Способ поиска залежи углеводородов

 

Использование: в нефтегазовой геофизике при прогнозировании залежей углеводородов. Сущность изобретения: проводят гравиметрические измерения в исследуемом районе, выделяют по аномальным значениям силы тяжести замкнутые кольцеобразные зоны с аномально высокими значениями силы тяжести, измеряют за пределами зон плотность пород, геотермический коэффициент, коэффициент сжимаемости, коэффициент объемного теплового расширения, бурят две скважины до глубины целевого горизонта, одну в пределах кольцеобразной зоны, другую в пределах ограниченного ею участка, определяют плотность литологически однотипных пород в этих скважинах и о наличии залежи углеводородов судят по соотношению плотностей пород на глубине целевого горизонта вне зоны, в пределах кольцеобразной зоны и в пределах участка, ограниченного кольцеобразной зоной. 2 ил.

Изобретение относится к области нефтегазовой геофизики и может быть использовано при прогнозировании залежей углеводородов.

Известен способ прогнозирования залежи углеводородов, включающий детальную геологическую съемку, сейсморазведку, бурение скважин, отбор и исследование керна.

Недостатком способа является его низкая достоверность вследствие отсутствия возможности точности выявления границ залежи.

Известен также способ прогнозирования залежи углеводородов [1] включающий проведение на исследуемой площади гравиметрической съемки и выявление замкнутой зоны с аномально высокими градиентами силы тяжести на границе.

Недостатками способа являются низкая точность и возможность выявления залежи из-за невозможности различить градиенты силы тяжести на границах залежи от их градиентов над грабеном с небольшим смещением, а также неоднородностями в верхней части разреза. Кроме того, способ не позволяет точно выявить границы залежи.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ прогнозирования углеводородов [2] включающий детальную геологическую съемку, высокоточную гравиразведку, определение аномальных значений силы тяжести, выявление перспективных участков гравитационных аномалий, проведение бурения.

Однако данный способ не позволяет определить границы залежи, кроме того, точно не позволяет выявить гравитационные аномалии, обусловленные собственно залежами углеводородов.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности выявления залежей углеводородов.

Поставленный результат достигается тем, что в способе прогнозирования залежи углеводородов, заключающемся в проведении высокоточной гравиразведки, определении аномальных значений силы тяжести, выявлении перспективных участков, осуществлении бурения, выявлении залежи углеводородов, перспективные участки выявляют в виде замкнутых кольцеобразных зон с аномально высокими значениями силы тяжести, за пределами зон в нормальных условиях измеряют плотность пород, коэффициент сжимаемости, коэффициент объемного теплового расширения, геотермический градиент, затем при различных давлениях коэффициент сжимаемости, при различных температурах коэффициент объемного теплового расширения, задают интервалы измерений изменения плотности с глубиной, определяют вне каждой зоны значение плотности на глубине целевого горизонта путем определения плотности в верхнем интервале и каждом следующем за ним на основании данных значений плотности предыдущего интервала. Затем проводят бурение в пределах перспективного участка по крайней мере двух скважин до глубины целевого горизонта в пределах кольцеобразной зоны и в пределах ограниченного ею участка с последующим определением плотностей литологически однотипных пород в этих скважинах, а о наличии залежи углеводородов судят из условия где значение плотности вне зоны на глубине целевого горизонта; σ₁ значение плотности в пределах кольцеобразной зоны; σ₂ значение плотности в пределах ограниченного кольцеобразной зоной участка; при этом значение плотности вне зоны на глубине целевого горизонта определяют из условия где σ_n-1(P) значение плотности в (n-1)-ом интервале глубиной Н_n-1 как функции давления; β_n-1 коэффициент сжимаемости породы в (n-1)-ом интервале; g ускорение свободного падения;
H_n значение глубины n-го интервала;
H_n-1 значение глубины (n-1)-го интервала;
α_n коэффициент объемного теплового расширения в n-ом интервале глубин;
T₀/H₀ величина геотермического градиента в приповерхностном слое.

