Применение геофизики при поисках и разведки месторождений углеводородов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт природных ресурсов

Направление - Технология геологической разведки

Кафедра геофизики

Курсовая работа по дисциплине

«Разведочная геофизика»

Тема «Применение геофизики при поисках и разведки месторождений углеводородов»

Исполнитель:

Студент, гр.2212 Слепцова Ксения Евгеньевна

Руководитель: Забродина Наталия Андреевна

Томск, 2013 г.

Содержание

Введение

Глава I. Образование нефти и газа в недрах Земли

Глава II. Физико-геологические основы поисков и разведки

§1. Физические свойства пластовых вод, нефти и газа

§2. Физические свойства залежей нефти, газа и вмещающих пород

Глава III. Этапы и стадии поисково-разведочных работ

Глава IV. Геофизические методы поисков и разведки углеводородов

§1. Гравиразведка

§2. Магниторазведка

§3. Электроразведка

§4. Сейсморазведка

§5. Радиометрия

§6. Терморазведка

Глава V. Комплексирование геофизических методов при поисках и разведки месторождений углеводородов

Заключение

Использованная литература

Введение

Значительную роль в решении основных задач на всех этапах и стадиях геологоразведочного процесса принадлежит методам геофизики. Как известно, геофизические методы составляют комплекс методов, которые применяются с целью поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, путем изучения геологических разрезов с поверхности суши (наземные), моря (морские) и с воздуха (аэро- и космические методы).

Геофизические методы - одно из наиболее прогрессивных и современных средств изучения земных недр, особенно велика их роль при поисках и разведках месторождений углеводородов, которые находятся на больших глубинах и перекрыты мощными толщами вышележащих пород. Одна из задач полевых геофизических методов разведки - изучение условий залегания геологических напластований, т.к. залежи углеводородов приурочены к определенным структурным условиям.

Поэтому целью курсовой работы является расширение знания в области разведочной геофизики, приобретение навыка поиска, анализа, обобщение и изложения информации.

Для поставленной цели сформулированы следующие задачи:

· Подобрать информацию о нефтегазовой геофизике;

· Проанализировать собранную информацию и изложить в виде курсовой работы.

Глава I. Образование нефти и газа в недрах Земли

Проблема происхождения нефти и газа для геофизиков имеет не только научно - технический интерес, но и большое практическое значение. Зная, в каких условиях образуется, представляя четко все процессы, геофизики смогут целенаправленно вести поиски и разведку месторождений нефти и газа.

Ученые думают, что животные и растения после смерти опускались на дно древних морей и заливов, покрываясь толстым слоем почвенных отложений. Считается, что именно воздействие анаэробных бактерий на останки приводит к образованию сырой нефти и природного газа. При этом происходили химические реакции между распадающимися органическими остатками и солями, содержащимися в воде и слое грязи. На это указывает различный состав нефти, найденной в разных точках земного шара.

Рис.1 .ЛОВУШКИ НЕФТИ И ГАЗА. Антиклинальная ловушка (а) обусловлена изгибом слоев вверх; тектоническая экранированная ловушка (б) сформирована вертикальным перемещением пластов, когда пласт непроницаемых пород располагается напротив пласта проницаемых пород. Соляной купол (в) образуется при внедрении соляного штока в другие пласты. Стратиграфическая ловушка (г) формируется при замещении пористых пород непроницаемой, причем замещение обусловлено обстановками накопления осадков.

Важно понимать, что нефть и газ не лежали по земле в виде озер. Они были смешаны с водой и песком, которые постепенно просачивались сквозь пористые слои песчаников и известняков вместе с пузырьками газа. Часто смесь продвигалась сквозь породы под воздействием высокого давления. Рано или поздно на пути нефти и газа попадался слой непроницаемой породы, не имевшей пор или трещин, сквозь которые они могли бы просочиться, и, таким образом, нефть и газ оказывались в геологической «ловушке» (рис.1)

Глава II. Физико-геологические основы поисков и разведки

§1. Физические свойства пластовых вод, нефти и газа

В нефтегазоносных залежах распределение жидкостей и газов соответствует по их плотностям: верхнюю часть пласта занимает свободный газ, ниже залегает нефть, которая подпирается пластовой водой. Однако пластовая вода в нефтегазовых залежах может находиться в нефтяной и газовой зоне, насыщая вместе с нефтью и газом продуктивные породы залежей. Такую воду называют связанной или погребенной.

Пластовые воды. Наиболее характерным признаком для распознавания вод является их химический состав. В состав пластовых вод входят: хлориды, бикарбонаты и карбонаты металлов натрия, кальция, калия и магния. Воды нефтяных и газовых месторождений отличаются от поверхностных отсутствием сульфатов (соединений SO4) и их слабой концентрацией.

В зависимости от растворенных в воде солей ее плотность изменяется от 1 до 1,26 г/смі. С увеличением давления плотность воды увеличивается, тогда как рост температуры приводит к ее уменьшению.

Удельное электрическое сопротивление пластовых вод изменяется от 10-2 до 103 Ом•м, которое определяется количеством растворенных в ней солей, температурой и давлением. С увеличением температуры удельное сопротивление уменьшается. Диэлектрическая постоянная воды равна 81.

Скорость и поглощение звука в жидкостях определяются некоторыми факторами. В дистиллированной воде при температуре 20?С скорость звука равна 1480 м/c. С увеличением давления и минерализации растворов скорость возрастает. Зависимость ее от температуры более сложная. При повышении температуры до 80-100?С скорость увеличивается, а затем при дальнейшем ее повышении уменьшается.

Нефть. Нефть является смесью жидкости, газа и твердых веществ. Плотность нефти колеблется от 0,76 до 0,96 г/смі и зависит от соотношения указанных составных частей. Плотность древних нефтей меньше плотности нефтей молодых месторождений.

Удельное электрическое сопротивление нефтей достигает 1010-1014 Ом•м. Диэлектрическая постоянная равна 2. Скорость распространения сейсмических волн в нефтях меньше, чем в воде, и изменяется от 1300 до 1400 м/с.

