Технология поисковых работ месторождения нефти

Введение

 

Нефть и природный газ являются одними из основных полезных ископаемых, которые использовались человеком еще в глубокой древности. Особенно быстрыми темпами добыча нефти стала расти после того, как для ее извлечения из недр земли стали применяться буровые скважины. Обычно датой рождения в стране нефтяной и газовой промышленности считается получение фонтана нефти из скважины (табл. 1).

Таблица 1. Первые промышленные притоки нефти из скважин  по основным нефтедобывающим странам  мира

Страна	Год		Страна	Год
Канада	1857		Алжир	1880
ФРГ	1859		Куба	1880
США	1859		Франция	1881
Италия	1860		Мексика	1882
Румыния	1861		Индонезия	1885
Россия	1864		Индия	1888
Япония	1872		Югославия	1890
Польша	1874		Перу	1896

 

Из  табл. 1 следует, что нефтяная промышленность в разных странах мира существует всего 110 - 140 лет, но за этот отрезок времени добыча нефти и газа увеличилась более чем в 40 тыс. раз. В 1860 г. мировая добыча нефти составляла всего 70 тыс.т, в 1970 г. было извлечено 2280 млн.т., а в 1996 г. уже 3168 млн.т. Быстрый рост добычи связан с условиями залегания и извлечения этого полезного ископаемого. Нефть и газ приурочены к осадочным породам и распространены регионально. Причем в каждом седиментационном бассейне отмечается концентрация основных их запасов в сравнительно ограниченном количестве месторождений. Все это с учетом возрастающего потребления нефти и газа в промышленности и возможностью их быстрого и экономичного извлечения из недр делают эти полезные ископаемые объектом первоочередных поисков.

В данной работе описаны методы поиска и разведки месторождений нефти и газа. Также приведены в отдельных главах методы разведки нефтяных месторождений и методика ускоренной разведки и ввода в эксплуатацию газових месторождений.

 

1.Поиск и разведка  нефтяных и газовых месторождений.

 

1. Методы разведки и поиска нефтяных и газовых месторождений.

 

 

Целью поисково-разведочных работ является выявление, оценка запасов и подготовка к разработке промышленных залежей  нефти и газа. В ходе поисково-разведочных  работ применяются геологические, геофизические, гидрогеохимические методы, а также бурение скважин и  их исследование.

 

А) Геологические методы

Проведение  геологической съемки предшествует всем остальным видам поисковых  работ. Для этого геологи выезжают в исследуемый район и осуществляют так называемые полевые работы. В  ходе них они изучают пласты горных пород, выходящие на дневную поверхность, их состав и углы наклона. Для анализа  коренных пород, укрытых современными наносами, роются шурфы глубиной до 3 см. А с тем, чтобы получить представление  о более глубоко залегающих породах  бурят картировочные скважины глубиной до 600 м.

По  возвращении домой выполняются  камеральные работы, т.е. обработка  материалов, собранных в ходе предыдущего  этапа. Итогом камеральных работ  являются геологическая карта и  геологические разрезы местности.

Геологическая карта - это проекция выходов горных пород на дневную поверхность. Антиклиналь  на геологической карте имеет  вид овального пятна, в центре которого располагаются более древние  породы, а на периферии - более молодые.

Однако  как бы тщательно ни производилась  геологическая съемка, она дает возможность  судить о строении лишь верхней части  горных пород. Чтобы «прощупать»  глубокие недра используются геофизические  методы.

 

Б) Геофизические методы

К геофизическим методам относятся  сейсморазведка, электроразведка и  магниторазведка.

Сейсмическая  разведка основана на использовании  закономерностей распространения в земной коре искусственно создаваемых упругих волн. Волны создаются одним из следующих способов:

1) взрывом специальных зарядов  в скважинах глубиной до 30 м;

2) вибраторами;

3) преобразователями взрывной энергии  в механическую.

Скорость  распространения сейсмических волн в породах различной плотности  неодинакова: чем плотнее порода, тем быстрее проникают сквозь нее волны. На границе раздела  двух сред с различной плотностью упругие колебания частично отражаются, возвращаясь к поверхности земли, а частично преломившись, продолжают свое движение вглубь недр до новой  поверхности раздела. Отраженные сейсмические волны улавливаются сейсмоприемниками. Расшифровывая затем полученные графики колебаний земной поверхности, специалисты определяют глубину залегания пород, отразивших волны, и угол их наклона.

