6.2. Геофизические методы в комплексе работ на нефть и газ.

Геофизические методы поисков и разведки объединяют разные по физическим основам методы, используемые для изучения геологического строения земной коры или отдельных ее участков. Наземные, воздушные и морские измерения геофизических полей осуществляются методами полевой геофизической разведки в отличие от геофизических исследований непосредственно в скважинах.

В зависимости от используемых геофизических полей различают гравиразведку, магниторазведку, электроразведку и сейсморазведку.

1) При гравиметрической разведке с помощью специальных измерений на поверхности Земли изучают очень малые возмущения (аномалии) поля силы тяжести. Эти аномалии обусловлены различием плотности горных пород; слагающих геологические структуры.

Аномалии силы тяжести определяются как разность наблюденного (приведенного к уровню моря) и нормального значений силы тяжести.

Гравитационные аномалии обычно отвечают участкам развития в осадочной толще интрузий, рифовых массивов, соляных диапиров, сбросов и тд.

Гравиметрическая съемка проводится с помощью специальных приборов (гравиметров, маятниковых приборов и гравитационных вариометров) при региональных поисковых работах, а в отдельных случаях и при подготовке площадей к глубокому бурению. В соответствии с этим гравиметрическая съемка подразделяется на профильную (пункты наблюдений расположены вдоль линии) и площадную.

По результатам гравиразведки строят карты и графики аномалий силы тяжести. При благоприятных условиях гравиразведка позволяет выявить структуры, перспективные с точки зрения поисков в них скоплений нефти и газа. Большое значение имеет и разработка методики обнаружения участков пластов-коллекторов, заполненных нефтью или газом (прямые методы), с помощью высокоточной гравиметрической съемки.

2) Магнитная разведка основана на различии магнитных свойств горных пород. Она включает измерения полного вектора напряженности геомагнитного поля или его элементов (вертикальной, реже горизонтальной составляющих), построение карт магнитных аномалий и геологическое истолкование результатов измерения. При проведении магниторазведки изучают возмущения магнитного поля, обусловленные неодинаковой намагниченностью различных горных пород.

Для измерения напряженности магнитного поля применяют магнитометры. Чаще всего измеряются относительные значения (приращения) вертикальной составляющей напряженности магнитного поля Земли (наземная съемка), реже горизонтальной составляющей, а при аэромагнитных и морских съемках - модуль вектора полной напряженности геомагнитного поля или его приращения.

Наземные съемки, как правило, производятся по прямолинейным профилям, при аэромагнитных и гидромагнитных съемках измерения производятся непрерывно или дискретно в процессе движения вдоль прямолинейных, а иногда криволинейных профилей.

По данным магниторазведки определяют глубину залегания в земной коре геологических тел, которые служат источниками аномального магнитного поля. Магниторазведка самостоятельно, а также в комплексе с другими геофизическими и геологическими методами применяется для изучения регионального глубинного строения, главным образом для выяснения глубины залегания и петрографического состава фундамента. По морфологии аномалий удается оценить тип магнитоактивного тела, которым они вызваны, площадь этого тела и глубину залегания. Полосовидные, линейные аномалии, протягивающиеся на десятки и сотни километров, как правило; отражают глубинные разломы, к которым часто приурочены приразломные структуры (например, антиклинальные складки) в осадочной толще.

3) Электрическая разведка широко используется в закрытых районах при поисково-разведочных работах на нефть и газ. Она объединяет большое число методов изучения геологического строения земной коры путем наблюдения особенностей распределения в ней естественных или искусственно создаваемых электромагнитных полей. Применение электрических методов разведки основано на дифференциации горных пород (а также нефти и газа) по электрическим и магнитным свойствам. Элек­трическое сопротивление горных пород неодинаково. У магматических и метаморфических пород оно очень высокое и измеряется сотнями и тысячами ом на метр. Высокими сопротивлениями характеризуются некоторые осадочные горные породы — каменная соль, гипс, ангидрит, низкие сопротивления у терригенных пород.

Электроразведка постоянным электрическим током применяется для картирования опорного электрического горизонта. Часто таким опорным горизонтом служит кристаллический фундамент (ВЭЗ).

