Несейсмические методы поисков залежей нефти и газа

Внашей стране давно укоренилось мнение о ведущей роли сейсморазведки в выявлении локальных объектов под поисковое бурение. Однако, в сложных геолого-геофизических условиях, подобных, например, условиям Сибирской и Русской (Восточно-Европейской) древних платформ и, даже, в отдельных районах Западно-Сибирской молодой платформы, несейсмические поисковые методы временами более эффективны и на один-два порядка дешевле при ориентации нефтегазопоисковых работ, особенно при поисках неантиклинальных залежей нефти и газа, а также на малоизученных бурением и сейсморазведкой территориях.

К настоящему времени известно около 200 несейсмических методов, способов и приёмов поисков залежей нефти и газа – аналитических (геохимических), геофизических, геоморфологических, геологических и ненаучных (биолокация, ясновидение):

*Аналитические методы (выявление углеводородных аномалий, обусловленных влиянием УВ на вмещающую среду и биосферу).

**Геофизические методы (гравиметрические, магнитометрические и радиометрические методы, термометрия, термолюменисценция, изучение поглощения или отражения электромагнитного или светового потока).

***Геоморфологические методы(ландшафтные, морфографические, морфометрические и палеогеоморфологические методы).

****Геологические методы(подземное картирование, гидрогеологические показатели).

*****Ненаучные и нетрадиционные методы (случайное бурение, биолокация, ясновидение).

Оценены эффективность и стоимость названных групп методов, которые по эффективности и достоверности укладываются в нисходящий ряд: подземное геологическое картирование – прямые и косвенные аналитические методы – геофизические методы – геоморфологические методы при успешности в благоприятных условиях до 20-30% [23].

Обоснована непрерывная технологическая цепочка поисков нефти и газа на любых стадиях изученности регионов. На региональной стадии, ещё до и во время бурения скважин и первых сейсморазведочных профилей – рациональны наборы аналитических, геофизических и геоморфологических методов, при хорошей буровой и геофизической изученности – подземное геологическое картирование, особенно эффективное в сложных геолого-геофизических условиях и для поиска неантиклинальных залежей (В.В.Забалуев, 1998). Обобщение мирового опыта позволяет повсеместно рекомендовать динамичную стратегию поисков – своевременную смену объектов и методов поисков. На примере Северо-Американской платформы (проанализировано 1100 месторождений крупнее 1,5 млн.т УУВ) такая смена очень наглядна. Случайное бурение (конец XIX века) сменяется наземной геологической съемкой, в 30-50-х годах господствовала сейсморазведка, а далее ведущим методом заложения поисковых скважин становится подземное геологическое картирование. При этом доля открытых неантиклинальных залежей (всего они содержат 30% общих запасов) в период случайного бурения составляла до 20%, в 30-50х годах – около 10%, после и до сих пор – около 50%. Сравнение Русской (Восточно-Европейской) и Северо-Американской платформ обнаруживает большое сходство условий их нефтегазоносности. Редкость неантиклинальных залежей на первой из них объясняется тем, что она «застыла» на сейсморазведочной стадии. Ожидается, что неоткрытые ресурсы Русской платформы, по аналогии с Северо-Американской и Сибирской платформами, связаны, в основном, с неантиклинальными залежами и могут составить 15-30% общих ресурсов. Рекомендуется интенсивный поиск таких залежей, в основном, с помощью подземного геологического картирования [23].

При разнообразии несейсмических методов, они преследуют одну из целей:

-обнаружение и прогнозирование УВ залежей по прямым эффектам ее УВ-дыхания (прямые, «живые», динамические признаки УВ) в различных средах и полях;

-обнаружение и прогнозирование УВ – залежей по различным вещественным следам влияния мигрирующих (мигрировавших) УВ на вмещающую среду и поля (косвенные, «окаменелые», статические признаки УВ);

-обнаружение и прогнозирование ловушек (антиклинальных и неантиклинальных), возможно, заполненных УВ.

Первые две задачи решаются, в основном, аналитическими и, частично - геохимическими методами и способами, а третья - геофизическими, геологическими и геоморфологическими методами. Большая часть аналитических, геоморфологических и нестандартных геофизических методов предназначена для поисков залежей УВ на первых стадиях нефтегазопоисковых работ в районах неизученных или слабоизученных сейсморазведкой и глубоким бурением. Геологические, геохимические и часть геофизических методов (в частности, различные методы каротажа) наиболее эффективны в хорошо изученных сейсморазведкой и бурением районах, а также в районах со сложными сейсмогеологическими условиями.

