СПОСОБ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УГЛЕВОДОРОДНУЮ ЗАЛЕЖЬ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК E21B43/16 G01V1/40 E21B28/00 

Группа изобретений относится к сейсмологии и может быть использована для повышения эффективности разработки залежей углеводородов.

В мире известно более двухсот нефтяных и газовых месторождений, часть запасов которых связана структурно, а возможно и генетически, с породами кристаллического фундамента осадочных бассейнов (Краюшкин В.А. Абиогенно-мантийный генезис нефти. Киев, Наукова думка, 1986, с.3-75, 130-160; Нефтегазоносность сверхбольших глубин /более 6 км/. Международный симпозиум “Нетрадиционные источники углеводородного сырья”. Тезисы докладов 4. Петербург, октябрь 1992 г., с.250-276). Примером могут служить Североморские залежи углеводородов (высокодебитные месторождения Комерант, Хаттон и Брент), расположенные между Шетландскими островами и побережьем Норвегии на глубинах 4500-5000 м. Имеет место глубинная нефтегазоносность в Индонезии (Южно-Суматринский, Зондский и Западно-Яванский бассейны), Индии (Ассамско-Араканский бассейн и др.), США (бассейн Анвадарко, глубина залегания 4000 м и 8100 м, предполагается на глубинах 4575-12000 м новый бассейн с огромными запасами углеводородов), Германии (Шварцвальде-чечевицеобразное полое тело на глубине 9500 м, заполненное флюидом) и т.д. Приведенные примеры и анализ мирового опыта дают основание утверждать, что углеводороды формируют промышленные скопления не только в породах осадочного происхождения, но и в выветрелых и трещиноватых зонах пород консолидированного фундамента платформы. Наличие трещиноватых зон в земной коре, обладающих повышенными фильтрационно-емкостными свойствами, вполне увязывается с положениями новой концепции глобального рифтогенеза, основанной на представлениях об увеличении массы и размеров Земли (Веселов К.Е. Развитие земной коры в гипотезе расширяющейся Земли. Советская геология. 1988 г., № 9, с. 97-107; Физико-геологическое обоснование геотектонической концепции глобального рифтогенеза земной коры. Веселов К.Е., Карус Е.В., Савинский К.А. и др. М., изд-во МГУ, 1993 г.).

Непременным следствием концепции глобального рифтогенеза является положение о том, что в земной коре на различных глубинах должны существовать межпластовые и внутрипластовые трещины и ослабленные зоны, а также системы субвертикальных трещин и трещинных зон, которые могут связываться между собой и обладают повышенными емкостными и фильтрационными свойствами. Именно эти зоны являются вместилищами глубинных жидкообразных флюидов и газов, в том числе и углеводородной природы. По данным многих исследователей органические компоненты, составляющие основу этих соединений, входили составной частью и в первичное вещество Земли. Впоследствии в результате синтеза эти соединения превращались в нефть или газ, которые совершенно необязательно генетически связывать только с осадочной оболочкой литосферы. В свете современных представлений необходимо рассматривать генетические и структурные аспекты нефтеобразования, а также последующие процессы миграции и аккумуляции углеводородов в более широком плане, в объеме всей литосферы земной коры, включая осадочную и кристаллическую оболочки. С точки зрения изложенной концепции становится логически понятным наличие залежей углеводородов не только в осадочной, но и в кристаллической оболочках.

На основании вышеизложенного становится вполне реальной и весьма перспективной задача поисков месторождений нефти и газа на больших и сверхбольших (более 6 км) глубинах как в базальных горизонтах осадочных бассейнов, так и в верхней части консолидированной зоны. Такая постановка вопроса в современных условиях представляется вполне обоснованной и она существенно расширяет перспективу подготовки запасов и последующей добычи углеводородного сырья.

Но эффективные поиски месторождений и добыча нефти и газа на больших глубинах требует решения ряда весьма сложных научно-технических задач, направленных на разработку новых и совершенствование существующих методов разведочной и добычной геофизики. В общем виде эти разработки должны быть направлены на повышение глубинности и достоверности информации о средах с наличием субвертикальных границ разделов и трещиноватых зон, обладающих высокими емкостными и фильтрационными свойствами.

