Физико-геологические модели объектов поисков как основа геофизических поисков разведки месторождений нефти и газа

Данная курсовая работа посвящена теме: «Физико-геологические модели объектов поисков как основа геофизических поисков и разведки месторождений нефти и газа», состоит из двух глав. В первой главе проведен анализ литературных источников по теме: «Поиски и разведка нефти и газа геофизическими методами», рассмотрены проблемы решения прямых задач для произвольной геолого-геофизической обстановки и оценки напряженного состояния геологической среды. Во второй главе приведена методика моделирования и физико-геологические модели нефтегазоносных объектов. Физико-геологические модели рассматриваются как совокупность подсистем многих характеристик геологической среды, которые оказывают влияние на формирование аномалий волнового поля. Установленные связи между подсистемами геологических, петрофизическ ...

АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ГЛАВА 1. ПОИСКИ И РАЗВЕДКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ 6
1.1. МЕСТОРОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА 6
1.2.ПОИСКОВЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ НА НЕФТЬ И ГАЗ 6
1.3. НЕФТЕГАЗОВАЯ ГЕОФИЗИКА 9
1.4. РАЗВЕДКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 12
1.5. ПРЯМЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПОИСКИ НЕФТИ И ГАЗА 15
2. ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ ПОИСКОВ КАК ОСНОВА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОИСКОВ И РАЗВЕДКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА 17
2.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ 17
2.2. ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НЕФТИГАЗОНОСНЫХ ОБЪЕКТОВ 19
2.3. МЕТОДОЛОГИЯ ПРОГНОЗА ПРОДУКТИВНОСТИ ТЕРРИГЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ НА ОСНОВЕ ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ 23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 25

Геофизика, занимая положение на стыке естественных и точных наук, привносит в них косвенные геофизические методы исследования и находит научно-практическое применение при решении многих задач. Следует подчеркнуть, что геофизические исследования часто дают лишь дополнительную объективную информацию при решении множества задач, особенно геологического плана. Геофизика не может обойтись без прямых непосредственных геологических, геодинамических, геохимических, гидрогеологических, инженерно-геологических и других методов. Поэтому необходимо ее комплексирование с другими негеофизическими методами.
Понятие геологической модели до настоящего времени не может быть до конца формализовано, так как информационные составляющие модели часто отражают лишь современное состояние геологической науки, ее технических средств и возможности дистанционных методов. Исходя из этого, в этой курсовой работе приведено описание компонентов геологических моделей, их информационных составляющих и самого процесса моделирования.

В целом геофизические исследования лежат в основе сложного геологического, бурового, эксплуатационного процесса разведки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.Поисковые геофизические работы на нефть и газ сводятся прежде всего к выявлению структурных ловушек для нефти и газа, которыми являются:Крупные (с размером в десятки километров и амплитудой свыше 1% от глубины залегания) антиклинальные и сводовые поднятия;Локальные поднятия небольших размеров (единицы километров в поперечнике и амплитудой менее 0,1% от глубины залегания);Структурно-литологические (комбинированные) ловушки, связанные с погребными рифами, соляными куполами и тектоническими нарушениями;Неантиклинальные ловушки в терригенных отложениях (зоны выклинивания слоев, фациальных замещений, стратиграфических несогласий, эрозионно-аккумулятивных древних долин, дельт и т. п.).В зависимости от природной обстановки эти структуры в разной степени отличаются по физическим свойствам от окружающих пород. Поэтому они могут выделяться по аномалиям при использовании тех или иных геофизических методов. Такие аномалии называют аномалиями типа залежей (АТЗ). Подтвержденная и оконтуренная по данным нескольких методов, в том числе обязательно сейсморазведкой и желательно поисковым бурением, АТЗ становится нефтегазоперспективной структурой (НГПС). Если она расположена в нефтегазовой провинции, то на ней закладываются поисковые скважины. Однако лишь до трети подобных структур, выделенных геофизиками, содержат промышленные запасы нефти и газа. В связи с этим геофизические методы все ещё остаются косвенными методами поисков и разведки нефти и газа.