СПОСОБ КАРТИРОВАНИЯ СТРУКТУРНЫХ ПОДНЯТИЙ В ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СВЕРХВЯЗКИХ НЕФТЕЙ
METHOD OF MAPPING OF ANTICLINAL DOMES IN THE TOP PART OF SEDIMENTARY COVER AND FORECASTING OF SUPERVISCOUS OILS

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при исследовании залежей сверхвязких нефтей.
Известен способ геоэлектроразведки нефтегазовых месторождений с прогнозом углеводородного насыщения, заключающийся в том, что на исследуемом профиле возбуждают импульсное электромагнитное поле. В паузах между импульсами возбуждающего тока измеряют суммарную переходную характеристику напряженности полного электромагнитного поля. О наличии месторождения углеводородов судят на основании сравнения измеренной в паузах между импульсами тока величины компоненты индукционной вызванной поляризации напряженности электромагнитного поля с теоретически рассчитываемой величиной. Дополнительно измеряют значения компоненты напряженности электромагнитного поля, обусловленной процессом вызванной поляризации, на заданном интервале линейного профиля и значения фона вызванной поляризации на этом же интервале. Идентификацию типа углеводородов осуществляют по повышенным или пониженным относительно фона аномальным значениям измеренных параметров вызванной поляризации (Патент РФ №2391684, опубл. 10.06.2010).
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ радиолокационного зондирования земных недр, заключающийся в том, что формируют и излучают в направлении зондируемых недр пилот-сигнал, принимают сигналы электромагнитных импульсов, отраженные от подповерхностных структур, выделяют те сигналы, в спектре которых наблюдается максимальное количество резонансных всплесков, параметры выделенных сигналов используют непосредственно для зондирования (Патент РФ №2436130, опубл. 10.12.2011 - прототип).
Общим недостатком известных способов является неприспособленность для поиска и разведки залежей сверхвязких нефтей типа битумов.
В предложенном изобретении решается задача поиска и разведки залежей сверхвязких нефтей.
Задача решается тем, что в способе картирования структурных поднятий в верхней части осадочного чехла и прогнозирования сверхвязких нефтей, включающем излучение электромагнитных волн и прием сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, и обработку результатов измерений, согласно изобретению предварительно строят структурные карты поднятия, строят временные сейсмические разрезы отраженных границ верхней части осадочного чехла, изучают материалы геофизических исследований скважин, материалы керна, на поверхности намечают линии профилей с учетом структурных карт поднятия и временных сейсмических разрезов отраженных границ верхней части осадочного чехла, линии профилей проводят во взаимно перпендикулярном направлении через пробуренные скважины с выходом за контур поднятия не менее чем на 500 м, выполняют занесение в базу данных координат крайних и переломных точек линий профилей, проводят рассмотрение возможных внешних помех, введение по необходимости корректировки координат линий профилей, проводят привязку линий профилей на местности, определение высотных и координатных точек исследования, проводят тестовые исследования на одной линии профилей, экспериментально назначают длительность записи отраженной волны замера совокупности электромагнитных сигналов, зарегистрированных в точке приема в течение заданного времени после излучения электромагнитной волны, как превышающую двойное время пробега электромагнитной волны до самого глубокого объекта исследований, на основании сведений о глубинах и предполагаемых или заранее известных значений скоростях распространения электромагнитных волн в среде, полученных при анализе геофизических исследований и материалов керна, проводят выбор фиксированного времени, в течение которого приемник принимает отраженные сигналы, при этом шаг дискретизации по времени выбирают достаточным для детального описания электромагнитного отраженного сигнала в количестве от 10 до 20 точек на период центральной частоты, в ходе полевых наблюдений излучение электромагнитных волн от передатчика мощностью 10 МВт и прием отраженного сигнала выполняют последовательно тремя антеннами на трех диапазонах частот 50 МГц, 25 МГц и 10 МГц в линейном и логарифмическом режимах записи регистрации с шагом 