Виды геологоразведочных работ и исследования, применяемые при региональных работах при поиске месторождения нефти и газа.

Широкий комплекс работ геохимических, геофизических, гидрогеологических и д.р. в сочетании с бурением опорных параметрических и поисковых скважин проводится совместно с тематическими исследованиями. На каждом этапе и стадии поиска и разведке применяют определенные виды геологоразведочных работ, рациональный комплекс которых определяется конкретными задачами данного этапа, стадии и особенностями геологического строения изучаемой территории.

Принято считать, что основой, с которой начинаются геологоразведочные работы на поиски полезных ископаемых, является геологическая съемка, включающая геолого-структурное картирование, структурно-геоморфологические исследования и изучение аэро-, космические материалов. Указанные виды работ применяются на региональном, поисковом этапах, начиная с мелкомасштабных (1:1000000, 1:500 000, 1:200 000), и кончая крупномасштабными видами съемок (1:50 000, 1:25 000) на стадии выявления и подготовки объектов к поисковому бурению.

Следует сказать, отмеченные виды работ неэффективны в закрытых территориях, тем не имение они применялись 30-40 лет назад. Структурные построения по опорным литолого-стратиграфическим комплексам или продуктивным горизонтам производятся на всех стадиях геологоразведочного процесса.

Геолого-структурная съемка – проводилась с целью составления геологической карты отложений, выходящих на дневную поверхность, выясняя их стратиграфию, литологию, тектонику. Геологические государственные съемки 1:1000000, 1:500 000 в сочетании с рекогносцированными маршрутными поисками проводились в малоизученных районах – это было в ТПП. В рациональный комплекс видов современных геолого-структурных съемок входили аэрогеологические, космические исследования и геоморфологическое картирование. Все это позволяло получать первые представления о геологическом строении в труднодоступных и сложнопостроенных районах, при картировании морских акваторий, озерно-болотных, залесенных районов вулканических областей. В таких районах определялся набор дешифрируемых признаков, позволяющих изучать геологическое строение.

С целью изучения региональных, зональных и локальных условий нефтегазонакопления геолого-структурная съемка проводилась в комплексе со структурно-картировочным бурением, инструментальной плановой и высотной привязкой опорных пластов и горизонтов в обнажениях, шурфах, а также геофизическими работами.

Геоморфологические методы (геоморфология - наука о рельефе, его генезисе и закономерностях развития) исследований применялись при поиске региональных поднятий и локальных структур. Они были целесообразны в слабообнаженных районах и направлены были прежде всего на рациональное размещение картировочного бурения и геофизических работ.

Применение геофизических исследований основывалось на том, что во многих районах крупные структурные элементы и локальные структуры продолжали унаследоваться и формироваться в новейшее время, и поэтому фиксируются в современном рельефе. Геоморфологическое выделение структурных форм осадочного чехла проводилось на основе изучения современного рельефа, его генезиса и истории развития в связи с новейшими и более древними тектоническими движениями и геологическим строением слагающих его пород. При этом анализируются современные рельефообразующие процессы, гидросеть, почвенно-растительный и озерно-болотный ландшафт, проводились морфометрические и морфографические исследования рельефа и на этой основе анализ новейшего этапа развития территории. При геоморфологических исследованиях использовались топографические карты крупного и среднего масштаба, аэрофотоматериалы, геологические, геоморфологические, почвенно-геоботанические карты и др. специальные карты, данные по геологии неогено-четвертичных отложений.

Геохимические методы – основаны на прямом обнаружении УВ, мигрирующих из залежи, а также на изучении изменений пород, подземных вод, почв и условий деятельности растительных и животных организмов. Благодаря миграции УВ , растворенных в воде и находящихся в свободном состоянии, по системам трещин и разрывным нарушениям, латеральной фильтрации через пористые породы 9эфузия), их диффузии через толщу покрышек образуются локальные геохимические поля с локальными аномалиями над залежами, которые достигают дневной поверхности. Наиболее надежными геохимическими признаками являются УВ газы, следы многих фракций нефти и битума. Применялись различные методы геохимических исследований: газовая съемка, окислительно-восстановительный потенциал, радиохимический, газовый каротаж скважин.

