Поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

Поисково-разведочные работы на нефть и газ включаютвсе виды человеческой деятельности - от прогнозирования нефтегазоносности неизученных территорий и до подсчета запасов УВ в выявленных залежах и месторождениях и подготовкаих к разработке. Поисками и разведкой занимаются специалисты разногопрофиля, включая геологов, геофизиков, геохимиков, гидрогеологов, гидродинамиков, буровиков, химиков, экономистови т.д.

На разных стадиях поисково-разведочного процесса выпол­няется комплекс определенных видов деятельности и исследова­ний с применением современной аппаратуры и оборудования, включая использование ЭВМ и программирования, дешифрирование аэро и космических снимков, бурение скважин различного назначения, испытание пластов на нефть и газ и т.д.

Высокая эффективность поисков и разведки скоплений нефти и газа возможна лишь при условии проведения достаточно научно обоснованных исследований в конкретных перспективных в нефтегазосном отношении районах и областях с учетом общих закономерностей образования и размещения нефти и газа в земной коре. При поисках и разведке нефти и газа важно учитывать экономические знания, а также экологию окружающей среды, состояние промышленности и транспорта в районах предполагаемого проведения поисково-разведочных работ.

В проектах поисков и разведки скоплений нефти и газа вперспективных районах и областях, которые представляют различные геологические организации, дается обоснование экономической целесообразности проведения работ, учитывающее применение наиболее эффективных методов, позволяющих получить максимальный прирост разведанных запасов нефти и газа при минимальных затратах.

Поиски нефти и газа в России и сопредельных странах прово­дятся на суше и в море (на континентальном шельфе), при этом технология поисково-разведочных работ в том и другом случаях существенно различается. Однако, притом, что бурение и разведка в море представляют большие трудности по сравнению с аналогичными работами на суше, в ряде случаев даже в континен­тальных условиях бывают большие проблемы. Так, технические сложности и большие издержки производства возникают при освоении скоплений УВ на большой глубине (более 5 км), а также - под мощной толщей каменной соли, как в Прикаспийском регионе (и то, и другое вместе).

В проектах поисков и разведки скоплений нефти и газа, поми­мо технологической части, где изложены задачи, виды, объем и методика проведения всех работ, имеются экологическая и экономическая части, предусматривающие проведение мероприятий по охране недр и окружающей среды, а также оценивающие геолого-экономическую значимость проектируемых работ. После обсуждения и утверждения проектов выделяются материально-технические, трудовые и другие ресурсы на проведение геологоразведочных работ на нефть и газ.

По окончании поисково-разведочного процесса проводится на­учная обработка всей полученной информации, выполняется подсчет запасов УВ, составляется геологический отчет. В результате определяется степень выполнения проекта и дается оценка гео­логической эффективности проведенных поисково-разведочных работ, а затем рассчитываются экономические показатели.

Поиски и разведку нефти и газа, а также разработку их скоп­лений проводят различные организации, большинство из которых в последние годы преобразовались в акционерные общества(АО), например, в Тюменской области Западной Сибири: ОАО «Роснефть-Пурнефтегаз», ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «ЛУКОЙЛ-Когалымнефтегаз» и др.

Таким образом, геологоразведочный процесс, связанный с поисками и разведкой скоплений нефти и газа, состоит из комплекса работ, которые должны обеспечить открытие месторождения УВ, его геолого-экономическую оценку и подготовку к разработке.

При этом обязательно проводится геологическое изучение недр, которое предусматривает рациональное использование средств, отпущенных государством, АО или другими заказчиками работ. К сожалению, при производстве геологоразведочных работ на нефть и газ в ряде случаев наносится существенный урон окружающей среде, при этом, страдают не только природа, животный и растительный мир, но и сельскохозяйственные угодья, а также люди, непосредственно участвующие в поисково-разведочных работах, проживающие в районах открытых месторождений нефти и газа. Так, освоение богатств Западной Сибири и направление поисковых работ все дальше на север в районы тундры принесли осложнения в жизнь северных народов, занимающихся оленеводством, из-за поиска новых пастбищ и т.д. Или другой пример - Астраханский газоконденсатный объект в Прикаспийском регионе, где газ имеет высокое содержание сернистых соединений, что, конечно, отрицательно влияет на проживающих и работающих там людей.