С увеличением плотности нефти на 0,01 г/смі скорость ультразвука увеличивается на 7 м/c. Углеводородные газы являются причиной изменения физических параметров нефти. С увеличением количества растворенного в нефти газа скорость снижается более на 150 м/c.

Природные газы. В нефтегазовых месторождениях природный газ в основном состоит из метана, более тяжелых летучих углеводородов и небольшого количества азота. Плотность сухого газа равна 0,00128 г/смі, в пластовых условиях ее значение может достигать 0,4 - 0,5 г/смі.

Удельное электрическое сопротивление равно 1014 Ом•м, а диэлектрическая проницаемость - 1 - 1,01.

Скорость распространения ультразвука при нулевой температуре и давлении 0,1 МПа в сухом воздухе составляет 332 м/с, в метане 500 м/c, в азоте 338 м/c, в углекислом азоте 261 м/с, в кислороде 316 м/c.

§2. Физические свойства залежей нефти, газа и вмещающих пород

Физические свойства залежей нефти, газа и вмещающих пород определяются условиями и особенностями осадконакопления, образования месторождений, минеральными и механическими свойствами пород и т.д. наиболее изучены месторождения антиклинального типа.

Рис.2. Схема распределения физических свойств пород в пределах нефтегазоносных структур платформенного типа.

I - залежь нефти и газа; II - запечатывающий слой; III - ореол вторжения; IV - зона разуплотнения пород в своде структуры; V - субвертикальные зоны разнонапряженных состояний пород; VI - опорные границы между породами с различными физическими свойствами; VII - фундамент;

На рис.2. приводится обобщенная схема распределения физических свойств для антиклинального нефтегазового месторождения.

Залежи нефти и газа. Плотность залежи определяется плотностью пород-коллекторов, величина которой в основном зависит от их пористости.

Нефть и газ способствуют уменьшению плотности в объеме залежи по отношению к водоносной части коллектора. В соответствии с этим величина уэф является отрицательной. В целом эффективная плотность для газовых залежей может достигать 0,2 г/смі, а для нефтяных - 0,1 г/смі и более.

С глубиной при увеличении давления плотность пород-коллекторов увеличивается, а пористость уменьшается, но неравномерно. Как показывает опыт бурения глубоких скважин, пористость в объеме залежи остается высокой.

Электрическое сопротивление залежей нефти и газа нефтегазоносных пластов может превосходить с водоносных пластов в 100 раз и более. Наиболее вероятная величина считается равной 10. Но в целом электрическое сопротивление почти всех видов пород с глубиной уменьшается, поскольку влияние температуры превалирует над влиянием давления.

Месторождения нефти и газа характеризуются повышенной поляризуемостью пород. Это связано с наличием пирита, образовавшегося благодаря сложным взаимодействиям залежей нефти и газа с вмещающими породами.

Нефть и газ оказывают определенное влияние на скорость и поглощение волн при прохождении их через залежь, величина скорости в негазовых отложениям хр нг уменьшается по сравнению со скоростью в водоносной части хр в в среднем на 0,5 км/c или на 15-25 %.

Поглощения волн Дб в нефтегазовых залежах по сравнению с законтурной частью в среднем составляет 4-5•10?і 1/м.

Запечатывающий слой образуется в области контактов залежей нефти и газа. Плотность пород увеличивается на 0,2-0,6 г/смі.А также здесь увеличиваются скорость сейсмических волн и электрическое сопротивление.

Появление ореола вторжения сопровождается увеличением пористости глинистых пород-покрышек.

В ореоле вторжения увеличивается пористость, уменьшается плотность, повышается битумо- и газонасыщенность. Скорость сейсмических волн уменьшается, но и может увеличиться.

Разуплотнение пород в сводах структур. Наблюдается уменьшение плотности пород от крыльев к своду. Разуплотнение приводит к уменьшению скоростей сейсмических волн до 0,5 км/с и увеличению их поглощения, а также наблюдаются аномалии пониженного сопротивления.

Зоны субвертикальных неоднородностей пород или разнонапряженных состояний. В крыльевых частях структур установлено наличие зон аномально-высоких и низких напряжений горных пород, выражающееся прежде всего в увеличении и уменьшении плотности, пористости и скорости упругих волн пород по сравнению со сводовой частью.

Опорные границы, фундамент в осадочной толще представляют основной объект исследований, особенно для сейсморазведки при поисках месторождений нефти и газа. В физическом отношении эти границы характеризуются перепадом свойств (например, до 0,3 - 0,5 г/смі по плотности), выдержанностью их в горизонтальном направлении.

Глава III. Этапы и стадии

поисково-разведочных работ

Поиск и разведка углеводородов - это совокупность работ по открытию месторождений и оценке пригодности их для промышленной разработки.

Геолого-разведочные работы на нефть и газ включают два этапа:

I. Поисковый, конечной целью которого является открытие залежей нефти и газа и предварительная их оценка.

II. Разведочный этап, цель которого - подготовка месторождений к разработке.

Поисковый этап включает следующие три стадии:

1) Регионально геолого - геофизические работы проводятся в неизученных и слабоизученных регионах или их частях. На этой стадии поисков изучаются общие черты глубинного геологического строения чехла осадочных пород или складчатого фундамента, оцениваются перспективы нефтегазоносности с выделением возможных зон нефтенакопления.

2) Стадия выявления и подготовка площадей геолого-геофизическими методами к поисковому бурению, которые по данным общей съемки или региональных геофизических исследований оцениваются как перспективные для поисков залежей нефти и газа.

3) На стадии поиска залежей получают промышленные притоки нефти и газа и выбирают объект для проведения детализационных и оценочных работ.

Разведочный этап является завершающим в геологоразведочных работах на нефть и газ. Разведка проводится на площадях, где получены промышленные притоки нефти и газа. В разведочной работе готовят местоскопление к разработке с подсчетом запасов по промышленным категориям.

Глава IV. Геофизические методы поисков и разведки углеводорода

§1. Гравиразведка

Поиски месторождений нефти и газа включают в себя обширный комплекс геолого-геофизических исследований, в которых гравитационная разведка играет значительную роль. Метод основан на изучении естественного поля силы тяжести на земной поверхности, что позволяет выявлять аномалии гравитационного поля, обусловленного изменением плотности.