Все геохимические методы можно разделить:

1. Наземные площадные – газовая, битумная, газово-бактериальная съемки – использовались на региональном и поиском этапах. Какого-либо значительного эффекта не получилось. Например, в ТПП очень точно были закартированы газовой съемкой лишь болота.

2. Глубинные скважинные исследования: газокерновая съемка, газовый каротаж, битумный каротаж применяются на региональном и поисковом этапах и выявляют условия осадконакопления и формирования месторождений, служат для количественного прогнозирования нефтеносности по площади или его режиму в целом.

Гидрогеологические исследования проводятся на основе выделения водоносных комплексов, изучения вод, минерализации, статических условий, установление районов питания и разгрузки. Основные задачи, решаемые при использовании этих методов – прогнозирование нефтеносности. Используется гидрогеологическая съемка путем естественных и искусственных водопроявлений и гидрогеологические исследования опорных, параметрических и поисковых скважин.

Геотермические исследования характеризуют распределение температур и геотермическую обстановку, используются при тектоническом районировании, поскольку теплового потока отражает структурный план. Данные геотермии хорошо характеризуют область питания и динамику подземных вод артезианских бассейнов и др. гидродинамические особенности. Позволяют прогнозировать возможные глубины синклинальных прогибов, находящихся между областями питания и разгрузки. Имеет практическое значение при изучении глубинной тектоники по данным геотермии.

ТЕРМОРАЗВЕДКА

Геотермическая разведка (терморазведка или термометрия) объединяет физические методы исследования естественного теплового поля Земли с целью изучениястроения земной коры и верхней мантии, выявления геотермических ресурсов, решения поисково-разведочных и инженерно-гидрогеологических задач. Меньшее применение находят методы искусственных тепловых полей. Тепловое поле определяется внутренними и внешними источниками тепла и тепловыми свойствами горных пород. При терморазведке регистрируют радиотепловое и инфракрасное излучение земной поверхности, измеряют температуру, ее вертикальный градиент или тепловой поток. Распределение этих параметров в плане и по глубине несет информацию о термических условиях и геологическом строении изучаемого района. Основными методами терморазведки являются:

- радиотепловые (РТС) и инфракрасные (ИКС) съемки; региональные термические исследования на суше и акваториях;

- поисково-разведочные термические исследования, направленные на выявление и изучение месторождений полезных ископаемых;

- инженерно-гидрогеологические термические исследования, предназначенные для изучения мерзлотных условий и движения подземных вод;

- термический каротаж, который служит для документации разрезов

- скважин по теплопроводности вскрытых горных пород; лабораторные измерения термических свойств горных пород;

- методы искусственных тепловых полей при работах на акваториях и в скважинах.

Физико-геологические основы терморазведки

Теория терморазведки построена на основе математического и физического моделирования, натурных наблюдений и установления связей с другими полями Земли. В физике Земли и терморазведке достаточно хорошо изучены тепловое поле и тепловые параметры горных пород.

Тепловое поле Земли

Общая характеристика теплового поля Земли. Источниками теплового поля Земли являются процессы, протекающие в ее недрах, и тепловая энергия Солнца. К внутренним источникам тепла относят радиогенное тепло, которое создается благодаря распаду рассеянных в горных породах изотопов урана, тория, калия и иных радиоактивных элементов, и тепло, обусловленное различными процессами, протекающими в Земле (гравитационной дифференциацией, плавлением, химическими реакциями с выделением или поглощением тепла, деформацией за счет приливов под действием Луны и Солнца и некоторыми другими). Ниже приведены сведения об основных составляющих теплового баланса Земли (в эргах в год):

- излучение Солнца – 1032 эрг/год (подавляющая часть отражается),

- радиогенный – 1028 эрг/год,

- дифференциация вещества (гравитационная) и физико-химические процессы в земной коре и мантии – 1027 - 1028эрг/год,

