СПОСОБ ПРЯМОГО ПОИСКА И РАЗВЕДКИ НЕФТЕГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ В ТЕКТОНИЧЕСКИ ОСЛОЖНЕННЫХ СТРУКТУРАХ ОСАДОЧНОЙ ТОЛЩИ Российский патент 1998 года по МПК G01V1/00 G01V9/00 

Изобретение относится к разведочной геофизике, конкретно к сейсмической разведке, и предназначается для использования при прямых поисках и разведке залежей нефти и газа в сложнопостроенных структурах осадочной толщи. Изобретение может быть также использовано для поиска и разведки других полезных ископаемых: алмазов, рудных тел, угля, калийных солей и т.п. Изобретение также может быть использовано при экологическом контроле и охране земных недр и окружающей природной среды при разработке указанных полезных ископаемых.

Известен способ разведки нефтяных и газовых месторождений [1], принятый за аналог. Для реализации известного способа разведки нефтяных и газовых месторождений, включающего сейсмические исследования и глубокое бурение, в первую очередь в пределах нефтегазового месторождения, задают вытянутые участки, соединяющие между собой разведанные скважины-эталоны и места заложения проектируемых глубоких скважин. Затем по всей площади вытянутых участков определяют кинематические и динамические особенности локальных областей отражения, соответствующих искомым продуктивным зонам (пластам), и по их изменению в сравнении с кинематическими и динамическими особенностями отражений в окрестности исходной скважины-эталона оконтуривают продуктивные пласты, при этом данные о продуктивных пластах, получаемые после завершения бурения каждой новой глубокой скважины, используют при последующих сейсмических исследованиях, а данные этих исследований, в свою очередь, используют при выборе места заложения последующих глубоких скважин. Ширину вытянутых участков ограничивают условием предполагаемого постоянства модели геологической среды в области отражения, а протяженность участков задают по крайней мере вдвое больше их ширины.

Однако известный по аналогу способ во многих случаях не обеспечивает достаточной точности и геологической достоверности оконтуривания продуктивных пластов и одновременно при этом требует больших затрат на их разведку. Обусловлено это тем, что в условиях, например, слабых отражений в тонкослоистых неоднородных разрезах в сложнопостроенных низкоамплитудных структурах применение способа по аналогу не повышает разрешающую способность сейсморазведки, особенно в случаях несовпадения положения продуктивных песчаных пластов со структурным планом, что снижает точность в выявлении местоположения продуктивных пластов и затрудняет выбор мест заложения скважин, приводя к затратам на проходку непродуктивных скважин. Кроме того, известный способ может быть использован только в тех случаях, когда на структуре уже выявлено нефтегазовой месторождение, то есть целесообразность и пригодность использования этого способа в условиях неразведанной структуры осадочной толщи маловероятны.

Наиболее близким предлагаемому по совокупности существенных признаков из числа известных средств того же назначения является способ прямого поиска и разведки нефтегазовых залежей в тектонически осложненных структурах осадочной толщин [2 - прототип]. Для осуществления известного по прототипу способа прямого поиска и разведки нефтегазовых залежей в тектонически осложненных структурах осадочной толщи выполняют следующие операции: проводят сейсмические исследования на площадях сложной и составной геологической структуры, выделяют по данным сейсмических исследований тектонические образования структуры, выявляют в тектонических образованиях локальные антиклинальные поднятия и неструктурные ловушки, устанавливают границы локальных антиклинальных поднятий и неструктурных ловушек, прогнозируют их нефтегазоносность и производят бурение разведочных скважин в локальных антиклинальных поднятиях и неструктурных ловушках.

Однако известный по прототипу способ прямого поиска и разведки нефтегазовых залежей в тектонически осложненных структурах осадочной толщи дает возможность осуществлять прямой поиск нефти и газа только в локальных антиклинальных поднятиях. В неструктурных ловушках прямой поиск нефти и газа способом по прототипу невозможен.

