СПОСОБ ПРЯМЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПОИСКОВ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 2001 года по МПК G01V9/00 

Изобретение относится к прямым геохимическим методам поисков углеводородов и может быть использовано для локального прогноза залежей нефти и газа на предположительно перспективных площадях.

Известны геохимические способы поисков месторождений нефти и газа, основанные на отборе проб в пределах изучаемых структур, определении в них содержания различных химических элементов, в том числе кальция. По аномальным значениям концентраций определяемых элементов судят о нефтегазоносности изучаемой структуры (авт. свидетельство СССР N 1287084, от G 01 V 9/00, авт. свидетельство СССР N 1374164, G 01 V 9/00).

Известен способ определения генезиса карбонатных пород (авт. свидетельство СССР N 1163302, G 01 V 9/00), позволяющий судить о коллекторских свойствах изучаемых карбонатных толщ. Способ включает отбор геологических проб, проведение спектрального анализа в режиме, обеспечивающем независимость температуры дугового разряда от валового состава пробы, определение интенсивности (Lg J) аналитических линий кальция (Ca 272,16 нм) и магния (Mg 279,08 нм), а по ним - ориентировочных концентраций этих элементов. Значения последних сравнивают с истинными концентрациями, полученными количественными методами, например атомно-абсорбционным. По результатам сравнения судят о генезисе карбонатных пород и, соответственно, о перспективности толщи, сложенной этими породами, в качестве возможного коллектора для залежи углеводородов.

Недостатком описанных способов является недостаточная достоверность полученной информации, вследствие отсутствия надежного критерия, обеспечивающего локальное выявление перспективных нефтегазоносных структур.

Задачей изобретения является создание достоверного способа прямых геохимических поисков залежей углеводородов путем использования генетической информации формирования минерального состава подпочвенных отложений, расположенных над залежами УВ.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе прямых геохимических поисков углеводородов, включающем отбор проб подпочвенных отложений по профилям, пересекающим исследуемую площадь, определение в пробах истинной концентрации C_ист кальция количественным методом и ориентировочной концентрации C_ор кальция путем спектрального анализа методом просыпки - воздушного дутья в режиме, обеспечивающем независимость температуры дугового разряда от валового состава проб, согласно изобретению в пробах дополнительно проводят определение потерь при прокаливании (ППП), а ориентировочную концентрацию C_ор кальция определяют по аналитическим линиям Cal 300.68 нм и/или Cal 272.16 нм, позволяющим вести работу в широком диапазоне концентраций, вычисляют коэффициент (КГИ) генетической информации для каждой пробы КГИ= C_ист/C_ор, где C_ист - истинная, C_ор - ориентировочная концентрации кальция, а суждение о наличии на глубине непродуктивной, продуктивной, краевой (геохимический барьер) зон залежи УВ и зоны ВНК (водонефтяного контакта) выносят по совокупности значений ППП и КГИ для линий кальция в образцах подпочвенных отложений следующим образом (см. таблицу 1).

Кроме того, полученные значения КГИ для кальция в соответствии с точками отбора проб наносят на карту исследуемой площади, соединяют изолиниями близкие значения КГИ, в результате чего на площади выделяют: непродуктивную, продуктивную, краевую зоны залежи УВ и зону ВНК (водонефтяного контакта).

На чертеже приведен фрагмент поверхностного геохимического поля нефтегазоносного участка юга Красноярского края, иллюстрирующий реализацию способа, где 1-3 - точки отбора проб с изменениями пород вторичными процессами под влиянием воздействия УВ и сопутствующих газов; 4 - то же, с интенсивным вторичным карбонатообразованием в условиях бактерицидного окисления и подтока углекислого газа на границе залежи; 5 - то же, с отсутствием вторичных процессов изменения пород; 6-7 - линии границ залежи, соответственно внутренней (геохимический барьер) и внешней (биогеохимический барьер); 8-10 - зоны, выделенные по значениям КГИ для кальция: 8 - зона восстановительного эпигенеза в контуре залежи, 9 - зона окислительного эпигенеза за контуром залежи и 10 - граничная зона (зона ВНК); 11 - 13 - пробуренные скважины: продуктивная нефтяная (11), водная (12) и сухая (13).

Основой способа являются установленные авторами на эталонных площадях критерии выявления зон поверхностного геохимического поля, расположенного над залежами УВ. В частности, установлено, что подпочвенные отложения, поднятые с глубины 1.2 - 1.5 м, из расчета вскрытия горизонта, расположенного ниже зоны поверхностного газообмена, насыщены углеводородными (метан, этан, пропан) и сопутствующими (CO₂, CO, H₂O, N₂, H₂) газами.