Наиболее близкими по технической сущности к заявленным способу и устройству являются способ вибросейсмического воздействия на нефтяную залежь и устройство для его осуществления, описанные в RU 2155264, Е 21 В 43/25, 28/00 от 27.08.2000 г. Известный способ заключается в том, что на нефтяную залежь воздействуют продольными и поперечными волнами различной (управляемой) поляризации, при этом вибровоздействии продольные и/или поперечные волны налагают одновременно или последовательно с помощью сейсмических сигналов одинаковых или различных параметров (частоты, амплитуды и т.д.). Это позволяет при приеме отраженных сигналов значительно повысить достоверность информации о геологических средах с наличием границ разделов и трещиноватых зон (зон, имеющих внутренние трещины).

Техническим результатом заявленных изобретений является повышение эффективности вибровоздействия на глубокозалегающие углеводородные залежи с возможностью получения трех- и более мерных отраженных сигналов.

Техническим результатом также является увеличение глубины поиска месторождений нефти и газа как в базальных горизонтах осадочных бассейнов, так и в верхней части консолидированной зоны.

При этом заявленные способ и устройство обеспечивают как значительное повышение глубины поиска и нахождения залежей нефти и газа, так и повышение достоверности информации сейсморазведки о средах с наличием субвертикальных границ разделов и трещиноватых зон, обладающих высокими емкостными и фильтрационными свойствами. При этом обеспечивается возможность использования объемной (трехмерной) сейсморазведки, в том числе для вторичной добычи нефти. Техническим результатом также является большая глубинность, более высокие возможности структурной и стратиграфической интерпретации, более высокая детальность изучения строения и физико-геологических параметров локальных объектов, более точное оконтуривание залежей и высокие возможности картирования разрывных нарушений и трещинных зон.

Технический результат достигается тем, что в способе вибросейсмического воздействия на залежь углеводородов, заключающемся в том, что создают с помощью, по крайней мере, одного источника вибрационных сейсмических колебаний продольную и поперечную волны, размещают указанные источники на поверхности и/или в вертикальных, и/или наклонных, и/или горизонтальных, и/или разветвленных скважинах, образуют поля вибросейсмического воздействия на среду с залежью углеводородов с помощью создаваемых указанных продольных и поперечных волн, при этом управляют последовательностью создания продольных и поперечных волн или создают их одновременно и/или управляют включением соответствующих источников вибрационных сейсмических колебаний, и/или изменяют величины параметров указанных волн.

При этом управляемыми параметрами указанных волн могут быть амплитуда, и/или частота, и/или фаза, и/или полярность создаваемых продольных и/или поперечных волн.

Технический результат также достигается тем, что в системе для осуществления способа, содержащей, по крайней мере, один источник вибрационных сейсмических колебаний продольной и поперечной волн, содержится множество указанных источников, предназначенных для размещения на поверхности и/или в вертикальных, и/или наклонных, и/или горизонтальных, и/или разветвленных скважинах, снабженных средствами возбуждения колебаний, связанными посредством каналов связи с центром управления.

При этом средство возбуждения колебаний содержит приемник, связанный с каналом связи и генератор вибрационных сейсмических колебаний, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами приемника.

Каждый из источников вибрационных сейсмических колебаний установлен в стволе соответствующей скважины и/или на стенках соответствующей скважины.

