Разработка рационального комплекса обработки и интерпретации геолого-геофизической информации при поисках и разведке месторождений нефти и газа в карбонатных отложениях

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В течение многих десятилетий основными объектами для поисков и добычи нефти и газа были терригенные отложения, с учётом особенностей строения которых определялась специфика проведения геологоразведочного процесса и разработки залежей углеводородов, а также методы обработки и интерпретации геолого-геофизической информации. Развитие нефтегазопоисковых работ и открытие крупных скоплений углеводородов (УВ) в России (Астраханское) и за рубежом (Тенгиз, Румейла, Киркук) свидетельствуют, что значительные перспективы прироста запасов и интенсификации добычи нефти и газа следует связывать с месторождениями в карбонатных отложениях. В связи с этим проблема разработки рационального комплекса обработки и интерпретации геолого-геофизической информации с целью прогнозирования, поисков и разведки месторождений нефти и газа в различных генетических типах карбонатных пород приобретает особую актуальность.

Изучение особенностей строения и состава карбонатных отложений, литофи-зических свойств разреза, прогнозирование, поиск, разведка и разработка в них залежей углеводородов вызывают особые трудности в закрытых районах, где продуктивные горизонты залегают на значительных глубинах / 3000−4000метров и более/.В указанных условиях для исследования геологического строения используются результаты глубокого бурения /анализ керна и геофизические исследования скважин (ГИС)/ в комплексе с сейсмическими работами МОП", что позволяет изучать структурные условия залегания перспективных /продуктивных/ горизонтов и литоло-го-фациальные особенности осадконакопления, а также прогнозировать физические и фильтрационно-емкостные свойства пород. Особую актуальность приобретает проблема создания логичной системы изучения объекта, последовательности применения методов исследований и учета взаимосвязи факторов, определяющих достоверность геологической модели, вероятность выявления скоплений УВ, а также объём информации, необходимой для проектирования их поисков, разведки и разработки.

Основные методы решения проблемы базируются на обобщении и анализе закономерностей изменения седиментационной зональности карбонатных отложений, условий формирования в них различных типов ловушек нефти и газа, оценке возможности изучения геологического разреза на основе комплексирования данных бурения и геофизических исследований. Особое место отводится методам разработки и использования различных видов моделей и алгоритмов их применения в комплексе обработки и интерпретации геолого-геофизической информации. При изучении конкретных площадей и объектов предлагается учитывать граничные условия проведения различных видов работ с определением эффективности использования их результатов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Разработать и апробировать на реальных геологических объектах рациональный комплекс обработки и интерпретации геологических и геофизических данных. Оценить эффективность применения комплекса на различных этапах геологоразведочных работ. В рамках указанной работы предлагается изучить условия образования различных генетических типов карбонатных отложений, закономерности размещения в них ловушек нефти и газа, а также возможности комплексного использования геологических и геофизических методов, математического и литофизическо-го моделирования для определения параметров геологического разреза. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

1. Оценка возможности разработки рационального комплекса обработки и интерпретации геолого-геофизической информации при поисках и разведке месторождений нефти и газа в карбонатных отложениях;

2. Изучение особенностей седиментационной зональности осадконакопления, лито-логического состава карбонатных отложений, аккумулятивных и абразивных форм рельефа. Провести анализ закономерностей формирования и распределения залежей нефти и газа в карбонатных породах;

3. Теоретическое и практическое обоснование использования различных видов геолого-геофизических исследований для изучения состава и условий залегания карбонатных пород;

4. Составление технологической схемы применения рационального комплекса обработки и интерпретации геолого-геофизической информации;

5. Апробация рационального комплекса на конкретных геологических объектах, пребывающих на различных этапах геологоразведочных работ, а также в процессе разработки месторождений нефти и газа.

6. Разработка научных рекомендаций по дальнейшему совершенствованию рационального комплекса и методам его применения.

ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ: Основу диссертации составляют материалы, полученные автором в качестве ответственного исполнителя тематических и научно-исследовательских работ в рамках исследуемой проблемы. Для разработки рационального комплекса обработки и интерпретации геолого-геофизической информации использованы результаты сейсмических работ МОП" Охинской геолого-разведочной экспедиции, Тихоокеанской экспедиции, Саратовнефтегеофизика, HB НИИГГ, ГГП «Нижневолжскгеология», интерпретация которых проведена в рамках договорных отношений (1973;1992 г. г.), а также во время работы автора в ПО Трознефтегеофизика" (1983;1985 г. г.). По материалам научно-исследовательских работ, проведённых под руководством автора (1973;1983, 1985;2000г.г.) по договорам с ВНИГРИ, ОАО «Сахалинморнефтегаз», ИГиРГИ, ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолскнефть», ОАО «Саратовнефтегаз», ОАО «Астраханьгазпром» ООО СП «Волгодеминойл» разработаны методы литофизического, сейсмогеологического и математического моделирования месторождений нефти и газа в карбонатных отложениях, которые внедрены и апрбированы в процессе геологоразведочных работ на Дальнем Востоке, в Восточном Предкавказье и Нижнем Поволжье, а также при составлении проектов разведки и разработки уникальных нефтяных месторождений Тенгиз (Казахстан) и Западная Курна (Ирак).

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Проведен анализ соотношений условий седиментации, состава пород, аккумулятивных и абразивных форм рельефа в период накопления карбонатных отложений, структурных форм в процессе инверсионного развития и орогенеза осадочно-породного бассейна с формированием ловушек углеводородов и их отражением на кинематических и динамических параметрах сейсмической записи.

Впервые разработаны теоретически и применены на практике методы комплексного литофизического, сейсмического и математического моделирования для прогнозирования свойств разреза карбонатных пород, что является основой для составления геологических моделей объектов, оценки перспектив их нефтегазоносности и выбора направлений геологоразведочных работ.

Дана оценка возможности изучения состава и условий залегания карбонатных пород по данным бурения и сейсмическим работам MOB ОГТ, с разработкой методических принципов их комплексирования. В результате составлен рациональный комплекс обработки и интерпретации геолого-геофизической информации в процессе геологоразведочных работ, позволяющий повысить достоверность составления геологических моделей скоплений нефти и газа для различных генетических типов карбонатных пород.

Разработан метод нормирования кинематических и динамических параметров сейсмозаписи для различных сейсмогеологических условий на основе использования эталонного пласта, имеющего единое физическое содержание.

Составлены обучающие тонкослоистые литофизические и сейсмические модели карбонатных отложений с разработкой метода решения обратной задачи прогнозирования и граничными условиями её применения.

Разработан способ количественной оценки аналогии геологических объектов, идентификации каротажных кривых и сейсмических импульсов.

По результатам обработки данных НГК и сопоставления с литологическими исследованиями составлены генетические графики распределения слоистости среды для различных литотипов пород, как основы для составления сейсмогеологических и литофизических моделей карбонатных разрезов.

Проведен расчёт состояния слоистой среды под воздействием тектонических напряжений различного направления. При этом изучена анизотропия физических свойств пород с предложением методов её изучения, прогнозом зон трещиноватости и гидродимического режима фильтрации.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ. Составлены теоретические модели осадконакопления карбонатных комплексов, проведен анализ условий формирования ловушек нефти и газа на различных этапах развития осадочно-породного бассейна, а также определены критерии оценки их возможной продуктивности. Проведен расчёт литофизических и сейсмических моделей разрезов зон карбонатного осадконакопления, а также параметров выделения и картирования ловушек УВ.

Разработан рациональный комплекс обработки и интерпретации геолого-геофизической информации, применение которого значительно повышает достоверность прогноза нефтегазоносности, позволяет оптимизировать выбор методов и объём исследований. Апробация разработанного комплекса проведена на различающихся по геологическому строению объектах с неравномерной степенью изученности и находящихся на разных стадиях геолого-разведочных работ.