Залежи нефти и газа обычно в виде отдельных изолированных гравитационных тел не существуют, а находятся в других гравитационных телах - структурах, принимая их или подобную им форму. Таких, например, как антиклинальные складки, куполовидные платформенные структуры, рифовые массивы, соляные купола и др. Это приводит к сходству аномалий силы тяжести как от залежи, так и от структуры. Но различие будет заключаться только в амплитуде. Поэтому суммарное поле принимает в основном форму той составляющей, амплитуда которой преобладает. Бывают случаи, когда гравитационный эффект залежи больше эффекта структуры. В принципе возможно их равенство.

Для разведки наиболее благоприятны соляные купола, так как соль отличается низкой плотностью (2,15 г/смі) по сравнению с окружающими породами ( 2,2 - 2,6 г/смі) и резкими крутыми склонами. Соляные купола выделяются изометрическими интенсивными отрицательными аномалиями, по которым можно судить не только об их местоположении и форме, но и о глубине залегания. Пример аномалии силы тяжести над соляным куполом показана на рис. 3.



Рис.3. Отрицательные аномалии над соляными куполами.

Антиклинальные складки хорошо выделяются при достаточных контрастах плотностей отдельных толщ осадочного разреза и представляются вытянутыми изолиниями аномалий Дg положительного и отрицательного знака в зависимости от плотности пород, залегающих в ядре складок. Пример такой гравитационной аномалии приведен на рис. 4.



Рис.4. Положительная аномалия над антиклинальной складкой.

а - нефтегазовая залежь; б - песчаник; в - газ; г - вмещающие породы

1 - аномалия силы тяжести Дgс от структуры с постоянной плотностью слоев (при отсутствии залежи); 2 - аномалия силы тяжести Дgз от залежи; 3 - суммарная аномалия Дgс+з от структуры и залежи.

При благоприятных условиях гравиметрическую разведку также применяют для изучения рифов, в которых могут находиться скопления нефти и газа. Породы, которые залегают над рифами, часто неоднородны по плотности и могут быть представлены терригенными, соленосными и карбонатными породами. В первых двух случаях рифы обычно выделяются положительными аномалиями.



Рис.5. Типичные аномалии силы тяжести в районах сочетания рифовых массивов и кунгурских соляных структур на юго-востоке Русской плиты (по Ф.И.Хатьянову,1974г.)

1 - отложения рифовой фации; 2 - отложения депрессивной фации; 3 - карбонатные отложения; 4 - соль; 5 - ангидрит; 6 - гипс.

Месторождения нефти и газа также нередко приурочены к куполовидным платформенным поднятиям, которые отличаются малой амплитудой и большой глубиной залегания. При изучении их гравиразведкой существуют определенные проблемы. Однако применение высокоточных гравиметров позволяет вести поиски и разведку и этих структур, выделяющихся слабыми отрицательными аномалиями за счет разуплотнения пород над поднятиями. При разуплотнении плотность в отдельных слоях постепенно изменяется от крыльев к своду структуры, а при наличии залежей уменьшение плотности на контактах вода - нефть или газ происходит довольно резким скачком.

§2. Магниторазведка

Магнитный метод основан на изучении особенностей магнитного поля, связанных с различными магнитными свойствами горных пород. Изменение магнитных свойств и разные формы залегания магнитных пород создают различные магнитные аномалии, т.е. отклонение напряженности геомагнитного поля в данном районе от нормальных его значений.

Область применения магнитных съемок при нефтегазопоисковых работах обычно ограничивалась изучением региональных особенностей геологического строения территорий, исследованием структуры и вещественного состава кристаллического фундамента древних и молодых платформ и решением общих задач геокартирования. Осадочный чехол из - за очень слабых магнитных свойств пород, как правило, исключался из объектов исследования. С появлением новой высокоточной аппаратуры и проведением с ее помощью массовых съемок были выявлены новые специфические аномалии магнитного поля малой амплитуды, пространственно приуроченные к залежам углеводородов.

Например, в пределах Южно-Каспийской впадины над месторождениями нефти и газа залегают отложения акчагыльского и апшеронского ярусов с повышенной намагниченностью. Поэтому над месторождениями, связанными с пологими антиклинальными складками, отмечается общее повышение магнитного поля, которое уменьшается от свода структур к ее крыльям в зависимости от погружения пород акчагыльского и апшеронского ярусов (рис. 6). Если породы на своде складок размыты, то отмечаются аномалии, картирующие крылья складок.

Район Южно - Каспийской впадины характеризуется явлением грязевого вулканизма, приуроченного преимущественно к зонам продольных разрывных нарушений антиклинальных складок, причем вулканы генетически связаны с залежами нефти и газа на глубине. В этих зонах происходит дробление пород, ферромагнитные минералы частично разрушаются или приобретают хаотическую ориентировку. Поэтому эти зоны выделяются небольшими отрицательными аномалиями магнитного поля, вытянувшимися вдоль линий нарушений.

Рис.6. Применение магниторазведки при поисках антиклинальных структур по А.А.Дзабаеву: а - поле Т (нТл); б - структурная карта по подощве акчагыльского яруса Южно - Куринского поднятия в акватории Каспийского моря; в - магнитные аномалии над грязевыми вулканами; г - магнитные аномалии над антиклиналью с размытым сводом: 1 - линии равных глубин в км; 2 - изодинамы Т (нТл); 3 - области размыва свода; 4 - графики Т; 5 - грязевые вулканы.

А также магнитные аномалии можно применить и при поисках соляно - купольных поднятий, к краевым частям которых бывают приурочены месторождения нефти и газа. Например, на Украине контуры солянокупольных тел характеризуются мозаичными полями разных знаков (рис. 7), связанными с глыбами эффузивов, расколотых в процессе образования купола.

Рис. 7. Магнитное поле над соляным поднятием.

Изолинии даны в нТЛ. Жирной линией показан контур подошвы поднятия.