Аналитические методы, способы и приемы: геохимические, битуминологические, гидрогеохимические, литогеохимические, изотопные, биогеохимические оперируют с пробами горных пород, почвы, воды, воздуха, растений, живых и ископаемых организмов и проводятся в лабораторных условиях, а при применении некоторых экспресс – методов, непосредственно на местности. Существующие методы удобно разделять по объектам их приложения – образцам горных пород из обнажений и скважин, пробам почв, донных осадков, подземных и поверхностных вод, снега, льда, приземного атмосферного воздуха и растительного покрова. Во всех случаях речь идет о выявлении аномалий того или иного показателя, связанного с нижележащей или близко по латераи расположенной залежи УВ.

Теоретической основой прямых поисков является представление о субвертикальной миграции УВ из расположенных ниже по разрезу УВ–залежей по порам, трещинам, разломам, а также путям диффузии – вплоть до дневной поверхности, на которой и вблизи которой формируются УВ–аномалии. Скорость миграции УВ к дневной поверхности (мм/год – сотни метров/год) - на фоне существующих наблюдений за искусственными газонефтехранилищами, свидетельствуют об огромных скоростях миграции УВ из залежей, именно сотни метров за считанные месяцы.

Общеизвестными методами и способами обнаружения УВ–аномалий являются газовый каротаж, газовая съемка, различные приемы извлечения битумов, нефти и газа из образцов керна, шлама, пород из обнажений (хлороформенная, спиртобензольная, петролейно-эфирная экстракции, термовакуумная и химическая дегазация, вакуумная декриптометрия и другие).

Большинство способовизучения почвенного слоя, по существу, является модификациями газовой съемки (усовершенствования связаны с процедурой извлечения газа и интерпретацией результатов). Для изучения донных осадков рек, озер, морей разработан универсальный донный пробоотборник и набор экспресс анализов в полевой лаборатории (метан и гомологи, характерные микроэлементы и биогеохимические исследования). Широко апробирован метод принудительной дегазации донных осадков рек и озер с последующим анализом отобранного газа на УВ, гелий и изотопный состав углерода метана. В частности, на Сибирской платформе четкие аномалии получены над всеми известными месторождениями нефти и газа, пересекаемыми реками.

Поисковыми признаками возможных месторождений УВ являются скопления газогидратов метана и сопутствующие им явления (грязевой диапиризм, осложнения при бурении скважин) проанализированные для акваторий Мексиканского залива и Каспия.

При изучении подземных вод индикаторами близости УВ-залежей (по латерали) считаются бензол и толуол. Установлена прямая связь содержания бензола в подземных водах непродуктивных скважин с расстоянием до ближайшей залежи УВ (прогноз близости составил около 50% на расстоянии до 20 км). Индикаторами близости залежи УВ являются органические кислоты, установлено возрастание газонасыщенности, смол, асфальтенов, фенолов, нафтенов, ТУ в направлении залежей УВ. Вблизи нефтяных залежей Предкавказья в подземных водах содержится > 3% этана и > 1% ТУ, а вблизи газовых - > 1% этана. Хлороформенный экстракт глинистого раствора позволяет предсказывать продуктивность и качество вскрытых бурением пластов до испытания.

Поисковые способы изучения поверхностных вод, снега, льда сводятся к извлечению водорастворённых УВ. Существующие пока способы изучения атмосферного воздуха сводятся к газовой съёмке приповерхностного воздуха, с помощью высокочувствительных приборов, установленных на наземном транспорте или низко летающих аппаратах. В зоне многолетнемёрзлых пород газовая съёмка приземного воздуха рекомендуется после полного оттаивания сезонно – талого слоя. В приземном воздухе, наряду с метаном, определяются содержания УВ – окисляющих бактерий. С целью изучения растительного покрова предлагается дегазация листьев деревьев с последующим определением УВ – состава извлеченного газа. Биосфера генерирует рассеянный поток, создающий общий невысокий фон. Этот фон и отдельные всплески его учитываются при проведении различных геохимических съёмок.