Поиски НГПС на суше и акваториях проводятся в основном сейсморазведкой методом отраженных волн (МОВ). На акваториях вспомогательную роль играет непрерывное сейсмическое профилирование (НСП). Подчиненное значение имеют электрическое и электромагнитное зондирования, гравиразведка и магниторазведка. Площадная, трехмерная (3D) и объемная сейсморазведка разными вариантами (МОВ) обладают наибольшей разрешающей способностью, так как позволяют выделять поднятия по нескольким структурным горизонтам с амплитудой 30-100 м, или с погрешностью менее 1% от глубины залегания.Электрические и электромагнитные зондирования применяют лишь при разведке крупных структур (с поперечным размером больше их глубины залегания и амплитудой не менее 10% от этой глубины). С помощью высокоточной гравиметрической съемки в случае унаследованных по всем структурным этажам положительных аномалий могут выделяться антиклинали, имеющие амплитуду до 10-30% от глубины залегания.Разведка нефтяных и газовых месторождений, выявлены ходе поисковых геолого-геофизических работ, сводится к детальному изучению объекта. Целью разведки является уточнение геометрии нефтегазоперспективных структур (положения кровли и подошвы продуктивных пластов); определение коллекторских свойств пород; выявление положения в залежах нефти и газа водонефтяного, газонефтяного и газоводяного контактов; подсчет запасов нефти и газаНа стадии разведки месторождений нефти и газа применяют метод общей глубинной точки (МОВ-МОГТ), в котором применяются системы наблюдений с многократным (до 20 раз) прослеживанием отраженных и других волн из разных пунктов возбуждения по одним и тем же профилям или всей изучаемой площади (трехмерная (3D) и объемная сейсморазведка, или сейсмическая томография). Это обеспечивает накопление информации, а в результате – повышение отношения «сигнал – помеха», что способствует более четкому выделению полезных волн и построению временных разрезов.На рисунке 4 приведены результаты сейсморазведки МОГТ на одном из нефтяных месторождений Западной Сибири.Рис. 1. Временной разрез МОГТ и результаты его обработки (Восточно-Тарасовское месторождение нефти - по Е.А.Галаган): а - участок временного разреза МОГТ, б - результат динамической обработки материала; 1 - глина, 2 - песчаник, 3 - песчано-глинистые отложения, 4 - границы песчаников продуктивного пласта Для превращения временных разрезов в глубинные необходимо определение скоростей упругих волн с малой погрешностью (до 1%). С этой целью желательно иметь структурные скважины и данные измерения сейсмических скоростей в них как методом ГИС, так и с помощью вертикального сейсмического профилирования (ВСП). В результате автоматизированной обработки материалов с помощью ЭВМ строят глубинные разрезы и структурные карты. Проверка выявленных структур-ловушек осуществляется бурением параметрических и поисково-разведочных скважин и проведением в них геофизических исследований. В результате комплексных геолого-геофизических исследований строятся сейсмостратиграфические карты и разрезы.РАЗВЕДКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. Нефтегазоносные структуры, выявленные в ходе поисковых геолого-геофизических работ, становятся объектом детальной разведки. Целью ее является уточнение геометрии нефтегазоперспективных структур (положение кровли и подошвы продуктивных пластов); определение коллекторских свойств пород; выявление положения в залежах нефти и газа водонефтяного, газонефтяного и газоводяного контактов; подсчет запасов нефти и газа.В ходе поисково-разведочных работ применяются геологические, геофизические, гидрогеохимические методы, а также бурение скважин и их исследование.Геологические методыПроведение 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.Геофизические методыК 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:взрывом специальных зарядов в скважинах глубиной до 30 м;вибраторами;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.Гидрогеохимические методыК 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 50м. 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 10-5…10-6 %, фиксируется повышенное содержание углеводородных газов в пробах, отобранных непосредственно над залежью. 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. Радиоактивная съемка выполняется с целью обнаружения указанных аномалий радиационного фона. 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.