Способ прямых поисков нефтегазосодержащих участков недр
METHOD FOR DIRECT SEARCHING OF OIL AND GAS CONTAINING AREAS OF DEPTH

Изобретение относится к области геологоразведочных работ по поискам и разведке месторождений нефти и газа.
Современный арсенал методов и технологий поиска залежей углеводородов характеризуется широким спектром научных методов и подходов. Комплексное применение этих методов позволяет детально познавать особенности состава и строения изучаемой геологической среды. Но никакие особенности состава и строения геологической среды не гарантируют наличие в ней залежей нефти и газа. Нефть и газ могут содержаться в любых породах и в структурах любых форм, а могут и не содержаться. Каждый способ поисков нефти и газа подходит лучше в одном случае, но не всегда эффективен в другом. Геофизики часто комбинируют их, чтобы получить максимальную достоверность результата. Таким образом, применение комплекса методов объясняется необходимостью решения обеспечения достоверности выделения даже слабых аномалий непосредственно от залежей и повышения надежности геологического истолкования результатов геофизических работ.
В основу прямых поисков положены результаты наземных и скважинных измерений физических свойств пород, насыщенных углеводородами. Применительно к методам прямых поисков разрабатывались и оптимизировались главным образом системы регистрации (наблюдений) и специальной обработки.
Для поисков газонефтяных месторождений опробованы все основные методы, применяющиеся для изучения структурных условий газонефтяных регионов: сейсмо-, электро-, грави- и магниторазведка, а также освоены некоторые методы (вызванной поляризации и естественного потенциала, терморазведка и др.), ранее не использовавшиеся в нефтяной геофизике.
Но, несмотря на широкий диапазон используемых параметров, достоверность прогнозов остается низкой. В связи с чем, методы прямых поисков требуют постоянного усовершенствования, что, впрочем, касается других методов непрямых поисков залежей нефти и газа.
Изобретение относится к методам прямых поисков нефти и газа. В настоящий момент известно несколько прямых способов поиска месторождений углеводородов.
Геологические методы прямых поисков. Выделение метана в виде пузырьков и струй в наземных водоемах (реки, озера) или в виде грязе-газо-водяных выбросов и вулканов являются прямыми показателями газоносности недр. Пленки и струи нефти на поверхности воды водных бассейнов, большие и малые нефтяные лужи и озера в понижении рельефа, высачивание нефти в виде источников на склонах гор и речных долин, а также выходы нефтеносных горных пород (известняков, песчаников), битумов и асфальтов на дневной поверхности являются прямыми признаками нефтеносности недр на данной территории. Все эти газо- нефтепроявления на поверхности воды и земли выявляются и изучаются в процессе геологической съемки наземными геологическими наблюдениями. К числу методов прямых поисков нефти и газа относятся также специальные геохимические и геофизические методы поисков с отбором проб из горных пород, подземных вод.
К геохимическим методам прямых поисков нефти и газа относится, в частности, газовая съемка. При этом производится отбор пробы воздуха, находящегося в грунтах непосредственно под земной поверхностью. Для отбора проб предварительно проходятся неглубокие скважины (1-2 м) или закопушки, шурфы по определенной сетке. Отобранный воздух анализируется в химической лаборатории. Наличие в нем метана и других углеводородов в аномальных количествах является основанием для предположения о наличии в недрах исследуемой территории месторождений нефти и газа. На поверхности земли они могут обнаруживать себя в виде газовых эманаций, проникающих через толщи вышележащих пород, и естественных источников нефти, просачивающейся по зонам трещин и разломов.
Известен СПОСОБ поиска нефтегазовых месторождений (патент РФ №2359290), в котором последовательно отбирают пробы подпочвенных газов из шпуров на двух горизонтах: верхнем (0,3-0,4 м) и нижнем (0,8-1,0 м), предварительно герметизируя каждый интервал от атмосферы. Проводят газогеохимический анализ на содержание метана и тяжелых углеводородов. При превышении концентраций газов их фоновых значений не менее чем в 2 раза и увеличении концентраций на нижнем горизонте относительно верхнего не менее чем в 1,5 раза делают вывод о положительном прогнозе залежи углеводородов.
Недостатком указанного способа является сложность интерпретации полученных результатов, так как из-за подвижности газов трудно выяснить местонахождение их источника. Кроме того, на поверхности земли формируются микробные газы, которые по составу могут быть схожими с газами нефтегазовых месторождений, а по количеству даже превосходить их. Это и другие проявления затрудняют выполнение корректного газогеохимического прогноза.