- тектонические процессы (тепловая конвекция), землетрясения – 1025 эрг/год,

- приливно-отливное воздействие Луны и Солнца - 1026 эрг/год

Внутреннее тепловое поле отличается высоким постоянством. Оно не оказывает влияния на температуру вблизи земной поверхности или климат, так как энергия, поступающая на земную поверхность от Солнца, в 10000 раз больше, чем из недр. Вместе с тем, среднее тепловое воздействие Солнца не определяет теплового состояния Земли и способно поддерживать постоянную температуру на поверхности Земли около 0°С.

Лекция Наименование скважин в процессе строительства.

Существующие геологические, геохимические и геофизические методы разведки на нефть и газ позволяют выявить структурные, литологические, стратиграфические, геохимические признаки скопления нефти и газа в недрах Земли. Для однозначности решения вопроса о наличии или отсутствии залежи в том или ином пласте, бурятся скважины.

Для исследования разрезов, определения местоположения нефтяных и газовых пластов, контроля технического состояния скважин и режима их эксплуатации, проводится комплекс исследований, включающий геофизические и прострелочно-взрывные работы, опробование и испытание пластов на кабеле и на трубах и другие промыслово-геофизические работы.

Геологический разрез, вскрываемый скважиной, подвергается детальному изучению с целью определения последовательности и глубины залегания пластов, их литологических свойств, нефтегазонысыщенности и водонасыщенности. Эти данные служат для выявления в разрезе нефтяных и газовых пластов, изучения геологического строения месторождения, оценки степени нефтегазонасыщения и коллекторских свойств пород, проектирования рациональной схемы разработки месторождения, подсчета запасов нефти и газа.

Современные геолого-геофизические и геохимические методы изучения разрезов скважин дают возможность получить основные сведения о разрезе по материалам даже одной скважины. Для изучения геологического строения месторождения, оценки протяженности, эффективной мощности и объема залежи в целом необходимо пробурить на данном месторождении ряд скважин. В районах развития пологих слоев (платформенных, равнинных условиях) глубоко залегающие нефтегазоносные горизонты не выходят на поверхность на больших расстояниях, и одновозрастные отложения претерпевают большие, порой коренные изменения. В этих случаях разрезы скважин являются единственным источником сведений о последовательности напластований, о мощности и физических свойствах горных пород.

Изучение бурящихся скважин проводится обычно в два этапа.

Первый этап – исследования в процессе бурения – отбор и анализ керна, шлама и промывочной жидкости (геохимические методы исследования).

Отбор керна в процессе бурения идет с применение специальных долот, спуско-подъемных операций, что приводит к ограничению и замедлению бурения. Кроме того, керн не всегда удается извлечь из нужного интервала, а при его отборе и выносе на поверхность свойства породы и насыщающей ее жидкости заметно изменяются, поэтому результаты анализа керна и шлама не дают полного представления о геологическом разрезе. В связи с этим на практике отбор керна стремятся довести до необходимого минимума. Однако, полностью отказаться от отбора керна, особенно в разведочных скважинах нерационально – это означает отказаться от необходимых сведений о разрезе и нефтегазоносности. Полученные при анализе кернов, кроме всего прочего, являются исходными для корректировки результатов интерпретации материалов геофизических методов. Некоторые дополнительные сведения о физических свойствах горных пород получают по кернам малых размеров, извлекаемых специальными приборами, которые называют боковыми грунтоносами.

Геохимические методы исследований (газовый каротаж) проводятся обычно в разведочных скважинах. При этом по газонефтепроявлениям в циркулирующей промывочной жидкости выделяют в разрезе горизонты, перспективные на нефть и газ, подлежащие в дальнейшем проведению детальных промыслово-геофизических работ.

Второй этап. Исследования разреза скважины геофизическими методами. В зависимости от физических свойств пород, изучаемых при каротаже скважин, изучают электрический, радиоактивный, акустический, и др. виды каротажа. Выбор комплекса геофизических методов, проектируемого геолого-технологическим нарядом, определяется сложностью литологического разреза и решаемых задач, т.е. задач стоящих перед скважиной.

