Методы поиска и разведки месторождений полезных

Методы поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений.

Поисково-разведочные работы необходимы для выявления, оценки запасов и разработки промышленных залежей.

Существуют следующие методы поиска  разведки месторождений:

• Геологический;

• Геофизический;

• Гидрогеохимический;

• Бурение разведочных скважин;

• Исследование скважин.

Геологический метод.

Предшествует всем остальным видам поисковых работ, включает в себя:

• Геологические полевые работы – изучениепластов горных пород, выходящих на дневную поверхность, их состав и углы наклона

• Изучение коренных пород скрытых наносными породами методом закладки шурфов глубиной до 3-х метров

• Исследование глубоко залегающих пород. Бурение картировочных скважин глубиной до 600 метров

• Камеральные работы —  обработка материалов полученных в результате плевых работ. Создание геологической карты и геологического разреза местности.  См. рис 1.

Геологическая съемка местности дает представление о строении верхней части горных пород.

Для исследования строения глубинных пород применяются методы, основанные на физико-химических свойствах пород.

Геофизический метод.

Геофизические методы – сейсморазведка, электроразведка, гравитационная разведка магниторазведка.

Сейсмическая разведка – использует  закономерности распространения в земной коре искусственно создаваемых упругих волн.

Упругие волны создаются следующими способами:

·         взрыв заряда в скважине на глубине до 30 метров,

·         механическим вибратором на поверхности,

·         преобразованием энергии взрыва в механическую вибрацию

Скорость распространения сейсмических волн  в породах различна и зависит от их плотности.

Чем выше плотность — тем выше скорость распространения упругих волн.

На границе раздела сред с различной плотностью наблюдается эффект частичного отражения.

Отраженные волны регистрируются датчиками (сейсмоприемниками).  См. рис. 2

График отраженных сигналов дает представление о глубине залегания пласта породы, его плотности, угла наклона к поверхности.

Трехмерная сейсморазведка – основана на распространении упругих волн в трех измерениях (объемное распространение).

При трехмерном сборе и обработке данных получаются многослойные и мигрированные трассы, размещающиеся на прямоугольной решетке с малым шагом, которая охватывает область разведки.

Из объемного изображения можно выделить любое желаемое сечение.

На основе объемного изображения, можно построить вертикальное сечение вдоль любого зигзагообразного разреза. Сечения, выделяемые для анализа, так же могут быть не вертикальными. 

Электрическая разведка – основана на электропроводности различных горных пород.

• Граниты, известняки, песчаники насыщенные минерализованной водой обладают хорошей электропроводностью.

• Глины и песчаники, насыщенные нефтью обладают низкой электропроводностью.

Высокое электрическое сопротивление горной породы – косвенный признак наличия нефти или газа.   См. рис. 3.

Гравитационная разведка – основана на зависимости гравитационных сил от плотности горных пород. Породы, насыщенные нефтью и газом имеют меньшую плотность в сравнении с породами насыщенными водой. Цель гравитационной разведки – выявить места с аномально низкой гравитацией.

Гравитационные аномалии чаще всего определяются методом авиаразведки.

Магниторазведка – использует явление магнитной проницаемости горных пород.

Магнитное поле Земли искажается в зависимости от состава горных пород и наличия в них нефти и газа.

Аэромагнитная съемка позволяет выявить залежи углеводородов, чаще всего в виде антиклинали, на глубине до 7 тыс. метров, при толщине залежи не более 200 – 300 метров.

Геологические и геофизические методы дают представление о строении и толщине осадочных пород, форме ловушек для природных углеводородов.

Однако присутствие ловушки в толще осадочных пород вовсе не означает наличие в ней залежи нефти или газа.

Выявить наиболее перспективные на нефть и газ структуры, без бурения скважин, возможно гидрогеохимическими методами.

Гидрогеохимические методы:

• Газовая съемка,

• Люминесцентно — битумонологическая съемка,

• Радиоактивная съемка,

• Гидрохимический метод.

Газовая съемка – определение с помощью газоанализатора присутствия углеводородных газов в пробах горных пород и грунтовых вод, отобранных с глубин от 2 до 50 метров.

Вокруг любой нефтяной и газовой залежи за счет естественной диффузии и фильтрации  образуется ореол рассеянных углеводородных газов.

Люминесцентно — битумонологическая съемка – основана на явлении свечения битумов в ультрафиолетовом свете.