Недостатком электроразведки постоянным током является ее сравнительно небольшая глубинность, которая определяется глубиной залегания первого (от поверхности) мощного высокоомного горизонта. Этого недостатка лишены методы, основанные на использовании переменных искусственных электромагнитных полей. В настоящее время главными из этих методов для решения задач нефтегазовой геологии являются зондирование становлением электромагнитного поля (ЗС) и частотные зондирования.

В районах с очень большой мощностью осадочного покрова (более 2,5 км) или в регионах, разрезы которых содержат высокоомные экраны, применяются методы, основанные на использовании естественных и искусственных электромагнитных полей. Наиболее широко при нефте-газопоисковых работах применяются магнитотеллурические методы — метод теллурических токов (ТТ), магнитотеллурическое профилирование (МТП) и точечное зондирование (МТЗ). Эти методы используются главным образом для выяснения особенностей регионального строения территорий и прежде всего для оценки глубин залегания фундамента в общей мощности осадочных толщ.

4) Сейсмическая разведка основана на изучении распространения упругих (сейсмических) волн в земной коре. Основными являются методы отраженных и преломленных волн. В основе этих методов лежит различие волновых сопротивлений (скоростей распространения упругих колебаний) в горных породах. В сейсморазведке изучают преимущественно продольные волны. Наряду с этим внедряется метод измерения поперечных волн, которые характеризуются меньшей скоростью распространения. Сейсморазведка с помощью измерения поперечных волн позволяет повысить эффективность изучения малоамплитудных структур.

В методе отраженных волн (MOB) возбужденная взрывом или механическим воздействием сейсмическая волна, распространяясь во все стороны от источника возбуждения, последовательно достигает нескольких отражающих границ в земной коре — поверхностей раздела пород с разным волновым сопротивлением. На каждой из них возникает отраженная волна, которая возвращается к поверхности Земли, где регистрируется приборами. MOB позволяет изучать геологическое строение на разных. Этим методом изучают формы геологических тел, выполненных осадочными породами, прежде всего антиклинальные складки, обнаруживают угловые несогласия, зоны выклинивания и участки смены фаций.

Метод преломленных волн (МПВ) основан на регистрации волн, образующихся на границах слоев, отличающихся повышенной скоростью распространения упругих колебаний по сравнению с вышележащими слоями. Волна, упав на такую границу под углом полного внутреннего отражения, скользит вдоль этой границы и генерирует волну, которая возвращается к поверхности Земли. Пользуясь МПВ, можно определить глубину и форму поверхности одного или нескольких таких слоев и скорость распространения в них волн на глубинах до десятков километров. МПВ применяется преимущественно при региональных работах.

Сейсмическую разведку проводят вдоль профилей, на которых с определенным интервалом расположены источники и приемники колебаний. В качестве источников колебаний используют взрывы зарядов в неглубоких (несколько десятков метров) скважинах, вибрационные или ударные передвижные установки. Регистрацию колебаний производят сейсмоприемниками, в которых механические колебания почвы преобразуются в электрические, а последние передаются (по соединительным линиям или по радио) в передвижную сейсморазведочную станцию. На ней колебания, приходящие от каждого приёмника, усиливаются, преобразовываются, записываются на магнитную ленту. Геологическую информацию из этой записи (сейсмограммы) извлекают обработкой на ЭВМ, в результате которой получают так называемые временные сейсмические разрезы, которые используют при составлении геологических разрезов и структурных карт.

Широко применяются высокоэффективные методы сейсморазведки — метод регулируемого направленного приема (МРНП), метод общей глубинной точки (МОГТ), вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП) и др.

В настоящее время разработаны следующие новые модификации сейсморазведки.

1. Высокоразрешающая сейсморазведка, основанная на расширении использования частотного состава сейсмических волн. За счет этого удается изучать пласты небольшой мощности — в несколько метров, тогда как в обычном частотном диапазоне предельная мощность пласта, от кровли и подошвы которого могут быть зарегистрированы отраженные волны, составляет 20 — 30 м.