Поэтому, успешное выполнение поисково-разведочных работ на нефть и газ должно предусматривать комплекс необходимых попредупреждению заражения земли, воздуха и водных источников, а также леса, сельхозугодий и других элементов окружающей среды. Соблюдение экологических норм необходимо при проведении всех видов человеческой деятельности, включая поиски, разведку и разработку углеводородного сырья.

Поисково-разведочный процесс на нефть и газ включает в себя три последовательных этапа: региональный, поисковый и разведочный, каждый из которых подразделяется на две стадии

. Региональный этап проводится в неизученных и слабоизученных регионах или их частях, а также при поисках скоплений УВ в глубокозалегающих малоизученных частях разреза, например, под каменной солью на глубинах более 4 км, как в Прикаспийском регионе.

На стадии прогноза иефтегазоносностипроводится изучение литолого-стратиграфических комплексов разреза отложений, выделение структурных этажей, проводится изучение основных этапов тектонического развития исследуемой территории и текто­ническое районирование. Следовательно, на этой стадии устанавливаются основные черты геологического строения и геологической истории. Затем проводится выделение нефтегазо-перспективных горизонтов и зон возможного нефтегазонакопления. Далее проводятся качественная и количественная оценки перспектив нефтегазоносности, а также выбор основных направлений и первоочередных объектов дальнейших исследований.

На следующей стадии оценки зон нефтегазонакопленияуточняется нефтегазогеологическое районирование, выделяются наиболее крупные ловушки, например, валообразные поднятия,с которыми могут быть связаны зоны нефтегазонакопления.Проводится количественная оценка перспектив нефтегазоносноети, и выбираются районы и первоочередные объекты (региональные ловушки) для проведения поисковых работ.

Поисковый этапнаступает, когда полностью закончен региональный этап и проведено геологическое обоснование к выполнению поисковых работ на нефть и газ на выявленной перспективной региональной ловушке. В ней можно открыть зону нефте-газонакопления, включающую ряд месторождений нефти и газа в пределах отдельных площадей - локальных поднятий или других локальных ловушек, осложняющих региональную ловушку. Поисковый этап подразделяется на две стадии, причем первая из них делится в свою очередь на две подстадии.

Стадия выявления и подготовки объектов к поисковому бурениюделится на подстадии: 1 — выявление объектов и подстадию 2 - подготовка объектов. На первой подстадии выявляются условия залегания и параметры перспективных пластов, а также наиболее перспективные локальные ловушки (объекты, площади), выбираются первоочередные объекты и проводится их подготовка к поисковому бурению. К примеру, если региональный ловушкой является вал, то выбираются наиболее крупные и хорошо подготовленные к бурению локальные структуры (антиклинали, купола), среди которых намечается очередность их подготовки к поисковому бурению. Наиболее подготовленными к бурению структурами считаются такие, которые по данным полевых геофизических исследований достаточно четко определены в размерах (длина, ширина, амплитуда), конфигурация и сводовая часть структуры, а также положение структурных осложнений (разломов и др.), если выявлена сложная структура.

К крупным ловушкам относятся поднятия площадью 50-100 км² и более, к средним - 10-50 км², к мелким - до 10 км². При этом в качестве первоочередных выбирают структуры, ресурсы которых превышают запасы среднего в районе месторождения. Кроме этого, на очередность ввода структур в поисковое бурение влияют и экономические показатели (близость к месторождениям, трубопроводам, отдаленность от баз глубокого бурения, глубина залегания продуктивных пластов, качество УВ и др.). На второй подстадии проводятся: детализация выявленных перспективных ловушек; выбор объектов и определение очередности их ввода в поисковое бурение; количественная оценка ресурсов УВ на объектах, подготовленных к поисковому бурению; выбор мест заложения поисковых скважин на подготовленных объектах.

