СПОСОБ ПОИСКА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ Российский патент 2003 года по МПК G01V9/00 

Изобретение относится к области поиска углеводородных залежей, в том числе на ранней и поздней стадии освоения нефтяных ресурсов, и может быть использовано как многоцелевое экспресс-тестирование скважин в процессе бурения, в частности при оценке промышленной нефтеносности и разработки перспективных объектов; при разведке и оконтуривании локальных и/или верхних залежей многоярусных месторождений; для разведки и доразведки глубокопогруженных горизонтов и залежей на месторождениях, разбуриваемых на залежи в верхних горизонтах; для установления нефтеносности разреза на глубину под устьем при забуривании и/или под текущим забоем скважины; для оценки продуктивности нижних горизонтов и прослеживания распространения (доразведки) установленных залежей в пространстве между устьем и забоем при бурении и/или в процессе строительства наклонно направленных скважин и в других целях.

Известен способ поиска залежи углеводородов, основанный на определении аномальных величин суммарной концентрации высокомолекулярных соединений органической составляющей горных пород, по результирующему нарастанию которых в геологическом пространстве по мере приближения к углеводородной залежи судят о ее наличии. Однако известный способ требует высоких затрат за счет того, что отбор проб необходимо производить целиком по стволу скважины без какого-либо выделения интервалов тестирования и границ отбора проб (Патент РФ 2039369, кл. G 01 V 9/00, опубл. 10.07.1995 г.).

Известный способ не обладает достаточной точностью определения залежи углеводородов.

Известен способ поиска углеводородных залежей, основанный на исследовании биогеохимического сигнала (БГХС) с учетом показателя сорбционной активности (ПСА) в пробах, отбираемых от поверхности в каждом встречающемся по разрезу литологическом типе горных пород и содержании в них высокомолекулярных соединений белковой природы (ВМСБП) с интервалом отбора горных пород, соответствующим конкретным геологическим условиям. Для каждого литологического типа пород проводят сопоставление величины суммарной концентрации (СК) по отношению к среднему значению ПСА и по увеличению значений СК в интервале до 600 м на суше и 100 м на шельфе судят о содержании углеводородов (Патент РФ 2091822, кл. G 01 V 9/00, опубл. 27.09.1997 г.).

Недостатками известного способа являются высокие затраты, связанные с необходимостью проведения тестирований проб всего интервала от поверхности до значительных глубин (600 м на суше и 100 м на шельфе). Кроме того, интервал опробования выбирается без учета специфики поставленных перед бурением задач, а также не учитывается роль и влияние на формирование сигнала БГХС антропогенных факторов с поверхности и природных факторов (нефте- и битумопроявлений, наличие закарстованных зон и т.п.), присутствующих в разрезе горных пород и значительно искажающих величину этого сигнала, что в целом снижает надежность и достоверность способа особенно при сложных геологических условиях.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ поиска углеводородных залежей, включающий биогеохимическое тестирование (БГХТ) на стадии, предшествующей постановке глубокого бурения, осуществляемого в процессе проходки неглубоких скважин и/или в процессе бурения глубоких скважин, в скважинах, подготовленных к БГХТ, проведение БГХТ в пределах тест-интервала, расположенного вблизи биогеохимического барьера, разделяющего разрез на верхнюю зону, в которой доминирующее влияние на величину и распределение суммарной концентрации высокомолекулярных соединений (СК) по глубине оказывают техногенные и/или природные факторы, и нижнюю зону, в которой величина и распределение фонового уровня СК по глубине определяется естественным присутствием и жизнедеятельностью микроорганизмов, определение положения биогеохимического барьера по одновременному изменению и установлению разброса измерения значений СК с глубиной на уровне 10-15% в эталонной непродуктивной скважине, вскрывающей типовой геологический разрез до глубины залегания потенциально продуктивного горизонта, при этом определение верхней границы тест-интервала как наименьшей глубины, начиная с которой влияние факторов техногенного и/или природного происхождения качественно не изменяет форму распределения СК, а устойчивое отличие значений среднеквадратичного отклонения СК от фонового уровня среднеквадратичного отклонения СК с глубиной составляет более 20% на протяжении не менее 50 м в пределах конкретного стратиграфического подразделения и/или конкретного литологического типа горных пород, установление нижней границы тест-интервала на глубине не менее 50 м от верхней границы с интервалом отбора проб не менее 5 м, определение наличия углеводородной залежи под тестируемой скважиной по устойчивому превышению значений среднеквадратичного отклонения СК по сравнению с фоновым уровнем среднеквадратичного отклонения СК в соответствующем стратиграфическом подразделении и/или конкретном литологическом типе горных пород в эталонной непродуктивной скважине от его верхней границы до нижней, определение отсутствия углеводородной залежи под тестируемой скважиной по стабилизации значений среднеквадратичного отклонения СК на уровне фона в соответствующем стратиграфическом подразделении и/или конкретном литологическом типе горных пород в эталонной непродуктивной скважине от его верхней границы до нижней (Патент РФ 2156483, кл. G 01 V 9/00, опубл. 20.09.2000 г.).