4-6 м, импульс, полученный на наиболее высокой частоте, учитывают как отражающий детальность исследований и высокое разрешение, а на низкой - как максимальную глубину зондирования, при этом в линейном режиме регистрации импульса проводят выделение и дискретизацию отраженного сигнала нижней части разреза, в логарифмическом режиме выполняют регистрацию «загрубления» высокой амплитуды сигнала и усиление низкой амплитудной записи верхней части разреза, в результате обработки полевых материалов строят временные разрезы, на которых волновая картина отображает особенности геологического строения и состава горных пород, по изменению свойств диэлектрической проницаемости выделяют границы раздела пластов и дифрагирующих объектов в полях электромагнитных волн, определяемых осью синфазности отраженных волн, для визуализации используют выделение поля обратного отражения из совокупности полученных данных с использованием частотной и пространственной фильтрации, применяют функцию сложения-вычитания для радарограмм, записанных в линейном и логарифмическом режимах, посредством которых добиваются детального расчленения нижней части радарограммы, для литолого-стратиграфической привязки границ отраженных волн проводят коррекцию скоростных характеристик электромагнитного импульса и материалов геофизических исследований скважин и данных отбора керна, при этом устанавливают закономерности в характере и распространении электромагнитного сигнала, выделяют объекты со слабыми и переходными отражающими характеристиками, поисковым признаком границы залежи на временном разрезе выбирают уменьшение времени прохождения границы выделенного нефтяного пласта и увеличение амплитуды сигнала относительно показаний вне залежи, строят карты временных отражений электромагнитного импульса, на основании которых картируют стратиграфические поверхности отражающих горизонтов верхней части осадочного чехла, а по изменениям амплитуды и знака электромагнитного сигнала в разных средах над залежью, при переходе и за пределами залежи строят карты нефтенасыщенных толщин.
Сущность изобретения
Известные способы геоэлектроразведки нефтяных залежей успешно применяются при поиске залежей низковязких нефтей, однако они не предназначены для поиска залежей высоковязких нефтей типа битумов. Целью предложенного изобретения является поиск и разведка залежей сверхвязких нефтей.
Для достижения цели изобретения в предложенном способе решаются задачи:
- картирование структурных поднятий в верхней части осадочного чехла, что может являться основным при подготовке перспективных объектов сверхвязких нефтей к поисковому бурению; обеспечит поисково-разведочные работы фондом структур или ловушек другого типа, где могут быть обнаружены промышленные скопления сверхвязких нефтей,
- выявление литологических несогласий и нарушений осадконакопления, карстовых образований и неогеновых врезов, тектонических нарушений, структурных и литологических ловушек, благоприятных для скопления сверхвязких нефтей, определение глубины и характера залегания геологических границ за счет изучения скорости распространения сверхширокополосных электромагнитных волн и закономерности смены знака электромагнитного импульса,
- определение частотного спектра и интенсивности прохождения электромагнитного импульса в верхней толще осадочного чехла и, как следствие, прямой поиск и оконтуривание залежей сверхвязких нефтей,
- обеспечение дополнительной информации при уточнении запасов и оптимизации разработки эксплуатируемых залежей сверхвязких нефтей на этапах доразведки при подтверждении прогноза нефтеносности глубоким бурением,
- повышение точности поиска залежи сверхвязких нефтей и снижение риска бурения пустых скважин при проведении поисково-оценочных работ.
Таким образом, результаты исследований позволят латерально изучить геологическое строение верхней части осадочного чехла, учитывая влияние рельефа и скоростных аномалий, построить структурные карты по выдержанным отраженным границам электромагнитного импульса, выделить нефтенасыщенную толщину залежи сверхвязких нефтей.
Технология картирования структурных поднятий в верхней части осадочного чехла и прогнозирования залежей сверхвязких нефтей включает в себя следующие этапы:
- предполевые подготовительные работы;
- полевые работы;
- интерпретацию и картопостроение.
