ГЕОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОИСКОВ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 1997 года по МПК G01V9/00 

Изобретение относится к геохимическим методам поисков и может использоваться для оценки нефтегазоносности территорий и поисков месторождений нефти, газа, битумов.

Известен способ поисков залежей нефти и газа (авт. св. N 1224764, кл. G 01 V 9/00, 1986), в котором непосредственно в точке опробования производят раздельное извлечение растворимых в слабой кислоте и водорастворимых форм нахождения металлов из пород. О местоположении нефтегазовых залежей судят по совпадению аномально повышенных значений произведений нормированных концентраций металлов, растворенных в слабой кислоте, и аномально повышенных значений этого параметра для водорастворимых форм.

Недостатком способа является то, что в кислотную вытяжку переходят химические элементы в различных формах нахождения, что значительно уменьшает контрастность выделяемых аномалий и не позволяет однозначно выделять нефтяные залежи, полезный сигнал от которых слаб и трудно выделяется на высоком, часто резко меняющемся фоне.

Известен также биогеохимический способ поисков месторождений нефти и газа (авт. св. N 894658, кл. G 01 V 9/00, 1981), в котором в каждом пункте опробования производят одновременный отбор проб гумусового горизонта почвы и доминирующей растительности, определяют в них содержание металлов, например железа, марганца, меди, кобалита, цинка, хрома, а в растительности, кроме того, еще фосфора и бора и по соотношениям концентраций металлов в растительности и в почве и по повышенным значениям содержаний бора и фосфора в растительности локализуют положение залежи нефти и газа.

Недостатком способа является низкая точность выделения месторождений вследствие изменения характера растительности по линии наблюдаемого профиля.

Известен способ литогеохимических поисков, включающий отбор проб почв, их истирание и последующее определение валовых содержаний большого числа химических элементов путем их спектрального анализа (Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений. М. Недра, 1983, с. 69 - 109)
Недостатком способа является невозможность выделения полезного сигнала от нефтяной залежи по валовым концентрациям химических элементов в почве, так как этот сигнал связан с подвижными формами нахождения химических элементов, которые составляют доли процента от валового содержания.

Наиболее близким к предлагаемому является геохимический способ поисков нефтегазовых месторождений (авт. св. N 913313, кл. G 01 V 9/00, 1986), в котором из измельченных проб пород экстрагируют подвижные формы химических элементов, определяют их содержание в экстрагенте и по аномальным значениям выделяют нефтегазоносные структуры.

Недостатком способа является неопределенность круга анализируемых форм нахождения химических элементов, что часто не позволяет выявить аномальный сигнал от нефтяной залежи на фоне изменения концентраций подвижных форм нахождения химических элементов за счет ландшафтных факторов. Кроме того, дополнительная операция измельчения пробы приводит к увеличению трудоемкости работ и искажению результатов за счет изменения равновесия между формами нахождения, изначально существовавшего в пробе.

Задачей изобретения является создание технологии поисков углеводородов, которая предполагает исследования непосредственно с поверхности без проходки горных выработок или скважин, не требует производить дробление проб пород и в то же время позволяет надежно устанавливать границы не только отдельных месторождений или залежей, но и нефтегазоносных провинций и областей.

Задача решается за счет того, что в способе, заключающемся в отборе проб и экстракции из них химических элементов в подвижных формах нахождения с последующим определением их концентраций в экстракте и выделением зон с аномально высокими концентрациями элементов, в каждой точке наблюдения производят отбор проб почвы из верхнего гумусового горизонта А1 и обогащенного железо-марганцевым соединениями горизонта С. При этом из пробы горизонта A1 производят экстракцию элементов-индикаторов углеводородов, связанных с органическими соединениями почвы, из пробы слоя C производят экстракцию элементов-индикаторов углеводородов, связанных с железо-марганцевыми соединениями. Кроме того, в той же точке в естественном залегании или из отобранной пробы одного из указанных горизонтов под действием постоянного электрического тока производят экстракцию элементов-индикаторов углеводородов в электроподвижных формах. Затем в каждом из экстрактов определяют концентрации заранее установленных для данного региона элементов-индикаторов и по полученным данным в пределах изученной территории выявляют участки совпадения зон с аномальными концентрациями наиболее контрастных элементов-индикаторов для каждого экстракта. Сопоставляя данные, полученные по трем экстрактам, выделяют площади, в пределах которых совмещаются участки совпадения аномальных зон, выявленные по различным экстрактам. По положению таких площадей устанавливают границы нефтегазоносных провинций, областей, месторождений или отдельных залежей в зависимости от масштаба опробования.