Над залежами нефти наблюдается повышенное содержание битумов в породе. По характеру свечения можно судить о наличии природных углеводородов в предполагаемой залежи.

Радиоактивная съемка – основана на явлении снижения уровня естественного радиационного фона над местом скопления нефти и газа.

Естественный радиационный фон Земли обусловлен присутствием рассеянных трансурановых элементов и воздействием жесткого космического излучения.

Недостаток метода – возможность возникновения радиационной аномалии в результате иных причин.

Гидрохимический метод – основан на изучении химического состава подземных вод, содержания в них растворенных газов и органических соединений, в частности, аренов.

Концентрация этих компонентов в подземных водах возрастает по мере приближения к залежи, что  позволяет сделать вывод о присутствии в ловушке нефти или газа.

Этапы поисково-разведочных работ

Выявление нефтегазоносной залежи состоит из двух основных этапов поиска и разведки.

Поиск включает в себя три стадии:

·         Региональные геологические и геофизические работы

·         Подготовка площадей к глубокому поисковому бурению

·         Поиск месторождений

Цель региональных геолого-геофизических работ:

·         изучение основных закономерностей геологического строения новых и мало изученных осадочных бассейнов и литолого-стратиграфических бассейнов

·         оценка перспектив их нефтегазоносности

·         обоснование потенциальных ресурсов (категория Д2)

·         обоснование районов для первоочередного проведения поисковых работ

На первой стадии (региональной) методами геологии и геофизики:

·         изучается геологическое строение площади (области, района), тектоника и характер отложений

·         выявляется тип и характер геологического разреза

·         определяется форма коллекторов и покрышек,

·         выявляются продуктивные горизонты (залежи)

·         дается предварительная оценка фазового состояния углеводородов в залежи

·         устанавливаются возможные нефтегазоносные зоны

·         дается оценка запасов, потенциальных и прогнозных ресурсов (Д1 + Д2) нефт, газа, конденсата

·         определяются первоочередные, наиболее перспективные зоны для дальнейших детальных поисковых работ

На второй стадии (подготовительной) осуществляется:

·         более детальное и на большую глубину изучение нефтегазоносных зон, главным образом методом сейсмической разведки

·         выделение площадей для поискового бурения

В ходе региональной и подготовительной стадии должны быть выполнены:

·         аэромагнитные и гравиметрические съемки

·         профильная сейсморазведка и точечное сейсмическое зондирование

·         электроразведка

·         геологическая и геоморфическая съемка

·         аэрофотосъемка и космическая съемка

·         бурение опорных, параметрических или структурных скважин 

На третьей стадии производится бурение поисковых скважин для изучения всей толщи осадочных пород.

Цель – обнаружение в недрах исследуемой области промышленных нефтеносных или газоносных пластов (залежей).

Первые (контрольные) скважины бурятся:

·         на максимальную глубину до консолидированного (складчатого) фундамента, там, где он технически достижим, или

·         на всю толщину осадочного слоя перспективного в нефтегазоносном отношении  на технически доступную величину

Последующие скважины производят разведку каждого из «этажей» месторождения, начиная с верхнего.  См. рис 4.  

Результатом указанной работы является предварительная оценка запасов открытых месторождений и рекомендации по их детальной разведке.

Разведочный этап – подготовка месторождения к промышленной разработке. Предметом изучения служит непосредственно залежь.

В процессе разведки:

·         залежи оконтуриваются

·         определяется состав месторождения

·         устанавливается мощность пластов, их нефтегазонасыщенность

·         исследуются коллекторские свойства пластов (продуктивных горизонтов)

·         рассчитываются промышленные запасы (предварительная оценка категорий С1 и С2)

·         формируются рекомендации по вводу месторождения в разработку

Важным является факт, что поисково-разведочный процесс, условно разделенный на этапы, является объективно непрерывным. На практике отдельные этапы перекрывают друг друга или сливаются. 

На стадии поискового этапа используются высоко технологичные способы поиска:

·         аэрогеологическая съемка (площадь охвата 500 – 700 кв. км)

·         съемка из космоса (площадь охвата более 7000 кв. км)

Аэрогеологическая съемка предусматривает визуальное наблюдение, а также использует следующие виды съемки:

·         фотографическую

·         телевизионную

·         спектрометрическую

·         инфракрасную

·         радарную

Фотографическая и телевизионная съемка позволяет увидеть очень крупные геологические элементы Земли – мегаструктуры или морфоструктуры.  

