Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ПРОГНОЗА ЗОН РАПОПРОЯВЛЕНИЙ

Изобретение относится к области полевой геофизики, а именно к локальному прогнозу рапоносных структур с аномально высоким пластовым давлением (АВПД), и может быть использовано при поисках, разведке и разработке месторождений нефти, газа и промышленных рассолов (рапы).

Основной из проблем, возникающих при бурении глубоких скважин на нефть и газ в платформенных условиях, например на юге Сибирской платформы, является незапланированное вскрытие локальных рапоносных структур с аномально высоким пластовым давлением. При внезапном вскрытии забоем рапоносной структуры скважина переходит в режим рапопроявления - фонтанирования концентрированным, до 630 г/л природным рассолом-рапой, что, в конечном итоге, приводит к дополнительным затратам по ликвидации осложнения, а в некоторых случаях может привести к ликвидации самой скважины.

Известен способ выявления рапоносных структур (Патент SU 1287083, кл. G 01 V 9/00, 1987). Данный способ описывает возможность прогнозирования рапоносных структур в геологическом разрезе по превышению значений угла наклона («крутизны») крыльев над величиной критического угла течения солей на данной глубине. Однако этот способ разработан для прогноза в условиях соляной тектоники купольных структур поздней стадии развития - стадии диапиров, что характерно для молодых платформ и шельфа. На древней Сибирской платформе соляно-купольных структур (стадии диапиров) сейсморазведочными работами и глубоким бурением не выявлено.

Известен способ выявления зон рапопроявлений (Кушниров И.В. и др., А.С. SU №1317383 А1 от 15.06.1987, бюлл. №22) в геологическом разрезе, представленном соленосными отложениями, методами полевой геофизики, например сейсморазведки, суть которого состоит в выявлении антиклинальных поднятий со смещенными структурными планами по над- и подсолевым отложениям и в установлении наиболее приподнятых (присводовых) участков этих поднятий по кровле подсолевых отложений, с которыми и отождествляют зоны рапопроявлений в соленосных отложениях. Недостатком указанного способа является его относительно невысокая достоверность, поскольку заявлена только качественная оценка потенциальной рапоносности антиклинальной структуры. В условиях развития линейных антиклиналей большой протяженности, в десятки и первые сотни километров, достоверность прогноза снижается.

Наиболее близким является способ выявления зон рапопроявлений (Свинцицкий С.Б. и др., А.С. 2012905 С1, от 24.05.1991), который принят нами за прототип, в котором прогнозирование потенциальной зоны рапогазоносных структур с АВПД, включает проведение полевых геофизических исследований - сейсморазведочных работ методом общей глубинной точки (ОГТ), бурение скважины, проведение в ней комплекса геофизических исследований (ГИС), составление структурных планов над- и подсолевых отложений, выявление антиклинальных поднятий со смещенными структурными планами по над- и подсолевым отложениям, в установлении наиболее приподнятых (присводовых) участков этих поднятий по кровле подсолевых отложений, причем бурение скважины ведут в контуре свода антиклинального поднятия вне замка свода на участке, где мощность соленосных отложений составляет не менее одной трети ее максимальной величины, после чего выделяют межсолевые рапонасыщенные пласты по комплексу ГИС и отождествляют зону рапопроявления с областью пространственного развития межсолевых рапонасыщенных пластов в контуре свода антиклинального поднятия, ограниченную последней замкнутой изогипсой кровли подсолевых отложений.