Геолого-технологическим нарядом на производство буровых работ предусматривается так же отбор керна, измерение кривизны скважины инклинометром, и др виды работ, в т.ч. испытание или опробование пластов пластоиспытателями на трубах или кабеле. Эти работы выполняются обычно перед спуском колонны или при достижении проектной глубины скважины.

Электрический каротаж имеет две модификации: сопротивление КС – кажущееся электрическое сопротивление и естественные потенциалы ПС. Наиболее широко электрические методы используются для корреляции геолого-геофезических разрезов, выявления в разрезах продуктивных горизонтов, а так же для оценки пористости и нефтегазонасыщенности пород. Исследование разреза электрическим каротажом является стандартной операцией, которая проводится во всех без исключения скважинах. Здесь следует заметить, что каротаж ПС в некоторых геологических областях и провинциях исключен.

Радиоактивный каротаж применяется при изучении естественной радиоактивности горных пород - гамма-каротаж (ГК), нейтронных свойств – нейтронный каротаж (НК) и рассеянного гамма-излучения – гамма-гамма каротаж (ГГК). С помощью методов ГК оценивают глинистость разреза скважины, НК – пористость коллекторов и характер заполнения порового пространства жидкостью или газом, ГГК – изучают плотность и пористость. Более современным методом нейтронного каротажа, обладающего большей глубиной исследования и высотой разрешающей способности, является импульсный нейтронный каротаж (ИНК). Для определения литологического состава пород, в частности, содержания в них различных элементов, применяется метод нейтронно-активационного анализа.

Акустический каротаж предназначен в основном для оценки пористости горных пород и основан на изучении скорости распространения упругих волн и эффективности их затухания в породе. Важное направление применения АК контроль качества цементирования скважины. Конечно, контроль цементирования осуществляется и др. методами – радиоактивными и др., но АК- один из важнейших, дающих оценку состояния цементного кольца.

Интервалы разреза скважины, перспективные по данным каротажа на нефть и газ подвергаются опробованию испытателями пластов. Применение пластоиспытания проектируется в период бурения и после его завершения, если нижняя часть разреза скважины колонной не перекрывается. Используются испытатели пластов на бурильных трубах и опробователи пластов на каротажном кабеле. В первом случае получают сведения о характере пластовой жидкости, дебете пласта и записывают кривые изменения забойного давления во времени. На основании данных испытания рассчитывается пластовое давление, проницаемость пласта, оценивают характер его однородности.

Опробование пластов на каротажном кабеле производится в комплексе с промыслово-геофизическими исследованиями скважин с помощью обычно применяющихся для этих работ приборов, оборудования и кабеля. Эти приборы обеспечивают отбор в заданных участках проб жидкостей и газов, насыщающих породы.

Использование получаемых при этом материалов позволяет увязать результаты прямого опробования с косвенными данными геофизических методов, и, следовательно, повысить геологическую эффективность конечных результатов. Непрерывность исследования разрезов на значительной глубине (до 7000 и более) и равномерность распространения скважин по площади дает возможность получить весьма ценные геолого-геофизические данные, нередко для значительной территории.

Наличие массового и доступного для обработки геолого-геофизического материала способствует унификации стратиграфических разрезов, изучению лито-фациальной характеристики слоев, измерению мощности пластов, изучению тектонического строения района и получению др. важных геологических сведений.

Широкое применение геофизических исследований скважин позволяет значительно сократить трудоемкие и дорогостоящие работы, связанные с отбором керна в процессе бурения. При бурении нефтяных и газовых скважин отбор керна производится лишь в интервалах, составляющих 5-10 % глубины скважины, т.о. основные представления о геологическом разрезе скважины получают по данным ГИС. Не менее важными задачами является получение сведений о техническом состоянии скважины – измерение диаметра, искривления скважины, изучение технического состояния обсадной колонны, выявление местоположения башмака и металлических предметов, положения муфтовых соединений, изучение дефектов труб, места прихвата бурового инструмента и обсадных труб. Однако, главными задачами ГИС являются те, которые связаны с геологическими проблемами, что необходимо на любой стадии геологоразведочного процесса и на любой стадии нефтяных и газовых месторождений.