Электрическая разведка основана на различной электропроводности горных пород. Так, граниты, известняки, песчаники, насыщенные соленой минерализованной водой, хорошо проводят электрический ток, а глины, песчаники, насыщенные нефтью, обладают очень низкой электропроводностью.

Гравиразведка основана на зависимости силы тяжести на поверхности Земли от плотности горных пород. Породы, насыщенные нефтью или газом, имеют меньшую плотность, чем те же породы, содержащие воду. Задачей гравиразведки является определение месть с аномально низкой силой тяжести.

Магниторазведка основана на различной магнитной  проницаемости горных пород. Наша планета - это огромный магнит, вокруг которого расположено магнитное поле. В  зависимости от состава горных пород, наличия нефти и газа это магнитное  поле искажается в различной степени. Часто магнитомеры устанавливают  на самолеты, которые на определенной высоте совершают облеты исследуемой  территории. Аэромагнитная съемка позволяет  выявить антиклинали на глубине  до 7 км, даже если их высота составляет не более 200…300 м.

Геологическими  и геофизическими методами, главным  образом, выявляют строение толщи осадных  пород и возможные ловушки  для нефти и газа. Однако наличие  ловушки еще не означает присутствия  нефтяной или газовой залежи. Выявить  из общего числа обнаруженных структур те, которые наиболее перспективны на нефть и газ, без бурения  скважин помогают гидрогеохимические методы исследования недр.

 

 

 

В) Гидрогеохимические методы

К гидрохимическим относят газовую, люминесцетно-биту-монологическую, радиоактивную  съемки и гидрохимический метод.

Газовая съемка заключается в определении  присутствия углеводородных газов  в пробах горных пород и грунтовый  вод, отобранных с глубины от 2 до 50 м. Вокруг любой нефтяной и газовой  залежи образуется ореол рассеяния  углеводородных газов за счет их фильтрации и диффузии по порам и трещинам пород. С помощью газоанализаторов, имеющих чувствительность 15…16 %, фиксируется  повышенное содержание углеводородных газов в пробах, отобранных непосредственно  над залежью. Недостаток метода заключается  в том, что аномалия может быть смещена относительно залежи (за счет наклонного залегания покрывающих  пластов, например) или же быть связана  с непромышленными залежами.

Применение  люминесцестно-битуминологической съемки основано на том, что над залежами нефти увеличено содержание битумов  в породе, с одной стороны, и  на явление свечения битумов в  ультрафиолетовом свете, с другой. По характеру свечения отобранной пробы  породы делают вывод о наличии  нефти в предполагаемой залежи.

Известно, что в любом месте нашей  планеты имеется так называемый радиационный фон, обусловленный наличием в ее недрах радиоактивных трансурановых  элементов, а также воздействием космического излучения. Специалистам удалось установить, что над нефтяными  и газовыми залежами радиационный фон  понижен. Радиоактивная съемка выполняется  с целью обнаружения указанных  аномалий радиационного фона. Недостатком  метода является то, что радиоактивные  аномалии в приповерхностных слоях  могут быть обусловлены рядом  других естественных причин. Поэтому  данный метод пока применяется ограниченно.

Гидрохимический метод основан на изучении химического  состава подземных вод и содержания в них растворенных газов, а также  органических веществ, в частности, аренов. По мере приближения к залежи концентрация этих компонентов в  водах возрастает, что позволяет  сделать вывод о наличии в  ловушках нефти или газа.

 

Г) Бурение и исследования скважин

Бурение скважин применяют с целью  оконтуривания залежей, а также  определения глубины залегания  и мощности нефтегазоносных пластов.

Еще в процессе бурения отбирают керн-цилиндрические образцы пород, залегающих на различной глубине. Анализ керна позволяет определить его нефтегазоностность. Однако по всей длине скважины керн отбирается лишь в исключительных случаях. Поэтому после завершения бурения обязательной процедурой является исследование скважины геофизическими методами.

Наиболее  распространенный способ исследования скважин - электрокаротаж. В этом случае в скважину после извлечения бурильных  труб опускается на тросе прибор, позволяющий  определять электрические свойства пород, пройденных скважиной. Результаты измерений представляются в виде электрокаротажных диаграмм. Расшифровывая  их, определяют глубины залегания  проницаемых пластов с высоким электросопротивлением, что свидетельствует о наличии в них нефти.