Отличия способа от известных состоят в следующем.

Предполагается при поисках нефти производить экстракцию лишь узкой группы подвижных форм элементов из почвы, в то время как ранее применявшиеся методы предполагали экстракцию широкого спектра форм нахождения химических элементов в почве или экстракцию неопределенного круга подвижных форм нахождения элементов из проб пород.

Это стало возможным благодаря исследованиям авторов, которые позволили установить явление струйной субвертикальной миграции химических элементов от нефтяных, газовых залежей к дневной поверхности, заключающееся в том, что
глубинный геологический объект (залежь, месторождение углеводородов) служит источником химических элементов-индикаторов, как правило, в виде заряженных ионов (в электроподвижных формах нахождения);
элементы-индикаторы в электроподвижных формах нахождения способны к дальней миграции, в том числе к дневной поверхности; миграция осуществляется в виде струй, протягивающихся от объекта к поверхности;
при резкой смене физико-химических условий на дневной поверхности элементы-индикаторы, поступающие с глубины, частично взаимодействуют с составляющими компонентами почв, закрепляются и накапливаются в ней; анализ состава почв показал, что максимальное накопление мигрирующих с глубины элементов-индикаторов происходит на органических соединениях почвы, в частности фульватах и гуматах, и на железо-марганцевых ее образованиях;
на пустых площадях, на которых глубинные геологические объекты рассматриваемого типа отсутствуют, сколько-нибудь заметнее аномальные концентрации элементов-индикаторов в подвижных формах не наблюдаются. Геохимический фон их низкий и устойчивый.

Совместный селективный анализ химических элементов-индикаторов в электроподвижных формах нахождения, их соединений с органическими фазами почвы и железо-марганцевыми ее образованиями позволяет резко увеличить полезный сигнал от нефтегазоносных объектов даже на фоне резко меняющейся ландшафтной обстановки. В некоторых случаях, например в пустынных районах с неразвитым почвенным покровом, элементы-индикаторы в отдельных из указанных форм нахождения могут отсутствовать. Тогда недостаток информации компенсируется вкладом от других форм нахождения. При этом в результате опробования на остается "белых пятен" из-за отсутствия представительного горизонта, и повышается надежность опоискования.

Другим отличием является необходимость селективной экстракции подвижных форм нахождения элементов-индикаторов из различных по глубине почвенных горизонтов, а именно из тех горизонтов, где концентрация этих форм нахождения наибольшая. Так, экстракцию соединений элементов-индикаторов с органическими фазами производят из верхнего горизонта почвы A1, наиболее богатого гумусом, а их соединений с железо-марганцевыми образованиями почв из горизонта C, как правило, обогащенного железом и марганцем. Привлечение к анализу различных почвенных горизонтов в ряде случаев позволяет исключить возможное влияние техногенного поверхностного загрязнение.

Кроме того, исследования авторов, проведенные по региональным профилям, показали, что повышенные концентрации элементов-индикаторов в привлекаемых в данном способе формах нахождения наблюдаются не только над нефтегазовыми залежами, но и в пределах нефтегазовых провинций и областей. Поэтому способ позволяет выделять в зависимости от масштаба съемки не только отдельные залежи, но и нефтегазоносные провинции и области.