залежь нефть газ разведка

В благоприятных случаях магнитные аномалии можно применить и при поисках рифовых тел. Рифогенные образования с высоким коэффициентом карбонатности практически немагнитны, тогда как породы глинисто - карбонатного бассейнового комплекса, а в большей степени отложения терригенного комплекса, занимающие внутренние части прогибов и составляющие межрифовый рельеф, отличаются повышенной магнитной восприимчивостью. Поэтому сокращение мощности терригенной толщи над рифами отмечается в магнитном поле локальными минимумами слабой интенсивности, например, в Актаныш - Чишминском прогибе Камско - Кинельской системе прогибов (рис.8). В случаях, когда породы терригенного состава с повышенной магнитной восприимчивостью расположены над рифовым телом, над ними будут наблюдаться слабые максимумы магнитного поля.

В ряде районов рифовые тела приурочены к очагам платформенного магнетизма или к приразломным зонам, с которыми связаны цепочки положительных аномалий.



Рис.8. Схемы магнитного поля Дмитриевского верхнедевонского рифа. Башкирская АССР (по В.Г.Маричеву):

а - структура отражающего горизонта; б - изодинамы магнитного поля; в - графики локальных аномалий магнитного поля; 1 - изогипсы по отражающему горизонту в м; 2 - изогипсы кровли сакмарского яруса в м; 3 - контур рифогенного массива; 4 - графики локальных аномалий магнитного поля

На основании того, что магнитные аномалии над областью нахождения залежей нефти и газа являются относительно малыми, до их выделения необходимо учесть все поправки за соответствующие техногенные факторы, имеющие место в пределах месторождений нефти и газа - поправки за влияние буровых вышек, трубопроводов, железных дорог, обсадных колонн буровых скважин и т.п.

§3. Электроразведка

Метод электроразведки основан на изучении естественных и искусственных электромагнитных полей, возникающих в земной коре под воздействием источников постоянного и переменного тока.

При поисках и разведке месторождений нефти и газа электроразведку используют главным образом для изучения структурных условий залегания слоев осадочных пород, с которыми связаны залежи нефти и газа. Это основано на том, что нефте- и газосодержащие породы обычно имеют значительно более высокое электрическое сопротивление по сравнению с водонасыщенными породами и обладают свойствами поляризуемости.

При решении геологических задач для изучения сопротивлений и поляризации пород применяются различные модификации электроразведки. Для изучения сопротивлений привлекают модификации с использованием как искусственных, так и естественных источников электромагнитного поля, а для изучения поляризуемости - модификации вызванной поляризованности ВП на базе источников постоянного и переменного тока.

В частности, применяются модификации, основанные на измерениях искусственного поля, с источниками постоянного тока, обладающие наибольшей разрешающей способностью: вертикальное электрическое зондирование ВЭЗ, дипольное экваториальное зондирование ДЭЗ и электрическое профилирование ЭП. Были изучены возможности амплитудных и фазовых измерений в переменном электромагнитном поле - частотные зондирования ЧЗ. Затем широкое применение получили более производительные измерения в неустановившихся полях - зондирования становлением с дальней ЗС и ближней ЗСБЗ зонах.

А также для решения задачи прямых поисков начинают использовать различные виды измерений естественных полей - магнитотеллурические зондирования МТЗ, магнитотеллурическое профилирование МТП и наблюдение поля теллурических токов ТТ.

Но не все методы могут быть применены при поисках и разведке месторождений углеводородов, здесь рассмотрим только те из них, которые широко используются для решения задач нефтегазовой геологии.

Основное назначение ВЭЗ и ДЭЗ - картирование опорного высокоомного горизонта (кристаллический фундамент) и расчленение надопорной толщи на три - четыре электрических горизонта. (рис. 9)

Рис.9. положение поверхности кристаллического фундамента в одном из районов Саратовского Поволжья (по Б.А. Шабанову и К.А. Шахнес)

1- точки ВЭЗ; 2 - повехность фундамента по ВЭЗ; 3 - поверхность фундамента по сейсморазведке.

ВЭЗ удобнее всего ставить при небольших глубинах исследований (до 1 км), а ДЭЗ - при изучении больших глубин.

ДЭЗ отличается высокой чувствительностью к горизонтальным неоднородностям. Это позволяет по расхождениям двухсторонних кривых ДЭЗ оценить угол наклона опорного горизонта и с их помощью прослеживаются тектонические нарушения. Поэтому количественную интерпретацию вести сложно по искажению даже по усредненным двухсторонним кривым. По этой причине предпочтение отдают методу ВЭЗ.

Рис.10. Разрезы кажущихся сопротивлений по данным дипольных электрических зондирований с отнесением измерений к приемному диполю на Жетыбайском месторождении (а) и неперспективной Шалобайской площади (б).

1 - изолинии ск (Ом•м); 2 - граница резкого изменения геоэлектрического разреза, предположительно обусловленная тектоническими нарушениями; 3- границы нефтяных залежей; 4 - структурные границы по данным по данным бурения и сейсморазведки.

ЭП основано на измерении поля постоянного тока при фиксированных размерах питающих и измерительных диполей. В результате изучают изменение геоэлектрического разреза в горизонтальном направлении при постоянной глубине исследований.



Рис.11. Кривые ЭП при различных размерах установки над антиклинальной (а) и над синклинальной (б) складкой.

ВП основан на электрохимической активности горных пород при пропускании через них тока в виде прямоугольных импульсов. При этом выясняется характер изменения тока на приемных электродах после выключения его в питающей цепи. В результате получают данные о поляризуемости среды, которые могут быть связаны с вкраплениями рудных минералов, образующимися над залежами углеводородов.



Рис.12. Сопоставление результатов наблюдений по методу ВП в районе Газлинского месторождения с данными о пиритизации сенонских и палеогеновых отложений, полученными при структурном бурении.

1 - профили наблюдений; 2 - изолинии кажущеййся поляризуемости при разносе АВ/2=500 м.; 3 - скважины, в которых отмечена интенсивная пиритизация; 4 - скважины, в которых отмечена слабая пиритизация; 5 - скважины, в которых не отмечено пиритизации; 6 - примерные границы распространения пипритизации в сенонских и палеогеновых отложениях; 7 - внешний контур газоносности IX горизонта, 8 - внутренний контур газоносности IX горизонта.