Известный способ сложен и недостаточно точен в определении залежей углеводородов.

В предложенном изобретении решается задача упрощения способа и повышения точности определения залежей углеводородов.

Задача решается тем, что в способе поиска углеводородных залежей, включающем биогеохимическое тестирование (БГХТ) на стадии, предшествующей постановке глубокого бурения, осуществляемого в процессе проходки неглубоких скважин, и/или в процессе бурения глубоких скважин, в скважинах, подготовленных к БГХТ, проведение БГХТ в пределах тест-интервала, расположенного ниже биогеохимического барьера, разделяющего разрез на верхнюю зону, в которой доминирующее влияние на величину и распределение концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине оказывают техногенные и/или природные факторы, и нижнюю зону, в которой величина и распределение фонового уровня концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине определяется естественным присутствием и жизнедеятельностью микроорганизмов, определение наличия углеводородной залежи под тестируемой скважиной, согласно изобретению при БГХТ образцы группируют по принадлежности к литотипам пород, в каждом образце замеряют концентрацию высокомолекулярных соединений органического происхождения, для каждого литотипа пород вычисляют среднее значение концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения, выбирают литотип пород с максимальным значением среднего значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения, для выбранного литотипа породы строят график изменения значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине, определение наличия углеводородной залежи под тестируемой скважиной проводят по наличию наклона графика, а определение отсутствия углеводородной залежи под тестируемой скважиной проводят по стабилизации значений концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения и приближению графика к вертикальной прямой.

Признаками изобретения являются:
1. биогеохимическое тестирование (БГХТ) на стадии, предшествующей постановке глубокого бурения, осуществляемого в процессе проходки неглубоких скважин, и/или в процессе бурения глубоких скважин;
2. в скважинах, подготовленных к БГХТ, проведение БГХТ в пределах тест-интервала, расположенного ниже биогеохимического барьера, разделяющего разрез на верхнюю зону, в которой доминирующее влияние на величину и распределение концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине оказывают техногенные и/или природные факторы, и нижнюю зону, в которой величина и распределение фонового уровня СК по глубине определяется естественным присутствием и жизнедеятельностью микроорганизмов;
3. определение наличия углеводородной залежи под тестируемой скважиной;
4. при БГХТ образцы группируют по принадлежности к литотипам пород;
5. в каждом образце замер концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения;
6. для каждого литотипа пород вычисление среднего значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения;
7. выбор литотипа пород с максимальным значением среднего значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения;
8. для выбранного литотипа породы построение графика изменения значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине;
9. определение наличия углеводородной залежи под тестируемой скважиной по наличию наклона графика;
10. определение отсутствия углеводородной залежи под тестируемой скважиной стабилизации значений концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения и приближению графика к вертикальной прямой.

Признаки 1-3 являются общими с прототипом, признаки 4-10 являются существенными отличительными признаками изобретения.

