Поисковые гидрогеологические критерии нефтегазоносности. ?

Подземные воды играют важную роль в процессах формирова­ния промышленных залежей нефти и газа. Поэтому знание гид­рогеологических закономерностей, безусловно, позволяет более эффективно проводить работы по открытию, разведке и разра­ботке залежей нефти и газа.

Основные цели и задачи гидрогеологических исследований нефтегазоносных районов могут быть изложены в виде следую­щих теоретических положений, являющихся основой нефтегазо­вой гидрогеологии.

Формирование нефтяных и газовых залежей является одним из частных проявлений общего процесса формирования под­земных вод в общепланетарном аспекте. Анализ соотношения между всей массой подземных вод и массой нефти и газа не противоречит этому положению. Ничтожное количество угле­водородов по сравнению с колоссальным объемом подземных вод пластовых водонапорных систем свидетельствует о том, что в природе сравнительно редко складываются благоприятные условия для реализации имеющихся потенциальных возможно­стей образования промышленных скоплений углеводородов. При этом многое зависит от геолого-структурных, геохимических, а также литолого-фациальных условий формирования как водо-вмещающих комплексов, так и подземных вод.

Формирование нефтяных и газовых месторождений опреде­ляется общими закономерностями формирования подземных вод. Последние являются той обязательной средой, без участия которых в природе не образуется промышленных скоплений уг­леводородов, выделяющихся при определенных условиях из фо­новых подземных вод, заполняющих трещинно-поровое про­странство пород. Наличие в природе «сухих» залежей нефти и газа, как будто не связанных с подземными водами, может рассматриваться в качестве одного из возможных этапов их формирования. Предполагается, что в прошлом эти залежи ге­нетически были прямым или косвенным образом связаны с фо­новыми подземными водами.

Важнейшие особенности нефтяных и газовых залежей (фор­ма, размеры, положение в пространстве, давление, температура) и изменение их как в геологическом времени, так и в процессе эксплуатации (режим разработки залежей) обусловлены взаи­модействием этих залежей с подземными водами продуктивных горизонтов, а также горизонтов, гидравлически связанных с ними. Это следует всегда иметь в виду, пытаясь понять слож­нейшую модель природы нефтяных и газовых залежей, их наи-оолее важные параметры.

Обычно считают, что на форму, размеры и положение в про­странстве нефтяных и газовых залежей главное внимание ока­зывают тектонический и литологический факторы. Однако фо­новые подземные воды непосредственно влияют на перераспре­деление залежей путем миграции нефти и газа, высоту этажа газоносности, величину наклона контактов «вода — нефть» и «вода — газ», а также на интенсивность подземного окисления углеводородов.

Залежи углеводородов, возникнув на определенном этапе развития водонапорной системы, в свою очередь оказывают воз­действие на контактирующие с ними подземные воды, обога­щая их нафтеновыми и другими органическими кислотами, тя­желыми углеводородами, метаном и рядом специфических мик­рокомпонентов.

Разработка научно обоснованных методов поисков и раз­ведки залежей углеводородов, изучение их важнейших особен­ностей с целью рациональной эксплуатации, а также установ­ление условий их формирования требуют возможно более полного изучения процессов формирования подземных вод про­дуктивных горизонтов, а также горизонтов, прямо или косвенно связанных с ними на протяжении длительного геологического времени. Иными словами, необходимо возможно полнее изучать среду, в которой формируются залежи углеводородов и кото­рая лредопределяет их основные параметры.

Гидрогеологические закономерности нефтегазоносных райо­нов могут быть наиболее полно установлены при изучении всей водонапорной системы, включающей области питания, стока и разгрузки.

Перечисленные теоретические положения, лежащие в основе методики гидрогеологических исследований нефтегазоносных районов, предусматривают всестороннее изучение водонапорной системы.

На данном уровне развития наших знаний и техники глубо­кого бурения на нефть и газ можно считать, что наиболее важ­ными гидрогеологическими параметрами являются: а) напоры подземных вод (закономерность распределения, направление и скорость движения подземных вод); б) гидрохимические пока­затели (растворенные ионно-солевые комплексы, их взаимо­связь со скоплениями углеводородов, с литолого-фациальными особенностями водовмещающих пород и гидродинамикой); в) газовый состав и газонасыщение подземных вод; г) темпе­ратурные условия.

Получить достоверные фактические данные по перечислен­ным параметрам — первостепенная задача гидрогеологов в об­ласти методики изучения нефтегазоносных районов. Не менее важны интерпретация установленных фактов и внедрение ре­зультатов исследования в практику работ разведочных органи­заций для наиболее эффективного их использования.

ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ.

Этот вопрос сравнительно сложен и требует тщательного ана­лиза всего гидрогеологического материала. Однако любому ис­следователю и производственнику вполне доступны такого рода анализ и интерпретация результатов гидрогеологических иссле­дований. Кратко об истории этого вопроса.

По мере накапливания фактических данных по гидрогеоло­гии нефтегазоносных районов уже давно предпринимались мно­гочисленные попытки использовать эти результаты для оценки перспектив нефтегазоносности. Весьма важная проблема пред­сказания наличия или отсутствия в недрах залежей углеводо­родов по особенностям подземных вод временами казалась близкой к разрешению. Однако получение новых фактов непре­станно отодвигало ее однозначное решение.

Детальное изучение водонапорной системы, как было пока­зано выше, позволяет решить множество важных вопросов, представляющих научный и практический интерес. Однако по своей масштабности в первую очередь к ним относится оценка перспектив нефтегазоносности.

В проблеме оценки перспектив нефтегазоносности по гидро­геологическим критериям можно выделить ряд вопросов, соот­ветствующих этапам ее развития в поступательном порядке. Так, на первом этапе оценка перспектив нефтегазоносности проводилась по гидрохимическим критериям. В дальнейшем основную роль стала играть газонасыщенность подземных вод. Наконец, в последние годы наряду с перечисленными факто­рами установлена необходимость комплексного учета влияния различных параметров водонапорной системы на динамику формирования залежей углеводородов. Кроме того, очень ши­рокое развитие в течение двух последних десятилетий получили также методы оценки перспектив нефтегазоносности по содер­жанию в подземных водах органического вещества. Одно время казалось, что именно здесь ключ к решению этой важнейшей задачи нефтегазовой гидрогеологии.

Нужно полагать, что в формировании запасов; вод нефтяных место­рождений принимают участие воды разнообразного происхождения.

В зависимости от геологического строения месторождения и его геологической истории водные ресурсы его формируются главным образом или за счет погребенных вод седиментации или за счет аккумуляции в нем поверхностных вод.

Известное участие в бразовании вод нефтяных месторождений, несомненно, принимает и вода организмов, выделяющаяся при разло­жении органических остатков. Все эти воды разнообразного происхождения имеют и разнообразный химический состав. Так, состав вод седиментации находится в тесной зависимости от состава вод бассейна седиментации.

Имеющийся материал позволяет дать известную схему процессов, унифицирующих состав вод нефтяных месторождений.

Установление основных типов природных вод как земной поверх­ности, так и земных недр, и выяснение условий их образования и залегания в недрах позволяют нам подойти к рассмотрению условий образования и классификации вод нефтяных месторожде­ний.

По существу эта задача в общем плане нами уже решена. Необ­ходима только некоторая систематизация и детализация материалов. Воды нефтяных месторождений ассоциированы с нефтью. Место пребывания их в природе определяется местонахождением нефти. Промышленные скопления нефти привязаны к закрытым геологи­ческим структурам, недра которых изолированы от дневной поверх­ности. Этим определяется природная обстановка нахождения нефти и вод нефтяных месторождений и придает водам нефтяных месторожде­ний их специфический облик.

Чем более раскрыта структура, содержащая нефть, чем сильнее проявляется воздействие земной поверхности на недра нефтяного ме­сторождения, тем беднее месторождение нефтью, тем обычно тяжелее, смолистее становится нефть.

То же происходит и с водами. Чем более изолированы воды от днев­ной поверхности, тем более приближаются они по составу к предель­ным типам глубинного концентрирования вод. Чем большую связь имеют воды нефтеносных недр с земной поверхностью, тем дальше идет процесс опреснения вод, тем ближе их состав к составу вод земной по­верхности.

Глубинная обстановка хлоркальциевого типа вод, континенталь­ная обстановка гидрокарбонатнонатриевого типа вод — основные об­становки существования вод нефтяных месторождений.

Морская обстановка хлормагниевого типа и континентальная об­становка сульфатнонатриевого типа — частные обстановки нахожде­ния вод нефтяных месторождений: верхние участки нефтяного место­рождения, в зависимости от степени раскрытости разреза, охватыва­ются континентальной обстановкой сульфатнонатриевого типа и мор­ской — хлормагниевого типа. Здесь, в зависимости от местных гео­лого-географических условий, могут быть представлены любые группы вод. В условиях средних широт — это обычные гидрокар­бонатные кальциевые воды сульфатнонатриевого типа.