В известных автору источниках патентной и научно-технической информации не описано способа прогнозирования залежи углеводородов, в котором для повышения надежности перспективные участки выявляют в виде замкнутых кольцеобразных зон с аномально высокими значениями силы тяжести и проводят бурение в пределах кольцеобразной зоны и в пределах ограниченного ею участка с последующим определением наличия залежи из определенного соотношения. Достигаемый технический результат изобретения основан на использовании свойства уплотнения пород в боковых частях залежи, превышающего плотность пород в породах, вмещающих залежь и вне залежи. Таким образом, наличие замкнутого локального максимума силы тяжести на границах залежи выявляют с помощью высокоточной гравиразведки, а бурение скважин в пределах кольцеобразной зоны и ограниченного ею участка позволяет определить значения плотности как во внутренней, так и внешней областях зоны. Сопоставление значений плотностей осуществляют с теоретическим значением плотности на глубине целевого горизонта, которое, в свою очередь, рассчитывают по определенному соотношению. При этом оценка значений плотностей на одном гипсометрическом уровне необходима для установления явления уплотнения пород по бокам залежи, о чем говорилось выше.

Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлены выявленные перспективные участки в виде замкнутых кольцеобразных зон и показано расположение скважин как внутри зоны, так и за пределами.

На фиг. 2 показаны наблюденное поле силы тяжести над залежью и распределение плотности пород в залежи и за ее пределами для нефтегазоносного месторождения Бахар (Каспийское море).

На фиг. 1: 1 контур структуры, 2 контур нефтегазоносности по данным бурения, 3 замкнутая кольцеобразная зона с аномально высокими значениями силы тяжести, 4 скважины в пределах кольцеобразной зоны и в пределах ограниченного ею участка, 5 место отбора проб пород за пределами зоны для определения значения плотности на глубине целевого горизонта.

На фиг. 2: 6 положение поверхности земли, 7 скважины, пробуренные на месторождении вдоль указанного профиля, 8 контур залежи, 9 кривая изменения плотности на глубине залегания залежи вдоль профиля, 10 - региональный фон силы тяжести, 11 гравитационный эффект от структуры, 12 - кривая наблюденного поля силы тяжести, 13 локальные максимумы силы тяжести, 14 границы зоны градиентов силы тяжести, 15 минимум силы тяжести над залежью, 16 примерное положение скважины внутри зоны, оконтуренной локальным максимум силы тяжести, 17 примерное положение скважины в пределах локального максимума силы тяжести, 18 положение скважины вне зоны, оконтуренной локальным максимумом силы тяжести.

Способ реализуется следующим образом. На исследуемой площади по системе параллельных профилей на поверхности Земли 6 измеряют с помощью гравиметра величину силы тяжести. После этого в наблюденное поле вводят поправки за региональный фон и эффект от структуры (вычитая их из наблюденного поля силы тяжести) и выделяют остаточную аномалию силы тяжести и наблюдаемый над залежью минимум силы тяжести 15. Затем выявляют области аномальных градиентов силы тяжести на профилях, заключенные между ограничителями 14. Далее выделяют на исследуемой площади замкнутую зону градиентов силы тяжести, расположенную между границами 14, наблюдаемыми на всех профилях. После этого в пределах выделенной замкнутой зоны аномальных градиентов силы тяжести дополнительно проводят высокоточную гравиметрическую съемку для выделения в зоне градиентов силы тяжести локальных максимумов силы тяжести 13. На существование таких локальных максимумов силы тяжести указывает наблюдаемое по экспериментальным данным (на нефтегазоносных месторождениях Бахар и Булла-море) увеличение плотности пород непосредственно на боках залежи с некоторым ее уменьшением в законтурной части (см. на фиг. 2 кривую 9 распределения плотности в пределах залежи с контурами 8 и за пределами ее контура, наблюденную на месторождении Бахар), что должно вызвать локальные максимумы силы тяжести, которые и наблюдаются на практике (см. кривую 12 на фиг. 2) на всех профилях. При наличии такого локального максимума силы тяжести вдоль всей замкнутой зоны аномальных градиентов силы тяжести делают более уверенный вывод о наличии залежи. Далее бурят скважины (не менее двух) так, чтобы не менее одной скважины 16 (см. фиг. 2) было пробурено внутри зоны, оконтуренной локальным максимумом силы тяжести, не менее одной скважины 17 (см. фиг. 2) было пробурено в пределах локального максимумом силы тяжести 13. Вне зоны, оконтуренной локальным максимумом силы тяжести 13, бурят скважину 18 для отбора проб пород.