В зависимости от решаемых задач материалы ГИС интерпретируются, т.е. решают обратную задачу геофизики.

Различают:

Геофизическую интерпретацию - это, прежде всего, определение физических свойств пластов по стволу скважины. Например, по кривой КС определение истинного электрического сопротивления (пористость пласта, нефтегазонасыщенность, эффективная мощность). В первых скважинах, когда изученность скважины недостаточна, данные каротажа являются часто исходными для суждения о литологии, коллекторских свойствах и характере насыщения пласта.

Геологическая интерпретация – сводится к корреляции геолого-геофизических разрезов по скважине, геологическим построениям по этим материалам. Геологическая интерпретация ограничивается зачастую получением качественных результатов.

Комплексная интерпретация – проводится по совокупности результатов геологической и геофизической интерпретации. Результаты комплексной интерпретации используются для оценки коллекторских свойств пласта и его нефтегазонасыщенности. Эти данные используются так же для подсчета запасов нефти и газа при проектировании разработки и доразведки месторождения.

Подготовка объектов к глубокому бурению

На этой стадии исследования подлежат выявлению ловушки. В комплекс методов входит: сейсморазведка ОГТ масштаба 1:50 000 и 1:25 000 с бурением параметрических скважин, высокоточная гравиразведка и детальная сейсморазведка масштаба до 1:1000 – специализированные работы по прогнозу геологического разреза, сейсмостратиграфии, поиск и подготовка АТЗ, структурное и параметрическое бурение.

Решаются задачи:

- детализация выявленных перспективных ловушек, позволяющая прогнозировать пространственное положение предполагаемых залежей;

- обоснование мест заложения поисковых скважин на подготовленном объекте;

- количественная оценка ресурсов на объектах, подготовленных к поисковому бурению по категории С₃;

- выбор объектов и определение очередности их ввода в поисковое бурение.

Работы завершаются передачей объекта в фонд подготовленных структур.

По результатам детальных геолого-геофизических работ в дополнение к перечню итоговых документов для следующей подстадии представляются материалы:

- структурные карты по изученным горизонтам в масштабе съемки с нанесенными рекомендуемыми скважинами;

- карты качества сейсмических материалов на структурной основе;

-карты АТЗ, совмещенные со структурными картами по продуктивным горизонтам;

- вертикальные разрезы объектов АТЗ;

- паспорт структуры (объекта АТЗ), подготовленной к глубокому поисковому бурению.

Сейсморазведочные работы чаще всего выполняются в площадном варианте ОГТ масштаба 1:25 000 и даже 1:1000, что соответствует сети наблюдений от 2-3 км до 0.2-0.4 км на 1 км². масштаб съемки зависит от морфологии и размеров объектов, достоверности и точности сейсмических данных. Методика наблюдений и обработка также зависит от типов ловушки, от поверхностных и глубинных сейсмогеологических условий. В некоторых случаях при сложных условиях работ выполняются дополнительные работы методами гравиразведки и электроразведки, а также параметрическое бурение для контроля достоверности интерпретации материалов ОГТ. При полевых наблюдениях сеть профилей МОГТ задается вкрест простирания структуры, а связующий профиль должен по возможности проходить по большой оси структуры с целью выявления ее ундуляции. Сеть профилей должна составить систему замкнутых полигонов. Последняя замкнутая изогипса должна находиться внутри полигона профилей. Наибольшая густота профилей должна быть обеспечена на своде структуры и ее критической седловины (направление).