Теоретической основой косвенных, «окаменелых» методов и способов является учет всевозможных эффектов влияния мигрирующих УВ на окружающую подземную и приповерхностную среду. Субвертикальная миграция (просачивание) УВ от залежи к поверхности приводит в приповерхностных условиях: к биохимической деградации УВ с выделением H₂S и CO₂; H₂S порождает диагенетические магнитные минералы и способствует накоплению урана; СО₂ обусловливает вторичную минерализацию (карбонизацию) пород и обеднение почв калием (образуются хорошо растворимые соли К); На дневной поверхности и в почвах образуются углеводородные, магнитные, радиационные и геоморфологические аномалии.

Восстановительная обстановка, созданная УВ, способствует преобразованию немагнитных окислов железа в почве в магнитный магнетит. Выщелачивание калия может приводить к образованию отрицательных радиометрических аномалий над залежами УВ, однако, усиленная сульфатизация, способствующая накоплению урана, может, иногда, компенсировать калиевый, отрицательный эффект.

Карбонизация почв приводит к геоморфологическим аномалиям. Из-за цементации пород возникают относительно приподнятые (эрозионные) формы, обуславливающие центробежный рисунок дренажной сети, легко улавливаемый на аэрофотоснимках. Карбонизация создаёт на аэрокосмических снимках светлые тональные пятна – аномалии в безлесных областях, поскольку в лесах изменения фототона часто связаны с видовым составом растительности.

Мигрирующие УВ изменяют состав глинистых пород – происходит обогащение их монтмориллонитом и смешанно-слойными минералами, снижаются значения теплопроводности глин. В карбонатных породах о положении залежей УВ могут свидетельствовать аномальные содержания магнезита и родохрозита, а также обильные доломитовые сфероиды в цементе пород. Геохимическим индикатором глубинных источников УВ является ртуть.

Под влиянием мигрирующего УВ в приповерхностной окислительной обстановке происходит обогащение почвенного слоя различными минералами и соединениями. В их числе: йодистые соединения очень устойчивые к бактериальному воздействию и дольше хранят след породившей их залежи УВ; вторичные карбонаты; титанистые минералы в тяжелой фракции почв.

В пробах донных осадков выявляются аномалии содержания V, B, Mn. В донных осадках Мексиканского залива над залежами УВ установлено повышенное содержание аутигенных карбонатов с изотопнолегким составом углерода.

При приближении к залежам УВ в подземных водах изменяется содержание и соотношения различных микроэлементов: повышается содержание V, Ti, Hg, Cr, Se, Ni, Co, Sr, Ra, B, Br (Калугин и др., 1989), растет отношение тяжелых изотопов Н и О, отношение изотопов Br превышает 1.03, уменьшается отношение ионов Са и Mg, содержание К становится меньше равновесного с аммонием. Общепринятым региональным признаком возможной нефтегазоносности являются высокие содержания J и Br в подземных водах непродуктивных скважин.

С возможными залежами УВ связывают: аномальные содержания в воздухе металлоорганических соединений метана, СО₂ и SO₂, ртути, гелия и азота при соотношении He/N 0,8-1,3. Возбуждение флюоресценции паров J, Br и Hg в атмосфере лазерными лучами под разными углами позволяет в точках пересечения лучей выявлять аномалии, связанные с залежами УВ.

Большинство существующих способов изучения растительного покрова сводится к определению содержания различных микроэлементов в водных и кислотных вытяжках и в золе растений, а также аномалий изотопного состава С¹³. Концентрации таких микроэлементов варьируют в зависимости от видов растений (хвойные, лиственные), длины их корней, экологической обстановки (болото, лес, степь), но в целом аномальные их содержания обычно согласуются с таковыми в горных породах и почвах. Наиболее частыми индикаторами называются Fe, Mn, Ni, Cu и другие.

Существующие биохимическиеспособы поисков залежей связаны, в основном, с анализом содержания в различных средах, породах, почвах, воде, снеге, воздухе, углеводородоокисляющих бактерий.

