Построение структурных карт с помощью карт схождения

Структурная карта в отличие от топографической, показывающей в горизонталях рельеф поверхности, в строении которого могут участвовать различные горизонты, отображает в горизонталях подземный рельеф кровли или подошвы какого-либо одного горизонта. Она дает четкое представление о строении недр, обеспечивает наиболее точное проектирование эксплуатационных и разведочных (при доразведке) скважин, облегчает изучение залежей нефти и газа, в частности исследование изменения свойств продуктивных пластов (мощности, пористости, проницаемости, распределения пластовых давлений и т. п.) в различных участках структуры.

В данной курсовой работе описываются структурные карты и способы их составления. Основная цель работы — описание построения структурных карт с помощью карт схождения, а также рассмотрение положительных и отрицательных сторон метода.

Для написания курсовой работы использованы материалы из следующих изданий: Жданов М. А. «Нефтегазопромысловая геология и подсчет запасов нефти и газа» (1981), Вадецкий Ю. В. «Нефтегазопромысловая энциклопедия» (2004) и др.

Объём работы 20 листов, использовано в основной части 8 рисунков.

1. СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ КАРТ

При построении структурных карт (рис. 1) за базисную плоскость обычно принимают уровень моря, от которого отсчитывают горизонтали (изогипсы) подземного рельефа. Отметки изогипс ниже уровня моря берут со знаком «минус», который иногда не ставят, имея в виду, что отсутствие знака всегда указывает на минус, а отметки изогипс выше уровня моря показывают со знаком «плюс». Равные по высоте промежутки между изогипсами называются сечением изогипс. На рис. 1 сечение изогипс равно 100 м. При пологом залегании пластов (в месторождениях Русской платформы) сечение изогипс обычно берут равным 2−5 м, а в геосинклинальных областях (Кавказ и др.), когда наблюдается более или менее крутое залегание пластов, — 10−25 м и более.

Рис. 1. Изображение подземного рельефа пласта при помощи структурной карты Изогипса показывает простирание пласта. На криволинейных участках изгиба изогипс простирание в любой точке направлено по касательной к данной точке, а падение — перпендикулярно к ней (от более мелких значений отрицательных отметок изогипс к более крупным). При однообразном падении пластов расстояния между изогипсами остаются одинаковыми. При уменьшении углов падения пластов изогипсы будут расходиться и, наоборот, при увеличении углов падения они будут сближаться.

В промысловой практике обычно применяют два основных способа построения структурных карт:

1) способ треугольников, который эффективно используют в случае малонарушенных или не имеющих нарушений структур;

2) способ профилей, который обычно применяют в случае сильнонарушенных структур; его также используют вместе со способом треугольников.

Для составления структурной карты выполняют следующее:

1) изучают разрезы скважин и выбирают горизонт, по кровле которого намечается построение структурной карты; выбранный горизонт должен быть развит по всей площади и хорошо выделяться в разрезах скважин; путем сопоставления разрезов скважин убеждаются в том, что выбранный горизонт находится в нормальном залегании и кровля его не размыта;

2) проверяют соответствие положения скважин на карте положению их на местности, а также их альтитуды (превышения); если возникают сомнения, то их разрешают с помощью топографo-геодезической съемки;

3) выбирают сечение изогипс в зависимости от требуемой детальности изучения структуры и сложности ее строения.

После этого приступают к построению структурной карты.

2. ПОСТРОЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ КАРТ С ПОМОЩЬЮ КАРТ

СХОЖДЕНИЯ

структурная карта схождение скважина

На практике имеют место случаи, когда геологу приходится строить структурную карту пласта N, который вскрыт лишь незначительным числом скважин. Однако, если в разрезе имеется другой пласт К, который лежит выше последнего и хорошо отбивается в многочисленных скважинах, то, используя расстояние между пластом К и интересующим нас пластом можно построить структурную карту последнего.

При этом необходимо, чтобы пласт К, принятый за вспомогательный, хорошо отбивался в глубоких скважинах, вскрывших пласт N. Такой метод носит название построения структурных карт с помощью карт схождения.

Для пояснения этого метода приведем следующий условный пример.

Пусть на некотором участке требуется построить подземный рельеф пласта N, который вскрыт в шести скважинах. В плане эти скважины расположены так, как показано на рис. 2 (от № 5 до № 17).