Кроме того, способ по прототипу не обеспечивает достаточной точности выделения продуктивных пластов, подтверждения их нефтегазоносности и не обеспечивает возможность определения положения водо-нефтяного контакта (ВНК).

Из-за недостаточной точности выделения продуктивных пластов и слабого подтверждения их нефтегазоносности требуется бурить дополнительное количество разведочных скважин, что значительно увеличивает затраты.

Основной целью изобретения является обеспечение возможности осуществлять прямой поиск нефти и газа в неструктурных ловушках в платформенных и орогенных областях осадочных бассейнов.

Кроме того, целью изобретения является повышение точности выделения продуктивных пластов и достоверное подтверждение их нефтегазоносности и продуктивности как в локальных антиклинальных поднятиях, так и в неструктурных ловушках в тектонических образованиях сложных и составных структур осадочной толщи.

Еще одной целью изобретения является создание возможности определения различных положений поверхности ВНК в тектонических образованиях сложных и составных структур осадочной толщи.

Еще одной целью изобретения является значительное сокращение затрат при проведении работ по заявляемому способу за счет полного исключения бурения поисковых скважин и сокращения бурения разведочных скважин.

Еще одной целью изобретения является обеспечение условий и требований по охране земных недр и окружающей природной среды при поиске, разведке и разработке полезных ископаемых.

Для достижения поставленных целей изобретения в известном способе прямого поиска и разведки нефтегазовых залежей в тектонически осложненных структурах осадочной толщи, включающем проведение сейсмических исследований на площадях сложной и составной геологической структуры, выделение по данным сейсмических исследований тектонических образований структуры, выявление в них локальных антиклинальных поднятий и неструктурных ловушек, установление их границ, прогнозирование их нефтегазоносности и бурение разведочных скважин в локальных антиклинальных поднятиях и неструктурных ловушках, в совокупности с вышеизложенными известными операциями предложено осуществлять указанные ниже новые операции, согласно которым по результатам сейсмических исследований для каждого тектонического образования сложной и составной геологической структуры по всей осадочной толще по двум и более отражающим горизонтам дополнительно определяют комплексный параметр конвективной деформированности и коэффициент деформированной складчатости горных пород, по значениям которых определяют потенциальную продуктивность ловушек разного типа, выделяют в разновозрастных терригенных структурах облекания площадные участки с монолитным и расчлененным строением залежей углеводородов (УВ), выделяют продуктивные пласты с наибольшими толщинами деформированной складчатости горных пород каждого тектонического образования сложной и составной геологической структуры, определяют их границы, определяют контур деформированности горных пород, определяют положение поверхностей ВНК на площадных участках монолитного и расчлененного строения залежи УВ, а в пределах продуктивных песчаных тел с наибольшими толщинами деформированной складчатости и на площадных участках с монолитным строением залежи УВ производят целевое разведочное бурение, при этом бурение скважин ведут до отметок глубины залегания контура деформированности горных пород в терригенных структурах облекания разного возраста и в погребенных под ними карбонатных отложениях в нефтегазосодержащих локальных антиклинальных поднятиях и неструктурных ловушках каждого тектонического образования сложных и составных геологических структур по всей осадочной толще.

Из общедоступных источников патентной и научно-технической информации нам не известны способы прямого поиска и разведки нефтегазовых залежей в тектонически осложненных структурах осадочной толщи, в которых вместе с изложенными выше известными операциями в совокупности были бы использованы указанные выше предложенные нами новые существенные признаки способа, обеспечивающие заявляемому способу получение нового технического результата, изложенного в целях изобретения.

Предлагаемый способ не следует из существующего уровня техники, а его отличительные признаки не совпадают с существенными признаками известных способов прямого поиска и разведки нефтегазовых залежей в тектонически осложненных структурах осадочной толщи.