Известен способ (патент РФ №2298816) геохимического тестирования локальных объектов при прогнозе нефтеносности. Согласно известному способу на обучающем объекте и на исследуемом проводится отбор проб из глинистых приповерхностных интервалов до 5 м по равномерной сетке 400×400 м путем бурения шпуров. Далее проводится анализ состава углеводородного газа всех отобранных глинистых образцов (природного адсорбента), хроматографическим методом исследуются углеводородные соединения от метана до гексана. Выполняются количественная и качественная оценка образцов, расчеты фоновых значений газогеохимических показателей и сопоставление с газогеохимическими признаками нефтяного объекта. Вывод о вероятной нефтеносности исследуемого объекта дается на основании сопоставления результатов с показателями объекта с доказанной нефтеносностью.
Недостатком способа является тот факт, что часто на коренных породах залегают не только глины, но и песчаники и галечники. В этом случае поток углеводородных газов может быть рассеян и на глинах не зафиксирован.
Известен изыскательский метод GORE-SORBER, включающий пассивный сбор паров углеводородов в течение определенного периода времени при помощи внедренного в почву на глубину до 60 см искусственно созданного адсорбента, позволяющего сорбировать, а впоследствии обнаружить с помощью газовой хроматографии и масс-спектроскопии углеводородные газы (С1-С5), которые используются в качестве маркеров источников углеводородов на глубине. Геохимическое моделирование и интерпретация основана на химическом сходстве следов почвенного газа с известным нефтяным источником (нефтяная скважина) и газовым фоном без источника ("сухая" скважина). По результатам работ определяется контур вероятности нефтяного источника геохимической аномалии [1].
Недостатками указанного способа являются значительный процент потери инсталлированных сорберов при извлечении из почвы, монопольное владение компанией W.L. Gore & Associates искусственным адсорбентом, что усложняет широкое применение данного геохимического обследования для предварительной оценки нефтегазоносности, при этом высокая стоимость метода исследования заставляет ограничивать площади изысканий и увеличивать шаг инсталляции модулей-сорберов (шаг геохимической съемки), что снижает эффективность прогноза нефтеносности.
Известен способ дистанционного поиска залежей углевородородов (патент РФ №2544309). Изобретение в своей основе базируется на общеизвестном факте, что флюиды, поднимаясь от залежей углеводородов сквозь земную кору, не только создают на земной поверхности биогеохимические аномалии, но и изменяют ее температуру.
Сущность: Изобретение относится к области оптических геологических поисков и может быть использовано при поиске углеводородов на лицензионных участках. С этой целью проводят самолетную съемку территории исследуемого участка в период отсутствия снежного покрова. Причем съемку проводят первый раз днем в спектральных диапазонах 0,43-0,49 мкм, 0,5-0,59 мкм, 0,6-0,69 мкм, 0,7-0,9 мкм, 1,5-2,5 мкм, а второй раз - ночью в диапазоне 8,0-14,0 мкм. Облет территории организуют так, чтобы хотя бы одним из маршрутов была отснята опорная область, на которой имеются залежи углеводородного сырья. Согласно предлагаемому способу для съемки лицензионного участка используется.
Самолетный сканер, оснащенный GPS-приемником, устройством определения ориентации самолета по углам крена, тангажа и рысканья и бортовым компьютером для регистрации цифровых изображений и навигационной информации, привязанных к единой шкале времени. Зарегистрированные цифровые изображения каждого спектрального диапазона с помощью специальной компьютерной программы подвергают геометрической коррекции и геопривязке, выравнивают по яркости и объединяют в единый мозаичный кадр, представленный в картографической проекции. Определяют малоконтрастные яркостные аномалии, для чего с помощью компьютерной программы каждое спектрозональное мозаичное изображение подвергают яркостной нормализации и низкочастотной фильтрации, а затем бинаризации на основе порога. Бинарные изображения спектральных зон алгебраически складывают с получением полутонового изображения, на котором участки с максимальным значением сигнала соответствуют предполагаемым углеводородным аномалиям с определяемыми программой геодезическими координатами.
Основным недостатком данного способа и ему аналогичных для поиска углеводородов является то, что для анализа требуется опорная информация о территории на лицензионных участках с известными залежами углеводородов, непрогнозируемое присутствие и изменение биогеохимических процессов, которые изменяют спектральные, а следовательно, отражательные и яркостные характеристики объектов земной поверхности (почв, растительности), что ухудшает съемку и искажает полученные результаты, затратность метода на полеты, на обработку полученных измерений, возможность исследования участка только в период отсутствия снежного покрова, использование высокочувствительного многозонального сканера и другого высокотехнологичного оборудования. Все эти недостатки делают перечисленные способы малонадежными и низко эффективными, сильно зависящими от человеческого фактора, требуют задействования многих других служб, авиации и других, что сильно удорожает получение корректных конечных результатов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является метод поисков залежей нефти и газа в акваториях (патент РФ №1297613). Изобретение касается прямых геохимических и геофизических методов поисков залежей нефти и газа и может быть использовано при проведении геолого-разведочных работ в акваториях.