Место 18 отбора проб пород располагается за пределами кольцеобразной зоны на расстоянии порядка средней ширины кольцеобразной зоны от ее внешней границы. Выбор данного расстояния основан на установленной по фактическим данным закономерности, согласно которой данное расстояние от внешнего края кольцеобразной зоны является минимальным, на котором нормальное уплотнение пород уже может иметь место.

По всему разрезу скважин 16, 17, 18 определяют плотность одновозрастных осадочных отложений (например, с помощью гравитационного каротажа). После этого сопоставляют величины измеренных плотностей литологически однородных одновозрастных осадочных пород по этим скважинам и выявляют интервал разреза, для которого наблюдается низкая величина плотности пород во внутренней зоне оконтуренной локальным максимумом силы тяжести, максимальная величина плотности для пород того же интервала под локальным максимумом силы тяжести и несколько меньшая величина плотности пород для того же интервала вне зоны, оконтуренной локальной аномалией силы тяжести, выявляют соотношение плотностей по условию

где значение плотности пород вне зоны на глубине целевого горизонта;
σ₂ значение плотности пород внутри зоны, т.е. в пределах ограниченного зоной участка;
σ₁ значение плотности пород в пределах кольцеобразной зоны.

При выполнении указанного соотношения делают вывод о наличии на исследуемой площади залежи. При этом сопоставление значений плотностей проводят для пород, находящихся на одной и той же глубине.

Значение плотности пород вне зоны определяют следующим образом. За пределами перспективного участка в нормальных условиях измеряют значения плотности пород σ₀ в приповерхностном слое Н₀, коэффициент сжимаемости β₀, коэффициент объемного теплового расширения α₀, геотермический градиент Т₀/Н₀.

При этом величина интервалов должна быть не более половины мощности целевого горизонта.

Измеряют коэффициент сжимаемости β_n в зависимости от изменения давления P_n, коэффициент объемного теплового расширения α_n в зависимости от изменения температуры T_n. Определяют давление и температуру на глубине Н₁.

Затем определяют значение плотности в верхнем интервале на глубине Н₁. На основании полученных данных определяют значение плотности во втором интервале и т.д. Т.е. найденное значение плотности в предыдущем интервале, например в (n-2)-ом, позволяет определить значение плотности в последующем (например, в (n-1)-ом), в результате чего определяют значение плотности вне зоны на глубине целевого горизонта.

Математическое выражение для расчета значения плотности пород вне зоны было получено из следующих соображений. Изменение плотности зависит от изменения температуры по глубине. Процесс изменения описывается уравнением
(2)
где значение плотности на глубине n-го интервала,
H глубина целевого горизонта,
n номер интервала, в котором изменение плотности пород можно считать постоянной,
σ_n(P) значение плотности как функции давления,
α_n коэффициент объемного теплового расширения.

Решение уравнения (2) примет вид
(3)
Известно, что изменение температуры T_n с глубиной может быть определено через среднее значение геотермического градиента и плотности разреза:
T_n (T₀/H₀) H_n-1, (4)
где T₀/H₀ величина геотермического градиента в приповерхностном слое в интервале глубин от 0 до Н₁.