2. Многоволновая сейсморазведка, в которой наряду с продольными регистрируются и используются также поперечные и обменные волны.

3. Объемная (трехмерная) сейсморазведка — применяется в районах со сложным глубинным строением (несогласно залегающие границы и т.д.). В таких районах в пункт наблюдений на профиле приходят отраженные волны, пути которых расположены не только в вертикальной, но и в наклонных плоскостях.

Сейсморазведка отраженными волнами является ведущим геофизическим методом при поисках и разведке нефти и газа. Она позволяет картировать антиклинальные складки в осадочных толщах — благоприятные для скоплений нефти и газа структурные формы, на которых затем осуществляется поисковое бурение.

Регистрируемое при сейсморазведке волновое поле содержит информацию не только о структурных особенностях изучаемого разреза, но и о многих других его характеристиках. Геологическая интерпретация регистрируемого волнового поля представляет собой основу нового направления в сейсморазведке, названного сейсмостратиграфической интерпретацией (сейсмостратиграфией). При сейсмостратиграфической интерпретации по характерным изменениям и особенностям волнового поля выявляют отдельные сейсмостратиграфические комплексы в разрезе, получают сведения об условиях осадконакопления, обнаруживают латеральные петрофизические изменения пород разреза, выявляют стратиграфические несогласия и т.п. Все эти сведения используют для прогнозирования вещественного состава и нефтегазоносности геологического разреза.

Отдельные сейсмостратиграфические комплексы выделяют по резким изменениям волновой картины. Изучение условий осадконакопления (сейсмофациальный анализ) производится по характерным особенностям, позволяющим отличать одну группу волн от другой. Петрофизические характеристики пород устанавливают в результате анализа формы записи, интенсивности, скорости распространения волн и других параметров. Для обнаружения аномалий волнового поля используют специальные способы представления результатов анализа в виде разрезов амплитуд, частот, скорости волн и т.п.

В благоприятных условиях по результатам анализа волнового поля может быть сделан прогноз нефтегазовых залежей. Основными признаками наличия УВ являются: изменение интенсивности волн, отраженных от кровли и подошвы нефтегазоносного пласта (наличие "яркого пятна") ; отражение от контакта нефть (газ) — вода (наличие "плоского пятна") ; аномально высокое поглощение волны вследствие прохождения ее через залежь; уменьшение скорости продольных волн и др.

Прямые геофизические методы поисков залежей нефти и газа основаны на изучении таких свойств геофизических полей, которые обусловлены самими залежами. Продуктивная часть пласта по сравнению с водонасыщенной характеризуется пониженным (на 15 — 20 %) значением скорости распространения продольных упругих волн, а также увеличенным их поглощением. Водонефтяные, газоводяные и газонефтяные контакты в пластах имеют субгоризонтальное положение, тогда как геологические границы наклонные. Применяя сейсморазведку в качестве прямого метода, можно выделить нефтегазоносные терригенные толщи по повышенному поглощению сейсмических волн в залежах и над ними, а также установить отражения от ВНК, ГНК и ГВК.

Установлено, что нефтегазонасыщенные толщи по сравнению с водонасыщенными создают гравитационную аномалию вследствие меньшей их плотности. С помощью высокоточной гравиразведки можно обнаружить и эти гравитационные аномалии, а значит и залежи, их обусловившие. Особенно хорошие результаты можно получить в районах развития крупных газовых залежей, высота которых достигает нескольких сот метров.

В качестве прямого метода может также применяться и электроразведка, фиксирующая при ВЭЗ увеличение кажущегося сопротивления над нефтяными и газовыми залежами. Уверенные результаты получаются при съемках повышенной детальности.

Радиометрия (аэрогамма-спектрометрическая и автогамма-спектрометрическая съемки, химико-аналитические определения радиоактивных элементов почв) обнаруживает над нефтегазовыми местоскоплениями понижение значений уран-радиевой составляющей гамма-излучений почв и повышенное — ториевой. На этом основано применение радиометрии в качестве прямого метода поисков залежей нефти и газа.

Наибольший эффект при прямых поисках можно получить в результате комплексирования разных геофизических методов.