ЧЗ возбуждают гармоническое во времени электромагнитное поле и изучают зависимость электрической и магнитной его компонент от частоты. Изменяя частоту тока в питающем диполе, управляют глубиной изучения разреза: с уменьшением частоты питающего тока возбуждаемая гармоническая электромагнитная волна проникает все глубже в среду, позволяя тем самым получать информацию об изменении параметров геоэлектрического разреза в вертикальном направлении.

А в ЗС питающий диполь подают нестационарный электрический ток в виде ступенчатого импульса включения или выключения тока. Глубину проникновения электромагнитной волны в среду определяет время становления поля. Измеряют разность потенциалов на измерительных электродах или ЭДС индукции, наводимую в петле, в различие моменты; из величина связана с изменением параметров геоэлектрического разреза по вертикали. Например, на рис.13.бю приведен разрез вертикальных нормированных разностей. Краевые (контактного типа) аномалии проявляются в плоскости вертикального разреза особенно четко по материалам метода ЗС, что, возможно, вызвано особенностями природы неустановившихся полей, например, возникновением дополнительных эффектов в связи с образованием электропроводящих минералов в области залежей.



Рис.13. Характерные результаты ДЭЗ и ЗС по локализации эффектов от нефтяных залежей на Жетывайском нефтяном месторождении Южного Мангышлака

а - разрез нормированных разностей дскн по данным ДЭЗ; б - разрез нормированных разностей дсtн по данным ЗС; в - характерные графики нормированных разностей ДЭЗ и ЗС: 1- линии равных значений нормированных разностей в процентах, 2 - характерные коррелирующие зоны максимумов,3 - границы нефтяных залежей; I-XI - нефтяные горизонты.

МТЗ производят попарную синхронную регистрацию горизонтальных составляющих теллурического и магнитного полей в диапазоне периодов от долей секунды до нескольких часов. Поскольку период вариаций определяет глубину проникновения электромагнитной волны в среду, то измеренные составляющие дают возможность получить сведения о геоэлектрическом разрезе на различных глубинах. МТЗ обладает наибольшей точностью. По кривым МТЗ могут определять как фундамент, так и промежуточный этаж и отдельные мощные высокоомные пласты в осадочном чехле.

МТП является упрощенным вариантом МТЗ, в котором изучаются вариации магнитотеллурического поля в узком диапазоне периодов.

ТТ регистрируют только электрические компоненты магнитотеллурического поля. Поэтому метод ТТ из магнитотеллурических методов наибольшей производительностью и простотой. Вместе с тем этот метод обладает существенным недостатком: при наличии в разрезе высокоомных экранов (например, соли) мощностью свыше 200 - 300 м изучать разрез под ним практически невозможно (рис.14)

Рис.14. График изменения средней напряженности поля в методе ТТ в зависимости от рельефа соленосной толщи в одном из районов на севере Прикаспийской впадины (по Л.М. Зархину, И.Б.Пахомову и др.): 1- точки ТТ; 2 - поверхность соли; 3 - поверхность подсолевых отложений по данным сейсморазведки

Эффективность различных методов электроразведки неодинакова. Основное ограничение метода сопротивлений состоит в том, что постоянный ток не проходит через непроводящие формации, т.е. глубинность изучения практически ограничена глубиной залегания первого достаточно мощного высокоомного горизонта. Поскольку при поисках нефти и газа требуется большая глубинность исследований, объемы работ этими методами невелики. Однако метод сопротивлений еще может применяться в районах, где нефтегазоносные отложения перекрыты хорошо проводящими электрический ток отложениями.

Метод переменных электромагнитных полей преодолевает эту трудность, поскольку переменное поле легко проходит через непроводящую среду. Низкочастотные модификации электроразведки магнитотеллурическими методами (МТЗ, МТП и ТТ) используют с целью изучения регионального строения нефтегазоносных бассейнов. Методы ЧЗ и ЧС применяют при более детальных структурно-поисковых работах и непосредственных поисках нефтегазовых залежей. К сожалению, большие глубины, характерные для нефтегазовых объектов, и необходимость использования довольно низких частот не дают в полной мере реализовать все преимущества электроразведки на переменном токе, позволяющие получить информацию не только о сопротивлении горных пород, но и других важных параметрах - диэлектрической и магнитной проницаемостях.

§4. Сейсморазведка

Сейсмическая разведка является ведущим методом полевых геофизических исследований земной коры. Принцип ее применения основан на способности пород различного состава проводить колебания упругих волн с различными скоростями.

При сейсмической разведке упругие волны искусственно возбуждаются у поверхности земли при помощи, главным образом, взрывов зарядов взрывчатых веществ. В процессе распространения в земной коре упругие волны, взаимодействуя с неоднородностями геологической среды, претерпевают процессы отражения, преломления и дифракции. Вследствие этого, часть сейсмической энергии возвращается к земной поверхности, где улавливается специальными приборами, называемыми сейсмоприемниками, или сейсмографами. Анализ и интерпретация полученных после обработки результатов позволяет определить глубину залегания, форму и петрофизические свойства изучаемых объектов, а значит, их структурные особенности, коллекторские свойства и флюдонасыщение.

Рис.15. Рабочий момент сейсморазведки по методу отраженных волн.

Единственным признаком возможного обнаружения залежи по данным сейсморазведки служило наличие антиклинальной замкнутой структуры (рис.16). Для выявления такой структуры достаточно было изучать всего один параметр: время прихода отражений от протяженных границ, устойчивых по площади. Антиклинальной структуре соответствует замкнутая зона относительного уменьшения времен прихода отражений от одного или нескольких горизонтов.



Рис. 16. Антиклинальная структура: 4 - возможная кривая амплитуд отраженных волн Акр от кровли залежи; 5 - кривая эффективного коэффициента поглощения сейсмических волн б нефтегазовыми залежами; 6 - кривая распределения пластовых скоростей хпл в области залежи и за ее контуром; 7 - возможные кривые амплитуд отраженных волн от контактов нефть - вода, газ - вода Акон.