Рис. 2. Размещение скважин на плане: точки — мелкие скважины, шурфы, точки в кружках — глубокие скважины Как легко заметить, по данным шести скважин невозможно составить точную структурную карту пласта N. Поэтому прибегаем к такому способу. В разрезе выделяем другой вспомогательный пласт (К), который вскрыт многочисленными скважинами, и для этого пласта строим структурную карту. После этого определяем расстояние между опорным и вспомогательным пластами во всех шести скважинах. Эти данные надписываем рядом со скважинами и по ним строим карту путем интерпретации с изолиниями расстояний между К и N. Такая карта называется картой схождения.

Карта схождения строится на прозрачной бумаге. В окончательном виде карта схождения пласта N, построенная по данным шести скважин, приведена на рис. 3.

Рис. 3. Жирные линии — горизонтали структурной карты вспомогательного пласта, тонкие линии — горизонтали карты схождения После того как построена карта схождения, ее накладывают на структурную карту вспомогательного пласта и отмечают точки пересечения изолиний обеих карт.

Для определения глубины залегания горизонта N в этих точках поступают следующим образом. Известно, что может быть три случая взаимного расположения обоих пластов в отношении к нулевой плоскости (рис. 4).

Рис. 4. Метод построения структурной карты с помощью карт схождения: А — отметка горизонтали вспомогательной структурной карты; К — вспомогательный пласт; В-расстояние от, А до N по карте изохор; С — искомая отметка пласта N в точке пересечения изолинии обеих карт

Нулевая поверхность расположена над обоими пластами (а); она проходит между К и N (б) и, наконец, располагается под обоими пластами (в).

Для пояснения примем следующие обозначения: А — отметка горизонтали вспомогательной структурной карты; В — отметка изолинии карты схождения; С — искомая отметка угласта N в точке пересечения изолинии обеих карт.

Эти величины, как видно из рис. 4, связаны между собой следующими равенствами:

С = А + В в случае а;

С = В — А в случае б;

С = А — В в случае в.

Получив таким путем отметки для многочисленных точек горизонта N, приступают к построению структурной карты этого горизонта путем интерпретации многочисленных данных по методу, описанному выше.

Следует отметить, что метод построения структурных карт по данным карт схождения имеет ограниченную область применения. Например, если изменение расстояния между обоими пластами (К и N) связано с наличием дизъюнктивных нарушений, данный метод положительного результата не даст, и мы получим неверное представление о залегании пласта.

Возможен также тот случай, что указанные шесть скважин расположены на обоих крыльях структуры основного пласта N, причем скважины расположены так, что часть их находится на одном крыле ближе к своду, а другая часть — на другом крыле, на значительном расстоянии от свода. Так как в большинстве антиклинальных структур мощности пластов постепенно увеличиваются от сводовой части к крыльям, то, интерполируя полученные значения, мы упускаем из виду то обстоятельство, что в промежутке между обеими группами скважин у нас может быть не постепенный переход от одной величины мощности к другой, а вначале уменьшение мощностей до минимума (у свода), а затем увеличение. Учесть это обстоятельство очень трудно. Следовательно, пользуясь картой схождения, мы будем иметь неверные представления о структурной форме пласта.

3. УСЛОВИЯ ТОЧНОСТИ СТРУКТУРНЫХ КАРТ

Точность всякой геологической карты вообще, а структурной в особенности, зависит прежде всего от точности топографической основы.

В самом деле, если местоположение скважины определено на плане не точно, то какие же требования можно предъявить составителю структурных карт?

Если топографическая основа составленной структурной карты страдает неточностями, то мы не сможем иметь правильного представления о рельефе пласта, а следовательно, такая структурная карта не может помочь промысловому геологу в решении различных геологических задач.

В настоящее время для всех нефтяных месторождений РФ составлены точные топографические карты. Опыт показывает, что при разведке и разработке нефтяных месторождений, лучше иметь топографическую основу в крупном масштабе. Как увидим в дальнейшем, точность решения различных задач по структурным картам зависит также от их масштаба. Например, часто применяются масштабы 1:10 000 и 1:5000.

Далее, точность структурных карт во многом зависит от правильности определения альтитуд устьев скважин относительно уровня моря.