Предлагаемый способ прямого поиска и разведки нефтегазовых залежей в тектонически осложненных структурах осадочной толщи базируется на законах нелинейной термодинамики и принципах синергизма (самоорганизации), которые предлагается применить для изучения природных динамических систем литосферы. Процесс самоорганизации по мнению авторов изобретения является основным фундаментальным свойством эволюционного развития неравновесных природных динамических систем. В результате взаимодействия переменных во времени геотемпературного мантийного и гравитационного силового полей совершенно независимо друг от друга формируются природные динамические системы с различным неравновесным энергетически неустойчивым состоянием как по глубине, так и по латерали осадочного чехла. На основе статистических законов и закономерностей установлено, что статистический градиент температуры и гравитационный потенциал преобразуются в источник дополнительной внутренней энергии, с которой связано возникновение нового состояния вещества, а именно - горных пород. Также было установлено, что эти процессы обуславливают появление новых пространственно-временных структур, которые, в частности в природной динамической системе - осадочной толще, выражаются закономерным чередованием по глубине разреза региональных и локальных зон уплотнения и разуплотнения горных пород. Последние, как было установлено, являются местоскоплением углеводородов и других полезных ископаемых. Различные уровни энергетически неустойчивого состояния природной динамической системы являются результатом конвективной деформированности горных пород, которая характеризуется как нелинейный процесс, происходящий в любой неустойчивой природной динамической системе, и одновременно определяет статическое состояние деформированности, постоянно существующее во времени и проявляющееся в каждой точке пространства осадочной толщи.

Другое фундаментальное свойство эволюционного развития неравновесной природной динамической системы заключается в том, что объем, занятый ее элементами, остается постоянным во времени в фазовом пространстве вероятностных состояний, а его форма может сильно изменяться. Преобразование неравновесной природной динамической системы, в частности части осадочной толщи, может быть определено статистическими уравнениями движения, где динамические переменные - вертикальные и горизонтальные координаты фазового пространства вероятностных состояний - играют различные роли, а именно: горизонтальные координаты - координаты растяжения, определяют гипсометрические уровни поверхностей, в частности, отметки поверхностей хроностратиграфических комплексов осадочной толщи, а вертикальные координаты - координаты сжатия, определяют толщины между этими поверхностями. Результирующая составляющая координата - совокупность фазового объема вероятностных состояний неравновесной природной системы характеризует конвективную деформированность горных пород части осадочной толщи.

Было установлено, что конвективная деформированность горных пород в осадочном чехле является прямым поисковым признаком на нефть и газ и другие полезные ископаемые. Различные уровни энергетически неустойчивого состояния природной динамической системы оказывают влияние и принимают непосредственное участие в формировании миграционных фильтрационных потоков флюидов, что находится в полном соответствии с фундаментальными свойствами динамической эволюции природных систем.

На фиг. 1 дана совмещенная со структурным планом схематическая карта изменения значений комплексного параметра конвективной деформированности горных пород, характеризующего потенциальную продуктивность терригенной структуры облекания; на фиг. 2 - совмещенная со структурным планом схематическая карта изменения коэффициента деформированной складчатости горных пород, на которой выделяются продуктивные песчаные тела наибольшей толщины.

Предлагаемый способ являет собой пример прямого поиска нефти и газа методом сейсмической разведки, в частности пространственной сейсморазведки, в тектонически осложненных структурах осадочной толщи. Способ включает непрерывный цикл исследований, а именно: выявление, подготовку нефтегазоперспективных антиклинальных поднятий и неструктурных ловушек на площадях сложных и составных геологических структур, определение их границ и пространственных размеров, определение положения поверхности ВНК и производство в них целевого разведочного бурения для фактического подтверждения и оценки выявленных продуктивных пластов.