В результате апробированные методы изучения геологических объектов и способы обработки получаемых данных объединены в единую систему (комплекс) для анализа геолого-геофизической информации, что повысило эффективность проведения геологоразведочных работ и достоверность геологических моделей, используемых для составления схем разведки и разработки месторождений. Указанные исследования позволили теоретически предположить и доказать на конкретных объектах возможность получения геологической информации необходимой /достаточной/ для составления геологических, литолого-физических и математических моделей объектов на различных этапах геологоразведочных работ для различных генетических типов пород и тектонических условий. Разработаны и внедрены новые процедуры проведения сейсмогеологического районирования, позволяющие оценить возможности выделения и изучения объектов различного типа в конкретных геологических условиях с использованием комплекса геологических и сейсмических методов. Выделены и апробированы в практике геолого-разведочных работ критерии поисков ловушек нефти и газа различного типа, определён комплекс методов по их разведке. Предложены и обоснованы направления поисков новых для Волгоградского Поволжья типов ловушек нефти и газа в карбонатных отложениях с указанием методов их изучения.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТ В ПРОИЗВОДСТВЕ. Исследования автора являются частью свыше 70 отчётов, проектов и рекомендаций, выполненных в рамках народнохозяйственных проблем, научно-исследовательских тем, производственных отчётов и программ. Результаты изложены в производственных и тематических отчетах Грознефтегеофизика, Нижневолжскнефть, Саратовнефтегаз, Саратов-нефтегеофизика, Нижневолжскгеология, научно-исследовательских работах ВНИГРИ, СахалинНИПИнефть, ВолгоградНИПИнефть, ИГиРГИ, НВНИИГГ, ВНИИгаз и других организаций, которые включают разработку методов прогнозирования геологического разреза по кинематическим и динамическим параметрам сейсмозаписи, оценку перспектив нефтегазоносности шельфов и глубоководных впадин, результаты работ сейсмических партий, экспертизу паспортов на структуры, подготовленные сейсморазведкой, совершенствование методики поисков скоплений нефти и газа в ловушках сложного экранирования, построение сейсмогеологических и литофизиче-ских моделей месторождений, анализ эффективности проведения сейсмических работ. Разработанные методы и результаты исследований использовались при составлении планов и программ геологоразведочных работ, обоснования положения поисковых и разведочных скважин, решении различных геологических и технологических задач при освоении месторождений Королёвское, Тенгизское, Белокаменное и Западная Курна. Итогом комплексной интерпретации данных бурения и сейсморазведки явилось участие автора в освоении ресурсов УВ Северного Сахалина и прилегающего шельфа, Северного Кавказа и Нижнего Поволжья, а на структурах Манычская, Разгирская, Курганная и Северо-Курганная (Калмыцкая республика), выявленных и подготовленных по результатам сейсмических работ при участии автора, открыты месторождения нефти и газа. Использование методов интерпретации сейсморазведки, разработанных автором способствовало открытию Алексеевского и Стрепетовского нефтяных месторождений (Саратовская область).

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. Составленная схема соотношения литологического состава и структурных форм карбонатных отложений с ловушками углеводородов и их отражением на кинематических и динамических параметрах сейсмической записи повышает достоверность выделения и картирования нефтегазопоисковых объектов на различных этапах геологоразведочных работ;

2. Разработанный метод нормирования кинематических и динамических параметров сейсмозаписи для различных сейсмогеологических условий на основе использования эталонного пласта позволяет проводить построение геологических моделей в сложнопостроенных (неоднородных) средах;

3. Разработанная система итеративного литофизического, сейсмогеологического и математического моделирования обеспечивает уменьшение погрешностей расчета тонкослоистых геологических моделей карбонатных пород;

4. Разработанная технология применения рационального комплекса обработки и интерпретации геолого-геофизической информации повышает эффективность поисков месторождений нефти и газа в карбонатных отложениях. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований докладывались на Международном Тихоокеанском конгрессе (Хабаровск, 1979 г.) Всесоюзных совещаниях: «Перспективы освоения морских нефтегазовых месторождений» (Баку, 1979 г.) — «Пути повышения достоверности прогнозных оценок нефтегазоносности» (Ленинград, 1981 г.) — «Принципы нефтегеологического районирования акваторий» (Баку, 1982 г.), «Прогресс в решении геологических задач геофизическими методами при поисках и разведке месторождений нефти и газа» (Уфа, 1986 г.) — «Современные методы геологической интерпретации геофизических данных при решении задач поисков и разведки залежей нефти и газа (Краснодар, 1989 г.), Всероссийском совещании «Нефтегазовая геология на рубеже веков» (Санкт-Петербург, 1999 г.), региональном совещании «Основные задачи и направления региональных геолого-геофизических работ в Поволжско-Прикаспийском регионе» (Саратов, 1999 г.). ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 25 работ в виде монографии, статей в журналах «Нефтегазовая геология и геофизика», «Геология нефти и газа», Доклады Академии наук СССР и УССР, трудах ИГиРГИ и ВолгограНИПИнефть, научно-технических сборниках конгресса, совещаний и семинаров.

ОБЪЁМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация содержит 293 страницы текста, иллюстрирована рисунками (75) и включает список литературы (150 наименований). Помимо введения и заключения, работа состоит из семи глав, которые последовательно освещают: современное состояние проблемы изучения карбонатных отложений и оценки перспектив их нефтегазоносности (1 глава) — рациональный подход к проблеме комплексирования методов обработки и интерпретации геолого-геофизической информации (2 глава) — особенности формирования месторождений нефти и газа в карбонатных отложениях (3 глава) — принципы и методы оценки перспектив нефтегазоносности карбонатных пород (4 глава) — технологическая схема использования рационального комплекса обработки и интерпретации геолого-геофизической информации (5 глава) — результаты использования рационального комплекса в практике геологоразведочных работ (бглава) — основные направления совершенствования рационального комплекса (7 глава).