Предлагаемый способ основан на установленных общих закономерностях вертикального распределения характеристик физических свойств, в частности температуры, солености, электропроводности, скорости звука и др. в природных водах акваторий. Способ включает измерение температуры и солености воды, выделение участков с аномальными значениями указанных параметров, анализ на углеводородные газы в пределах выделенных участков и суждение по аномальным значениям содержания углеводородов о наличии залежей. Поставленная цель достигается тем, что в толще воды выделяют слой с аномальными значениями температуры и солености и анализ на содержание углеводородов проводят в этом слое.
Общеизвестно, что температура верхних слоев грунта зависит в основном от внешних (экзогенных) факторов - солнечного освещения и температуры воздуха. Летом и днем грунт до определенных глубин прогревается, а зимой и ночью охлаждается вслед за изменением температуры воздуха и с некоторым запаздыванием, нарастающим с глубиной. Влияние суточных колебаний температуры воздуха заканчивается на глубинах от единиц до нескольких десятков сантиметров. Сезонные колебания захватывают более глубокие пласты грунта - до десятков метров.
В связи с этим превалирует мнение, что проводить тепловую съемку путем измерения температуры на глубинах менее чем 25-30 метров невозможно и бесполезно, поскольку отложения до этих глубин подвержены влиянию суточных и сезонных колебаний температуры воздуха на поверхности земли. Но это не так.
Предложенный способ прямого поиска нефтегазоносности основан на представлении о том, что углеводороды, являясь высокотемпературными интрузиями из больших глубин (из мантии) в верхних слоях земной коры, создают в ней совпадающие в плане локальные положительные тепловые и повышенные углеводородногазовые аномалии, которые регистрируются над залежами нефти и газа вплоть до поверхности земли [2, 3]. Ничто иное, кроме углеводородов, не создает в верхних слоях земной коры совпадающие тепловые и углеводородногазовые аномалии. При наличии залежей углеводородов такие аномалии появляются независимо от особенностей состава и строения пород земной коры. Фиксировать эти аномалии можно без бурения специальных скважин путем выполнения синхронной геотермической съемки по почвенному слою регистрирующими термометрами и газовой съемки с использованием полевых газовых хроматографов.
Влияние колебаний температуры воздуха на верхний слой земли действительно распространяется на некоторую глубину, но из этого не следует безусловный вывод о невозможности исключения относительного влияния суточных и сезонных колебаний температурного фона и проведения тепловой съемки с измерением температуры на меньших глубинах, например до 30 см. Если на некоторой площади измерения температуры проводить только одним единственным прибором в разное время, то единой картины в режиме «здесь и сейчас» не получится.
Если тепловую съемку осуществлять одновременно несколькими приборами и в течение суток или более непрерывно, с регистрацией температуры, например через каждые 5-10 минут, то мы получим общую картину в режиме «здесь и сейчас», причем, что важно, при разных уровнях внешнего температурного фона. При обработке такого массива данных легко можно устранить случайные аномалии, вызванные колебанием температуры воздуха, которые могут иметь место. Таким образом, температурные аномалии, которые будут иметь постоянный, глубинный источник, и генетически связанные с залежами углеводородов, проявятся в любых ситуациях.
Для обнаружения влияния температурных факторов необходимо производить достаточно точные измерения, поскольку это влияние чрезвычайно мало. Поэтому эффективность данного метода поисков определяется точностью и чувствительностью измерений приборов, которая составляет 0,1 градусов Цельсия. Это значит, что аномалия более 0,2 градусов Цельсия уже заслуживает внимания, то есть указывает на возможное наличие углеводородов.
Поверхностная почвенная газовая съемка может выполняться оперативно с малыми затратами средств и времени, особенно с появлением портативных полевых автоматизированных хроматографов.
Заявленный способ поиска месторождений углеводородов реализуется методом фиксации и взаимосвязывания параметров земной коры, причинно связанных с наличием на исследуемом участке недр залежей углеводородов, и сочетает в себе геотермическую и газовую съемку, анализ результатов которой непосредственно выявляют нефтегазосодержащие участки независимо от форм пластов (горизонтов) и их состава. Этот результат достигается с помощью одновременной и синхронной геотермической съемки по почвенному слою регистрирующими термометрами и газовой съемки с использованием полевых газовых хроматографов.
