTFE-мембраны разработки компании W.L.Gore & Associates, Inc., США), проводят отбор проб в скважинах в приповерхностном слое почвы, последующий газохроматографический и масс-спектрометрический анализ сорбированных газов, выявление геохимической аномалии по результатам анализа проб при площадной съемке и интерпретацию результатов с определением вероятного контура нефтяного источника. Применение таких специфичных мембран и сорбентов считается эффективным в экологии и для очистки различных сред и материалов, однако оно неизвестно при проведении гелиевой съемки для поисков нефтегазоносных районов.
Проверка заявляемого способа была проведена путем прогноза (эпигноза) нефтегазоносности Южно-Ягунского нефтяного месторождения. Данный район является промышленно нефтегазоносным, имеющим хорошие перспективы для выявления залежей нефти и газоконденсата в отложениях юры непосредственно. На территории Южно-Ягунского нефтяного месторождения были заложены скважины глубокого бурения до периода проведения работ. Полевые работы по проведению гелиевой съемки участка выполнены с использованием переносных гелиевых течеискателей PHD-4 фирмы Varian, США и телеметрической системы передачи данных измерений на портативный компьютер (ноутбук).
2
Подготовка к отбору проб (выбор точек отбора проб, установка и компоновка измерительных устройств) и отбор проб проводили, как описано выше. Определение концентрации гелия Не производили в приповерхностном воздухе (30 отсчетов с интервалом между отсчетами 3 с) и в почвенном газе (шпур глубиной 1 м, 30 отсчетов с интервалом между отсчетами 3 с), в автоматическом режиме, с управлением от компьютера со специализированным программным обеспечением (программа "Гелий ВШ", Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ от 26.04.2010 №2010612829, правообладатель ЗАО «Актуальная геология»). Объем физических наблюдений гелиевой съемки по сети 300×300 м составил 15546 физ. точек на площади 1423 км, а детализация аномалий выполнялась по сети 100×100 м. Для каждой точки измерений определили среднее значение концентрации гелия по каждому циклу из 30 измерений, нормировали точечные средние значения на величину чувствительности прибора-анализатора во время цикла измерений и усреднили методом скользящего среднего нормированные точечные средние значения концентрации гелия для всех точек, что дало матрицу сглаженного распределения усредненной концентрации гелия по исследуемому участку, а также дисперсию измеренных величин. Такую матрицу рассчитали по данным измерений в приповерхностном слое воздуха (фиг.2) и в подпочвенном слое (фиг.3) и построили карту изолиний содержания гелия (условные обозначения на фиг.2 и 3: «Р.» - позиция поисково-разведочной станции; «ХХХХ.» - позиция и номер эксплуатационной скважины для проведения измерений; сплошные протяженные линии - линии контуров известных запасов по пластам (С1); «-----0,4---« - изолинии концентрации гелия в приповерхностном воздухе (фиг.2) и почвенном газе (фиг.3), в ед. ррm; «Δ» - позиция рекомендуемого пластопересечения для прогнозируемых первоочередных скважин). В пределах каждой матрицы построили линии равных величин усредненной концентрации гелия путем интерполяции величин концентрации гелия в соседних точках в матрице и выделили области аномально высоких значений концентрации гелия. Рассчитали коэффициент взаимной корреляции матриц усредненных концентраций гелия в приповерхностном воздухе и почвенном газе, который оказался равным 0,94, что свидетельствует о практическом тождестве распределения гелия в этих слоях. По полученным матрицам (фиг.2, фиг.3) рассчитали положительные аномалии концентрации гелия, превышающие величины стандартного отклонения и представили расчеты в форме карты изолиний положительных гелиевых аномалий (в единицах стандартного отклонения), указывающих на вероятное присутствие углеводородов на исследуемом участке (фиг.4, условные обозначения идентичны фиг.2 и 3).
Для подтверждения адекватности прогноза залежей углеводородов по гелиевым аномалиям на карту Южно-Ягунского нефтяного месторождения (фиг.4) нанесены контуры разведанных ранее запасов по пластам и положительных гелиевых аномалий, что показало привязку гелиевых аномалий к геологическим структурам, перспективным для залегания углеводородов.
Способ обеспечивает снижение трудоемкости поисковых работ за счет отбора только проб гелия как газа-индикатора, использования портативного переносного анализатора гелия, проведения программно управляемых высокочувствительных измерений in situ и сбора данных по телеметрическому каналу, что снижает затраты на проведение полевых работ, уменьшает сроки и повышает экономическую эффективность исследования нефтегазоносности территорий.