Кроме того, центр управления может содержать персональный компьютер, связанный через модем и соответствующие каналы связи с источниками вибрационных сейсмических колебаний.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы для осуществления способа, на которой изображен также разрез с видом на залежи углеводородов. Система содержит источники 1₁-1_к вибрационных сейсмических колебаний, размещенные как на поверхности зоны поиска, так и внутри скважин разного типа залежи 7 углеводородов. Скважины 2₁-2_n могут быть выполнены различным образом, они могут быть вертикальными, и/или наклонными, и/или горизонтальными, и/или горизонтально разветвленными. При этом указанные источники 1 снабжены средствами 3 возбуждения указанных колебаний, предназначенными для создания колебаний в виде продольных и/или поперечных волн. Средства 3 возбуждения колебаний источников 1 связаны между собой с возможностью подачи на них сигналов управления от центра управления 5. Центр управления со средствами 3 возбуждения колебаний источников 1 могут быть связаны как проводными, так и беспроводными линиями связи, например, по радиоканалам или иным образом. Система управления предназначена для подачи сигналов управления включением средств 3, выключением, сигналов управления величинами параметров возбуждаемых колебаний, т.е. управление изменением указанных величин параметров. Центр 5 управления выполнен с возможностью формирования и передачи сигналов управления на указанные средства 3 каждого источника 1 вибрационных сейсмических колебаний. Центр 5 управления также обеспечивает возможность изменения последовательности формируемых средствами возбуждения продольных и поперечных волн, например, за счет включения средств возбуждения колебаний в определенной последовательности. Центр 5 управления может обеспечить и одновременное включение всех или части средств 3. На фиг.2 показан пример выполнения источника 1, снабженный средством 3 возбуждения колебаний. Средство 3 содержит приемник 6, связанный с каналом 9 связи с центром 5 управления, и выходы приемника подключены к соответствующему входу генератора 8 вибрационных сейсмических колебаний.

Таким образом, заявленный способ и система для его осуществления обеспечивает формирование в разных точках зоны поиска вибрационные сейсмические колебания в виде продольных и поперечных волн разной амплитуды, частоты или фазы. При этом при возбуждении указанных колебаний управляют величинами их параметров, в частности, параметрами могут являться амплитуда, и/или частоты, и/или фазы, и/или полярности возбуждаемых продольных и/или поперечных колебаний. Задавая значения параметров указанных колебаний, можно обеспечить достоверную разведку различных залежей на значительной глубине, в том числе вторичную нефтегазоотдачу углеводородных залежей.

Вибровоздействие на углеводородную залежь продольными волнами через толщу вышележащих горных пород прослеживается (проявляется) в зоне радиусом 2,5-3,0 км от места установки сейсмического вибратора. Учитывая долевое распределение энергии на различные типы волн (продольные - 7%, поперечные - 25%, поверхностные - 68%), поперечная волна будет проявляться на радиусе 9,5-10,5 км и воздействовать на геологическую среду. Для того чтобы обеспечить равные энергетические импульсы от поперечных и продольных волн, необходимо между, например, углеводородной залежью, находящейся на глубине 10 км, установить в скважине 3-4 источника вибрационных сейсмических колебаний соответствующей энергетической мощности, генерирующих продольные волны.

Становится ясно, что при одновременном или последовательном воздействии на нефтяную залежь различными типами волн с поверхности Земли и из скважин значительно повышается нефтеотдача месторождения за счет дополнительного объемного сейсмического влияния на скелет вмещающих пород и непосредственно на нефть, при этом скважины могут быть различного угла заложения (от вертикальных до горизонтально-разветвленных). При этом, как было указано выше, управление полями вибровоздействия осуществляют централизованно, т.е. можно воздействовать на залежь и/или на отдельные ее участки с максимальным приближением источников вибрационных сейсмических колебаний к залежам, т.е. осуществлять запуск источников 1 сначала на одной глубине, затем на другой и т.п.

Как было указано выше, известен источник сейсмических колебаний (RU № 2155264, Е 21 В 43/25, 28/00, 27.08.2000 г.), выбранный в качестве прототипа. Указанный источник содержит средства возбуждения колебаний в виде нескольких излучающих плит и генерирующий одновременно или последовательно продольные и поперечные волны различной полярности. Однако, если говорить о глубинах залегания месторождений 7-15 км и более от поверхности Земли, то очевидно, что нельзя будет беспредельно увеличивать силу сейсмического вибратора без ущерба для экологии, т.е. должно существовать вполне рациональное соотношение между максимальной амплитудой усилия сейсмического вибратора (глубиной вибровоздействия на геологическую среду генерируемыми волнами) и экологией окружающей среды. При этом следует иметь ввиду, что распределение энергии по вертикальной нагрузке между волнами следующее: на долю продольных волн приходится 7% энергии, поперечных - 25% и поверхностных - 68% (Шнеерсон М.Б., Майоров В.В. Наземная сейсморазведка с невзрывными источниками колебаний. М., Недра, 1980 г.).