На стадии поиска месторождений (залежей)основной целью является открытие скоплений УВ: открытие месторождения или выявление новых залежей в неизученной части разреза в пределах месторождений, находящихся в разведке. В комплекс задач, решаемых на данной стадии, входят: выявление продуктивных пластов-коллекторов, перекрытых непроницаемыми слоями (покрышками); определение параметров пластов; опробование и испытание продуктивных горизонтов и скважин; получение промышленных притоков нефти и газа; определение коллекторских свойств пластов и физико-химических свойств флюидов (нефти, газа, конденсата, воды); оценка запасов УВ открытых залежей; выбор объектов для проведения детализационных и оценочных работ.

Разведочный этапявляется завершающим в геологоразведочных работах на нефть и газ. Разведка проводится на площадях, где получены промышленные притоки нефти и газа. Целью разведочных работ является оценка открытых скоплений нефти и газа и подготовка их к разработке.

На первой стадии разведки (оценка месторождений или залежей) проводится следующее: определение параметров залежей и месторождений для установления их промышленной значимости; подсчет запасов УВ залежей и месторождений; выбор объектов и этажей разведки; определение очередности опытно-промышленной эксплуатации и подготовки объектов к разработке.

На следующей стадии разведки (подготовка местоскоплений или залежей к разработке) основными задачами являются: геометризация залежей УВ; оценка достоверности значений коллекторских свойств продуктивных пластов и подсчетных параметров для расчета запасов и составления технологической схемы разработки для нефтяного объекта или схемы опытно-промышленной эксплуатации газового объекта; подсчет запасов УВ и определение коэффициента извлечения (нефтеотдачи); доизучение залежейи месторождений в процессе разработки.

При поисках и разведке нефти и газа используются в комплек­се различные методы исследований, включая: геологические, геофизические (полевые и скважинные), геохимические, гидрогеологические, геотермические, гидродинамические, дистанционные, геоморфологические, математические методы, применение ЭВМ и программирования. Поэтому, в поисково-разведочном процессе участвуют различные специалисты: геологи, буровики, геофизики, геохимики, гидрогеологи, гидродинамики, математики и другие.

Основными видами исследований считаются геофизические исследования

В настоящее время используется четыре основных геофизических метода

исследований: сейсмический, гравиметрический, магнитный и электрический.

Сейсморазведка основана на изучении особенностей распространения упругих колебаний в земной коре. Упругие колебания (или, как их еще называют, сейсмические волны) чаще всего вызываются искусственным путем.Сейсмические волны распространяются в горных породах со скоростью от 2 до 8 км/с - в зависимости от плотности породы: чем она выше, тем больше скорость распространения волны.На границе раздела двух сред с различной плотностью часть упругих колебаний отражается и возвращается к поверхности Земли. Другая же часть преломляется, одолевает границу раздела и уходит в недра глубже – до новой поверхности раздела. И так до тех пор, пока окончательно не затухнут.

Отраженные сейсмические волны, достигнув земной поверхности, улавливаются специальными приемниками и записываются на самописцы. Расшифровав графики, сейсморазведчики устанавливают потом границы залегания пород. По этим данным строят карты подземного рельефа.