Подготовка диссертации была бы невозможной без поддержки руководства ООО «Лукойл-Нижневолжскнефть» A.A. Новикова, A.C. Саблина и A.M. Репея, которым автор выражает свою благодарность. В процессе проведения исследований и оформления диссертации автор пользовался советами и консультациями К. П. Анисимова, Л. С. Багова, A.M. Берестецкой, A.B. Бочкарёва, Ю. Б. Горбань, Н. В. Даньшиной, Е. О. Жуковой, A.A. Загоруйко, В. А. Ермакова, В. В. Калинина, Г. В. Кангаса, В. П. Климашина, Э. Г. Коблова, А. П. Козуба, А. Ю. Косяка, Л. В. Кузубовой, Н. Я. Кунина, П. В. Медведева, Ю. И. Никитина, В. Ф. Перепеличенко, А. Д. Поликарпова, В. А. Саблиной, Ф. У. Сапрыкина, В. Н. Селенкова, В. Е. Смирнова, В. П. Шебалдина.

Большую помощь в написании диссертации оказали О. Г. Бражников и К. А. Маврин, которым автор выражает искреннюю признательность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Специфический состав, условия залегания и физические свойства пород карбонатных отложений предполагают привлечение комплекса геолого-геофизических исследований при поисках, разведке и разработке месторождений нефти и газа.

С этой целью проведено теоретическое и методическое обоснование структуры рационального комплекса геолого-геофизических работ и последовательности применения отдельных видов работ, методов обработки и инферпретации полученных результатов на различных этапах геолого-разведочного процесса. Основой для оценки эффективности практического использования предлагаемого рационального комплекса явились исследования возможности совместной интерпретации данных бурения, промысловой геофизики и сейсморазведки МОП" с целью изучения особенностей состава, условий образования и залегания карбонатных отложений.

С учётом принципов рационального подхода к разработке комплекса рассмотрены основные методы оценки изучения строения карбонатных отложений и оценки перспектив их нефтегазоносности. Значительное внимание уделено применению литофизического, сейсмогеологического и математического моделирования при обработке и интерпретации геолого-геофизической информации на различных этапах геологоразведочного процесса. При этом основной акцент сделан на комплексировании методов промыслово-геофизических исследований скважин и сейсмических работ МОП" ввиду их высокой эффективности. В качестве геологической основы для применения рационального комплекса проведен анализ условий образования, строения и нефтегазоносности типичных месторождений нефти и газа с изучением характеристических структурных и литологических признаков ловушек. Отмечена неоднородность физических и фильтрационно-емкостных свойств карбонатных пород, при их раздельном рассмотрении в процессе истории геологического развития осадочно-породного бассейна (осадконакопление, инверсия, орогенез и т. д.). Особо рассмотрен процесс образования зон трещиноватости и разрывных нарушений в карбонатных породах в период складчатости, а также его влияние на формирование залежей нефти и газа. В результате впервые составлена схема соотношения типов ловушек нефти и газа, аккумулятивных и абразивных форм рельефа с геоморфологической и седиментационной зональностью карбонатного осадконакопления. Составлены типовые литофизические разрезы зон карбонатного осадконакопления с рачётом одномерных сейсмических моделей.

На основе анализа перечисленных особенностей строения и нефтегазоносности карбонатных комплексов, оценки возможности их изучения различными методами разработана технологическая схема использования рационального комплекса обработки и интерпретации геолого-геофизической информации в практике геологоразведочных работ. Апробация предлагаемого комплекса проведена на конкретных площадях и месторождениях, что позволило уточнить их геологическое строение и разработать рекомендации на проведение дальнейших геологоразведочных работ на нефть и газ. Ввиду неравномерной изученности и разнородности строения исследуемых площадей и месторождений, апробация комплекса проводилось по отдельным методам исследований и обработки материала, на этапах региональных работ (составление прогнозных геологических моделей), поисков, этапов разведки и разработки месторождений. Определённая последовательность в проведении апробации позволила уточнить возможности использования и достоверность отдельных методов, скорректировать их положение в общей системе исследований и на этой основе составить интегральную технологическую схему использования рационального комплекса с предложениями по дальнейшему совершенствованию. По результатам теоретического обобщения и практической апробации составлен комплекс методов обработки и интерпретации геолого-геофизической информации в процессе геологоразведочных работ по изучению различных генетических типов карбонатных комплексов, который позволяет повысить достоверность составления геологических моделей перспективных площадей и месторождений нефти и газа.