Бурение и исследования скважинБурение 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. 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).Особенностями полевых и скважинных разведочных работ на нефть и газ являются:повышенная детальность сейсмических работ и плотность сети наблюдений на изучаемых площадях;применение сложных приемов обработки информации с помощью ЭВМ для изучения кинематических (времен прихода) и динамических (амплитуд и их затуханий) характеристик волн;тесная связь данных полевых сейсмических работ и геофизических исследований скважин (электрическими, сейсмоакустическими, ядерными);геохимические, гидрогеологические, гидродинамические, технологические опробования и испытания скважин, позволяющие совместно с ГИС и петрофизическим изучением керна определять пространственные положения контактов газ - нефть - вода в разрезе скважин;тщательное использование всей геолого-геофизической информации для прогнозирования геологического разреза, четкого определения геометрии и контуров залежей, сейсмостратификации разрезов, изучения коллекторских свойств и нефтегазонасыщенности слоев для подсчета запасов и составления схемы разработки месторождения нефти и газа.Большие перспективы открываются при внедрении автоматизированных систем управления процессом разведки, что возможно при тесной совместной работе геологов-нефтяников и геофизиков.ПРЯМЫЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПОИСКИ НЕФТИ И ГАЗАКосвенные геофизические поиски нефти и газа и, прежде всего, выявление ловушек являются необходимым, но недостаточным этапом разведки, поскольку только треть структур, выявленных геофизическими методами и проверенных поисково-разведочным бурением, оказываются промышленно нефтегазоносными. Поэтому важное значение имеет разработка способов прямых поисков (ПП) или оценка нефтегазоносности выявленных структур до вскрытия их скважинами. На разных этапах поисково-разведочных работ на нефть и газ с использованием самых совершенных техники, методики проведения и интерпретации результатов геофизических исследований при обязательном комплексировании сейсмо-, грави-, электро-, терморазведки, радиометрии и геохимических методов проблема прямых поисков, в принципе, может быть решена.Основанием для возможности и осуществления прямых поисков является то, что физические свойства нефтегазонасыщенных залежей, а также подстилающих и перекрывающих их пород различаются между собой и отличаются от свойств пород аналогичных структурно-литологических этажей тех районов, где нефти и газа нет. Это объясняется тем, что присутствие углеводородов формирует следующие дополнительные физико-геологические неоднородности как в самой залежи, так и вокруг нее и особенно над ней (вплоть до земной поверхности): разуплотнение пород; растворение некоторых минералов и окисление углеводородов, приводящее к возникновению вторичных минеральных образований в порах и трещинах, например, пирита и др.; изменение минерализации подземных вод; образование вокруг залежи субвертикальных зонально-кольцевых физико-химических и деформационных полей, а над залежью - " столбов " пород с измененными физико-химическими свойствами.Установлено, что в нефтегазонасыщенных коллекторах, а иногда и в перекрывающих породах, уменьшается акустическая жесткость ( ) за счет снижения скорости ( ) распространения продольных волн и уменьшения плотности (  ). В результате получаются отражения упругих волн от водонефтяного и газоводяного контактов. Кроме того, наблюдается аномальное затухание (поглощение) упругих волн как в нефтеносных, так и в большей степени в газоносных породах, что ведет к появлению аномалий в волновом поле.Над нефтегазовой залежью на фоне обычно наблюдаемого гравитационного максимума за счет антиклинальных структур и более высокой плотности подстилающих водоносных пород могут быть получены локальные минимумы поля силы тяжести малой амплитуды (0,05-1 мГал). Они обусловлены разуплотнением пород, вмещающих нефть и газ и перекрывающих их, из-за наличия углеводородов и повышения пористости, разрушенности пород в сводах антиклиналей. Вследствие немагнитности нефтегазонасыщенных пород они иногда выделяются отрицательными локальными магнитными аномалиями с амплитудой от единиц до сотен нанотесла.