СПОСОБ ГЕОХИМИЧЕСКОГО ПОИСКА НЕФТЕГАЗОВОЙ ЗАЛЕЖИ Российский патент 2002 года по МПК G01V9/00 

Изобретение относится к области геохимических поисков нефтегазовых месторождений и может быть использовано при поисковых работах на нефть и газ.

Известен геохимический способ поиска месторождений нефти и газа, который предусматривает отбор образцов по определенной сетке с глубины не менее 3 м и определение содержания в них свободного металла, например железа. Установлено, что над нефтяным месторождением содержание металла в пробах резко увеличивается. По предпочтительному варианту, образцы обрабатывают сильными кислотами, например соляной. При этом происходит выделение водорода, по его количеству судят о содержании железа в образце. Карбонаты предварительно обрабатывают другим peaгентом, не взаимодействующим с металлами, например хлоридом аммония (Пат. США 2 278 929, НКИ 23-230, 1942 г.).

Известен геохимический способ поисков нефтегазовых месторождений, включающий отбор проб подпочвенного слоя, а также керна или шлама при бурении скважин, их анализ на содержание закисных форм металлов, например двухвалентного железа (Пат. США 2310 292, НКИ 23-232, 1948 г.).

Недостатком известных технических решений является недостаточная точность способа, поскольку поиск ведется по одному элементу, в частности железу или его закисным формам.

Известен способ геохимических поисков залежей нефти и газа, включающий извлечение подвижных форм химических элементов из горных пород, анализ вытяжек, причем непосредственно в точке опробования производят раздельное извлечение растворимых в слабой кислоте и водорастворимых форм металлов, а нефтегазовые залежи выявляют по совпадению аномально повышенных значений произведений нормированных концентраций металлов, растворимых в слабой кислоте, и аномально пониженных значений этого параметра для водорастворимых форм (А. с. 1 224 764, МКИ 4 G 01 V 9/00, БИ 14,1986, с. 199).

Известен способ геохимической разведки, включающий отбор горных пород и растительности вдоль водотоков, разделение проб горных пород на две фракции - более 0,1 мм и менее 0,1 мм, первую анализируют на Si, Al, Ti, Y, вторую на Нg, пробы растительности - на Ва, Си, Pb, Zn и Ag, результаты анализов фракции более 0,1 мм и проб растительности пересчитывают на соответствующие аддитивные показатели нормированных концентраций, строят карты распределения указанных аддитивных показателей и Hg и отождествляют объекты, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей и Hg в рядах Si, Al, Ti и Y-Ba, Си, Pb, Zn и Ag-Hg, Ва, Си, Pb, Zn и Ag-Si, Al, Ti и Y, с нефтегазоперспективными участками (А.с. СССР 1 786 460, МКИ 5 G 01 V 9/00, 1990 г.).

Известен геохимический способ поисков углеводородов, заключающийся в отборе проб в каждой точке наблюдения из верхнего гумусового горизонта Al и обогащенного железомарганцевыми соединениями горизонта С, причем из пробы горизонта Al 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 отобранных проб одного из указанных горизонтов под действием постоянного электрического тока производят экстракцию элементов-индикаторов углеводородов в электроподвижных формах, определяют концентрацию 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 нефтегазовых провинций, областей, месторождений или отдельных залежей в зависимости от масштаба опробования (Пат. РФ 2 097 796, МПК 6 G 01 V 9/00, БИ 33, 1997 г., с. 465).

Недостатком известных способов является их трудоемкость и большие материальные затраты.

Техническая задача изобретения состоит в разработке нового способа поиска нефтегазовой залежи при проведении поисковых работ.

Технический результат - повышение эффективности поисковых работ на нефть и газ за счет повышения информативности и достоверности способа при снижении материальных затрат.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе геохимического поиска нефтегазовой залежи, включающем отбор проб из-под пахотного слоя по определенной сети, их анализ на содержание химических элементов и определение наличия нефтегазовой залежи на исследуемой площади, согласно изобретению, сначала отбор проб ведут с известных площадей, расположенных над нефтегазовыми залежами (НГС - нефтегазосодержащие) и с площадей, где отсутствуют нефтегазовые залежи (НГН - нефтегазонесодержащие), определяют в пробах содержание всех присутствующих химических элементов или используют известные данные о содержании химических элементов на этих площадях, методом многомерного дискриминантного анализа находят значение канонической дискриминантной функции - КДФ и выявляют линейные комбинации содержания химических элементов, показывающие максимально возможное различие между НГС- и НГН-площадями, выделяют совокупность значимых химических элементов, определяют уровень значения КДФ, гарантирующий наличие НГС-залежи, затем по выбранной совокупности значимых химических элементов находят значения КДФ в точках отбора исследуемой площади, составляют электронные геохимические профили, на них выделяют точки, в которых КДФ превышает найденный уровень, гарантирующий заданную вероятность нахождения НГС-залежи.