Данный способ имеет недостаток, связанный с тем, что не может быть в полной мере применен в условиях юга Сибирской платформы. Это обусловлено делением геологического разреза древнего солеродного бассейна, толщи пород осадочного чехла на надсолевую, солевую и подсолевую толщи, с резко дифференцированными геолого-структурными и горно-геологическими условиями бурения глубоких скважин, а также наличием соляной шарьяжно-надвиговой тектоники, связанной со сложными геологическими (геодинамическими) процессами, срывом пачек осадочных пород в соленосной толще и горизонтальным перемещением этих пачек на значительные расстояния, измеряемые десятками километров. Смещением таких пачек осадочных пород в составе надвиговых пластин и обусловлено несовпадение структурных планов надсолевых, галогенно-карбонатной и подсолевой толщ осадочного чехла Сибирской платформы (Мигурский А.В., Старосельцев B.C. Шарьяжное строение зоны сочленения Сибирской платформы с Байкало-Патомским нагорьем // Советская геология, 1989. - №7. - С. 9-15; Мигурский А.В., Ларионова Т.И. Перспективы нефтегазопоисковых работ в аллохтоне Предпатомского регионального прогиба (Сибирская платформа) // ГЕО-Сибирь-2009. Т. 2. Недропользование. Горное дело. Новые направления и технология поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых: сб. матер. V Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2009». - Новосибирск: СГГА, 2009. - с. 295-300; Гайдук В.В., Прокопьев А.В. Методы изучения складчато-надвиговых поясов. - Новосибирск: Наука, 1999. - 160 с.; Сметанин А.В. Опыт динамической интерпретации гравитационных аномалий. Иркутск, 2000. - 85 с.).

Наличие антиклинальных структурных поднятий линейного (аллохтонного) типа является индикатором разрядки напряжений и формирования трещинных карбонатных рапонасыщенных коллекторов при горизонтальном движении надвиговых пластин (Вахромеев И.С. Геолого-структурные позиции рудных месторождений в надвиговых зонах континентальной земной коры.// БНЦ УрО РАН. Уфа. 1992. 124 с.). Рапонасыщенные зоны локализуются в межсолевых карбонатных пластах-коллекторах галогенно-карбонатной толщи, распределение залежей рапы в карбонатных пластах-коллекторах зависит от особенностей внутреннего геологического строения линейного антиклинального поднятия аллохтонного типа со смещенными структурными планами по над- и подсолевым отложениям. Рапонасыщенная зона (пласт-коллектор) обычно локализуется в осевой части и (или) в надвинутом (аллохтонном) крыле линейного антиклинального поднятия - аллохтонной антиклинали. В условиях соляной тектоники аллохтонного яруса осадочного чехла, обусловленной шарьяжно-надвиговыми деформациями определенных галогенно-карбонатных толщ, интерпретация сейсморазведочных данных осложнена наличием субгоризонтальных и наклонных отражающих границ тектонического генезиса, и требуется разработка комплексного подхода (Вахромеев Г.С. Основы методологии комплексирования геофизических методов исследования при поисках рудных месторождений. - М.: "Недра", 1978. - 152 с.; Вахромеев Г.С. Давыденко А.Ю. Комплексирование геофизических методов и физико-геологические модели: Учебное пособие. - Иркутск.: ИПИ, 1989. - 88 с.), с привлечением разных геофизических методов, каждый из которых имеет свою независимую физическую основу (акустические, электромагнитные и другие физические поля), что позволяет интегрально изучить на глубинах 1,5-2,5 км рапопроявляющую зону (рапонасыщенный пласт-коллектор) как объект прогноза.

Задачей заявленного способа является разработка эффективного алгоритма прогнозирования локальных рапоносных структур для горно-геологических условий платформенных областей, например юга Сибирской платформы, осложненных шарьяжно-надвиговой (соляной) тектоникой в галогенно-карбонатной толще нижнего кембрия, причем необходимо выделить локальные рапонасыщенные зоны в пределах относительно больших по размерам линейных антиклинальных поднятий, протяженность которых достигает 150-250 км, а осевая зона может иметь размеры до 8-15 км в поперечнике; соответственно площадь аллохтонного крыла антиклинальной структуры может составлять 10000 км² и более. При таких значительных размерах надвинутого крыла линейного антиклинального поднятия - аллохтонной антиклинали как геологического объекта, в границах которого в галогенно-карбонатной толще локализованы межсолевые рапонасыщенные пласты-коллекторы с АВПД, необходимо выявить локальный рапопроявляющий объект с размерами от сотен метров до первых километров в поперечнике. В этих условиях в дополнение к сейсморазведке предложено применение полевой электроразведки методом зондирования становления поля в ближней зоне (ЗСБ) как метода, физическая основа которого - распространение электрического сигнала в геологическом разрезе, который апроксимируется слоистой моделью, чередованием пластов-проводников (рапонасыщенный пласт-коллектор) и непроводящих пластов как слоев-изоляторов (Вахромеев Г.С., Кожевников Н.О. Методика нестационарных электромагнитных зондирований в рудной электроразведке // Иркутск. - изд-во ИГУ, 1988. - 224 с.). То есть метод ЗСБ позволяет выделить проницаемые рапонасыщенные пласты-коллекторы как электропроводящие слои в геологическом разрезе осадочного чехла в толще непроницаемых пород (солей, ангидритов). Применительно к решению поставленной задачи локального прогноза рапопроявляющих зон сейсморазведка используется как структурный метод выявления антиклинального поднятия, а электроразведка как метод прямого прогноза рапонасыщенного межсолевого пласта-коллектора, который выделяют как пласт-проводник.