Повышенные содержания ППП, которые для этих суглинков составляют более 4%, связаны (по данным рентгено-структурного анализа) с процессами вторичной минерализации, среди которых выделяются: карбонатные (кальцит, доломит), глинистые (смешанослойные иллит-монтмориллонит) и гидратированные кремнистые (опал, халцедон) минералы.

Выяснено, что наиболее информативным, чутко реагирующим на изменение условий реакционной среды, является кальций, минералы которого могут формироваться в щелочных (pH1≥7.0) условиях, с температуры Т ≥ 18^oC при наличии подтока CO₂, независимо от окислительно-восстановительных условий среды. В то же время подток углеводородных газов, поступающих из залежи, обеспечивает формирование локальных участков с восстановительными условиями, где слабый процесс образования карбонатных минералов идет совместно с процессами глинизации и слабого окремнения.

По закономерностям штарк-эффекта на примере аналитической линии Cal 272.16 нм установлено, что формирование карбонатов кальция может происходить в щелочной (pH≥7.0) среде в условиях: а) наведенной поляризации - преобладание электрического вектора (E) и вертикальной ориентации гибридизированной орбитали связи CaO - CO₂, б) нормального теплового поля - преобладание магнитного вектора (Н) и горизонтальной ориентации гибридизированной орбитали связи при значении спина s = 1/2, в) повышенного теплового поля - по правилу Хунда изменение спина s = - 1/2, спин-спиновое взаимодействие при формировании гибридизированной орбитали связи, приводящее к увеличению величины магнитной восприимчивости системы.

Таким образом, ориентировочные концентрации (С_ор) кальция, полученные по интенсивности линии Cal 272.16 нм, в некоторых случаях могут быть далеки от истинных, поэтому вычисляют отношение С_ист,/С_ор, названное коэффициентом генетической информации (КГИ), величина которого меняется квантометрически и для окислительных условий (Eh>0) может принимать значения: 0.5; 0.67; 1.0 соответственно для поляризованных нормальных и высокотемпературных кристаллов; в восстановительных условиях (Eh<0) среды для поляризованных и нормальных кристаллов значения КГИ, соответственно, меняются как 0.17; 0.22. В переходных (Eh=O) условиях - 0.33 ≤ КГИ ≤ 0.5 (краевая зона или зона ВНК).

Для линии Cal 300.68 нм (электронный переход dp-p), по изменению интенсивности которой судят о слабо протекающих процессах образования вторичных карбонатов в поверхностном геохимическом поле над залежью УВ, значения КГИ для условий восстановительного эпигенеза (Eh<0) меняются в интервале 0.11-0.22. Проявление условий окислительного эпигенеза (Eh>0) начинается со значения КГИ= 0.5. Значения КГИ=0.67-1.5 свидетельствуют об отсутствии влияния подтока УВ газов. Краевая зона и зона ВНK по линии Cal 300.68 нм выделяются по значениям 0.33 ≤ КГИ ≤ 0.5.

Примером осуществления предлагаемого способа может быть следующая последовательность операций.

На территории тектонически напряженной площади, перспективной на залежь УВ, но линейным профилям, пересекающим площадь в разных направлениях, из шурфов с глубины 1.2-1.5±0.1 м (из расчета вскрытия горизонта, расположенного ниже зоны поверхностного газообмена) производят отбор проб подпочвенных отложений. Расстояние между точками пробоотбора составляет 0.5 - 1.0 км.

Пробы подпочвенных отложений упаковываются в плотные целлофановые мешки. В лабораторных условиях пробы высушиваются при комнатной температуре до постоянного веса, измельчаются вручную в фарфоровой ступке для избежания механических реакций при машинном истирании. С помощью сит ведется разделение проб по фракциям: 0.1 - 0.25; 0.25 - 0.5 и т.д. Фракция 0.1 - 0.25 растирается до пудры 0.07 мм и поступает на определение ППП (потерь при прокаливании), атомно-абсорбционный анализ с определением истинной концентрации С_ист кальция и спектральный анализ с определением ориентировочной концентрации С_ор кальция.

Спектральный анализ проводят в режиме, обеспечивающем независимость температуры дугового разряда от валового состава проб: время экспонирования t= 15 с, масса просыпаемого порошка породы с крупностью частиц 0.04-0.07 мм m= 60±5 мг, фаза поджига дуги переменного тока ϕ = 90+5^°, сила тока i=34±0,5А, скорость воздушной струи, стабилизирующей дуговой разряд, v=7±0.5 м/с.