Это означает, как и указывалось выше, исходя из обеспечения энергетического равенства по продольным и поперечным волнам в каждой точке геологической среды, например, нефтяной залежи, с увеличением глубины залегания месторождения будет возникать дефицит, в первую очередь, в энергетике продольных волн, а также с ростом глубины возникнут те же проблемы и с энергетикой поперечных волн. В этом случае возникает необходимость управлять величинами параметров колебаний.

Для более ясного понимания физики процесса будем считать, что источник 1 вибрационных сейсмических колебаний, свободно размещенный в скважине, может рассматриваться как центр расширения, который генерирует чисто продольные волны (Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка. Учебник для вузов, 3 изд. перераб. М., Недра, 1980, с.551), а при прижатии источника колебаний к обсадной колонне или стенке скважины картина несколько усложняется в зависимости от направления действующей силы. При ее направлении вдоль оси скважины будут возбуждаться поперечные волны, а по перпендикуляру - продольные и поперечные волны (Шнеерсон М.Б., Лугинец А.М., Гродзенский В.А. Новое в технике и методике вибрационной сейсморазведки. М., 1991; Развед. геофизика. Обзор МГП “Геоинформмарк” ВИЭМС). Т.о., можно создавать одновременно различные колебания, а включая те или иные источники можно менять последовательность воздействия тех или иных колебаний на исследуемую среду.

Поперечные (или сдвиговые) волны перемещаются перпендикулярно линии распространения продольных волн, т.е., они могут следовать путем продольных волн и также отражаться от слоев с различной упругостью, единственное их отличие состоит в том, что они не проходят через флюид. Это объясняется тем, что распространение поперечных волн сопровождается изменением формы среды, через которую они проходят, а такое изменение возможно лишь в твердых средах. Жидкость же не сопротивляется изменению формы, так как не обладает твердостью. Известно, что волны не проходят через ядро Земли, поэтому полагают, что ядро жидкое. Во всяком случае, вещество ядра ведет себя как жидкое. Отсюда следует, что во флюиде происходит накопление энергии поперечных волн, поэтому на залежь предпочтительней воздействовать поперечными волнами, т.к. накопленная потенциальная энергия поперечных волн будет стремиться к переходу к кинетической энергии движения флюида, уменьшению вязкости нефти, ее поверхностного натяжения, возрастает подвижность границ раздела вода-нефть, увеличивается радиус и раскрытость трещин и т.д. что способствует в конечном счете повышенной нефтеотдаче залежи. Таким образом, при управлении процессом вибровоздействия на среду можно регулировать параметр направленного воздействия на среду как продольных, так и поперечных волн, направление которых можно варьировать в зависимости от направления и вида скважин, в которых устанавливают источники вибросейсмического воздействия, либо включением тех или иных источников 1 колебаний.

При этом значительно повышаются технические возможности источника вибросейсмических колебаний для получения достоверной информации при большой глубине залегания, что в конечном счете приводит к повышению нефтеотдачи залежи.

Как следует из вышеизложенного, значительно увеличивается целевое вибровоздействие на нефтяную залежь 7 (или ее участки) независимо от глубины залегания, т.е. виброисточники воздействуют не только с поверхности, но и в геологической среде рядом с контурами залегания или непосредственно в контуре залежи, при этом из-за различного угла заложения скважин появляется возможность управления направлением продольных и полярностью поперечных волн.

Работа осуществляется следующим образом.

На поверхности размещают, как правило, несколько источников 1 вибрационных сейсмических колебаний, обеспечивающих вибровоздействие на нефтяную (углеводородную) залежь. С увеличением глубины залегания нефти необходимо увеличивать вынуждающее усилие источников 1, что потребует соответствующего увеличения собственной массы источников для обеспечения усилия прижатия виброплиты к поверхности Земли, а также возникают проблемы экологии.