Геологическая привязка отражающих горизонтов должна быть основана на сопоставлении результатов параметрического бурения и сейсморазведки. Для привязки используются материалы ВСП и моделирования, а также региональные исследования. Структурные построения по отражающим горизонтам должны быть выполнены на основе уверенной корреляции по отражающим горизонтам с учетом изменений по латерали. Для этого используют детальный анализ сданных с ссылкой на сейсмокаротаж, а также данные о глубинах отражающих горизонтов в скважинах. Важное условие эффективности работ – построение структурных карт по горизонтам, приближенным к уровню предполагаемых продуктивных горизонтов и детальное расчленение нефтегазоносных комплексов. Антиклинальные поднятия – основной вид подготавлтваемых к бурению ловушек – особенно в слабоизученных районах. В регионах с достаточной изученностью объектами исследований являются малоамплитудные поднятия, в том числе внутриформационные. Методика работ с ловушками неантиклинального типа каких-либо особых требований, помимо уже высказанных, не требует.

Особенности методики и интерпретации сейсморазведки при подготовке неантиклинальных ловушек связаны с их морфологией и генетическим типом.

Ловушки литологического выклинивания существуют в двух основных формах:

1. в прифундаментовой части разреза, обычно на крыльях поднятий, где коллекторами служат базальные горизонты трансгрессивных толщ, кора выветривания;

на сводах поднятий или моноклиналях в зонах регионального выклинивания пород с хорошими коллекторскими свойствами в средней части разреза.

Методика наблюдений должна быть направлена в первую очередь на повышение разрешенности сейсмической записи за счет расширения частотного диапазона, что достигается оптимизацией условий возбуждения, записи, обработки. Вследствие сложного строения зон выветривания большое значение приобретает решение прямой и обратной задач путем моделирования сейсмической записи на основе данных акустического и плотностного каротажа. По данным сейсморазведки удается выявить пласты - коллекторы минимальной мощности до 10м. Следует заметить, что ловушки литологического выклинивания являются наиболее изученными в теоретическом плане.

Подготовка стратиграфически экранированных ловушек во многом аналогична для ловушек стратиграфического выклинивания. Объекты этого типа образуются при несогласном перекрытии пластов-коллекторов непроницаемыми породами. В эффективной сейсмической модели среды поверхность часто не является доминантой (преобладающей0 отражающей границей, поэтому поверхность перерыва выделяют главным образом путем экстрополяции по непараллельным выше или нижезалегающим по отношению к ней границам.

Ловушки, связанные с палеоруслами и морскими течениями, береговыми барами характеризуются выраженными «руковообразным» рисунком. Они представляют собой линзовидные тела, выполненными песчаными материалами, и в большинстве случаев имеют пониженные значения плотности и скорости. Наиболее четко аномальный характер проявляется на фоне карбонатных построек. Песчаные образования среди песчано-глинистых толщ имеют характерную двояковыпуклую форму: выпуклость вниз определяется эрозионным врезом, в вверх – неравномерным постседиментационным уплотнением.

Ловушки пиломорфных комплексов связаны с латеральной литолого-фациальной зональностью толщ неравномерного осадконакопления. У подножия склона образуются песчаные линзовидные тела. Их выделение по сейсмическим данным требует детального расчленения разреза и картирование динамических аномалий.

Рифогенные образования представляют разновидность ловушек неантиклинального типа, они постройки (атоллы, барьерные сооружения, одиночные рифы) и могут сочетать отложения различных типов: терригнные, терригенно-карбонатные, карбонатно-галлогенные. Литололгическая позиция рифов обусловлена приурочееностью их к бортовым зонам палеобасейна. Критерии обнаружения рифов выражены в особенностях сейсмического отображения (сейсмофациях) тела рифа, дорифовых и зарифовых отложений, структуре перекрывающих отложений, наличия «псевдоструктур» в надрифовой и подрифовой толще, скоростных аномалиях в области рифа. Изменениях формы и амплитуды надрифовых отражений в связи с образованием в своде рифа уплотнений , уменьшением амплитуды и частоты подрифовых отражений из-за поглощения и рассеивания волн в поле рифа, отсутствием отражений внутри рифа и т.д.