Предлагаемый метод может применяться также для поисков газовых месторождений, месторождений битумов, поскольку известно, что многие из химических элементов (никель, ванадий, кобальт и др.) присутствуют в природном газе, битумах и могут являться элементами-индикаторами при поисках месторождений этих углеводородов.

На фиг.1 приведены результаты наблюдений предлагаемым способом при поисках нефти на двух участках Калининградской области: а наблюдения над нефтяной залежью, б над структурой, выделенной по данным сейсморазведки, но без признаков нефти по данным бурения; на фиг. 2 результаты наблюдений предлагаемым способом по геотраверсу "Гранит".

Способ осуществляется следующим образом:
В зависимости от решаемых задач задаются масштабом съемки, определяют расстояние между профилями и точками наблюдения. Так, для региональных исследований (оконтуривание нефтегазоносных провинций, областей) расстояние между точками наблюдения составляет от 500 м до 5-10 км. Для поисков месторождений и отдельных залежей расстояние между точками наблюдения составляет 50 100 м при ожидаемой протяженности залежей до 2 4 км (Калининградской обл. ) и 100 250 м при ожидаемом размере залежей в десятки километров (Западная Сибирь).

На изучаемой площади в каждой точке наблюдения проводят отбор проб с различных горизонтов почвы. В отдельные мешочки отбираются проба из верхнего гумусового горизонта А1 и проба из подпочвенного слоя C. Пробы высушиваются на воздухе и транспортируются к месту проведения экстракции. На этой же точке наблюдения возможна экстракция электроподвижных форм нахождения химических элементов в естественном залегании с помощью постоянного электрического тока. Для этого в почву устанавливаются специальные устройства элементоприемники (сосуды, заполненные раствором кислоты, отделенной от почвы полупроницаемой мембраной, и соединенные с источником постоянного электрического тока). Через элементоприемники в течение заданного времени пропускаются постоянный электрический ток, после чего раствор кислоты направляется на химический анализ.

Из пробы верхнего гумусового горизонта A1 проводят экстракцию химических элементов, связанных с органическими соединениями почв. Экстракцию проводят селективными растворителями органических соединений почвы, например раствором пирофосфата натрия или растворами щелочей (NaOH, КОН). Из пробы горизонта C проводят экстракцию химических элементов, связанных с железо-марганцевыми соединениями. Экстракцию можно проводить различными селективными растворителями, но наиболее эффективно проводить термообжиг проб, при котором происходит новообразование магнетита, с последующей магнитной сепарацией пробы. Экстракцию электроподвижных форм нахождения также можно осуществлять в лабораторных условиях из отобранных образцов почвы.

Основываясь на элементных анализах углеводородного сырья в регионе работ, устанавливают круг элементов-индикаторов и проводят определение во всех приготовленных экстрактах этих элементов. Элементы-индикаторы могут быть определены также на основании опытно-методических работ в регионе на участке с известным месторождением. При этом анализ экстрактов производится на предельно широкий круг элементов, из которых выделяют те, которые имеют аномальные концентрации. Проведенные исследования показали, что в качестве элементов-индикаторов нефти могут выступать как металлы (никель, кобальт, ванадий, цинк и др.), так и неметаллы (бром, хлор и др.).

По каждому элементу-индикатору для каждого экстракта в отдельности определяют зоны с аномальными концентрациями этого элемента. Далее, для каждого экстракта определяют участки совпадения аномальных зон по нескольким наиболее контрастным элементам-индикаторам. Для этого можно использовать мультипликативный или аддитивный показатель, в котором для каждой точки наблюдения используют соответственно произведение или сумму концентраций всех элементов-индикаторов. Аномальный участок выделяется по аномальному значению мультипликативного (аддитивного) показателя. Завершающим этапом обработки результатов является выделение перспективной площади, в пределах которой наблюдается совпадение участков, выделенных по данным анализа каждого из экстрактов. Для этой цели, например, может использоваться комплексный показатель, являющийся произведением (суммой) мультипликативных (аддитивных) показателей по каждому из экстрактов. Возможно также выделение перспективной площади простым наложением контуров аномальных участков, выделенных по данным анализа каждого из экстрактов.