Подобно растительному покрову, отдельные виды фауны и микрофауны, особенно морской, ныне и в прошлом четко реагировали на УВ-заражение среды. В донных осадках Мексиканского залива, над УВ–залежами, обычны органогенные постройки со специфическим набором фауны. Обилие некоторых видов нехищного зообентоса может служить индикатором залежей УВ. В кремнистых породах палеосодержание остатков радиолярий связывают с залежами УВ, а обнаружение в нефти верхних горизонтов более древних, чем вмещающие породы спор и пыльцы, надежно свидетельствует о нефтегазоносности более глубоких горизонтов.

Геофизические методы - обращается внимание на методы и способы, направленные на выявление аномалий, вызванных прямым влиянием залежей УВ на геофизические поля, либо влиянием изменений вмещающей среды под воздействием мигрирующих УВ.

Гравитационный эффект залежей газа может достигать 2.5 мГал, нефти – до 1,5 мГал (локальные минимумы на гравитационных максимумах, сопровождающих антиклинальные структуры). С залежами УВ могут быть также связаны вариации силы тяжести во времени, обнаруживаемые при повторных съёмках. Магнитометрические методы поисков залежей УВ связаны с накоплением магнитных минералов в восстановительной среде, созданной мигрирующими УВ вблизи дневной поверхности над искомыми залежами. Вблизи поверхности под влиянием УВ восстанавливаются немагнитные минералы: гематит преобразуется в магнетит, а сульфаты – в сульфиды. Аэроэлектроразведка – аналоговая система АМПП на вертолете (импульсный индукционный метод). Определение местоположения залежи УВ основано на обнаруживаемом эффекте повышения сопротивления (вторичная минерализация почв) и вызванной поляризации (сульфиды над залежью УВ), что уменьшает сигнал АМПП. Термометрические способы (Россия, США) основаны на возможной связи залежей УВ с положительными тепловыми аномалиями. В Мексиканском заливе, тепловой градиент над месторождениями возрастает до 8^оС/100м по сравнению с фоновыми значениями 1,5^оС/100м. Для приповерхностных слоев прямая связь t-аномалий с залежами не всегда подтверждается – на месторождении Узень (Мангышлак) в верхней (0-500 м) части разреза наблюдается охлаждение пород, связанное с газоносностью меловых отложений, плохо проводящих тепло. Термолюминесценция - фтористо-литиевые дозиметры ТЛД - небольшие пластинки размером 3,2х3,2х0,9мм, «чипсы», закопанные в грунт на глубину до 0,5 м, с плотностью один дозиметр на км², в течение 3-4 месяцев накапливают дозу радиации от залежи УВ на глубине. Механизм образования «гало-аномалий»: нефть и газ сохраняются в наиболее изолированных участках, где короткоживущие изотопы, быстро распавшись, снижают общий радиоактивный фон, тогда как окружающие, более проницаемые участки продолжают проявляться на поверхности, как относительно высоко радиоактивные.

Этот метод наиболее интенсивно применяется в Китае. Описанная китайская методика была опробована Томским Политехническим университетом на Северо-Васюганском, Западно-Полуденном и Мыльджинском месторождениях Западной Сибири [23]. Метод был дополнен спектрометрической съёмкой на поверхности (определялись содержания K, U, Th).. Успешность метода (продуктивные и непродуктивные части месторождений) достигла 92-100%. Радиометрические методы применяются обычно в комплексе с другими геофизическими и аналитическими методами и преимущественно как дистанционные измерения. При g-съёмках их результативность существенно повышается при нормализации измерений в зависимости от литологии пород. При комплексировании g-съёмок с газовыми съёмками возрастает результативность. Объединение магнотометрических и радиометрических исследований рекомендуется как поисковый метод там, где сейсмические методы неэффективны, в частности, обнаруживаются шнурковые залежи, недоступные даже для трехмерной сейсморазведки при стоимости не более 15% от стоимости ЗD-сейсмики.

УВ в почве, приземном воздухе и в воде поглощают электромагнитные волны и свет определенной частоты; УВ-аномалии обнаруживаются при радарной съемке и при анализе отраженного света спектральной аппаратурой спутника «Landsat».

Геоморфологические методы - большей частью косвенные, поскольку позволяют обнаруживать или намечать возможные структуры, так или иначе выраженные в рельефе и растительном покрове дневной поверхности - возможные ловушки для нефти и газа, а также другие геологические особенности (разрывы, трещиноватые зоны), влияющие на нефтегазоносность. По характеру изучаемых объектов и признаков, и способам обработки материалов названные методы могут быть разделены на: ландшафтные, морфографические, морфометрические, палеогеоморфологические методы [23].