По мере углубления в недра идет преобразование вод от гидрокар­бонатной группы через сульфатные и хлоридные. Сульфатнонатриевый тип вод в условиях раскрытости структур сохраняется. Обычно в верх­них участках зоны затрудненного водообмена имеет место пе­реход сульфатнонатриевого типа в хлормагниевый тип в условиях резкой засоленности разреза месторождений (например, Бугуруслан). Воды нефтяных месторождений в зоне затрудненного водообмена и даже в нижних участках зоны свободного водообмена испытывают процессы десульфирования. В условиях малой сульфатности разреза сульфатнонатриевый тип вод переходите гидрокарбонатнонатриевый. По мере углубления в недра гидрокарбонатная группа вод суль­фатнонатриевого типа преобразуется в хлоридную группу.

На больших глубинах гидрокарбонатнонатриевый тип вод лерестает существовать. Появляется хлормагниевый тип вод, как промежуточная ступень преобразования вод в конечный глубинный хлоркалыщевый тип; или же гидрокарбонатнонатриевый тип непос­редственно переходит в тип хлоркальциевый.

Вот основные условия образования вод нефтяных месторождений.

Солевой состав вод, как показатель нефте­носности. Рассмотрение условий образования природных вод и, в частности вод нефтяных месторождений, позволило установить ос­новные генетические типы этих вод.

В частности, нами было показано, что гидрокарбонатнонатриевый и хлоркальциевый типы вод особенно распространены в недрах нефтя­ных месторождений. Следовательно, наличие в недрах этих типов вод могло бы служить в качестве благоприятного показателя возможной нефтеносности недр.

Высокая минерализация вод, принадлежность их к резко выражен­ной хлоридной группе, значительное содержание хлоридов щелочных земель, незначительное содержание или полное отсутствие сульфатов в водах, наряду с содержанием в них иода, нафтеновых кислот, брома, бора, делают подобный состав вод благоприятным показателем нефте­носности в случае нахождения его в недрах.

Наличие в недрах хлоркальциевых вод высокой минерализации, но с значительно выраженной сульфатностью и не содержащих иода или нафтеновых кислот, характеризует лишь высокую закрытость недр. Сама по себе закрытость недр является, конечно, необходимым условием формирования нефтяных месторождений. Но наличие в нед­рах нефти в промышленных количествах должно, кроме того, опреде­ляться возможностью нефтеобразования в данных геологических усло­виях и присутствием в разрезе пород, характеризующихся хорошими коллекторскими свойствами.

Констатация минерачьных источников хлоркальциевого типа долж­на всегда привлекать к себе внимание геологов-нефтяников. Но само собой разумеется, наличие подобных источников далеко не всегда го­ворит о безоговорочной промышленной нефтеносности недр. Особенно подозрительны случаи нахождения вод хлоркальциевого типа, но весьма слабой минерализации.ставящей эти воды в один ряд с пресными водами. В большинстве случаев подобный состав вод определяется ис­ключительно погрешностями анализа.

Среди выявленных гидрогеохимических критериев газонеф­теносности следует выделить два наиболее общих, представ­ляющих значительный практический интерес. Прежде всего ус­тановлено, что состав растворенного газа для нефтегазоносных областей преимущественно углеводородный. Вторым является вывод о том, что для регионов, характеризующихся весьма ма­лыми промышленными запасами или их отсутствием, состав растворенных газов пластовых вод преимущественно азотный или азотно-кислый.

11. Сейсморазведка. Основные методы и их физическая сущность. Способы возбуждения и регистрации упругих колебаний. Возможности применения метода.

Сейсмический метод исследований (сейсморазведка) основан на изучении особенностей прохождения искусственно созданных упругих колебаний через толщи горных пород, характеризующихся различной плотностью и различной скоростью распространения сейсмических волн. Метод является в первую очередь количественным, т.е. позволяет определить глубины залегания поверхностей раздела между отличными по своим упругим свойствам горными породами. На основании данных о глубинных залеганиях этих поверхностей могут быть сделаны геологические построения, в том числе и имеющие непосредственное гидрогеологическое или инженерно-геологическое приложение.