Спектрометрическая съемка исследует спектр естественного электромагнитного излучения геологических объектов.

Инфракрасная съемка – устанавливает региональные и глобальные тепловые аномалии.

Радарная съемка – исследует поверхность при наличии плотного облачного покрова.

Визуальное наблюдение и съемки из космоса позволяют судить о строении шельфов, находить глобальные геологические структуры, где возможно размещение месторождений нефти и газа.

Несмотря на высокую научно-техническую вооруженность, повышение эффективности  процесса поиска месторождений по-прежнему остается актуальным.

Среднее мировое значение коэффициента успешности поиска нефтяных и газовых месторождений составляет около 0,3. Только каждый третий разбуренный объект оказывается месторождением. На практике это значение может быть и меньшим.

Исследование залежи методом бурения скважин

Бурение поисково-разведочных  скважин осуществляется с целью определения:

·         Контура залежи

·         Глубины залегания пластов

·         Количества пластов

·         Мощности (толщины, насыщенности) нефтегазоносных пластов

В процессе бурения отбираются цилиндрические образцы породы (керны) на заданных глубинах.

Анализ кернов дает данные о физико-химических свойствах и нефтегазоносности породы.

После завершения бурения производится ее исследование скважины по всей ее глубине геофизическими методами:

• Электрокаротаж

• Термометрия

• Акустический метод

• Радиометрический метод

Канатный каротаж – регистрация и измерение сигналов передаваемых приборами, перемещаемыми вдоль ствола скважины на стальном тросе или кабельном канате.

В скважину опускается специальный зонд и электронный блок. Устройство перемещается снизу вверх в заданной скоростью, которая зависит от конкретного вида измерений.

Поступающие данные обрабатываются и записываются в идее каротажной диаграммы на пленке с помощью оптического регистрирующего устройства.

Диаграммы представляют электрический или радиационный каротаж.  

Электрокаротаж – наиболее распространенный способ исследования скважин.

В скважину на тросе опускается прибор, определяющий электрические свойства отдельных слоев породы.

Результат измерений представляется в виде электрокаротажной диаграммы.

На диаграмме обозначены глубины залегания пород с высоким электрическим сопротивлением, что свидетельствует о присутствие в них нефти.

Электрокаротаж надежно фиксирует нефтеносные пласты в песчано-глинистых породах.

В карбонатных породах возможности электрокаротажа ограничены. В этом случае применяются другие способы исследования скважин.

Электрокаротаж проводится после извлечения из скважины бурильных труб, поэтому он еще называется «каротаж необсаженной скважины».

Стандартная диаграмма электрического каротажа регистрирует два вида величин: потенциал самопроизвольной поляризации и удельное сопротивление.

Удельное сопротивление дает представление о литологии пласта и содержании жидкости (минерализованной воды или нефти).

Радиометрический метод – измерение естественной радиоактивности пород.

Каротаж на радиоактивность может проводиться как в свободной, так и в обсаженной скважине.

Полная диаграмма каротажа по радиоактивности включает два типа кривых – гамма-каротажа и нейтронного каротажа.

Величина радиоактивности зависит от типа горной роды. Наибольшую природную радиоактивность имеют сланцевые породы и вулканические породы. Осадочные породы имеют относительно низкую радиоактивность, что легко читается на каротажной диаграмме.

Акустический метод – измерение скорости звука в породах.

Акустический каротаж использует ультразвуковые сигналы, которые генерируются и проходят сквозь толщу породы.

Скорость распространения звука в различных породах различна. Метод позволяет исследовать литологию пластов, их пористость и насыщенность жидкостью и флюидами углеводородов.

В нефти и газе скорость распространения ультразвука ниже, что регистрируется приемником (датчиком) на поверхности и фиксируется на диаграмме.

Термометрический метод – измерение температуры по разрезу скважины,

Каротажная диаграмма – любое отображение состояния скважины в табличной или графической форме.

Для оценки пластов применяются следующие виды каротажа:

·         Анализ бурового раствора

·         Измерение давления

·         Исследование керна

·         Кабельный каротаж

Дополнительными методами оценки пластов при поисково-разведочном бурении являются буровой журнал и журнал анализа образцов.