По результатам сейсмических исследований известными способами находят два и более отражающих горизонта или две и более отражающие границы (ОГ), которые отображают соответственно подошву и кровлю терригенной структуры облекания и погребенных под ними карбонатных отложений разного возраста по всей осадочной толще. По результатам сейсмических исследований выделяют в разрезе одну, две или более регионально выдержанные терригенные структуры облекания, например, для Волго-Уральской нефтегазоносной провинции - структуры облекания визейского и девонского возрастов. При этом известными способами определяют: максимальные , минимальные и изменяющиеся значения абсолютных отметок в метрах подошвы терригенной структуры облекания. Формирование значений глубинных отметок в течение геологического времени по разрезу в любой неравновесной природной динамической системе обязано законам и закономерностям нелинейной термодинамики и синергетики. Согласно этим законам и закономерностям глубины идентифицируются со значениями статистических параметров геотемпературного поля, в данном случае максимальных т_мак, минимальных т_мин и изменяющихся т_i статистических величин, таких как температура. Затем рассчитывают максимальные толщины в метрах Н_мак(т_мак), минимальные толщины Н_мин(т_мин) и изменяющиеся толщины Н_i (т_i) в терригенной структуре облекания определенного возраста и в погребенных под ней карбонатных отложениях в пределах определенных хроностратиграфических границ цикла осадконакопления.

По уравнению (1) вычисляют коэффициент конвективно-деформационного развития горных пород К Δт_ст. терригенной структуры облекания каждого возраста и погребенных под ними карбонатных отложений:

безразмерный параметр.

Коэффициент конвективно-деформационного развития горных пород К (Δт_ст.) рассчитывают как для всей терригенной структуры облекания каждого возраста или погребенных под ними карбонатных отложений, так и для отдельных участков, зон, блоков. Для этой цели по каждой точке пространственных сейсмических исследований (например, 2Д, 3Д) или отдельных линейных сейсмопрофилей по уравнению (2) рассчитывают коэффициенты конвективно-деформационного развития горных пород K_i(Δт_ст.) отдельных участков, зон, блоков разновозрастных терригенных структур облекания и погребенных под ними карбонатных отложений
,
безразмерный параметр
Для описания неравновесного энергетически неустойчивого состояния природной динамической системы, например терригенной структуры облекания, применено уравнение вероятностных состояний системы Н (Х)
,
где - cумма вероятностей неравновесного энергетически неустойчивого состояния системы, безразмерный параметр;
lgp_i - логарифм вероятностей неравновесного энергетически неустойчивого состояния элемента, подсистемы, безразмерный параметр.

Комплексный параметр конвективной деформированности горных пород А_к определяют на основе уравнения (3) с применением коэффициента конвективно-деформационного развития горных пород терригенной структуры облекания определенного возраста К (Δт_ст.), определяемый по (1), представляющего сумму вероятностей неравновесного состояния всей системы , и коэффициента конвективно-деформационного развития горных пород участка, зоны, блока терригенной структуры облекания К_i (), определяемой по (2), представляющего логарифмы вероятностей неравновесного состояния подсистемы lgp_i, по уравнению (4) ,
безразмерный параметр.

По величине комплексного параметра конвективной деформированности горных пород А_к производят количественную оценку влияния различных уровней энергетически неустойчивого состояния части осадочной толщи, например терригенных структур облекания антиклинальных поднятий или неструктурных антиклинальных ловушек, на их потенциальную продуктивность.

Далее определяют коэффициент деформированной складчатости горных пород h ((ΔΔт_ст.)) по уравнению (5)
,
где - приращение гипсометрических отметок в метрах между максимальной глубиной подошвы терригенной структуры облекания и изменяющейся глубиной подошвы структуры облекания в каждой точке по всей сети или отдельным сейсмопрофилям или скважинам , которое определяют по уравнению (6).

,
- приращение деформированных толщин горных пород терригенной структуры облекания определенного возраста между изменяющимися толщинами Н_i(т_i) и минимальной толщиной Н_мин(т_мин) в каждой точке по всей сети сейсмопрофилей, или по отдельным сейсмопрофилям, или скважинам, которое определяют по уравнению (7).