Предполевые подготовительные работы состоят из следующих этапов:
- подготовка топографического материала к выполнению георадарной съемки включает изучение ландшафтных и морфологических особенностей района работ, учитывают рельеф местности; овражно-балочную и речную сеть. Определяют категорию сложности проведения георадарных работ на участке исследования для планирования графика работ, затрат времени и объема работ по: интенсивности землепользования, залесенности, активности движения транспорта автомобильных дорог, развития населенных пунктов, по значениям абсолютных отметок рельефа и интенсивности расчлененности рельефа, по плотности овражно-балочной и речной сети, заболоченности, развитию техногенных помех, в первую очередь сети линий электропередач,
- подготовка геолого-геофизического материала включает в себя построение и изучение структурных карт исследуемого поднятия на основании данных структурных и глубоких поисково-разведочных скважин, временных сейсмических разрезов отраженных границ верхней части осадочного чехла, материалов геофизических исследований скважин, материалов керна. Строят схематичный литолого-стратиграфический разрез исследуемого участка с целью получения сведений о залегании пластов, предполагаемых глубин для корректировки известных значений скоростей распространения электромагнитных волн в среде,
1
1
n
n
- сеть георадарных профилей планируют с учетом геологических и топографических материалов. Для этого на топооснову проекта работ наносят контур поднятия, выделенного по редкой сети структурного бурения, либо контур поднятия по первому реперному отраженному горизонту сейсморазведочных исследований. Наносят все пробуренные в районе исследований скважины (структурные, глубокие, поисковые и разведочные). Линии георадарных профилей планируют по плотной сети, проходящей через пробуренные скважины; плотность сети проектных профилей определяют размером структуры, линии георадарных профилей прокладывают с пересечением и выходом за контур структуры не менее чем на 500 м. Для точной привязки каждого замера проводят разбивку профиля от начальной точки с координатой XY до конечной XY с одинаковой длиной шага, получают расчетные координаты замеров к (k=1, 2,……n) профиля по формуле
, ,
- выполняют занесение в базу данных крайних и переломных точек координат проектных линий георадарных профилей.
Полевые работы
Проводят предварительный визуальный осмотр участка исследований, фотофиксацию направления и всего участка, рассмотрение возможных внешних помех, введение по необходимости корректировки координат профилей.
Проводят разбивку и привязку линий профилей на местности в соответствии с планом разведки, выполняют определение высотных и координатных точек зондирования, закрепление линий профилей на местности с использованием прибора GPS. Пикеты по линиям профилей регистрируют дополнительно GPS навигатором через каждые 100 м. Точность определения координат точек направлений поддерживают ±2.5 м.
Для выбора оптимального разрешения георадарной съемки измерения выполняют на тестовой линии профиля.
Основанием для выбора фиксированного времени, в течение которого приемник принимает отраженные сигналы, служат сведения о глубинах и предполагаемые или заранее известные значения скоростей распространения электромагнитных волн в среде, полученные при анализе геофизических исследований и материалов керна скважин, при этом шаг дискретизации по времени выбирают достаточным для детального описания электромагнитного отраженного сигнала (от 10 до 20 точек на период центральной частоты),
Экспериментально назначают длительность записи отраженной волны замера совокупности электромагнитных сигналов, зарегистрированных в точке приема в течение заданного времени после излучения электромагнитной волны, которая должна превышать двойное время пробега электромагнитной волны до самого глубокого объекта исследований,
Основанием для выбора развертки служат сведения о глубинах и предполагаемые или заранее известные значения скоростей распространения электромагнитных волн в среде. При этом шаг дискретизации по времени должен быть достаточным для детального описания сигнала (10-20 точек на период центральной частоты). Выбор усиления регистрируемого сигнала, постоянного коэффициента и автоматической регулировки усиления осуществляют непосредственно в ходе полевых наблюдений. Оптимально подобранные параметры усиления должны обеспечить запись без зашкаливания значений по амплитуде и сравнимые по интенсивности сигналов в начале и в конце интервала регистрации.
Измерения по направлению проводят в автоматическом режиме на автомобиле с шагом 5 м с последовательным расположением антенн на трех диапазонах низких частот: 50 МГц, 25 МГц и 10 МГц, при этом импульс, полученный на наиболее высокой частоте, отражает детальность исследований и высокое разрешение, а на низкой - максимальную глубину зондирования.
Измерения поочередно выполняют антеннами:
3 метра - 50 МГц - для детального расчленения слоев в верхней части разреза до глубины 25 метров,
6 метров - 25 МГц - для расчленения слоев до глубины 75 м,
15 метров -10 МГц - для расчленения слоев в нижней части разреза до глубины 200 метров.
Для каждого комплекта антенн проводят запись измерения в линейном и логарифмическом режимах.
1) в линейном режиме выполняют регистрацию для выделения и дискретизации отраженного сигнала в нижней части разреза. При этом в верхней части разреза амплитудные пики с низким уровнем трудно различимы.
2) в логарифмическом режиме регистрации происходит «загрубление» высокой амплитуды сигнала в верхней части разреза и усиление низкой амплитудной записи.
На фиг. 1 показано, что умножение сигнала на константу отражает сдвиг спектра без изменения его формы и соотношений между амплитудно-частотными компонентами.