Техническим результатом является технологическая надежность геологоразведки и разработки бурением залежей рапы, нефти и газа.

Задача решается предлагаемым способом локального прогноза зон рапопроявлений, включающий проведение сейсморазведочных работ методом общей глубинной точки, составление структурных планов над- и подсолевых отложений, выявление антиклинальных поднятий со смещенными структурными планами по над- и подсолевым отложениям, в установлении наиболее приподнятых участков этих поднятий по кровле подсолевых отложений, бурение скважины в контуре свода антиклинального поднятия вне замка свода, выделение в ней межсолевых рапонасыщенных пластов коллектора по комплексу скважинных геофизических исследований, при этом на участке межпластового срыва в аллохтонном крыле и осевой области перегиба линейного антиклинального поднятия проводят площадные геофизические электроразведочные работы методом зондирования становлением поля в ближней зоне и по данным метода зондирования становлением поля в ближней зоне выделяют пласт-проводник и в нем зоны градиентного перехода с резким изменением геоэлектрических параметров проводимости и сопротивления рапонасыщенного пласта-коллектора, по которым определяют контуры потенциальной рапоносной зоны и с которой отождествляют зону рапопроявлений в границах присводовой и аллохтонной части линейного антиклинального поднятия.

Зона распространения пласта-проводника с ограничением в плане зоной градиентного перехода с резким изменением геоэлектрических параметров пласта-коллектора (горизонта-коллектора) по данным метода становления поля в ближней зоне может ассоциироваться с локальной зоной рапопроявления. Межсолевые карбонатные пласты-коллекторы в условиях проявления соляной тектоники отличаются весьма изменчивыми фильтрационно-емкостными свойствами. Как правило, тип карбонатного коллектора трещинный, каверновый, трещинно-каверновый. В условиях пластического течения солей вследствие геодинамической напряженности геологического разреза в области шарьирования, в межсолевых карбонатных пластах формируются отдельные изолированные солями блоки карбонатных пород. При насыщении изолированного межсолевого карбонатного блока горных пород предельно насыщенными рассолами - рапой часть горного давления передается на флюид, формируя АВПД. Рапа имеет минерализацию до 630 г/л, сопротивление флюида составит менее 0,01 Ом. Горные породы, насыщенные рапой, в электромагнитном поле представляются как аномальные контрастные объекты-проводники по сравнению с вмещающими, практически непроводящими, толщами солей. По данным поисково-разведочного бурения изменчивость фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) карбонатных межсолевых пластов-коллекторов, в геологических условиях осадочного чехла юга Сибирской платформы весьма велика, граница между блоками рапонасыщенных пород-коллекторов может составлять от 4-5 км и менее, до сотен метров.

Граница между блоками межсолевых рапонасыщенных карбонатных пластов-коллекторов (проводник) с разными фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС) в геоэлектрических параметрах - сопротивлении и проводимости отражается как переходная зона с резким изменением геоэлектрических свойств. По данным полевых электроразведочных работ методом ЗСБ и результатам бурения скважины, в которых получены фонтанные притоки рапы с АВПД, располагаются в зонах градиентного перехода геоэлектрических параметров.

Градиент - векторная величина, характеризующая скорость изменения физического поля по направлению (например, температурный градиент, вертикальный градиент силы тяжести и т.п. (Вахромеев Г.С. Давыденко А.Ю. Моделирование в разведочной геофизике. М., Недра, 1987). Градиент можно получить расчетным путем, в простейшем случае - как разность значений поля в двух точках, деленная на расстояние. В магниторазведке и гравиразведке непосредственное измерение градиента предпочтительнее при условии, что измеренный градиент более точен, чем расчетный. Преимущества использования градиента перед использованием поля при решении геологических задач заключается в том, что градиент, представляя собой производную поля в заданном направлении, быстрее убывает с увеличением расстояния от тела, создающего геофизичесую аномалию. Поэтому локальные объекты проявляются на графиках и картах градиента более контрастно.