Сущность изобретения заключается в следующем. В почвенном покрове над залежами нефти присутствуют специфические парагенетические ассоциации химических элементов, возникающие в процессе вертикальной миграции глубинных флюидов, содержащих углеводороды. Общий мантийный источник глубинных флюидов, содержащих углеводороды и рудные элементы, обычно связанных в платформенных условиях с глубинными разломами (Hg, Мо), ультрамафит-мафитовыми (Fe, Mi, Со, Сr, Mn, Ti, V, Ва) и ультрамафит-щелочными (Na, Zr, Ga, Sr, Sc, Nb) интрузиями, предопределяет возможность их вертикальной миграции в составе комплексных соединений вплоть до земной поверхности с образованием в почвенном покрове своеобразных парагенетических ассоциаций элементов. Путем математической обработки или и сопутствующие им элементы преобразуются в линейные диагностические комбинации, показывающие максимально возможные различия между НГС- и НГН-площадями, и поэтому такие комбинации могут использоваться в качестве геохимических показателей нефтегазоносности недр. Над нефтегазовым месторождением при изменяющихся условиях среды содержание металлов-индикаторов в пробах изменяется, в связи с чем может происходить как накопление, так и потеря элементов - индикаторов.

В заявляемом способе в отличие от найденных аналогов выявление нефтегазосодержащих площадей проводят не по одному или нескольким химическим элементам-индикаторам в отдельности, сопутствующих НГС-площадям, а по совокупности содержания всех значимых химических элементов, вынесенных в подпахотный слой почвы в процессе их миграции, что повышает информативность и достоверность способа. Процесс выделения значимых химических элементов осуществляют с использованием метода многомерного дискриминантного анализа. Задача заключается в нахождении методом многомерного дискриминантного анализа такой линейной комбинации содержания химических элементов в известных пробах, которая даст максимально возможное различие между НГС- и НГН- площадями. Тогда неизвестные исследуемые пробы можно будет разделить на НГС- и НГН-содержащие на основе полученной линейной дискриминантной функции, построенной по выявленным значимым химическим элементам в однотипных породах.

Для достижения технического результата при осуществлении изобретения наряду с пробами с исследуемых площадей отбирают пробы из-под пахотного слоя с площадей, расположенных над известными нефтегазовыми залежами (НГС- нефтегазосодержащие) и с площадей, где отсутствуют нефтегазовые залежи (НГН-нефтегазонесодержащие). На основании спектрального анализа определяют химический состав почв над НГС- и НГН-площадями. Находят основные статистические характеристики (средние значения, дисперсии и корреляционную матрицу) и с помощью методов дискриминантного анализа определяют каноническую дискриминантную функцию (КДФ). Коэффициенты дискриминантной функции и классификационная таблица позволяют выделить совокупность значимых химических элементов, определяющих различие между НГС- и НГН-залежами. По полученным значениям КДФ в точках отбора проб на НГС- и НГН-площадях определяют характеристики распределения вероятностей (гауссовского) значения КДФ на этих двух областях. Эти два распределения позволяют вычислить уровень значения КДФ, при котором вероятность присутствия НГС--залежи превышает заданное значение, например 0.95. Затем приступают к нахождению КДФ в точках отбора исследуемой площади по выбранной совокупности значимых химических элементов и на основе выше найденного уровня из них выбирают перспективные НГС-точки.

Таким образом, в заявляемом способе с помощью многомерного дискриминантного анализа по данным спектрального анализа о содержании химических элементов в пробах над НГС- и НГН-площадями выделяют линейные комбинации химических элементов, показывающие максимально возможные различия между этими площадями, которые по сути дела представляют собой геохимический показатель нефтегазоносности недр. Поскольку в математических программах дискриминантная функция определяется с точностью до знака, то обычно на НГС-площадях значение КДФ выбирается положительным.

Пример осуществления способа
Способ апробирован на основе данных, полученных на территории Республики Татарстан. В качестве НГС площади была выбрана территория Ромашкинского, Ново-Елховского и прилегающих к ним более мелких месторождений, расположенных на юго-востоке республики. НГН-площади включали участки, расположенные на северо-западе республики, в пределах которых буровыми работами доказано отсутствие нефтегазовых залежей.