Для поиска углеводородных залежей при бурении разработано несколько способов, предусматривающих определение значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине. Однако эти способы сложны и не всегда дают достоверный результат. В предложенном способе решается задача упрощения способа и повышения точности определения залежей углеводородов.

Предлагаемый способ основан на следующих положениях:
1. восходящая миграция углеводородов от залежи к дневной поверхности сопровождается развитием в горных породах специфических групп микроорганизмов;
2. активизация процессов жизнедеятельности углеводородпотребляющих микроорганизмов на всем пути миграции углеводородов приводит к накоплению в горных породах микробной продукции и вызывает возникновение устойчивых биогеохимических аномалий, которые распространяются вплоть до поверхностных горизонтов;
3. количественный анализ процессов аккумуляции биогенных соединений в горных породах и математическое моделирование закономерностей формирования биогеохимических аномалий дает возможность прогнозировать глубокозалегающие скопления углеводородов по результатам тестирования в пределах первых сотен метров разреза.

Основные методологические принципы интерпретации результатов данных экспериментальных исследований состоят в следующем.

Регистрируемый в горных породах БГХС является интегральной количественной характеристикой процессов аккумуляции ВМСБП, контролирующей уровень развития сообществ микроорганизмов в горных в породах. Распределение этого параметра в разрезах над залежами углеводородов подчиняется определенным закономерностям.

На основании проведенных исследований установлено, что функциональные зависимости этого класса одинаково успешно характеризуют пространственное распределение биогеохимических показателей как в пределах аномалий, формирующихся над скоплениями углеводородов, так и в непродуктивных разрезах.

Основным аналитическим параметром, используемым при прогнозировании глубокозалегающих скоплений углеводородов, является суммарная концентрация в горных породах ВМСБП, образующихся в результате жизнедеятельности микроорганизмов (СК мкг/г).

Технический результат предложенного изобретения достигается тем, что на стадии, предшествующей постановке глубокого бурения, осуществляют проходку мелких скважин и/или в процессе глубокого бурения одновременно производят БГХТ толщи горных пород.

БГХТ включает пошаговый отбор образцов горных пород (от поверхности по глубине) и проведение аналитических исследований по определению содержания ВМСБП в образцах, оцениваемого величиной концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения.

В качестве тест-интервала, по которому осуществляют прогноз, используют статистически значимо охарактеризованный интервал, выбранный в пределах конкретного стратиграфического подразделения или литологического типа горных пород, который расположен вне зоны влияния техногенного или природного факторов.

Дифференцированный выбор глубины тест-интервала в каждом конкретном случае обусловлен тем, что загрязняющие вещества (техногенного или природного происхождения), поступающие в геологическую среду, вызывают острую реакцию микроорганизмов, присутствующих в горных породах.

Следствием этой реакции является изменение продуктивности микробных биоценозов, что сопровождается как возрастанием, так и снижением концентрации ВМСБП. Поскольку основой метода БГХТ является исследование показателя концентрации белковых веществ, присутствующих в горных породах, то при осуществлении прогноза по данным БГХТ выбирают интервал в пределах геологического разреза, в котором с наибольшей вероятностью исключается влияние техногенного или природного факторов, искажающих значение этого показателя. Поэтому корректный выбор границ тест-интервала важен для достижения технического результата: повышения надежности и достоверности прогноза и удешевления способа.

В предлагаемом изобретении осуществляют выбор тест-интервалов, которым должны соответствовать такие глубины, где в случае наличия нижерасположенной углеводородной залежи формирование кривой распределения СК по разрезу обусловлено исключительно влиянием залежи и где полностью исключено влияние иных факторов.

При реализации заявленного способа выбор тест-интервала обусловлен положением в геологическом разрезе биогеохимического барьера, разделяющего зоны, в которых интенсивность и направленность биогеохимических процессов различна.

Для корректировки выбора тест-интервала в конкретной тестируемой скважине необходимо располагать данным по значению и характеру распределения концентрации белковых веществ в образцах, отобранных из эталонной непродуктивной скважины.