В основу сейсморазведки легла теория распространения упругих колебаний в геологической среде,
разработанная в сейсмологии. Сейсморазведка - совокупность методов исследования геологического строения земной коры и верхней мантии, основанных на изучении распространения в них упругих волн, вызванных искусственным путём (взрыв, удар). Возбуждение сейсмических волн. Возбуждение волн взрывом заряда в скважине позволяет ослабить вредное влияние поверхностной и звуковой волн и избежать поглощения энергии колебаний в приповерхностных рыхлых породах. Частотный спектр возбуждаемых колебаний зависит от литологического состава и физических свойств окружающих пород. Чем больше скорость распространения сейсмических волн в породах, тем выше частота возбуждаемых колебаний. Наилучшие результаты получаются при взрывах в пластичных породах, например в глинах. Одиночный заряд взрывчатых веще'ств может считаться с достаточной степенью приближения точечным источником колебаний, из которого распространяется сферическая волна. При группировании взрывов, т.е. при расположении в плане нескольких зарядов вдоль профиля или по квадратной, радиальной, многоугольной сети, возникает направленность в распределении энергии взрыва. При больших расстояниях между зарядами в группе, сравнишях с длиной волны, возникающее упругое возмущение имеет достаточно протяжённый плоский фронт, поэтому такой способ наблюдений назван «методом плоского фронта». В сейсморазведке используется свойство упругих волн распространяться во все стороны от источника возбуждения, претерпевать на встретившихся на их пути сейсмических границах преломление и отражение и затем возвращаться (частью своей энергии) к земной поверхности, где создаваемые ими колебания могут быть зарегистрированы специальной аппаратурой -сейсмической станцией (сейсмическая станция, научное учреждение, ведущее регистрацию колебаний земной поверхности, а также их первичную обработку. Разведочные сейсмические станции регистрируют искусственные сейсмические волны с целью изучения геологического строения земной коры и поисков месторождений полезных ископаемых). В комплексе приборов станции могут быть выделены три узла: сейсмоприёмники (сейсмографы), усилители низкой частоты и осциллограф. Последний представляет собой систему смонтированных вместе гальванометров, число которых, так же как и усилителей, соответствует количеству сейсмографов. Параметры зарегистрированных волн позволяют определить глубину залегания сейсмических границ, их морфологию, а также дают возможность судить о геолого-физических параметрах пород, встреченных волнами на их пути. Регистрация сейсмических волн. Приём и запись волн должны осуществляться таким образом, чтобы, пропустив сквозь сейсмический канал и усилив полезные волны, подавить помехи. Для этого прежде всего необходимо воспользоваться средствами частотной селекции, т.е. выбрать оптимальную фильтрацию. Необходимо следить за тем, чтобы сейсмоприёмники были хорошо установлены на профиле. Для этого их размещают в ямках, добиваясь надёжного контакта сейсмоприёмников с почвой. Создание оптимальных услошй регистрации сейсмических волн представляет собой необходимое условие успеха сейсмических работ. Результаты интерпретации сейсмических наблюдений представляют в виде разрезов и структурных карт, которые используют для практических целей, в частности для определения мест заложения глубоких разведочных скважин при поисках нефтяных и газовых месторождений.

В сейсморазведке различают два основных метода: метод отражённых волн (MOB) и метод преломлённых волн (МПВ).

Существует также большое число модификаций этих методов, которые можно подразделить: по условиям проведения наблюдений (наземная, морская); по способу наблюдений (на профиле, в точке); по типу используемых вЮлн (методы продольных, проходящих, поперечных волн); по частотному диапазону регистрируемых колебаний (сейсморазведка низкочастотная - 25 - 30Гц, среднечастотная - 30 - 80, высокочастотная -более 80); по способам регистрации (аналоговая, цифровая); по способу преобразования и заполнения сейсмической информации (сейсмоголография идр.).

Наиболее важное значение сейсмический метод имеет для поисков и разведки нефтяных и
газовых месторождений. Предварительные сейсморазведочные работы дают возможность
найти благоприятную для накопления нефти и газа структуру (ловушку) на большой глубине,
определить её основные геометрические элементы и с очень большой достоверностью
правильно ориентировать расположение глубоких разведочных скважин. Несмотря на высокую
абсолютную стоимость сейсморазведочных , работ, они во много раз дешевле глубокого
разведочного бурения.

Быстрое развитие сейсмического метода разведки в значительной мере объясняется требованиями, которые предъявляются к нему нефтяной промышленностью и которые этот метод успешно удовлетворяет.

Использование сейсмического метода для поисков и разведки нефти и газа чрезвычайно возросло, т.к. мировая добыча этих видов топлива резко увеличилась и понадобилось значительно увеличить их разведанные запасы.