На фиг. 1 приведен пример реализации способа для поисков нефти на двух участках в Калининградской области. При исследовании химического состава нефтей этого региона было установлено существование в них повышенных концентраций таких химических элементов, как никель, кобальт, цинк, марганец. Эти металлы были взяты в качестве элементов-индикаторов нефти для региона. На первом участке (фиг.1, а) вскрытия буровыми скважинами нефтегазовая залежь находится на глубине 2 км. При опробовании почв с поверхности по профилю можно видеть, что фланговые части залежи четко отмечаются повышенными значениями комплексного показателя, являющегося произведением концентраций никеля, кобальта и цинка в электроподвижных формах нахождения, в соединениях этих металлов с органическими комплексами почв и с железо-марганцевыми соединениями. На втором участке в результате проведения сейсмических работ была выделена антиклинальная структура, перспективная на нахождение углеводородов, однако по результатам бурения двух скважин признаков нефти обнаружено не было, и структура была признана неперспективной. В результате проведения работ предлагаемым способом аномальных концентраций металлов над этой структурой не обнаружено (фиг.1, б).

На фиг.2 приведены результаты наблюдений предлагаемым способом по геотраверсу в Европейской части России. Аномальными концентрациями элементов-индикаторов отмечаются Волго-Уральская и Днепровско-Припятская нефтегазоносные провинции. Результаты наблюдений предлагаемым способом свидетельствуют о том, что территория к западу от известного контура Волго-Уральской нефтяной провинции также перспективна на нахождение углеводородов. В настоящее время на этой территории ведутся интенсивные поисковые работы.

Использование: для проведения поисков углеводородов непосредственно с поверхности без проходки горных выработок и скважин, при этом надежно устанавливаются границы не только отдельных залежей или месторождений, но и нефтегазоносных провинций и областей. Сущность изобретения: из почвы производят экстракцию узкой группы подвижных форм элементов-индикаторов искомого углеводорода, а именно элементов, связанных с органическими соединениями почвы, и элементов в электроподвижных формах их гумусового горизонта почвы А1 и элементов, связанных с железо-марганцевыми соединениями, из обогащенного железо-марганцевыми соединениями почвенного горизонта C. Выделяют площади, в пределах которых совмещаются участки с аномально высокими концентрациями всех выбранных элементов-индикаторов, выделенные для всех экстрактов, и по положению таких площадей определяют границы нефтегазоносных провинций, областей, месторождений или отдельных залежей в зависимости от масштаба опробования. 2 ил.

Геохимический способ поисков углеводородов, заключающийся в отборе проб и экстракции из них химических элементов в подвижных формах нахождения с последующим определением их концентраций в экстракте и выделением зон с аномально высокими концентрациями, отличающийся тем, что в каждой точке наблюдения производят отбор проб почвы из верхнего гумусового горизонта А1 и обогащенного железомарганцевыми соединениями горизонта С, причем из пробы горизонта А1 производят экстракцию элементов-индикаторов углеводородов, связанных с органическими соединениями почвы, из пробы слоя С производят экстракцию элементов-индикаторов углеводородов, связанных с железомарганцевыми соединениями, кроме того, в той же точке в естественном залегании или из отобранной пробы одного из указанных горизонтов под действием постоянного электрического тока производят экстракцию элементов-индикаторов углеводородов в электроподвижных формах, определяют концентрации заранее установленных элементов-индикаторов в каждом из экстрактов, выявляют участки совпадения зон с аномальными концентрациями наиболее контрастных элементов-индикаторов для каждого экстракта, выделяют площади, в пределах которых совмещают участки совпадения, выявленные по различным экстрактам, и по положению этих площадей устанавливают границы нефтегазоносных провинций, областей, месторождений или отдельных залежей в зависимости от масштаба опробования.