Практика  электрокаротажа показала, что он надежно фиксирует нефтеносные  пласты в песчано-глинистых породах, однако в карбонатных отложениях возможности электрокатоража ограничены. Поэтому применяют и другие методы исследования скважин: измерение температуры  по разрезу скважины (термометрический метод), измерение скорости звука  в породах (акустический метод), измерение  естественной радиоактивности пород (радиометрический метод) и др.

 

1.2. Этапы поисково-разведочных работ

 

Поисково-разведочные  работы выполняются в два этапа: поисковый и разведочный. Поисковый  этап включает три стадии:

1) региональные геологогеофизические  работы:

2) подготовка площадей к глубокому  поисковому бурению; 

3) поиски месторождений. 

На  первой стадии геологическими и геофизическими методами выявляются возможные нефтегазоносные  зоны, дается оценка их запасов и  устанавливаются первоочередные районы для дальнейших поисковых работ. На второй стадии производится более  детальное изучение нефтегазоносных  зон геологическими и геофизическими методами. Преимущество при этом отдается сейсморазведке, которая позволяет  изучать строение недр на большую  глубину. На третьей стадии поисков  производится бурение поисковых  скважин с целью открытия месторождений. Первые поисковые скважины для изучения всей толщи осадочных пород бурят, как правило, на максимальную глубину. После этого поочередно разведуют  каждый из «этажей» месторождений, начиная  с верхнего. В результате данных работ делается предварительная  оценка запасов вновь открытых месторождений  и даются рекомендации по их дальнейшей разведке. Разведочный этап осуществляется в одну стадию. Основная цель этого  этапа - подготовка месторождений к разработке. В процессе разведки должны быть оконтурены залежи, коллекторские свойства продуктивных горизонтов. По завершении разведочных работ подсчитываются промышленные запасы и даются рекомендации по вводу месторождений в разработку. В настоящее время в рамках поискового этапа широко применяются съемки из космоса. Еще первые авиаторы заметили, что с высоты птичьего полета мелкие детали рельефа не видны, зато крупные образования, казавшиеся на земле разрозненными, оказываются элементами чего-то единого. Одними из первых этим эффектом воспользовались археологи. Оказалось, что в пустынях развалины древних городов влияют на форму песчаных гряд над ними, а в средней полосе - над развалинами иной цвет растительности. Взяли на вооружение аэрофотосъемку и геологи. Применительно к поиску месторождений полезных ископаемых ее стали называть аэрогеологической съемкой. Новый метод поиска прекрасно зарекомендовал себя (особенно в пустынных и степных районах Средней Азии, Западного Казахстана и Предкавказья). Однако оказалось, что аэрофотоснимок, охватывающий площадь до 500…700 км2, не позволяет выявить особенно крупные геологические объекты. Поэтому в поисковых целях стали использовать съемки из космоса. Преимуществом космоснимков является то, что на них запечатлены участки земной поверхности, в десятки и даже сотни раз превышающие площади на аэрофотоснимке. При этом устраняется маскирующее влияние почвенного и растительного покрова, скрадываются детали рельефа, а отдельные фрагменты структур земной коры объединяются в нечто целостное. Аэрогеологические исследования предусматривают визуальные наблюдения, а также различные виды съемок - фотографическую, телевизионную, спектрометрическую, инфракрасную, радарную. При визуальных наблюдениях космонавты имеют возможность судить о строении шельфов, а также выбирать объекты для дальнейшего изучения из космоса. С помощью фотографической и телевизионной съемок можно увидеть очень крупные геологические элементы Земли - мегаструктуры или морфоструктуры. В ходе спектрометрической съемки исследуют спектр естественного электромагнитного излучения природных объектов в различном диапазоне частот. Инфракрасная съемка позволяет установить региональные и глобальные тепловые аномалии Земли, а радарная съемка обеспечивает возможность изучения ее поверхности независимо от наличия облачного покрова. Космические исследования не открывают месторождений полезных ископаемых. С их помощью находят геологические структуры, где возможно размещение месторождений нефти и газа. В последующем геологические экспедиции проводят в этих местах полевые исследования и дают окончательное заключение о наличии или отсутствии этих полезных ископаемых.Вместе с тем, несмотря на то, что современный геолог-поисковик достаточно хорошо «вооружен» эффективности поисковых работ на нефть и газ остается актуальной проблемой. Об этом говорит значительное количество «сухих» (не приведших к находке промышленных залежей углеводородов) скважин. Первое в Саудовской Аравии крупное месторождение Дамам было открыто после неудачного бурения 8 поисковых скважин, заложенных на одной и той же структуре, а уникальное месторождение Хасси-Месауд (Алжир) - после 20 «сухих» скважин. Первые крупные залежи нефти в Северном море были обнаружены после бурения крупнейшими мировыми компаниями 200 скважин (либо «сухих», либо только с газопроявлениями). Крупнейшее в Северной Америке нефтяное месторождение Прадхо-Бей размерами 70 на 16 км с извлекаемыми запасами нефти порядка 2 млрд.т было обнаружено после бурения на северном склоне Аляски 46 поисковых скважин. Есть подобные примеры и в отечественной практике. До открытия гигантского Астрахонского газоконденсатного месторождения было пробурено 16 непродуктивных поисковых скважин. Еще 14 «сухих» скважин пришлось пробурить прежде, чем нашли второе в Астрахансткой области по запасам Еленовское газоконденсатное месторождение. В среднем, по всему миру коеффициент успешности поисков нефтяных и газовых месторождений составляет около 0,3. Таким образом, только каждый третий разбуренный объект оказывается месторождением. Но это только в среднем. Нередки и меньшие значения коэффициента успешности. Геологи имеют дело с природой, в которой не все связи объектов и явлений достаточно изучены. Кроме того, применяемая при поисках месторождений аппаратура еще далека от совершенства, а ее показания не всегда могут быть интерпретированы однозначно.