Способ поиска нефтегазосодержащих участков недр осуществляется следующим образом. Геотермическая съемка выполняется с помощью автономных регистрирующих термометров, количество которых определяется в зависимости от площади проводимых исследований, с регистрацией температуры почвы на одинаковой глубине 30 см в реальном времени, через каждые 10-15 минут, в течение 24 часов или более. На изучаемой площади термометры расставляются по профильной системе с расстоянием между приборами в профиле 250-1000 м в зависимости от выбранного масштаба исследования и размера площади. Расстояние между профилями может составлять 1-2 км. Перед установкой в поле, каждому датчику задается режим работы, где указывается начало включения (год, месяц, день, час, мин, сек) и периодичность фиксации температуры (с возможностью шага от 1 сек до 1 раза в сутки). Таким образом, датчикам дается установка на одномоментное включение, так что все показания фиксируются в реальном времени. Каждый прибор одновременно фиксирует две температуры - на глубине погружения датчика и на поверхности земли через корпус прибора, который остается на поверхности.
Газовая съемка выполняется путем отбора проб свободных газов из почвы и анализа этих проб на предмет обнаружения в них углеводородных газов (метан и его гомологи). Пробы газа отбираются в тех же точках, где размещаются термометры. Работа выполняется с помощью портативных автоматизированных полевых хроматографов. С помощью встроенного в хроматограф вакуумного компрессора из почвы отсасывается проба газа и тут же проводится ее анализ с определением в пробе количества метана и его гомологов.
После завершения съемки в каждой точке рассчитывается значение среднесуточных температур (среднеарифметическое значение) на глубине погружения. Если время одновременной работы приборов составило больше одних суток, то среднее значение рассчитывается за все время одновременной работы приборов. Потом для каждой точки рассчитывается величина превышения средней температуры над условно нулевым значением, за которое принимается минимальное значение средней температуры на всей площади исследования.
Далее в масштабе на карту наносится реальная схема (интерполяционная сетка) размещения приборов и около каждой точки (интерполяционный узел) указывается значение превышения средней температуры над минимальным значением (величина аномалии). По значениям превышения средней температуры в каждом узле, одним из способов интерполяции строится карта тепловых аномалий.
Наличие участков или участка с величиной тепловой аномалии более удвоенной величины точности (чувствительности) приборов при одновременной газовой аномалии на исследуемой площади будет указывать на наличие залежей углеводородов.
Для доказательства соответствия предлагаемого решения критерию «промышленная применимость» приводим пример конкретного выполнения заявляемого способа.
Если углеводороды в верхних слоях земной коры являются перегретыми интрузивами из больших глубин, то независимо от состава вмещающих пород залежи нефти и газа в разрезе скважины должны создавать локальные положительные тепловые аномалии. Для проверки этого предположения были проанализированы материалы нескольких десятков скважин на двух месторождениях ТКПП. Результаты анализа ГИС (КС, ПС, ГК, НГК, термометрия, кавернометрия) и испытания скважин превзошли самые оптимистичные ожидания.
Практическая реализация предложенного способа иллюстрируется примером проведения поисково-разведочных работ на полевых исследованиях несколькими регистрирующими термометрами. Исследования проводились на известном Заманкульском нефтяном месторождений (Терско-Каспийский передовой прогиб - ТКПП). Результаты анализа ГИС (КС, ПС, ГК, НГК, термометрия, кавернометрия) и испытания скважин подтвердили данный метод (рис. 1).
Заявленный способ проведения исследований позволяет исключить относительное влияние суточных колебаний температуры на поверхности земли и фиксировать структуру теплового поля земли в режиме «здесь и сейчас». Совпадающие в плане положительные тепловые и углеводородногазовые аномалии будут указывать на наличие залежей нефти и газа на данной площади, а также на примерные формы и размеры залежей.
В целом, заявляемый способ прямых поисков нефтегазосодержащих участков характеризуется осуществлением прогноза непосредственно по критериям, находящимся в причинной связи с залежами углеводородов в недрах, повышением эффективности геологоразведочного процесса за счет незначительных, по сравнению с другими методами финансовых и временных затрат выполняемых работ, и не требующих проведения трудоемких геофизических исследований.
Список использованных источников
1. «Изыскательские методы GORE-SORBER Exploration Surveys» / американская компания W.L. Gore & Associates, Inc] http://www.tatneft.ru/news/nt/17-01-04.pdf
2. Межотраслевой научно-технический журнал «Недропользование XXI век» №2, апрель 2015. Статья «Нефтепоисковая геотермия», стр. 100 Автор Кусов Б.Р.
3. Межотраслевой научно-технический журнал «Недропользование XXI век» №2, 2013. Статья «Совершенствование методики поисков нефти», стр. 92-94. Автор Кусов Б.Р.