В самом деле, если ошибки в расположении скважин на плане могут только в незначительной степени отклонить подземные горизонтали от настоящего их направления в зависимости от масштаба карты, то ошибки в определении альтитуд, приводящие к неточному определению отметки пласта, дадут искажение истинного угла падения пласта.

Если, например, пласт на определенном участке имеет идеально моноклинальную структуру, то ошибки в определении превышения устьев скважин могут дать ложное представление об изгибах пласта. В настоящее время альтитуда каждой скважины определяется с точностью до долей метра. Поэтому неточности структурных карт из-за погрешностей в альтитудах в настоящее время не должны иметь места.

Основной причиной ошибок при построении структурных карт является неточность определения глубины залегания опорного горизонта. Эти ошибки можно разделить на две группы:

1) ошибки и неточности составителей разрезов буровых скважин и

2) ошибки и неточности составителей структурных карт Ошибки первого порядка имеют место, когда глубина залегания пласта определяется неправильно. Это, в основном, зависит от неточности замеров, произведенных по каротажному кабелю и по бурильным трубам.

В самом деле, если пласт залегает на больших глубинах (порядка 3−4 тыс. м), то в этом случае мы будем иметь на кабеле 60−80 меток (метки устанавливаются через каждые 50 м) и если допустить при определении каждой метки ошибку в 2 мм в одну сторону, то глубина залегания пласта будет на 1,2−1,6 м отличаться от истинной, что, безусловно, недопустимо, особенно, когда структурная карта составляется в крупном масштабе.

Очень часто в разрезе скважины, особенно, если он составлен по данным кернов, трудно определить границы (контакты) между пластами. Здесь на помощь приходит электрокаротаж по диаграммам которого уточняется положение границ между пластами, однако и при этом могут быть ошибки.

При ударном бурении отбивка отдельных горизонтов целиком, и полностью зависит от опытности и внимательности бурового мастера или бурильщика. Если подошва или кровля, какого-то пласта определена в различных скважинах различными лицами, то вполне возможно, что будет допущена ошибка.

Точность структурной карты зависит в сильной степени также от количества скважин, по которым она составляется.

Если в пределах нефтяного месторождения пробурена густая сеть скважин и данные одних скважин дополняются другими, то можно построить весьма точную и детальную структурную карту, с учетом всех даже незначительных нарушений. В противном случае, когда количество скважин незначительно, а площадь месторождения велика, структурная карта будет страдать существенными недостатками, особенно при наличии дизъюнктивных нарушений. Если количество скважин незначительно, то такую карту следует называть структурной схемой.

Немаловажным условием, влияющим на точность структурных карт, является распределение скважин по площади. Если скважины расположены по всей площади, например, равномерно, то структурная карта будет обладать одинаковой точностью для всех участков площади. Наконец, при построении структурной карты одним из условий точности является правильный учет искривления скважин, участвующих в построении карты. Как легко видеть, все перечисленные выше недостатки совершенно не зависят от составителя структурных карт.

Во избежание ошибок, зависящих от составителя карты, необходимо, чтобы геолог, производящий эту работу, прежде всего был детально знаком с геологическими особенностями данного участка. Ошибки дают себя знать, в особенности в тех случаях, когда структурная карта составляется по методу интерполирования между отметками.

Для подтверждения сказанного по данным отметок в 12 скважинах построены две структурные карты. Обе структурные карты, как видно из рис. 5, резко отличаются друг от друга. В первом случае (а) складка спокойна и не имеет никаких нарушений, а во втором (б) наблюдается несколько параллельных нарушений — залегание пластов приближается к моноклинальному.

Рис. 5. а — складка без нарушений, б — складка с несколькими параллельными нарушениями.

Спрашивается, какому из этих вариантов отдать предпочтение? На этот вопрос может дать ответ только последующее бурение, но навести на правильное решение может и анализ общей геологической обстановки района.

Действительно, если в данном районе имеет место развитие нарушений, которые наблюдаются на дневной поверхности или в соседних месторождениях, то нет основания настаивать на первом варианте. При отсутствии этих данных только после бурения последующих скважин можно определить, какая именно структурная карта более правильно изображает действительность.

4. УЧЕТ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН ПРИ ПОСТРОЕНИИ

СТРУКТУРНОЙ КАРТЫ

При построении структурных карт во избежание искажения необходимо учитывать искривление скважин. Так, при искривлении скважины вверх по восстанию пород на структурной карте может появиться несуществующий структурный выступ (рис. 6, а), а в случае искривления вниз по падению — структурная впадина (рис. 6, б).