Рис.28 Схема проведения сейсморазведки

Такой метод отраженных волн был предложен советским геологом В.С.Воюцким в 1923 году и получил широкое распространение во всем мире. В настоящее время, наряду с этим методом, используют также и корреляционный метод преломленных волн. Он основан на регистрации преломленных волн, образующихся при падении упругой волны на границу раздела под некоторым, заранее рассчитанным критическим углом. Используются в практике сейсморазведочных работ и другие способы. Раньше в качестве источника упругих колебаний чаще всего использовали взрывы. Теперь их стали заменять вибраторами. Вибратор можно установить на грузовик и за рабочий день обследовать достаточно большой район. Кроме того, вибратор позволяет работать в густонаселенных районах. Взрывы наверняка потревожили бы жителей близлежащих домов, а вибрации можно подобрать такой частоты, что они не воспринимаются человеческим ухом.Единственный недостаток этого способа – малая глубина исследований, не более 2-3 километров. Поэтому для более глубинных исследований применяют преобразователь взрывной энергии. Источником волн здесь по существу остается тот же взрыв. Но происходит он уже не в почве, как раньше, а в специальной взрывной камере. Взрывной импульс передается на грунт через стальную плиту, а вместо взрывчатки часто используют смесь пропана с кислородом. Все это, конечно, позволяет намного ускорить процесс зондирования недр.

Гравиметрический метод основан на изучении изменения силы тяжести в том или ином районе. Оказывается, если под поверхностью почвы находится горная порода малой плотности, например каменная соль, то и земное тяготение здесь несколько уменьшается. А вот плотные горные породы, такие, как, например, базальт или гранит, напротив, увеличивают силу тяжести.

Эти изменения устанавливает специальный прибор – гравиметр. Один из его простейших вариантов – грузик, подвешенный на пружине. Тяготение увеличивается – пружина растягивается; это фиксируется указателем на шкале. Тяготение уменьшается, пружина соответственно сокращается. А каким образом на земное тяготение влияют залежи нефти и газа? Нефть легче воды, и породы, насыщенные нефтью или ее непременным спутником - газом, имеют меньшую плотность, чем если бы в них помещалась вода. Это фиксируется гравиметром. Однако, подобные гравитационные аномалии могут быть вызваны и другими причинами, например залеганием пластов каменной соли, как мы уже говорили. Поэтому гравиразведку обычно дополняют магниторазведкой.

Наша планета, как известно, представляет собой огромный магнит, вокруг которого расположено магнитное поле. И на это поле могут эффективно влиять среди всего прочего и горные породы, залегающие в данном районе. Например, месторождения железной руды бывали открыты вследствие того, что пилоты пролетавших здесь самолетов удивлялись странному поведению магнитной стрелки? Ныне этот принцип используется и для поисков других видов полезных ископаемых, в том числе нефти и газа.

Дело в том, что в нефти очень часто содержатся примеси металлов. И, конечно, присутствие металла ощущается, правда не «магнитной стрелкой», а современными высокочувствительными приборами - магнитомерами. Они позволяют прощупать земные недра на глубину до 7 километров

Еще один геофизический метод поиска полезных ископаемых-электроразведка разработан в 1923 году во Франции и находит применение и по сей день. Собственно, это разновидность магнитной разведки с той лишь разницей, что фиксируется изменения не магнитного, а электрического поля.
Поскольку естественное электрическое поле на Земле практически отсутствует, то его создают искусственно, при помощи специальных генераторов и зондируют с их помощью нужный район. Обычно горные породы представляют собой диэлектрики, то есть их электрическое сопротивление велико. А вот нефть, как мы уже говорили, может содержать металлы, которые являются хорошими проводниками. Снижение электрического сопротивления недр и служит косвенным признаком присутствия нефти.