Достаточно эффективными методами для прямых поисков нефти и газа иногда оказываются электрические и электромагнитные зондирования (ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, ЗСБ) в комплексе с сейсморазведкой. Обусловлено это тем, что нефтегазонасыщенные коллекторы выделяются повышенными по сравнению с окружающими породами удельными электрическими сопротивлениями. Это объясняется рядом факторов. Во-первых, более высоким сопротивлением самих нефтегазоносных пластов за счет наличия непроводящих ток нефти и газа в породах высокой пористости. Во-вторых, более низкой минерализацией подземных вод (в контуре нефтеносности) и их специфическим химическим составом. В-третьих, уплотнением пород за счет высокого пластового давления, а также карбонатизации пород. Возможны и другие причины, увеличивающие, а иногда уменьшающие удельное электрическое сопротивление продуктивной толщи.При комплексировании электромагнитных зондирований с сейсморазведкой и бурением совместную интерпретацию проводят следующим образом. В результате интерпретации кривых зондирований с высокой точностью получают лишь параметры эквивалентности нефтегазоносной толщи. В зависимости от типа разреза это могут быть продольная проводимость ( ), поперечное сопротивление ( ) или мощность толщи ( ). По данным сейсморазведки или бурения определяется более точно h, поэтому для той же толщи можно получить величину ее сопротивления ( , или ), которая является диагностическим признаком нефтегазоносности.На некоторых нефтяных и газовых месторождениях в контуре нефтеносности и над залежью параметры поляризуемости становятся несколько выше, чем вокруг залежи. Это обусловлено наличием вкрапленности мелкокристаллического пирита и других продуктов окисления, образующихся за счет миграции и окисления углеводородов залежи. Поэтому при площадных наблюдениях методом вызванных потенциалов на постоянном токе (ВЭЗ-ВП) и частотно меняющемся поле (ЧЗ-ВП) по аномально высоким значениям параметров ВП можно оконтурить залежь. К сожалению, небольшие аномалии ВП могут получаться над бывшим месторождением, из которого нефть и газ мигрировали или выработаны.Над многими нефтяными и газовыми месторождениями наблюдаются радиометрические и геохимические аномалии: минимумы гамма- и бета-активности, уменьшение содержания сорбированного урана, хрома, никеля и других тяжелых элементов. Причиной этого является поглощение их потоком углеводородов, распространяющихся от залежи. На некоторых месторождениях нефти и газа за счет конвекционного перемещения флюидов и газов наблюдаются положительные аномалии температуры (1-2 С) при измерении в неглубоких (1-2 м) шпурах на земной поверхности.В целом поиски и разведка нефти и газа методами нефтяной геофизики являются сложным, перспективным, дорогим направлением геофизики, требующим выбора для каждого района своих комплексов геолого-геофизических методов и совместной интерпретации данных с помощью ЭВМ.Даже на эксплуатируемых месторождениях нефти и газа, например, с помощью так называемой четырехмерной (4- D) сейсморазведки, когда площадные наблюдения по осям x, y, z проводятся периодически через разное число месяцев ( ), можно осуществлять мониторинг, т.е. изучать изменения физических условий месторождения, происходящие в ходе откачки нефти и газа.ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ ПОИСКОВ КАК ОСНОВА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОИСКОВ И РАЗВЕДКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА.МОДЕЛИРОВАНИЕ И ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ Рассмотрим основные компоненты моделирования: объект; параметры и характеристики этого объекта; процесс моделирования; результаты моделирования.Объект. Кажущаяся очевидность этой стороны модели при ближайшем рассмотрении требует значительных усилий при формализации. Объект моделирования зависит от таких факторов, как степень изученности, задачи, поставленные при моделировании. Например, когда мы говорим о "поисковых зонах", то под объектом подразумеваем весь геологический разрез. Процесс перехода объекта от одного типа к другим находит отражение как в стадийности поисково-разведочных работ, так и в категорийности запасов и ресурсов нефти и газа. Это относится и к объектам типа резервуаров при рассмотрении происходящих в них гидродинамических процессов. Таким образом, стадийность нефтяного проекта определяет различия геологических объектов на разных этапах.Параметры и характеристики объекта. Параметры объекта можно разделить на две основные группы: первая описывает непосредственно прямые характеристики геологической среды. Это такие параметры, как пористость, глубина кровли, нефтенасыщенность ; вторая включает косвенные характеристики геологической среды, позволяющие определить или рассчитать параметры первой группы. К ним можно отнести кажущееся сопротивление, время пробега волны .