С учетом соотношения (4) выражение (3) примет вид
(5)
где Н_n-1 глубина (n-1)-го интервала, в котором плотность пород можно считать постоянной.

Значение приращения плотности как функции давления в первом интервале глубиной Н₁ определяется выражением
Δσ₁(P)=σ₀β₀g(H₁-H₀), (6) (6)
где σ₀ начальное значение плотности в приповерхностном слое,
β₀ коэффициент сжимаемости в приповерхностном слое,
g ускорение свободного падения,
H₁ глубина первого интервала,
H₀ глубина приповерхностного слоя.

Учитывая, что Δσ₁=σ₁-σ₀., значение плотности в первом интервале глубиной H₁ имеет вид
σ₁(P)=σ₀β₀g(H₁-H₀)+σ₀, (7) (7)
По аналогии значение плотности в n-ом слое глубиной Н_n примет вид
σ_n(P)=σ_n-1(P)β_n-1g(H_n-H_n-1)+σ_n-1(P), (8) (8)
где σ_n-1(P) значение плотности как функции давления в (n-1)-ом интервале глубиной Н_n-1>,
β_n-1 коэффициент сжимаемости (n-1)-го интервала.

С учетом соотношения (5) выражение для определения значения плотности в n-ом интервале на глубине Н_n примет вид
(9)
Предложенный способ позволяет с большой степенью точности и надежности выявлять залежь на исследуемой площади, как ее пространственное положение, так и положение по глубине, позволяет исключить возможность ошибки при выявлении залежи и отличие ее от грабена и плотностных неоднородностей в верхней части разреза.

Формула изобретения

Способ поиска залежи углеводородов, заключающийся в проведении высокоточной гравиразведки, определении аномальных значений силы тяжести, выявлении перспективных участков, осуществлении бурения, выявлении залежи углеводородов, отличающийся тем, что перспективные участки выявляют в виде замкнутых кольцеобразных зон с аномально высокими значениями силы тяжести, за пределами зон измеряют в нормальных условиях плотность пород, геотермический градиент, коэффициент сжимаемости, коэффициент объемного теплового расширения, затем при различных давлениях коэффициент сжимаемости, при различных температурах коэффициент объемного теплового расширения, задают интервалы измерений изменения плотности с глубиной, определяют вне зон значение плотности на глубине целевого горизонта путем определения плотности в верхнем интервале и каждом следующем за ним на основании данных значений плотности предыдущего интервала, затем проводят бурение в пределах перспективного участка по крайней мере двух скважин до глубины целевого горизонта в пределах каждой кольцеобразной зоны и в пределах ограниченного ею участка с последующим определением плотностей литологически однотипных пород в этих скважинах, а о наличии залежи углеводородов судят из условия

где значение плотности вне зоны на глубине целевого горизонта;
σ₁ значение плотности в пределах кольцеобразной зоны;
σ₂ значение плотности в пределах ограниченного кольцеобразной зоной участка,
при этом величину интервалов измерений изменения плотности с глубиной выбирают не большей половины мощности целевого горизонта, а значение плотности вне зоны на глубине целевого горизонта определяют из условия

где σ_n-1- значение плотности в (n 1)-м интервале глубиной [МH_n-1, кг/м³;
β_n-1- коэффициент сжимаемости породы в (n 1)-м интервале при различных значениях давления, МПа^-1;
g ускорение свободного падения, м/с²;
H_n значение глубины n-го интервала, м;
Н_n-1 значение глубины (n-1)-го интервала, м;
α_n- коэффициент объемного теплового расширения в n-м интервале, С^-1;
величина геотермического градиента в приповерхностном слое, ^oC/м,
причем отбор проб пород для определения указанных параметров осуществляют за пределами кольцеобразной зоны на расстоянии от ее внешней границы, равном средней ширине кольцеобразной зоны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2