Чтобы учесть искривление скважины, прежде всего приводят ее пространственное искривление к искривлению в одной плоскости (фиктивной плоскости искривления) и определяют вертикальную составляющую, показывающую глубину залегания точки встречи опорной поверхности данной скважиной.

Для построения структурной карты на плане расположения скважин показываются положения устьев искривленных скважин и точки пересечения ими опорной поверхности (в конце вектора, отображающего горизонтальную проекцию ствола скважины, приведенного к одной плоскости). У этих точек (в конце вектора) надписываются значения абсолютных глубин их залегания в метрах, т. е. х - H, где х — вертикальная составляющая; Н — альтитуда скважины. Затем точки (в конце вектора) встречи опорной поверхности данной скважиной соединяют между собой так, чтобы образовалась система треугольников, согласно указанным выше правилам производят интерполяцию по значениям приведенных глубин и строят структурную карту (рис. 6, в), которая уже не имеет искажений.

Рис. 6. Схема возможных искажений при неучёте искривления скважин и учёт их искривления при построении структурной карты Искажения при неучёте искривления скважин: а — вверх по восстанию пластов; б — вниз по падению пластов; в — построение структурной карты с учётом искривления скважины. А, С — положение устьев скважин; B, D — положение забоев скважин; в числителе дроби — номер скважины, а в знаменателе — отметка глубины скважины.

5. ПРИМЕНЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ КАРТ

Каждая структурная карта должна давать возможность заранее определять с (необходимой для практических целей точностью глубины и элементы залегания опорного пласта в любой точке, а в сочетании с нормальным разрезом — также и мощности пластов, которые будут пересечены вновь закладываемой скважиной.

Правильное определение глубины проектируемой скважины имеет важное значение как с геологической, так и с практической точки зрения.

Если глубина проектируемой скважины из-за неточности структурных карт или по другим причинам определена неправильно, то ошибочно определятся и сметная стоимость буровой и нормы времени для бурения.

Для определения проектной глубины новой скважины необходимо прежде всего на структурной карте отметить место заложения этой скважины. Рекомендуется масштаб структурной карты участка, где закладывается скважина, увеличить, и горизонталь на этом участке проводить через 1−5 м в зависимости от угла падения пласта.

Намеченную точку надо затем перенести на местность и определить ее альтитуду.

В дальнейшем необходимо построить несколько профилей таким образом, чтобы по ним можно было бы по возможности точно определить глубину залегания отдельных горизонтов и свит.

Направление профилей следует выбирать так, чтобы проектная скважина была расположена между ранее пробуренными, если таковые имеются. При отсутствии их необходимо пользоваться данными об углах падения пластов, полученными в соседних скважинах.

Количество профилей зависит от площади участка, его формы, числа скважин и условий залегания пластов.

При небольшой площади участка и спокойном залегании пласта можно ограничиться одним или двумя профилями.

Структурная карта ясно показывает условия расположения скважин относительно структуры месторождения, т. е. в какой именно части структуры находятся пробуренные скважины и в какой части — проектируемые.

По структурной карте легко можно найти азимуты и углы падения пласта в любой точке месторождения.

6. НЕКОТОРЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ КАРТЫ

В некоторых случаях при решении специальных вопросов возникает необходимость применить особые приемы построения структурных карт.

Карта поверхности нарушения строится в тех случаях, когда эта поверхность имеет сложную конфигурацию и с ней связаны тектонически экранированные залежи нефти.

Данную карту строят способом треугольников или способом профилей по отметкам вскрытия поверхности нарушения в отдельных скважинах. Такая карта позволяет рассчитать глубину вскрытия поверхности нарушения и более точно проектировать эксплуатационные скважины даже при недостаточной разведанности залежи нефти. На рис. 7 показана структурная карта поверхности нарушения, построенная способом профилей с учетом данных по промежуточным скважинам, не показанным на рисунке. Положение залежи нефти установлено лишь на профилях I-I и II-II (рис. 7). Перенеся данные профилей на структурную карту, можно определить положение залежи нефти (abcd) и ее связь с поверхностью нарушения.