 

2.Классификация залежей нефти  и газа.

 

Под залежью нефти и газа мы понимаем любое естественное их скопление, приуроченное к природной ловушке. Залежи подразделяются на промышленные и непромышленные. Под месторождением понимают одну залежь или группу залежей, полностью или  частично совпадающих в плане  и контролируемых структурой или  ее частью. Большое практическое и  теоретическое значение имеет создание единой классификации залежей и  месторождений, в числе других параметров включающей также размеры запасов. - При классификации залежей нефти  и газа учитываются такие параметры, как углеводородный состав, форма рельефа ловушки, тип ловушки, тип экрана, значения рабочих дебитов и тип коллектора. По углеводородному составу залежи подразделяются на 10 классов: нефтяные, газовые, газоконденсатные, эмульсионные, нефтяные с газовой шапкой, нефтяные с газоконденсатной шапкой, газовые с нефтяной оторочкой, газоконденсатные с нефтяной оторочкой, эмульсионные с казовой шапкой, эмульсионные с газоконденсатной шапкой. Описанные классы относятся к категории однородных по составу залежей, в пределах которых в любой точке нефтегазосодержащего пласта физико-химические свойства углеводородов примерно одинаковы. В залежах остальных шести классов углеводороды в пластовых условиях находятся одновременно в жидком и газообразном состояниях. Эти классы залежей имеют двойное наименование. При этом на первое место ставится название комплекса углеводородных соединений, геологические запасы которых составляют более 50 % от общих запасов углеводородов в залежи. Форма рельефа ловушки является вторым параметром, который необходимо учитывать при комплексной классификации залежей. Практически она совпадает с поверхностью подошвы экранирующих залежь пород. Форма ловушек может быть антиклинальной, моноклинальной, синклинальной и сложной. По типу ловушки залежи подразделяются на пять классов: биогенног выступа, массивные, пластовые, пластово-сводовые, массивно-пластовые. К пластовым залежам можно отнести только те, которые приурочены к моноклиналям, синклиналям и склонам локальных поднятий. Пластово-сводовыми называются залежи, приуроченные к положительным локальным подятиям, в пределах которых высота залежи больше мощности зона. К массивно-пластовым относятся залежи, приуроченные к локальным поднятиям, моноклиналям или синклиналям, в пределах которых высота залежи меньше мощности пласта. Классификация залежей по типу экрана приведена в табл. 2. В данной классификации кроме типа экрана предлагается учитывать положение этого экрана относительно залежи углеводородов. Для этого в ловушке выделяются четыре основные зоны и их сочетания, и там, где нормальное гравитационное положение водонефтяного или газоводяного контактов нарушается зонами выклинивания и другими факторами, специальным термином определяется положение экрана относительно этих зон. В данной классификации не учтены факторы, обусловливающие наклонное или выпукло-вогнутое положение поверхности водонефтяного или газоводяного контактов. Такие случаи объединены в графе «сложное положение экрана».