Однако в последнее время возникла необходимость выявления неантиклинальных залежей, которые не контролируются указанными структурами, а локализируются на отдельных участках обширных зон. При поисках таких залежей недостаточно располагать сведениями об одних лишь структурных особенностях разреза, так как местоположение залежей неантиклинального типа контролируется зачастую различного рода геологическими неоднородностями, которые не отображаются в геометрии разреза столь отчетливо, как локальные антиклинальные структуры. Поэтому при выявлении залежей неантиклинального типа необходимо использовать все возможности сейсморазведки, которые связаны с информацией о сейсмологических неоднородностях разреза, тем более что и сами залежи представляют собой характерные сейсмологические неоднородности. Это связано, прежде всего с тем, что в объеме однородных коллекторов в результате замещения пластовых вод углеводородами в области залежей происходит: а) уменьшение средней плотности у на 0,25-0,10 г/смі; б) уменьшение интервальной скорости х на 20-10%; в) увеличение коэффициента поглощения б в полосе частот 30-70 Гц на порядок и выше, причем для высоких частот это увеличение больше, чем для низких.

На стадии выявления объектов неантиклинального типа, в которых достаточно уверенно прогнозировалось обнаружение залежей углеводородов, сейсморазведчики пристальное внимание уделяли соляным куполам.

На рис. 17 приведен пример временного разреза, где в центральной части разреза находится прогиб (мульда) между двумя куполовидными поднятиями. В пределах мульды наблюдаются протяженные оси синфазности отраженных волн, указывающие на то, что осадочные горные породы, слагающие мульду, достаточно хорошо выдержаны и тектонически не нарушены. В левой части профиля соляной купол залегает ближе к земной поверхности, чем соляной купол в правой части профиля. А также в левой части временного разреза прослеживаются дизъюнктивные нарушения почти от земной поверхности до отражающих горизонтов на времени прихода 2 - 3 с. Между пикетами 651 - 723 прослеживается пять очень четких разрывов небольшой амплитуды, радиально расходящихся от соленого ядра. Само соленое тело находится в левом нижнем углу временного разреза, где отсутствуют непрерывные и протяженные оси синфазности на времени 1,8 с. на ПК 651 и более 3,6 с на ПК 683. В правой части временного разреза соляной купол отмечается областью отсутствия протяженных отражающих горизонтов на временах, больших 3 с на ПК 843. Залегающие выше осадки достаточно интенсивно нарушены сбросами, часть из которых прослеживается через всю толщу пород до земной поверхности (ПК 783 - 843). Вблизи левого крыла купола (ПК 795 - 819) на времени 2,4 -2,8 с отчетливо видны участки выклинивания отдельных пластов.



Рис.17. Типичный временной разрез в районе развития солянокупольной тектоники

На поисковом этапе успешно ставить и решать задачи по выявлению еще одного важного вида неантиклинальных ловушек углеводородов - рифогенных структур. На рис.18 изображен фрагмент временного сейсмического разреза по профилю, пересекающему Ново-Узыбашевский риф, расположенный в Акантыш-Чишминской депрессии Камско- Кинельской системы прогибов. Горизонт В залегает почти горизонтально. Отражающий горизонт У в интервале 50 - 70 образует локальное поднятие. В районе рифа наблюдается резкое выклинивание толщи горных пород, залегающих над отражающими горизонтами У и Т.

Грабены и горсты являются достаточно обычными элементами геологического разреза на восточной окраине Русской платформы. К ним нередко приурочены небольшие залежи углеводородов. Умение их выделять на временных разрезах - задача высшей степени трудности для интерпретаторов. На рис.19 показан фрагмент временного сейсмического разреза по одному из профилей, секущему Искандеровское месторождение. Сергеевско - Демский прогиб четко виден на отражающем горизонте Д1, менее четко проявляется в поведении горизонта У, и совершенно не проявляется на горизонте В между ПК 20 - 30.

Рис.19. Временной сейсмический разрез по профилю, пересекающему Сергеевско - Демский грабенообоазный прогиб в Башкирии.

Особо интересными объектами для поисков месторождений нефти и газа являются неантиклинальные ловушки, связанные с ограничением коллекторов по простиранию. Зоны несогласного залегания пород обычно достаточно четко фиксируются на временных сейсмических разрезах. В качестве такого примера на рис.20 приведен фрагмент временного разреза (Шерифф и др.) по одному из профилей на побережье Мексиканского залива, где поверхность несогласия ПП образует сильное отражение. В зонах примыкания вышележащих пластов нередко обнаруживаются крупные скопления нефти и газа.



Рис. 20. Проявление поверхности несогласия ПП1 двух осадочных сейсмофаиальных комплексов на временном сейсмическом разрезе на шельфе Мексиканского залива

Сейсморазведочные работы с использованием наблюдений высокой кратности открыли новые возможности по прямым поискам залежей углеводородов. Особенно успешно сейсморазведкой решаются задачи по обнаружению залежей газообразных углеводородов на основе методики выделения «яркого пятна». В качестве примера на рис.21 приведен временной сейсмический разрез, на котором достаточно четко видна амплитудная аномалия - «яркое пятно», связанная с газовой залежью в песчаниках. Результаты интерпретации данного временного разреза крупным планом показаны на рис.22.



Рис.21 Характер проявления газовой залежи - аномалии типа «яркого пятна» - на временном сейсмическом разрезе по одному из профилей Мексиканском заливе

Рис.22. Результаты геосейсмической интерпретации фрагмента записи временного разреза с аномалией типа «яркого пятна», показанной на рис.21

В настоящее время роль сейсморазведки на разведочном этапе существенно возросла. Решение основных вопросов сейсмическая разведка может осуществлять только на основе совместного анализа данных бурения и материалов ГИС в скважинах. Особо широкое распространение получило использование сейсморазведки для получения данных, которые могут быть применены для уточнения объема запасов, распределение их по площади месторождения, оконтуривания зон запасов углеводородов категории С1 и С2, а также для уточнения оценки ресурсов С3.

§5. Радиометрия

Радиометрия начала использоваться для поисков месторождений нефти и газа примерно с начала 50-х годов. В основном проводились гамма-съемки различных модификаций.

Проведенные работы показали, что в основном месторождений нефти и газа находят отражение в естественных гамма - полях в виде относительных минимумов. Однако аналогичные эффекты были отмечены и над непродуктивными структурами.