Буровой журнал содержит описание операций и работ, геологические и механические данные, на протяжении каждой смены (вахты). См. рис. 5.

Геологические и механические данные:

·         состав пород пройденных пластов,

·         наличие и состав потоков жидкостей

·         проявления признаков нефти или газа

·          скорость проходки

Журнал анализа образцов.

Измельченные в процессе бурения горные породы — буровой шлам, выносится на поверхность циркулирующим буровым раствором.

При бурении разведочной скважины образцы шлама отбираются из участков, расположенных на равных расстояниях вдоль всего ствола скважины.

Отобранные образцы изучаются. Данные заносятся в журнал.

Анализ образцов позволяет определить:

·         тип горной породы (песчаник, сланец, известняк, доломит и т.д.)

·         конкретный пласт, через который идет бурение и его мощность

·         возраст породы

·         глубину, на которой обнаружен пласт

·         пористость, проницаемость, содержание нефти

Анализ бурового раствора – непрерывный контроль промывочной жидкости и частиц породы на наличие следов нефти или газа.

Диаграммы анализа буровых растворов составляются для разведочных скважин

Цель — обеспечение безопасности буровых работ, предотвращение неконтролируемого (аварийного) выброса нефти.

Если анализа бурового раствора показывает резкое увеличение общего содержания газов или тяжелых газов в пробах, это означает что долото проходит через пласт-коллектор.

Анализ бурового раствора дает следующие сведения, включая:

·         наличие углеводородных газов в буровом растворе

·         хроматографический анализ на содержании индивидуальных углеводородов

·         наличие нефти в буровом растворе и шламе

·         данные о скорости бурения (в виде графика функции)

·         диаграмму литологического разреза скважины и даны о пористости пород

·         характеристики бурового раствора

Анализ бурового раствора, как методика исследования, имеет следующие преимущества:

·         получение конкретных результатов в короткие сроки

·         исследования проводятся непрерывно и не препятствуют процессу бурения

·         диаграмма данных анализа записывается одновременно с буровым журналом

Измерения по давлению.

Диаграмма давления – компьютерный анализ параметров бурения.

Данные от нескольких источников расположенных на буровой площадке непрерывно обрабатываются (интегрируются) с помощью компьютера и дают представление о давлении в пласте.

Диаграмма давления в пласте используется при бурении поисково-разведочных скважин, поскольку параметры давления в пласте не предсказуемы и не могут быть исследованы иными методами.

Аномальное давление в плате может быть оценено графически с помощью регистрации выходов газа.

Давление является важным показателем, так как связано с пористостью горной породы.

Пласты, характеризующиеся высоким давлением на определенной глубине, представляют собой зоны с аномально высокой пористостью.

Высокая пористость является одним из важнейших признаков породы-коллектора.

Отбор и исследование керна – регистрация данных по анализу керна и литологического разреза в зависимости от глубины скважины.

Отбор керна является одним из наиболее старых и достоверных методов оценки пласта.

Керн – крупный кусок породы цилиндрической формы полученный с заданной глубины скважины.

Данный метод используется:

·         для оценки продуктивности приконтурных (граничных) разведочных  скважин.

·         при разработке месторождения (эксплуатационные скважины) определяется место окончания скважины

·         для предварительной оценки нефтеносности участка (залежи)

·         при проектировании и оценке результатов применения технических методов повышения нефтеотдачи пластов

Керн получают при помощи специального колонкового бурового долота или бокового керноотборника.

Колонковое долото – специальный буровой инструмент с отверстием посредине.

При бурении часть пласта остается в центральном пространстве инструмента. Длина керна варьируется от 3 до 25 метров.

Съемный керноотборник помещается (спускается) внутрь бурильной трубы и может быть применен без поднятия всей бурильной колонны. В этом случае диаметр керна составляет от 2 до 5 см.

Для получения керна большего диаметра керноотборник прикрепляется вместо обычного долота к нижней части буровой колонны.

Боковой отбор керна – дополнительная операция осуществляемая, когда традиционный способ получения образца затруднен.

В скважину на тросе опускается специальный прибор, и отбор керна производится из стенки скважины. В этом случае диаметр керна составляет 2 — 3 см, длина – не боле 10 см. 

Лабораторные исследования керна дают информацию о пористости, проницаемости, насыщенности водой и флюидами нефти, перспективах нефтеотдачи пласта или коллектора через которые идет бурение.