Способ электрохимических поисков морских нефтегазовых месторождений
METHOD OF ELECTROCHEMICAL SEARCHES OF OFFSHORE OIL AND GAS FIELDS

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 неглубо козалегающих 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 (Пискарев А.Л., Шумилов А.В. Электромагнитные аномалии над резервуарами углеводородов при проведении электроразведки буксируемой приемно-передающей линией // Каротажник, 2009, №1, с. 3-14 [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 - MOB ОГТ. Способ позволяет искать углеводородные месторождения, залегающие на разной глубине в геологическом разрезе (Гурвич И.И., Номоконов В.П. Сейсморазведка. Справочник геофизика, Недра, 1981, с. 464 [2]). Недостатками метода 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 (Иванов Г.И. Геоэкология Западно-арктического шельфа России: литолого-экогеохимические аспекты// СПб.: Наука, 2006, 303 с.[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.
Известен также способ поиска нефтегазовых месторождений по аномальной концентрации тяжелых металлов, которые непрерывно регистрируются в воде с помощью ионоселективных электродов, избирательно реагирующих на эти ионы, сущность которого 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 (патент RU №2579159 С2,10.04.2016 [4]).
Известный способ поиска нефтегазовых месторождений по аномальной концентрации тяжелых металлов основан на том, что 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.
По 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. Недостатком известного способа является трудоемкость, связанная с профилированием морского дна в ледовых условиях посредством надводного корабля, а также ограничения в получении достоверной информации в связи необходимостью определения, 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 [4]. В тоже время, во всех углеводородных залежах содержится гелий. Этот газ обладает универсальными свойствами: он не генерируется микроорганизмами, как водород, и имеет более высокую проникающую способность, чем метан. Гелий беспрепятственно выходит на поверхность земли через микротрещины, где и фиксируется. Высокое его содержание говорит о том, что участок перспективен на геологические открытия (В. Пашков. Умный гелий ищет нефть.//Санкт-Петербургские ведомости, №90(5707), 24.05.2016). Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей с одновременным повышением достоверности результатов поиска нефтегазовых месторождений, а также снижение трудозатрат.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе электрохимических поисков морских нефтегазовых месторождений, при котором на профилях над предполагаемым месторождением или перспективной площадью в слое воды производят непрерывное измерение концентрации тяжелых металлов с помощью ионоселективных электродов, избирательно реагирующих на ионы тяжелых металлов меди (Cu), свинца (Pb) и кадмия (Cd), производят измерение концентрации Ag и Hg, выделяют аномалии в концентрациях тяжелых металлов по превышению амплитуды колебаний концентрации над фоном, если аномалии серебра (Ag) и ртути (Hg) отсутствуют, то по форме и расположению аномалий Cu, Pb и Cd оконтуривают месторождение, вводя поправки в концентрации Cu, Pb и Cd, исключая влияние Ag и/или Hg по экспериментальным зависимостям, выделяют аномалии в исправленных значениях Cu, Pb и Cd и по форме и расположению аномалий оконтуривают месторождение, дополнительно производят непрерывное измерение концентраций гелия, посредством оптико-механического чипа, состоящего из нановолновода и прикрепленного к нему кантилевера, регистрируют геливые аномалии, посредством геливого детектора и модуля образцовых голографических матриц с записанными спектрами ЯМР атомов веществ в водной среде.
Оптико-механический чип состоит из нановолновода и прикрепленного к нему кантилевера - полоски длиной 5 микрометров и толщиной 90 нанометров. Колебания кантилевера и определяют химический состав среды, в которой находится ЧИП. Анализ зарегистрированных характеристик выполняется посредством геливого детектора и модуля образцовых голографических матриц с записанными спектрами ЯМР атомов веществ
Предлагаемый способ электрохимических поисков морских нефтегазовых месторождений реализуется следующим образом.
На профилях над предполагаемым месторождением или перспективной площадью в слое воды производят непрерывное измерение концентрации тяжелых металлов и гелия с помощью косы, транспортируемой за судном и оснащенной оптико-механическими чипами, состоящими из нановолновода и прикрепленных к нему кантилеверов, избирательно реагирующих на ионы гелия и тяжелых металлов меди (Cu), свинца (Pb) и кадмия (Cd).
Производят измерение концентрации Ag и Hg, выделяют аномалии в концентрациях тяжелых металлов по превышению амплитуды колебаний концентрации над фоном, если аномалии серебра (Ag) и ртути (Hg) отсутствуют, то по форме и расположению аномалий Си, Pb и Cd оконтуривают месторождение, вводя поправки в концентрации Cu, Pb и Cd, исключая влияние Ag и/или Hg по экспериментальным зависимостям, выделяют аномалии в исправленных значениях Cu, Pb и Cd и по форме и расположению аномалий оконтуривают месторождение.
Дополнительно производят непрерывное измерение концентраций гелия, посредством оптико-механического чипа, состоящего из нановолновода и прикрепленного к нему кантилевера. Геливые аномалии регистрируют посредством геливого детектора и модуля образцовых голографических матриц с записанными спектрами ЯМР атомов веществ в водной среде.
При использовании прототипа важным является: определить, какие генетически пространственные области экранов, перекрывающих нефтяные или газовые залежи, являются наиболее проницаемыми для потоков флюидов, несущих микроэлементы тяжелых металлов, и отмечается, что «к сожалению, известные структуры, расположенные на шельфе Баренцева и Карского морей, с этой точки зрения, по сути дела, не изучены». При использовании предлагаемого способа эти ограничения отсутствуют. Использование геоэлектрохимического метода в модификации профилирования с использованием измерительного оптико-механического чипа, состоящего из нановолновода и прикрепленного к нему кантилевера, позволяет проводить непрерывные измерения концентраций металлов и гелия по профилю в процессе движения судна. Проведение таких измерений в комплексе с измерением напряженности магнитного поля позволяет решать поисковые задачи с большей эффективностью, чем при использовании сейсморазведки и известных способов электрохимических поисков морских нефтегазовых месторождений. 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. 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.
Как и в прототипе, исключение влияния мешающих ионов серебра и ртути 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, и по форме и расположению аномалий оконтуривают месторождение.
При использовании предлагаемого способа электрохимических поисков морских нефтегазовых месторождений отсутствует необходимость уточнения концентрации элементов индикаторов с помощью дополнительных измерений концентраций мешающих элементов и выделяют в их концентрациях аномалии, контролирующие залежь.
Технический результат - повышение достоверности обнаружения месторождений нефти и газа в акваториях.
Источники информации
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.
4. Патент RU №2579159 С2,10.04.2016 - прототип.