В последние годы все шире стал применяться еще один способ – электромагнитная разведка при помощи магнитогидродинамических (МГД) генераторов. Электромагнитным волнам стали доступны глубины от нескольких километров, когда ведутся поиски полезных ископаемых; до сотен километров, если речь заходит об общих исследованиях земной коры.
Сердцем современного МГД-генератора является ракетный двигатель, работающий на порохе. Но порох этот не совсем обычный: электропроводимость создаваемой им плазмы по сравнению с обычным ракетным топливом в 16000 раз выше. Плазма проходит через МГД-канал, расположенный между обмотками магнита. По законам магнитодинамики в движущейся плазме возникает электрический ток, который, в свою очередь, возбуждает электромагнитное поле в специальном излучателе - диполе. С помощью диполя и происходит зондирование Земли.
Всего за несколько секунд МГД-установка развивает мощность в десятки миллионов Вт. И при этом обходится без громоздких систем охлаждения, которые были бы неизбежны при использовании традиционных источников излучения. Да и сама установка в несколько раз легче других видов электрогенераторов.
Впервые эффективность МГД-установки была проверена в конце 70-х годов в Таджикистане. Тогда в районе хребта Петра I ученые провели первые опыты по МГД-зондированию, стараясь уловить признаки приближающегося землетрясения. Сигналы мощной 20-мегаваттной установки «Памир-1» регистрировались на расстоянии до 30 километров от нее. Немного позднее МГД-установки были использованы для поиска нефтяных и газовых месторождений. Для начала был выбран достаточно известный нефтяной район - Прикаспийская низменность. Благодаря МГД-зондированию появилась еще одна возможность не только определить наличие нефтегазоносных слоев, но и четко оконтуривать месторождения. А ведь обычно для этого приходится бурить несколько дорогостоящих скважин.
Получив первые достоверные сведения о надежности МГД-способа, ученые не стали ограничиваться только разведкой в Прикаспийской низменности. Новый способ геофизической разведки недр был использован на Кольском полуострове, на шельфе Баренцева моря - в районах, имеющих мощные пласты осадочных пород, в которых обычно и прячется нефть. Анализ полученных данных показал, что залегание нефти здесь вполне вероятно.

Геофизических методов имеют на вооружении нефтеразведчики много. Однако, ни один из методов не дает стопроцентного указания на присутствие нефти. Вот и приходится использовать их в комплексе. Для начала обычно проводят магнитную разведку. Потом дополняют ее данными гравиметрии. Затем в ход идут методы электро- и сейсморазведки. Но даже этого зачастую бывает недостаточно для точного ответа. Тогда геофизические методы дополняют геохимическими и гидрогеологическими исследованиями.
Среди геохимических методов в первую очередь надо отметить газовую, люминисцентно-битуминологическую и радиоактивную съемки.

Газовая съемка была разработана в 1930 году. Было замечено, что вокруг любой залежи образуется как бы легчайший туман – так называемый ореол рассеяния. Углеводородные газы по порам и трещинам пород проникают из глубины Земли к поверхности, при этом растет их концентрация в почвенных водах и верхних слоях породы. Взяв пробу грунта и почвенных вод, нефтеразведчик с помощью чувствительного газоанализатора устанавливает повышенное содержание углеводородных газов, что и является прямым указателем близкого местоположения залежи.
Правда, чтобы такой способ работал достаточно надежно, необходимы приборы высочайшей чувствительности – они должны надежно обнаруживать один атом примеси среди десяти или даже ста миллионов других! Кроме того, как показывает практика, газовые аномалии могут быть смещены по отношению к залежи или же просто указывать на мелкие месторождения, не имеющей промышленной ценности.
Поэтому данный метод стараются дополнять, например, люминисцентно-битуминологической съемкой. Ее принцип основан вот на каком природном явлении. Над залежами нефти увеличено содержание битумов в породе. И если пробу породы подставить под источник ультрафиолетового света, то битумы тотчас начинают светиться. По характеру свечения, его интенсивности определяют тип битума и его возможную связь с залежью.

Радиационная съемка основана на другом природном феномене. Известно, что в любом районе имеется так называемый радиоактивный фон - небольшое количество радиации, обусловленное воздействием на нашу планету космического излучения, наличием в ее недрах радиоактивных трансурановых элементов и т.д. Так вот, специалистам удалось обнаружить интересную закономерность: над нефтяными и газовыми залежами радиоактивный фон понижается. Например, для месторождений Южного Мангышлака такое понижение равно 1,5 – 3,5 мкКи/час. Такие изменения достаточно уверенно регистрируются существующими приборами. Однако этот метод находит пока ограниченное применение.

Классические методы разведки очень дороги: их среднемировая стоимость на поисковом этапе составляет 3000-5000 долларов на 1 км² Поэтому применяются другие, например геоморфологические методы разведки.