В процессе исследований по составлению рационального комплекса разработаны следующие оригинальные приёмы обработки и интерпретации геолого-геофизической информации.

Дана оценка изменению зависимости скорости сейсмических волн от глубины погружения глинистых и карбонатных пород в условиях Волгоградского Правобережья, что является основой для составления сейсмогеологических моделей.

Изучена трансформация формы сейсмического импульса и его величины для пласта постоянной толщины в зависимости от приращения глубины и скорости сейсмических волн в перекрывающей толще.

Составлены обучающие тонкослоистые литофизические и сейсмические модели карбонатных отложений с разработкой метода решения обратной задачи прогнозирования и граничными условиями её применения.

Разработан способ количественной оценки аналогии геологических объектов, идентификации каротажных кривых и сейсмических импульсов.

По результатам обработки данных НГК и сопоставления с литологическими исследованиями составлены генетические графики распределения слоистости среды для различных литотипов пород, как основы для составления сейсмогеологических и литофизических моделей карбонатных разрезов.

Проведен расчёт состояния слоистой среды под воздействием тектонических напряжений различного направления. При этом изучена анизотропия физических свойств пород с предложением методов её изучения, прогнозом зон трещиноватости и гидродимического режима фильтрации.

При проведении апробации комплекса по различным площадям и месторождениям получены следующие практические результаты.

Впервые для осадочного чехла Волгоградского Поволжья проведено сейсмогеологическое районирование с выделением районов по скоростной характеристике, типу слоистости среды, волновой картине, учётом степени влияния ВЧР и ЗМС на получение геологической информации. Указанные параметры определяют методику сейсмических работ МОП" и возможности поисков и картирования ловушек различного типа в карбонатных комплексах.

В пределах Кудиновско-Романовской зоны установлена генетическая зональность карбонатного осадконакопления средне-верхнефранских отложений, выделены типы органогенных построек и возможные типы ловушек нефти и газа с привязкой их по площади и в разрезе с характеристикой в динамике сейсмической записи. К числу первоочередных направлений поисков залежей нефти и газа в се-милукских и воронежских отложениях относятся зона барьерных рифов (Северо-Ключевское поднятие), в евлано-ливенских отложениях зоны краевых и внешних рифов, а также инверсионных структурных осложнений. Для оценки перспектив неф-тегазоносности предложено и апробировано на Таловской площади литофизическое и сейсмогелогическое моделирование, результаты которого доказывают возможность выделения по количественным параметрам сейсмозаписи органогенной постройки, карбонатной платформы и глинисто-карбонатных пород запирающих фаций.

Для Антиповско-Балыклейской площади проведена детальная корреляция скважин с оценкой возможности использования нелинейного многофакторного анализа с целью прогнозирования ловушек нефти и газа. Полученные результаты в комплексе с данными переинтерпретации сейсморазведки позволили дать рекомендации на постановку дальнейших геологоразведочных работ.

По результатам корреляции по площади пластов-коллекторов, комплексной интерпретации сейсмических работ, данных ГИС, параметров литофизического и сейсмического моделирования составлена блоковая литолого-физическая модель Белокаменного месторождения с прогнозом фильтрационно-емкостных свойств пород резервуара. С учётом соотношения распределения пластов-коллекторов, разрывных нарушений и литолого-фациальной зональностью пород выделены типы залежей в разрезе месторождения, что предполагает в процессе разработки зональную и послойную выработку запасов нефти.

На основе комплексного анализа данных бурения, сейсморазведки и математического моделирования впервые для Тенгизского нефтяного месторождения установлена взаимосвязь между закономерностями распространения литофаций, сейсмофаций и параметров математической обработки изменения пористости пород с глубиной, что позволило составить количественную модель распределения коллекторских свойств пород резервуара. При этом на западных разрезах уменьшение пористости с глубиной происходит более медленно, чем в восточной части.

По результатам литолого-фациального анализа, структурных особенностей и обработки керна для нефтяного месторождения Западная Курна проведена интерпретация материалов сейсморазведки МОП" с прогнозом строения и состава пород геологического разреза, а также зональности типов коллекторов.

Предложены основные направления по дальнейшему совершенствованию рационального комплекса обработки и интерпретации геолого-геофизической информации при поисках и разведки месторождений нефти и газа в карбонатных отложениях, а также технологической схемы его применения.