На некоторых месторождениях и непродуктивных структурах в глубоких разведочных и специально пробуренных скважинах измерялся характер распределения г-полей для отдельных геологических слоев, а также наличие основных радиоактивных элементов (U, Ra, Th, K) в этих слоях и почвах.

Наибольшее содержание радиоактивных элементов наблюдается у глин и других глинистых пород. Несколько меньше у песчаников и значительно ниже у известняков.

В процессе осадконакопления на вершинах отдельных поднятий оседает более грубый песчанистый материал, чем во впадинах, где накапливаются мелкозернистые фракции с преобладанием глинистых соединений. Это связано с тем, что выступающие вверх участки дна попадают в область более интенсивных вверх участки дна попадают в область более интенсивных движений воды, вследствие чего самые тонкие фракции осадков здесь не задерживаются, а переносятся во впадины, тогда как грубый материал остается.

Учитывая радиоактивность песчанистых и глинистых пород, можно предположить, что сводам структур вне зависимости от наличия в них углеводородов будет соответствовать меньшая интенсивность г-излучения по сравнению с периферийными частями структур или над структурами будут наблюдаться относительные отрицательные аномалии гамма-полей. На рис.23 приведены структурные карты по подошвам отложений четырех слоев разного возраста и соответствующие им гамма - поля в относительных единицах для Гнединцевской нефтеносной структуры. Отчетливо видно, что над сводами структуры по отдельным слоям наблюдаются участки пониженных значений гамма-поля. Такая же картина соответствует Щелковской непродуктивной структуре, которая по всем геологическим данным не содержала нефти и газа ранее (рис.78). Подобные закономерности были отмечены и для движения в процессе осадконакопления, тем сильнее различия в интенсивности гамма-поля над сводами структур и их периферийными частями.



Рис.23. отражение Гнединцевской нефтеносной структуры в естественном гамма - поле.

I - структурные карты подошвы (м): 1 - пересажской свиты, 2- триаса; 3 - юры; 4 - мела; II - карта гамма - активности отложений: 1 - верхнепермских, 2 - триасовых, 3 - юрских, 4 - меловых.

Рис.24. отражение Щелковской непродуктивной структуры в естественном гамма - поле.

I - структурные карты подошвы (м) отложений: 1 - евланово - ливенских, 2- верхнещигровских, 3 - нижнещигровских; II - карты гамма активности отложений: 1 - евланово - ливенских, 2 - верхнещигровских, 3 - нижнещигровских.

Таким образом, проявление локальных продуктивных и непродуктивных структур в гамме-поле в виде относительных минимумов в первую очередь связано с особенностями осадконакопления и роста этих структур. В редких случаях над сводами структур наблюдаются максимумы гамма-поля, которые также в значительной мере связываются с литолого-тектоническими факторами. Отвергать возможность непосредственного отражения нефтегазовых залежей в наблюдаемых радиоактивных полях нельзя. Отражение может происходить через нефтяные воды, поднимающиеся к поверхности по тем или иным каналам. Воды нефтяных месторождений обеднены ураном и обогащены радием, что вызывает значительный сдвиг равновесия между этими элементами. Поскольку радий является основным г-излучателем в ряду урана, то нефтяные воды смогут повышать радиоактивность пород. Но при наличии повышенной трещиноватости пород на крыльях структур, способствующей поднятию глубинных вод, возможно появлению кольцевых аномалий повышенной радиоактивности пород по контуру нефтегазовых залежей. В качестве примера на рис.25 приведены кривые г-интенсивности и силы тяжести по профилю, пересекающему нефтегазоносную структуру. Над самой структурой в центре наблюдается относительный минимум, обусловленный общей литологической дифференциацией пород. Ближе к краям видны четкие локальные максимумы, которые отражают наличие нефтегазовых залежей и могут являться критериями площади не было сведений о нефтегазоностности, однако она была оценена как продуктивная, что затем подтвердилось бурением.



Рис.25. Радиометрическая и гравиметрическая аномалии для Розепинмкой площади (по Ю.И.Клестову и Л.К.Орлову).

1 - кривая гамма-активности; 2 - кривая силы тяжести; 3 - рельеф местности; 4 - контур нефтегазоносности

§6. Терморазведка

Метод основывается на изучении распределения теплового поля Земли. Глубинный тепловой поток, идущий к поверхности, во многом отражает тектонические, литологические и другие особенности строения как всей земной коры, так и ее верхних частей. В связи с этим его изучение дает важную геологическую информацию для решения различных задач разведочной геофизики.

Изучение теплового поля Земли обычно осуществляется путем непосредственного измерения температур t на различных глубинах, геотермических градиентов Г и плотности потока Q.

В настоящее время накоплен значительный опыт применения терморазведки при поисках месторождений углеводородов, который свидетельствует о большой перспективности этого метода. Прежде всего установлено, что над нефтегазовыми залежами наблюдаются температурные аномалии, достигающие 1-5?С на глубинах 3-5 м и 5-10?С и более на глубинах 1-1,5 км. Считается, что эти аномалии могут быть обусловлены как за счет тепла, выделяемого самими залежами в результате различных химических реакций, так и за счет преобразования ими глубинного теплового потока.

Более подробно выполнены интересные исследования для антиклинальных залежей. Известно, что над антиклинальными поднятиями наблюдается дополнительный перенос тепла за счет повышенной теплопроводности осадочный пород по напластованию и конвекционного переноса тепла циркулирующими в пластах нагретыми водами, переносящими тепло из более глубоких зон в своды антиклинальных складок. Антиклинальные складки характеризуются как бы фокусирующим действием по отношению к глубокому тепловому потоку. Вследствие этого над антиклиналями наблюдаются повышенные значения плотности теплового потока, геотермического градиента и температур по сравнению с синклиналями.