Интерпретация и картопостроение
Для обработки данных применяют программное обеспечение KROT.
Результатом обработки полевых материалов являются временные разрезы, на которых волновая картина отображает особенности геологического строения и состава горных пород по изменению свойств диэлектрической проницаемости. Изображения границ раздела и дифрагирующих объектов в полях электромагнитных волн определяются осью синфазности отраженных волн.
Для визуализации используют следующие инструменты программы: выделение поля обратного отражения из совокупности наблюдаемых данных выполняют с использованием средств обработки - частотной и пространственной фильтрации. Применяя функцию сложения-вычитания для радарограмм, записанных в линейном и логарифмическом режимах, становится возможным детальное расчленение нижней части радарограммы, выделяя объекты со слабыми и переходными отражающими характеристиками. Результат обработки георадарных данных показан на фиг. 2, где получено улучшение визуализации совокупности пиков, а структурное построение более четкое.
Диэлектрическая проницаемость сверхвязких нефтей составляет величину порядка 2.5-3. Применительно к поискам и оконтуриванию залежей сверхвязких нефтей это означает, что при смене насыщения породы коллектора с воды на сверхвязкую нефть изменяется и диэлектрическая проницаемость со значения 25 до значения 2.5. Исходя из того, что при уменьшении диэлектрической проницаемости возрастает скорость волн и уменьшается их затухание, поисковым признаком границы залежи на временном разрезе будет являться уменьшение времени прохождения границы выделенного нефтяного пласта и увеличение амплитуды сигнала относительно показаний вне залежи.
Результатом обработки полевых материалов являются временные разрезы, на которых волновая картина отображает особенности геологического строения и состава горных пород по изменению свойств диэлектрической проницаемости. Изображения границ раздела и дифрагирующих объектов в полях электромагнитных волн определяются осью синфазности отраженных волн.
Скоростные неоднородности геологической среды отображаются на радарограммах и временных картах временных карт отражения электромагнитного импульса. Площадную интерполяцию полученных скоростей осуществляют в первую очередь в соответствии с закономерностями изменения интервальных времен между отражающими горизонтами, а также с учетом геологической ситуации в скважинах.
При анализе материалов установлены закономерности в характере и распространении электромагнитного сигнала.
На временном разрезе фиг. 3 показано изменение амплитуды и знака электромагнитного сигнала в разных средах: над залежью сверхвязких нефтей, при переходе и за пределами залежи. При этом время прохождения сигнала продуктивного пласта увеличивается, в переходной зоне наблюдается уменьшение времени прохождения и амплитуды электромагнитного сигнала, за пределами залежи сверхвязкой нефти происходит смена знака амплитуды на противоположный и уменьшение времени прохождения сигнала электромагнитной волны.
Пример конкретного выполнения
Конкретное выполнение исследования верхней части осадочного чехла показано на примере Ягодного поднятия Клубничного месторождения серхвязких нефтей.
На Ягодном поднятии спланировано 6 георадарных направлений общей протяженностью 9580 пог. м: одно из направлений №1 (пк. YA1-YA2-YA3-YA4-YA5-YA6-YA7-YA8-YA9) с северо-запада на юго-восток протяженностью 2750 м, и 5 перпендикулярных направлений: №2 (пк. YA10-YA3-YA11) - 840 м, №3 (пк. YA12-YA13-YA4-YA14-YA15) - 1500 м, №4 (пк. YA16-YA-17-YA5-YA18) - 1770 м, №5 (пк. YA19-YA6-YA21-YA22) - 1070 м №6 (пк. YA23-YA24-YA7-YA25) - 1650 м. Выход за пределы контура поднятия составил 500 м. На фиг. 4 отображена схема взаимно пересекающихся направлений, проходящих через глубокие и структурные скважины, пробуренные на участке исследования. Полевые работы выполняют в автоматическом режиме, на автомобиле с шагом зондирования 5 м.
В процессе интерпретации выполняют коррекцию амплитуды сигнала от функции времени с коррекцией средней скорости распространения волн в интервале глубин, определенных по значениям годографа и стратиграфическим разбивкам по описанию керна в скважинах и результатам гидродинамических исследований в скважинах.
На фиг. 5 показана стратиграфическая привязка амплитудно-частотного сигнала. На фиг. 6 выполнена корреляция изменения амплитудно-частотного спектра сигнала и смены литологического состава пород в разрезе.