Поэтому с точки зрения технической, технологической и экологической логично для вибровоздействия на залежь дополнительно к поверхностным источникам 1 колебаний целесообразно использовать расположенные в скважинах 2 источники 1 как дополнительный элемент, объединенный с поверхностными источниками системой управления, при этом источники 1 могут быть расположены в вертикальных, наклонных, горизонтальных, горизонтально-разветвленных и других скважинах, что позволит воздействовать на нефтяную залежь силой различного (управляемого) направления.

При этом можно управлять средствами 3 возбуждения колебаний указанных источников с помощью центра 5 управления. Центром управления может быть обычный персональный компьютер, в памяти которого хранится программа управления включением или отключением средств 3 возбуждения колебаний, компьютер сопряжен с передатчиком типа модем (не показан), связывающимся с указанными средствами 3 по любым каналам связи. Средство 3 снабжено приемником сигналов управления, который принимает сигналы управления и передает сигналы запуска генератора возбуждаемых колебаний. Генератор возбуждаемых колебаний выполнен управляемым и по получении сигнала изменения какого-либо параметра колебаний на соответствующем входе управления он изменяет указанный параметр.

Группа изобретений относится к сейсмологии и может быть использована для повышения эффективности разработки залежей углеводородов. Обеспечивает повышение эффективности вибровоздействия на углеводородные залежи и вторичной добычи нефти. Сущность изобретения: способ заключается в том, что создают с помощью источников вибросейсмических колебаний продольные и поперечные волны. Указанные источники размещают на поверхности и/или в вертикальных, и/или наклонных, и/или горизонтальных, и/или разветвленных скважинах. Осуществляют вибросейсмическое воздействие на среду с залежью углеводородов с помощью создаваемых указанных продольных и поперечных волн. При этом управляют последовательностью создания продольных и поперечных волн или создают их одновременно. Управляют также направлением продольных волн путем включения соответствующих источников вибрационных сейсмических колебаний и полярностью поперечных волн. Система для осуществления способа содержит множество указанных источников, предназначенных для размещения на поверхности и/или в вертикальных, и/или наклонных, и/или горизонтальных, и/или разветвленных скважинах. Они снабжены средствами возбуждения колебаний, связанными посредством каналов связи с компьютером. Он служит для управления последовательностью создания продольных и поперечных волн, направлением продольных волн и полярностью поперечных волн. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ вибросейсмического воздействия на залежь углеводородов, заключающийся в том, что создают с помощью по крайней мере одного источника вибрационных сейсмических колебаний продольную и поперечную волны, при этом множество источников размещают на поверхности и/или в вертикальных, и/или наклонных, и/или горизонтальных, и/или разветвленных скважинах, осуществляют вибросейсмическое воздействие на среду с залежью углеводородов с помощью создаваемых указанными источниками продольных и поперечных волн, при этом управляют последовательностью создания продольных и поперечных волн или создают их одновременно, а также управляют направлением продольных волн путем включения соответствующих источников вибрационных сейсмических колебаний и полярностью поперечных волн.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что размещение источников вибрационных сейсмических колебаний в скважинах осуществляют в стволе соответствующей скважины или на стенках соответствующей скважины.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют величины параметров указанных волн, а именно амплитуду, и/или частоту, и/или фазу, и/или полярность создаваемых продольных и/или поперечных волн.4. Система для вибросейсмического воздействия на залежь углеводородов, содержащая по крайней мере один источник вибрационных сейсмических колебаний продольной и поперечной волн, при этом множество источников вибрационных сейсмических колебаний предназначены для размещения на поверхности и/или в вертикальных, и/или наклонных, и/или горизонтальных, и/или разветвленных скважинах, все указанные источники снабжены средствами возбуждения колебаний, связанными посредством каналов связи с компьютером для управления последовательностью создания продольных и поперечных волн, направлением продольных волн и полярностью поперечных волн.5. Система по п.4, отличающаяся тем, что средство возбуждения колебаний содержит приемник сигналов управления, связанный каналом связи с центром управления, и генератор вибрационных сейсмических колебаний, управляющие входы которого соединены с соответствующими выходами приемника сигналов управления.6. Система по любому из пп.4 и 5, отличающаяся тем, что компьютер связан через модем и соответствующие каналы связи с источниками вибрационных сейсмических колебаний.