Ориентировочную концентрацию кальция для проб с 4≤ППП<9.9% определяют по аналитической линии Cal 300.68 нм, для проб с ППП > 10% - по линии Cal 272.16 нм, появляющейся в спектре с содержания CaO > 10%; после этого, определяют значение коэффициента генетической информации КГИ C_ист/C_ор, где C_ист - значение истинной концентрации кальция в пробе, C_ор - значение ориентировочной концентрации кальция. По сочетанию значений КГИ и ППП в соответствии с критериями, приведенными в таблице 2, судят о перспективности исследуемой площади.

Полученные значения КГИ в соответствии с точками отбора проб наносят на карту исследуемой площади; точки с близкими значениями КГИ соединяют изолиниями и, соответственно, выделяют: продуктивную, непродуктивную зоны и зону водонефтяного контакта.

В качестве примера реализации способа на чертеже приведен фрагмент поверхностного геохимического поля нефтегазоносного участка юга Красноярского края с нанесенными изолиниями КГИ для кальция, позволившими выделить три площади (8) восстановительного эпигенеза, расположенные в контуре залежи УВ, и обрамленные зонами (10) предполагаемого ВНК с их внутренними (6) и внешними (7) границами. За пределами последних на западе и частично на северо-востоке простираются зоны (9) окислительного эпигенеза, не подвергавшиеся воздействию углеводородных газов вне контура залежи.

Результаты испытаний пробуренных на изучаемой территории скважин: 1, 2, 3 - показали, что скв. 1 (11 - продуктивная нефтяная с притоком нефти 40 м³/сут) расположена в центре зоны 8а, выделяемой точками отбора проб 1, 2, со значениями КГИ 0.17-0.22, классифицируется, согласно данному способу, как продуктивная. Скв. 2 (12, дающая приток воды 14 м³/сут) пробурена вблизи внутренней границы (6) залежи, выделяемой точками отбора проб 3 в области геохимического барьера (КГИ= 0.33±0.02). Скв. 3 (13 - сухая) расположена ближе к внешней границе (7) зоны предполагаемого ВНК (точки отбора проб 4, 5; соответствующие значения КГИ=0.5±0.02, КГИ≥0.67). Совпадение выделенных, различных по продуктивности зон с результатами испытаний пробуренных скважин свидетельствуют об эффективности предлагаемого способа.

Использование: для локального прогноза залежей углеводородов. Сущность: отбирают пробы подпочвенных отложений по профилям, пересекающим исследуемую площадь. Определяют в пробах истинную концентрацию С_ист кальция количественным методом и ориентировочную концентрацию С_ор кальция путем спектрального анализа методом просыпки воздушного дутья в режиме, обеспечивающем независимость температуры дугового разряда от валового состава проб. В пробах дополнительно проводят определение потерь при прокаливании (ППП). Ориентировочную концентрацию С_ор кальция определяют по аналитическим линиям Са1 300,68 нм и/или Са1 272,16 нм. Вычисляют коэффициент генетической информации (КГИ) для каждой пробы КГИ=С_ист/С_ор, где С_ист - истинная, С_ор - ориентировочная концентрации кальция. Суждение о наличии на глубине непродуктивной, продуктивной, краевой (геохимический барьер) зон залежи УВ и зоны ВНК выносят по совокупности значений ППП и КГИ для линий кальция в образцах подпочвенных отложений. Технический результат: повышение достоверности способа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ прямых геохимических поисков залежей углеводородов, включающий отбор проб подпочвенных отложений по профилям, пересекающим исследуемую площадь, определение в пробах истинной концентрации С_ист кальция количественным методом и ориентировочной концентрации С_ор кальция путем проведения спектрального анализа методом просыпки - воздушного дутья в режиме, обеспечивающем независимость температуры дугового разряда от валового состава проб, отличающийся тем, что, в пробах дополнительно проводят определение потерь при прокаливании (ППП), а ориентировочную концентрацию С_ор кальция определяют по аналитическим линиям Саl 300,68 нм и/или Са1 272,16 нм, вычисляют коэффициент генетической информации для каждой пробы КГИ=С_ист/С_ор, где С_ист - значение истинной концентрации кальция в пробе, С_ор - значение ориентировочной концентрации кальция в пробе, а суждение о наличии на глубине непродуктивной, продуктивной, краевой (геохимический барьер) зон залежи УВ и зоны ВНК (водонефтяного контакта) выносят по совокупности значений ППП и КГИ для линий кальция в образцах подпочвенных отложений (см. графическую часть). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученные значения КГИ для кальция в соответствии с точками отбора проб наносят на карту исследуемой площади, соединяют изолиниями близкие значения КГИ, в результате чего на площади выделяют непродуктивную, продуктивную, краевую зоны залежи УВ и зону ВНК (водонефтяного контакта).