Ландшафтные методы заключаются в изучении дневной поверхности на аэрофотоснимках и высокоточных космических снимках (КС). С одной стороны тщательное дешифрирование названных материалов создаёт фактическую базу для дальнейшего морфографического и морфометрического анализа, с другой – ряд ландшафтных особенностей (растительность, фототон и другие признаки) может использоваться самостоятельно. Особенно расширяются возможности этих методов при изучении аэро – и КС в различных диапазонах спектра. Становится возможным определение литологии, отдельных геологических объектов, следов влияния различных полезных ископаемых на почвы и растительный покров. На аэро – и КС, в обнаженных районах, по рисунку слоистости четко выделяются антиклинали, кольцевые структуры, вариации фототона нередко коррелируются с участками влияния УВ на почвы и растительный покров. На снимках хорошо выделяются озера с чистой (голубой) водой на фоне озер с темной водой (Западная Сибирь), а на осенних и весенних снимках – незамерзающие участки рек и озер, возможно, связанные с залежами УВ. Морфографические методы заключаются в качественном, визуальном выявлении на топокартах и аэрофотоснимках различных аномалий рельефа и гидросети. Большинство морфографических показателей может быть представлено в количественной форме – размерах и амплитудах, процентах от целого, отношениях и т.д. Эти морфометрические методы относительно трудоёмки, но возможна автоматизация их на фотооптических приборах и компьютерах. Они повышают объективность построений

Палеогеоморфологические методы заключаются в детальном изучении структурных карт по поверхностям несогласий внутри разрезов и интерпретации таких карт с геоморфологической позиций.

Геологические методы. На заре нефтяной геологии огромную роль при поисках антиклинальных ловушек залежей нефти и газа, особенно в предгорных хорошо обнаженных районах, сыграла геологическая съёмка. С ростом изученности и выходом в слабо дислоцированные и мало обнаженные платформенные территории и на акватории, она утратила ведущее значение и уступила место структурному бурению и сейсморазведке [23].

С ростом буровой изученности все большее значение приобретает обобщение скважинных геологических и промыслово-геофизических материалов, на основе которых становится возможным подземное картирование на уровне продуктивных горизонтов.

В США метод «Подземное картирование»получил название «Subsurface geology» (подземная геология) и применяется и классифицируется как равноправный метод наряду с сейсморазведкой, наземной геологической съёмкой и другими.

Основная информация поступает при бурении скважин – стратиграфия и литология, гипсометрия отдельных горизонтов, коллекторские свойства их, флюидонасыщенность и прочие показатели. Все они обобщаются в виде комплекта разрезов, профилей и специализированных карт - структурных, изопахических, литологических, палеогеологических (на уровне перерывов и несогласий в разрезе), геофизических, геохимических, гидрогеологических и других. Совокупность таких карт и построений, на которых выявляются локальные, часто неантиклинальные, ловушки или аномалии тех или иных показателей, прямо связанных с нефтегазоносностью, являются документальной основой для заложения поисковых скважин. Применяемые в «подземной геологии» построения общеприняты и повсеместно используются [23].

Гидрогеологические показатели.Установлена прямая зависимость концентраций бензола в подземных водах непродуктивных скважин от расстояния до залежей нефти в том же проницаемом горизонте. Залежь УВ может быть обнаружена при создании знакопеременных нагрузок на столб пластовой воды и анализом времени запаздывания реакции воды на изменение нагрузки. О наличии залежи вблизи «водяной» скважины может свидетельствовать увеличение коэффициента сжимаемости (метод гидропрослушивания Гаттенбергера – Дьяконова, 1979).

В классификации поисковых методов ААРG (США) выделяется графа «ненаучные методы», следуя которым в США постоянно (по крайней мере, до 80-х годов – в дальнейшем информация о методах обоснования заложения поисковых скважин, в том числе и ненаучных, исчезла из публикаций) закладывалась до 10-20% поисковых скважин. Для полноты картины мирового опыта поисков нефти и газа укажем случайное бурение ( «Дикая кошка»), биолокация («лозоходство») и ясновидение.

Комплексирование независимых друг от друга по виду анализов или объектов изучения методов, безусловно, повышает достоверность получаемых результатов [23].

.