В качестве такой скважины может быть использована непродуктивная скважина, заложенная в данном регионе и вскрывшая геологический разрез от поверхности до уровня потенциальной залежи. Осуществленное по этой скважине БГХТ, в отличие от известных ранее способов, позволяет получить фоновые (региональные) значения СК и характер изменения этого показателя по глубине в пределах каждого вскрытого стратиграфического подразделения и каждого встречающегося литологического типа пород.

Характер распределения концентрации белковых веществ по разрезу в таком случае будет соответствовать природному, свойственному данному региону фону и может служить эталоном для сравнения в пределах отдельных стратиграфических подразделений или литологических типов пород.

Наиболее корректной мерой оценки изменчивости является дисперсия значений концентраций ВМСБП в горных породах, характеризуемым стандартным отклонением.

БГХТ ведут с поверхности и скважину бурят с поверхности до глубины 200 м, в пределах которой анализируют концентрацию ВМСБП и характер распределения концентрации по глубине.

При БГХТ образцы (керны и шламы) группируют по принадлежности к литотипам пород, например, глина, песчаник, известняк и т. п. В каждом образце замеряют концентрацию высокомолекулярных соединений органического происхождения С_мкг/г. Для каждого литотипа пород вычисляют среднее значение концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения. Суммируют все значения С_мкг/г всех образцов каждого отдельного литотипа породы и делят на количество образцов. Выбирают литотип пород с максимальным значением среднего значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения. Для выбранного литотипа породы строят график изменения значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине. Определение наличия углеводородной залежи под тестируемой скважиной проводят по наличию наклона графика, а определение отсутствия углеводородной залежи под тестируемой скважиной проводят по стабилизации значений концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения и приближению графика к вертикальной прямой.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1. Бурят тест-скважину на территории Татарстана, вскрывшую геологический разрез от 0 до 300 м, охватывающий стратиграфические подразделения от P₂ до С₃. Из анализа концентраций ВМСБП выделяют две зоны - верхнюю (до глубины 150 м) и нижнюю (с глубины более 155 м). Указанные зоны разделяют условной границей, именуемой биогеохимическим барьером, разделяющим верхнюю зону, испытывающую значительное влияние техногенного фактора, от нижней зоны, соответствующей природному фону и не испытывающей влияния извне. Верхняя зона не может быть использована в качестве тест-интервала, так как здесь превалирует нестабильная окислительно-восстановительная обстановка, влажностный и температурный режим и ряд других явлений, вызывающих сложное многообразие протекающих здесь биогеохимических процессов. Именно поэтому распределение значений концентраций в этой зоне может характеризоваться скачкообразной, незакономерной изменчивостью и не может быть использовано для успешного прогнозного заключения.

Зона, расположенная ниже биогеохимического барьера, отличается высокой стабильностью показателей, что свидетельствует о полном исключении влияния техногенного фактора.

Устойчивый характер распределения концентраций по глубине соответствует фоновому уровню этого значения для конкретного региона в пределах определенного стратиграфического подразделения и/или литологического типа пород.

В качестве верхней границы тест-интервала может использоваться лишь та часть разреза, которая расположена ниже биогеохимического барьера.

Проводят БГХТ в пределах тест-интервала, расположенного ниже биогеохимического барьера.

Образцы группируют по принадлежности к литотипам пород.

Среди литотипов пород выделяют глины, песчаники и мергели. В каждом образце замеряют концентрацию высокомолекулярных соединений органического происхождения С_мкг/г. Для каждого литотипа пород вычисляют среднее значение концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения. Устанавливают, что среднее значение С_мкг/г для глины составляет 120, для песчаника - 100, для мергелей - 85. Выбирают литотип пород с максимальным значением среднего значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения - глину. Для глины строят график изменения значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине. На фиг.1 представлен график зависимости значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине. Определение наличия углеводородной залежи под тестируемой скважиной проводят по наличию наклона графика. В данном случае график явно свидетельствует о наличии углеводородной залежи под тест-скважиной.