В соответствии с привязкой в волновом электромагнитном поле на радарограммах прослежены основные отражающие границы, имеющие следующую стратиграфическую приуроченность:
Q - кровля четвертичных отложений;
P2kz2 - кровля отложений верхнеказанского подъяруса;
P2kz1 - кровля отложений нижнеказанского подъяруса;
P2uf2 - кровля отложений уфимского яруса, шешминской свиты;
P2uf1 - подошва отложений уфимского яруса, шешминской свиты.
Палитра цветов границ отражает амплитуду сигнала: максимальная амплитуда «+» фазы (условно) передается черным цветом, минимальная амплитуда «-» фазы отражается белым. Соответствие определенной амплитуды и фазы сигнала цвету условно. Цветовое представление отражает наглядную картину амплитудно-фазовых характеристик временного разреза.
Подошва отложений нижнеказанского подъяруса (P2kz1) характеризуется устойчивой формой импульса и коррелируется без особых затруднений в автоматическом режиме по отрицательному экстремуму в интервале времен 1064-1832 nc.
Нижняя граница отложений нижнеказанского подъяруса отбивается по выдержанному пласту лингуловых глин. Средняя скорость в слое составляет 5.9 см/nc.
Шешминский горизонт уфимского яруса. Подошва отложений шешминского горизонта уфимского яруса отбивается в интервале времен 1312-2512 nc, наблюдается уменьшение скорости прохождения сигнала за счет нефтенасыщенности пород. Средняя скорость в слое составляет 2.6 см/nc.
На участке исследования в пределах Ягодной залежи отражающие границы стабильно прослеживаются в отраженном электромагнитном волновом поле. Имеет место изменение толщин коррелируемой фазы, это объясняться преимущественно согласной литологической изменчивостью вмещающих пород и мощностей слоев.
На фиг. 6 и 7 представлен временной разрез по профилю Y12-Y15, полученный в ходе данных площадных работ. Волновая картина, отображающаяся в вертикальном сечении, характеризуется удовлетворительным качеством прослеживания и динамической выразительностью отражений во всем интервале регистрации отражений сопоставляемых границ от поверхности рельефа до уфимского яруса. На временном профиле Y12-Y15 (фиг. 7) наблюдается картина литологического углового несогласия в интервале от скважины 126 до скважины 129.
Опорной поверхностью для структурных построений была принята отражающая граница подошвы нижнеказанских отложений, как наиболее выдержанная и четко отраженная исследованием, контролируемая регионально выдержанной пачкой «лингуловых глин». С целью уточнения залегания геологических границ построены структурные карты по кровлям нижнеказанских и уфимских отложений. Для уточнения контура нефтеносности залежи нефти выделена нефтенасыщенная пачка шешминского горизонта и построена карта мощности нефтенасыщенной пачки шешминского горизонта уфимского яруса.
На фиг. 8 отображен структурный план по кровле нижнеказанского подъяруса верхней перми по абсолютной отметке 120 м, оконтурено Ягодное поднятие в виде брахиантиклинали, размеры структуры 2.2×1.3 кв. км, амплитуда до 25 м.
Однокупольное, не правильной формы Ягодное антиклинальное поднятие закартировано по отраженной границе кровли уфимского яруса. На фиг. 9 контур структуры картируется по изогипсе 60 м, максимальная амплитуда прослеживается в центральной купольной части вершины до 30 м. Неправильная форма положительной структуры обусловлена осложнением геологического строения, раздувами временных мощностей песчаной пачки шешминского горизонта.
На фиг. 10 сечением изолиний 2 м отображена карта нефтенасыщенных толщин пачки шешминского горизонта.
На фиг. 11 представлено сопоставление карт нефтенасыщенных толщин продуктивных отложений шешминского горизонта уфимского яруса, построенных по данным бурения и по данным предлагаемого способа, получен контур нефтеносности и карта мощности нефтенасыщенных толщин Ягодной залежи.
Таким образом, показано, что предложенный способ обладает возможностями получения дополнительной информации в геологическом изучении характеристики структурных поднятий верхней части осадочного чехла, а именно в уточнении строения изученных ранее по структурному бурению поднятий, оперативном прогнозе нефтегазоносности, оценки зон нефтенакопления и выборе первоочередных нефтеперспективных объектов.
Применение предложенного способа позволит решить задачу поиска и разведки залежей сверхвязких нефтей.