Величины коэффициента деформированной складчатости горных пород h (ΔΔт_ст.), определяемые по уравнению (5), отражают разные уровни деформированной складчатости песчаных тел в метрах во вмещающей их равновесной среде терригенной структуры облекания определенного возраста. По величинам комплексного параметра конвективной деформированности горных пород А_к в приподнятых деформированных блоках определяют площадной участок монолитного строения залежи УВ, который одновременно является ловушкой углеводородов и характеризуется единым положением поверхности ВНК в терригенных и карбонатных продуктивных отложениях, в частности продуктивные пласты яснополянского (малиновского) надгоризонтов и турнейского яруса, например нефтяные месторождения Пермского Прикамья, имеют общий ВНК. По величинам комплексного параметра А_к определяют также площадной участок с расчлененным строением нефтяной залежи, имеющий различные положения поверхностей ВНК для терригенных и карбонатных продуктивных пластов.

По показателю комплексного параметра конвективной деформированности горных пород А_к выделяют на границе между приподнятыми и опущенными деформированными блоками неизменную часть терригенной структуры облекания, которая сформирована в результате закономерного чередования указанных блоков по глубине разреза, одновременно являющаяся зоной сочленения продуктивных пластов разного возраста, зоной скрытой отдельности горных пород (зоной трещиноватости), к которой приурочен контур деформированности горных пород, и которая является одним из основных местоскоплений УВ на многопластовых нефтяных месторождениях.

По величинам изменения комплексного параметра деформированности А_к и коэффициента деформированной складчатости горных пород h (ΔΔт_ст.), в частности для песчаных тел в терригенной структуре облекания, определяют пространственное геометрическое распределение песчаных тел по глубине разреза и по латерали, производят их оконтуривание и дифференцированную оценку толщин песчаников, определяют песчаные тела с наибольшими толщинами для каждого участка, зоны, блока (фиг.2).

По величинам изменения комплексного параметра конвективной деформированности А_к и коэффициента деформированной складчатости горных пород h (ΔΔт_ст.) производят построение схематических карт в изолиниях и их сопоставление со структурным планом (фиг. 1 и 2), а также объемные графические построения для целей моделирования пространственного распределения песчаных тел различной толщины как по глубине разреза, так и по латерали.

На основе схематических карт изменения указанных параметров в терригенной структуре облекания, в частности или визейского, или девонского возраста, выделяют по этим параметрам и производят дифференцированное оконтуривание каждого песчаного тела с наибольшими толщинами, а на площадных участках с монолитным строением залежи, точнее, в приподнятых блоках с максимальным показателем деформированности горных пород терригенной структуры облекания и в погребенных под ними карбонатных отложениях, имеющих общую поверхность ВНК, выделяют литологически экранированные залежи УВ. Погребенные карбонатные отложения также разделяются на площадные участки монолитного и расчлененного строения залежи УВ, которые соответственно характеризуются, в первом случае, общим ВНК, в частности, для продуктивных пластов яснополянского надгоризонта и турнейского яруса; во втором случае, характеризуются различным ВНК для яснополянского надгоризонта и турнейского яруса. В погребенных карбонатных отложениях на площадном участке с расчлененным строением залежи УВ производят их дифференцированную оценку по степени разуплотнения горных пород, затем на площадном участке с расчлененным строением производят оконтуривание на участки, зоны, блоки как с регионально, так и с локально выдержанной трещиноватостью.

Затем проектируют проведение целевого разведочного бурения на каждом площадном участке монолитного строения с максимальными значениями комплексного параметра конвективной деформированности горных пород для разведки погребенных продуктивных отложений (фиг. 1, скважины 1, 2, 3 и 4). На каждом участке песчаных тел с наибольшей толщиной проектируют разведочные скважины 5, 6, 7 и 8 (фиг.2).