Пример 2. Выполняют, как пример 1. На фиг.2 представлен график зависимости значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине. Определение отсутствия углеводородной залежи под тестируемой скважиной проводят по стабилизации значений концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения и приближению графика к вертикальной прямой. В данном случае график явно свидетельствует об отсутствии углеводородной залежи под тест-скважиной.

Возможность осуществления заявленного изобретения, как видно из приведенных примеров, подтверждена результатами конкретных экспериментальных исследований на большом статистическом материале в различных регионах Российской Федерации и за рубежом.

Экспериментально подтверждено достижение технического результата заявляемого способа: снижение затрат на способ поиска и прогноза продуктивности углеводородных залежей и месторождений на 80-90% за счет выявления без дополнительных затрат новых продуктивных объектов по пробам пород ранее пробуренных скважин; применения при любом типе бурения керна любого диаметра как по образцам, так и по шламу; выполнения аналитических исследований в стационарных и полевых условиях. Кроме того, за счет рационального выбора тест-интервала, теоретически и экспериментально обоснованного, также повышается достоверность и надежность способа при разной степени сложности геологических разрезов и возможность решения многоцелевых задач бурения.

Предлагаемое изобретение позволяет осуществить разбуривание "коротких" эксплуатационных скважин под верхнюю залежь (т.е. под объект эксплуатации) на определенную величину, т.е. на глубину тест-интервала. Точность определений повышается и достигает практически 100%. В этом случае при положительном заключении БГХТ эксплуатационная скважина может быть продолжена бурением до самого нижнего (из возможных в данном регионе) перспективного горизонта, а при отрицательном заключении БГХТ - оборудуется как эксплуатационная скважина по верхнему объекту разработки.

Использование: для многоцелевого экспресс-тестирования скважин в процессе бурения. Сущность: при поиске углеводородных залежей проводят биогеохимическое тестирование на стадии, предшествующей постановке глубокого бурения, осуществляемого в процессе проходки неглубоких скважин и/или в процессе бурения глубоких скважин. В скважинах, подготовленных к биогеохимическому тестированию, проводят биогеохимическое тестирование в пределах тест-интервала. При биогеохимическом тестировании образцы группируют по принадлежности к литотипам пород. В каждом образце замеряют концентрацию высокомолекулярных соединений органического происхождения. Для каждого литотипа пород вычисляют среднее значение концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения. Выбирают литотип пород с максимальным значением среднего значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения. Для выбранного литотипа породы строят график изменения значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине. Определение наличия углеводородной залежи под тестируемой скважиной проводят по наличию наклона графика, а определение отсутствия углеводородной залежи под тестируемой скважиной проводят по стабилизации значений концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения и приближению графика к вертикальной прямой. Технический результат - упрощение способа и повышение точности определения залежей углеводородов. 2 ил.

Способ поиска углеводородных залежей, включающий биогеохимическое тестирование на стадии, предшествующей постановке глубокого бурения, осуществляемого в процессе проходки неглубоких скважин и/или в процессе бурения глубоких скважин, в скважинах, подготовленных к биогеохимическому тестированию, проведение биогеохимического тестирования в пределах тест-интервала, расположенного ниже биогеохимического барьера, разделяющего разрез на верхнюю зону, в которой доминирующее влияние на величину и распределение концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине оказывают техногенные и/или природные факторы, и нижнюю зону, в которой величина и распределение фонового уровня концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине определяются естественным присутствием и жизнедеятельностью микроорганизмов, определение наличия углеводородной залежи под тестируемой скважиной, отличающийся тем, что при биогеохимическом тестировании образцы группируют по принадлежности к литотипам пород, в каждом образце замеряют концентрацию высокомолекулярных соединений органического происхождения, для каждого литотипа пород вычисляют среднее значение концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения, выбирают литотип пород с максимальным значением среднего значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения, для выбранного литотипа породы строят график изменения значения концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения по глубине, определение наличия углеводородной залежи под тестируемой скважиной проводят по наличию наклона графика, а определение отсутствия углеводородной залежи под тестируемой скважиной проводят по стабилизации значений концентрации высокомолекулярных соединений органического происхождения и приближению графика к вертикальной прямой.