Из-под пахотного слоя с глубины 0,3-0,4 м по 12 профилям общей протяженностью 600 км через 0,5 км были отобраны пробы почв весом 150-200 г. Всего с этих площадей взято 1200 проб (800 с НГС и 400 с НГН). Затем методом количественною спектрального анализа в отобранных пробах было определено содержание 32 химических элементов, по которым была вычислена первоначальная КДФ, содержащая линейную комбинацию всех этих элементов. Анализ полученных коэффициентов этой функции позволил наполовину сократить число химических элементов и выделить из них значимые (Fe, V, Ni, Co, Mn, Cr, Hg, Mo, Na, Ba, Sr, Ti, Zr, Sc, Nb, Ga). По пересчитанной КДФ функции F(x) подсчитываются значения u=F(x) для НГС-площадей и v=F(x) для НГН площадей. По ним были найдены средние значения m1, m2 и стандартные отклонения si, s2 для НГС- и НГН-слоев соответственно: m1= 1,47, m2=-1.48, s1=1,2, s2=1,1. Если принять значение КДФ в выбранной точке равным z, то исходя из предположения о нормальности распределения и основываясь на формуле Байесса, было показано, что вероятность существования НГС равна
P(HГC)=(p1/s1)g[(z-m1)/s1]/
{(p1/s1)g[(z-m1)/s1]+(p2/s2)g[(z-m2)/s2]}.

здесь p1 и р2 - априорные вероятности появления в данном районе НГС и НГН;
g - плотность стандартного нормального распределения.

В первом приближении можно положить m1=-m2=1.5, s1=s2=1.l.

В предположении р1= р2 по таблицам плотности стандартного нормального распределения вычислены вероятности для различных z. Например, если
z=0,0, то Р(НГС)-0,50,
z=0,5, то Р(НГС)-0,75,
z=1,0, то Р(НГС)=0,90,
z=1,5, тo P(WC)=0,95.

Исходя из вышеприведенных расчетов, в случае необходимости выбора точек, в которых вероятность Р(НГС) - 0,95, значение КДФ в этих точках должна быть не менее 1,5. На фиг.1 показано, что пробы 1 - 47 соответствуют НГН-площадям, а пробы 48-210 - НГС-площадям, т.к. значение КДФ в этих точках равно или больше 1,5.

Для проверки эффективности нахождения НГС-залежи было проведено профильное геохимическое опробование в Мамадышском районе РТ, где известны НГС- и НГН-площади. Было взято 100 проб (65 - НГС и 35 - НГН), при анализе все пробы были зашифрованы и для каждой пробы определены КДФ. Точки, в которых значения КДФ превысило значение z=1,5, оказались НГС. (фиг. 2), что подтверждает надежность и достоверность заявленного способа.

Изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- заявленный способ при его осуществлении предназначен для использования при поисковых работах на нефть и газ;
- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления описанных в заявке средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Использование: при поисковых работах на нефть и газ. Сущность: отбор проб ведут из-под пахотного слоя с исследуемых площадей, с известных площадей, расположенных над нефтегазовыми залежами (НГС-нефтегазосодержащие), и с площадей, где отсутствуют нефтегазовые залежи (НГН-нефтегазонесодержащие). Определяют в пробах содержание всех присутствующих химических элементов или используют известные данные о содержании химических элементов на известных площадях. Методом многомерного дискриминантного анализа находят значение канонической дискриминантной функции - КДФ и выявляют линейные комбинации содержания химических элементов, показывающие максимально возможное различие между НГС- и НГН-площадями. Выбирают совокупность значимых химических элементов, определяют уровень значений КДФ, гарантирующий наличие НГС-залежи. По выбранной совокупности значимых химических элементов находят значения КДФ в точках отбора исследуемой площади. Составляют электронные геохимические профили, на них выделяют точки, в которых КДФ превышает найденный уровень, гарантирующий заданную вероятность нахождения НГС-залежи. Технический результат: повышение информативности и достоверности способа при снижении материальных затрат. 2 ил.

Способ геохимического поиска нефтегазовой залежи, включающий отбор проб из-под пахотного слоя по определенной сетке, их анализ на содержание химических элементов и определение наличия нефтегазовой залежи, отличающийся тем, что для определения наличия нефтегазовой залежи на исследуемой площади сначала отбор проб ведут с известных площадей, расположенных над нефтегазовыми залежами (НГС - нефтегазосодержащие) и с площадей, где отсутствуют нефтегазовые залежи (НГН - нефтегазонесодержащие), определяют в пробах содержание всех присутствующих химических элементов или используют известные данные о содержании химических элементов на известных площадях, методом многомерного дискриминантного анализа находят значение канонической дискриминантной функции - КДФ и выявляют линейные комбинации содержания химических элементов, показывающие максимально возможное различие между НГС и НГН площадями, выбирают совокупность значимых химических элементов, определяют уровень значений КДФ, гарантирующий наличие НГС - залежи, затем по выбранной совокупности значимых химических элементов находят значения КДФ в точках отбора исследуемой площади, составляют электронные геохимические профили, на них выделяют точки, в которых КДФ превышает найденный уровень, гарантирующий заданную вероятность нахождения НГС - залежи.