Причем глубины скважин проектируют до отметок глубин залегания контура деформированности горных пород как в терригенных структурах облекания каждого возраста, так и в погребенных под ними карбонатных отложениях.

По полученным скважинным данным и сейсмическим материалам производят построение традиционных карт и схем (структурные карты, карты толщин и т.д.) с целью составления технологических схем по заложению скважин по всем продуктивным пластам, объектам на вновь вводимых структурах, площадях.

Объемы сейсмических исследований и исследований скважин в процессе реализации предлагаемого способа не превышают тех объемов работ, которые обычно выполняются в настоящее время по известным способам, не требуется проведения каких-либо новых или дополнительных исследований, не требуется привлекать какие-либо новые исследовательские приборы.

Способ может быть реализован всеми разведочными и нефтегазодобывающими предприятиями России непосредственно уже в настоящее время.

Кроме достижения нового технического результата, указанного в цели изобретения, поиск и разведка на нефть и газ по предлагаемому способу в процессе разработки месторождений дополнительно гарантируют полное исключение бурение непродуктивных "сухих" скважин и обеспечение по каждой пробуренной скважине фактическое достижение прогнозной производительности.

Предлагаемый способ гарантирует экологически сбалансированное недропользование.

Использование: в нефтяной промышленности для обеспечения прямого поиска нефти и газа в неструктурных ловушках, высокоточного определения продуктивных пластов (ПП) и их потенциальной продуктивности (П), определения положения водо-нефтяного контакта (ВНК) и экологически сбалансированное недропользование. Сущность: по данным сейсмических исследований по двум и более отражающим горизонтам осадочной толщи определяют комплексный параметр конвективной деформированности и коэффициент деформированной складчатости горных пород, по их значениям определяют потенциальную продуктивность ловушек, выделяют площадные участки с монолитным и расчлененным строением залежей углеводородов, определяют контур деформированности горных пород и положение ВНК. В пределах продуктивных песчаных тел производят целевое разведочное бурение, которое ведут до отметок глубины залегания контура деформированности горных пород в терригенных структурах облекания и в погребенных под ними карбонатных отложений по всей осадочной толще. 2 ил.

Способ прямого поиска и разведки нефтегазовых залежей в тектонически осложненных структурах осадочной толщи, включающий проведение сейсмических исследований на площадях сложной и составной геологической структуры, выделение по данным сейсмических исследований тектонических образований структуры, выявление в них локальных антиклинальных поднятий и неструктурных ловушек, установление их границ, прогнозирование их нефтегазоносности и бурение разведочных скважин в локальных антиклинальных поднятиях и неструктурынх ловушках, отличающийся тем, что по результатам сейсмических исследований для каждого тектонического образования сложной и составной геологической структуры по всей осадочной толще по двум и более отражающим горизонтам дополнительно определяют комплексный параметр конвективной деформированности и коэффициент деформированной складчатости горных пород, по значениям которых определяют потенциальную продуктивность ловушек разного типа, выделяют в разновозрастных терригенных структурах облекания площадные участки с монолитным и расчлененным строением залежей углеводородов (УВ), выделяют продуктивные пласты с наибольшими толщинами деформированной складчатости горных пород каждого тектонического образования сложной и составной геологической структуры, определяют их границы, определяют контур деформированности горных пород, определяют положение поверхностей ВНК на площадных участках монолитного и расчлененного строения залежи УВ, а в пределах продуктивных песчанных тел с наибольшими толщинами деформированной складчатости и на площадных участках с монолитным строением залежи УВ производят целевое разведочное бурение, при этом бурение скважин ведут до отметок глубины залегания контура деформированности горных пород в терригенных структурах облекания разного возраста и в погребенных под ними карбонатных отложениях в нефтегазосодержащих локальных антиклинальных поднятиях и неструктурных ловушках каждого тектонического образования сложных и составных геологических структур по всей осадочной толще.