Рис. 7. Карта поверхности нарушения: 1 — изогипсы поверхности нарушения, м; 2 — положение залежи в поднадвиговой части Наклонные структурные карты применяют в тех случаях, когда для изображения какой-либо поверхности или структуры на базисную поверхность принимают не уровень моря, а наклонную поверхность. Впервые наклонная структурная карта была построена И. М. Губкиным в 1911;1912 гг. для эрозионной впадины, к которой оказались приуроченными некоторые залежи нефти в Апшеронском нефтяном месторождении (Майкопский район).

Построение такой наклонной карты для эрозионной впадины оказалось весьма эффективным и позволило И. М. Губкину дать правильное указание о вероятном направлении распространения залежи нефти.

В 1939 г. в Грозненском нефтяном районе наклонные структурные карты были применены для изображения крутопадающих пластов и подвернутых складок. Практика показала, что изображение структур такого типа при помощи наклонных структурных карт приводит к искажению действительных размеров структуры и залежи нефти и потому не эффективно.

На рис. 8 показан упрощенный по сравнению с более ранними построениями графический метод составления наклонной структурной карты для изображения эрозионной впадины при помощи карты схождения. С этой целью профили I-I и II-II, на которых дано строение эрозионной впадины и пунктиром показаны породы, моноклинально покрывающие эрозионную впадину, рассекают горизонтальными линиями согласно выбранному сечению (в данном случае сечение равно 100 м).

Рис. 8. Наклонная структурная карта эрозионной впадины. Изогипсы в м: 1 — моноклинали, 2 — подошвы эрозионной впадины; 3 — изолинии глубины эрозионной впадины, м Точки пересечения горизонталей с моноклиналью и эрозионной впадиной сносят на горизонталь, на которой цифрами (и точками) показаны отметки моноклинали и буквами (и крестиками) отметки подошвы эрозионной впадины (рис. 8, а). Все указанные данные переносят на план на соответствующие линии профилей (рис. 8, б). Далее по отметкам кровли моноклинали строят структурную карту моноклинали, а по отметкам подошвы эрозионной впадины — изогипсы эрозионной впадины. В итоге получают карту схождения, т. е. пересечения изогипс моноклинали и эрозионной впадины.

На рис. 8, б видно, что в указанных точках пересечения разность отметок эрозионной впадины и моноклинали дает глубину эрозионной впадины. Так как все точки пересечения симметричны, то, соединив их (как показано на рис. 8, в), получают изолинии глубины эрозионной впадины: 0, 100, 200, 200, 100, 0. Совершенно очевидно, что при обычном построении структурной карты выявить эрозионную впадину было бы весьма трудно. Действительно, на профиле I-I (рис. 8, а) изогипса 400 м дает три точки пересечения — А, В, С, причем точка А лежит в глубине впадины, точка В — на ее борту, а точка С — вне впадины. Между тем при обычном построении структурной карты все они идентичны и формально были бы соединены горизонталью 400 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Структурная карта отображает в горизонталях подземный рельеф кровли или подошвы какого-либо одного горизонта. Точность структурной карты зависит от её топографической основы, от количества скважин, по которым она составляется. Структурная карта ясно показывает в какой именно части структуры находятся пробуренные скважины и в какой части — проектируемые.

Построение структурных карт с помощью карт схождения применяется в тех случаях, когда необходимо построить структурную карту пласта который вскрыт лишь незначительным числом скважин.

Следует отметить, что метод построения структурных карт по данным карт схождения имеет ограниченную область применения. Например, если изменение расстояния между опорным пластом и маркирующим горизонтом связано с наличием дизъюнктивных нарушений, данный метод положительного результата не даст, и мы получим неверное представление о залегании пласта.

1. Азаматов В. И., Свихнушин Н. М. Методы изучения неоднородных коллекторов в связи с оценкой запасов нефти и газа. — М., Недра, 1976.

2. Вадецкий Ю. В. Нефтегазопромысловая энциклопедия (3-томник). — М., Недра, 2004.

3. Жданов М. А. Нефтегазопромысловая геология и подсчет запасов нефти и газа. — М., Недра, 1981.

4. Иванова М. М., Дементьев Л. Ф. Нефтегазопромысловая геология и геологические основы разработки месторождений нефти и газа. — М., Недра, 1992.

5. Максимов М. И. Геологические основы разработки нефтяных месторождений. — М., Недра, 1975.