Рис.26. Кривая теплового потока Q и схема формирования аномалии глубинного теплового потока нефтегазовой антиклинальной складкой (по С.С. Сардарову и В.В. Суетнову)

1 - направление теплового потока выше и ниже складки с залежью; 2 - нефтегазовая залежь; 3 - водоносный коллектор; 4 - схема циркуляции углеводородов в залежи; 5 - тангенциальная составляющая теплового потока в складке

Нефтегазовая залежь является замкнутым объемом, в котором вполне возможно самостоятельное перемещение углеводородов, способное внести дополнительные изменения в преобразование глубинного теплового потока, осуществляемое структурой. В залежи антиклинального типа возникает замкнутая циркуляция флюидов за счет глубинного теплового потока (рис.81). Движение флюидов происходит в направлении тангенциальной составляющей падающего теплового потока вдоль подошвы пласта от газонефтяного контакта к своду структуры, где данный поток встречается с симметричным ему потоком противоположного крыла. Оба встречных потока, имеющие более высокую температуру в своде, поднимается вверх, вытесняя находящиеся там более холодные массы флюида вниз в разные стороны. Нисходящий холодный поток уменьшает общий тепловой поток в слое даже может вызвать на крыльях структуры смену градиента потока в направлении слоя. Резкое падение теплового потока на крыльях структуры названо тепловой депрессией.

Вследствие этого кривая теплового потока вдоль профиля наблюдений будет характеризоваться двумя депрессионными минимумами примерно в области газонефтеводяного контакта и максимумом над центром залежи.

Глава V. Комплексирование геофизических методов при поисках и разведки месторождений углеводородов

При поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений геофизические методы имеют весьма широкое применение и решают важные геологические вопросы на всех стадиях поисково-разведочных работ. Для решения основных задач геофизические методы обычно используются комплексно.

Закономерности изменения физических свойств горных пород, т.е. изменение иногда скачками плотности, удельного электрического сопротивления и скоростей распространения сейсмических волн с глубиной и спокойный характер магнитного поля над осадочными породами, для предварительного изучения исследуемых площадей в первую очередь производится аэромагнитная съемка. По результатам ее выясняется основная тектоническая структура районов и выделяются площади с развитием осадочных отложений, т.е. площадь наиболее перспективные для наличия месторождений нефти и газа. Площади сильноскладчатых горных сооружений с большим наличием магматических пород или площади с малой мощностью осадочных отложений по магнитной карте характеризуются очень неспокойными и незакономерными магнитными полями и всегда могут быть выделены, как неперспективные на нефть и газ.

С учетом результатов магнитной съемки после нее обычно производятся по отдельным направлениям маршрутные или даже площадные гравиметрическая съемка и электроразведка с различными модификациями, но больше всего применяют метод вертикального электрозондирования - ВЭЗ или метод теллурических токов - ТТ. Этими работами выявляются структурные элементы и поднятия в осадочной толще, так как разные по литологическому составу осадочные горные породы часто резко различаются по плотности и по электропроводимости.

Наиболее же правильное и точное представление о разрезе осадочной толщи горных пород, об их форме и глубине залегания отдельных горизонтов и подстилающих кристаллических пород можно получить лишь по данным сейсморазведки. Однако, учитывая относительно малую производительность и большую стоимость, сейсморазведка применяется только для более детального исследования и отыскания перспективных структур на нефть и газ обычно после проведения других геофизических методов.

В результате проведения комплекса геофизических исследований на изучаемую территорию составляются карты и разрезы, характеризующие физические поля и структуру осадочных отложений, т.е. выявляются наиболее перспективные участки для постановки разведочного бурения. Этим заканчиваются только полевые поисковые геофизические исследования.

В процессе разведочного бурения особую роль приобретают геофизические методы исследования скважин - каротаж скважин, позволяющий изучать геологический разрез пород и выделять наиболее перспективные горизонты для опробования скважин на наличие месторождений нефти и газа.

Заключение

Я считаю, что в результате данной курсовой работы я достигла поставленной цели - приобрела навыки поиска, анализа, обобщения и изложения информации. Выбранная мною тема очень широка и понадобится в моей будущей профессиональной деятельности.

Действительно, роль геофизических методов при поисках и разведки месторождений углеводородов очень велика. Они являются одним из основных методов, т.к. разведка с их помощью помогает получить достоверную информацию об объемах объектов, которые залегают при больших глубинах, с наименьшими затратами.

Именно при изучении неоднородностей физических свойств горных пород и основано применение геофизических методов для решения геологических задач. Анализ исследований показали, что в области залежи наблюдается:

a) Понижение плотности пород по сравнению с законтурной частью коллектора до 0,1 - 0,25 г/смі для газа и до 0,1 - 0,15 г/смі для нефти;

b) Повышение суммарного электрического сопротивления от 30 - 50 до 400 - 500 %;

c) Повышение поляризуемости пород до 15 % и более при фоне 2 - 3 %;

d) Уменьшение скорости продольных сейсмических волн до 20 - 10 %;

e) Увеличение поглощения (ослабления) сейсмических волн до 10 раз и более.

Благодаря перечисленным особенностями в районе залежи в наблюдаемых гравитационных, электрических, сейсмических полях появляются различные аномалии, значительная часть которых регистрируется современной геофизической аппаратурой.

Использованная литература

1. Чердабаев Р.Т. Нефть: Вчера, сегодня, завтра. - М.:Альпина Бизнес Букс, 2010. - 352с.:ил.

2. Мстиславская Л.П. Нефть и газ 0 от поисков до переработкию Серия: Научно-популярное издание по нефтегазовым технологиям. - М.:Изд.ЦентрЛитНефтеГаз. - 2008ю - 309 с.

3. Беленьков А.Ф. Геолого-разведочные работы. Основы технологии, экономики, организации и рационального природопользования: Учебное пособие/ А.Ф. Беленьков - Ростов н/Д.: Феникс, Новосибирск: Сибирское соглашение, 2006. - 384с. - (Высшее образование)

4. Геология нефти и газа: Учебное пособия/ Э.А. Бакиров, В.И. Ермолкин, В.И.Ларин и др. - М., Недра, 1980 - с.245.

5. Теоретические основы поисков и разведки нефти и газа/ Под ред. Э.А.Бакирова и В.Ю.Керимова: Учебник для вузов. В 2-х кН. - 4-е изд. перераб. и доп. - Кн.2: Методика поисков и разведки скоплений нефти и газа. - М.: ООО «Издательский дом Недра», 2012. - 416 с.: ил.