В электроразведке градиент - вектор, своим направлением указывающий направление наибольшего возрастания геоэлектрических параметров, значение которых меняется от одной точки пространства к другой (скалярного поля), а по величине (модулю) равный скорости роста этой величины в этом направлении. Например, если взять проводимость горных пород, то ее градиент в каждой точке поверхности будет показывать «направление увеличения значения и максимальное изменение» - потенциально опасную рапонасыщенную зону. Операция расчета градиента создает сетку со значениями величин градиентов в каждой точке поверхности. Оператор градиента дает результат в тех же единицах измерения, что и исходная функция. Оператор градиента равен нулю для области постоянных значений - области отсутствия коллектора либо области развития коллекторских свойств пород в осадочном чехле (достаточно большой по площади) и стремится к бесконечности для переходных зон коллектор с рапой - не коллектор.

Сущность изобретения: выделение локальной потенциально опасной зоны с наличием рапонасыщенных пластов-коллекторов с аномально высоким пластовым давлением рапы в областях развития антиклинальных поднятий, активной соляной тектоники в осадочном чехле платформ. Определение (локализация) потенциально опасных пластов по ранее пробуренным скважинам. Определение зон распределения пластов-проводников методом площадной электроразведки ЗСБ и уточнение контуров проницаемого рапонасыщенного пласта-коллектора через выявление зон градиентных переходов с резким изменением значений геолектрических параметров проводимости и сопротивления рапонасыщенного пласта. Такие зоны отождествляют с зонами рапопроявлений.

ПРИМЕР

Пример локальной зоны распространения пласта-проводника, ограниченного по латерали зонами градиентного перехода, с указанием местоположения скважины, вскрывшей рапонасыщенный коллектор с АВПД (проводник), приведен на фиг. 1 (Карта проводимости), фиг. 2 (карта зон градента проводимости).

Глубокая разведочная скважина XX на газоконденсатном месторождении в Иркутской области заложена на аллохтонном (надвинутом) крыле антиклинального вала, выделенного и закартированного в галогенно-карбонатной толще по данным сейсморазведки ОГТ. На геолого-структурной карте по данным сейсморазведки ОГТ скважина располагается в контуре аллохтонной антиклинали, вне замка антиклинали.

На глубине 1950 м скважина вскрыла рапонасыщенный межсолевой карбонатный пласт-коллектор с АВПД в интервале бельской свиты галогенно-карбонатной толщи нижнего кембрия. Получен фонтанный приток рапы, замерено аномально-высокое пластовое давление. Интервал рапопроявляющего пласта изучен комплексом ГИС. Неожиданным вскрытием рапонасыщенного коллектора с АВПД скважина осложнена и закончена бурением, так и не выполнив проектную геологическую задачу - вскрытие продуктивного газоносного пласта на глубине 3460 м, отбор керна и испытание пласта на продуктивность.

На площадке скважины по сетке 500×500 м выполнены работы методом зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ). Интерпретация данных ЗСБ позволила в пределах протяженного (более 150 км в длину) антиклинального поднятия в галогенно-карбонатной толще выявить межсолевой пласт-проводник, отождествляемый с рапонасыщенный пластом-коллектором (фиг. 1), изучить его распространение в разрезе и в плане. По данным электроразведки ЗСБ скважина располагается в зоне изменения проводимости от 0,3 до 5 См (Сименс) на уровне бельской свиты. Наиболее отчетливо данная локальная зона распространения рапонасыщенного карбонатного пласта-коллектора как пласта-проводника в геоэлектрическом поле выделена (см. фиг. 1) и показана на карте (см. фиг. 2) градиента проводимости - скважина располагается в проводящей зоне и оконтурена по значениям наибольшего вектора градиента проводимости, которая отождествляется с наиболее опасной зоной локализации рапонасыщенного пласта-коллектора с АВПД в пределах присводовой и аллохтонной части линейной соляной антиклинали.