Научная статья на тему 'Моделирование термической истории нефтематеринской свиты в разрезах глубоких скважин (на примере Парабельского мегавыступа)'

Моделирование термической истории нефтематеринской свиты в разрезах глубоких скважин (на примере Парабельского мегавыступа) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
101
21
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
тепловой поток / термическая история / нефтематеринская свита / компьютерная технология / Парабельский мегавыступ / thermal flux / thermal history / oil source measures / computer technology / Parabel meganose

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Кириллина Мариника Сергеевна, Лобова Галина Анатольевна

Для восстановления термической истории нефтематеринской свиты нужны данные о плотности теплового потока из основания осадочного разреза – фундаментального геодинамического параметра. Тепловой поток можно определить решением обратной задачи геофизики с использованием геотемператур, определенных различными способами. В работе демонстрируется использование компьютерной технологии для расчета теплового потока в разрезе глубокой скважины на Парабельском мегавыступе.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Кириллина Мариника Сергеевна, Лобова Галина Анатольевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MODELING OF THERMAL HISTORY OF OIL SOURCE MEASURES IN DEEP WELL (THE CASE OF PARABEL MEGANOSE)

To inversion of the thermal history of oil source measures, we need data about heat flow density from the base of the aqueous section, the fundamental geodynamic parameter. The thermal flux can be determined by solving an inverse geophysical problem using geothermal temperatures determined in various ways. In this scientific work demonstrates the use of computer technology for calculating the thermal flux in a deep well at the Parabel meganose.

Текст научной работы на тему «Моделирование термической истории нефтематеринской свиты в разрезах глубоких скважин (на примере Парабельского мегавыступа)»

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

УДК 553.98.041:551.21(571.16)

М.С. Кириллина1, Г.А. Лобова2

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ИСТОРИИ НЕФТЕМАТЕРИНСКОЙ СВИТЫ

В РАЗРЕЗАХ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН

(НА ПРИМЕРЕ ПАРАБЕЛЬСКОГО МЕГАВЫСТУПА)

MODELING OF THERMAL HISTORY OF OIL SOURCE MEASURES IN DEEP WELL

(THE CASE OF PARABEL MEGANOSE)

Для восстановления термической истории нефтематеринской свиты нужны данные о плотности теплового потока из основания осадочного разреза - фундаментального геодинамического параметра. Тепловой поток можно определить решением обратной задачи геофизики с использованием геотемператур, определенных различными способами. В работе демонстрируется использование компьютерной технологии для расчета теплового потока в разрезе глубокой скважины на Парабельском мегавыступе.

Ключевые слова: тепловой поток, термическая история, нефтематеринская свита, компьютерная технология, Парабельский мегавыступ.

To inversion of the thermal history of oil source measures, we need data about heat flow density from the base of the aqueous section, the fundamental geodynamic parameter. The thermal flux can be determined by solving an inverse geophysical problem using geothermal temperatures determined in various ways. In this scientific work demonstrates the use of computer technology for calculating the thermal flux in a deep well at the Parabel meganose.

Keywords: thermal flux, thermal history, oil source measures, computer technology, Parabel meganose.

1 Кириллина Мариника Сергеевна - студент, ТПУ, г. Томск. E-mail: [email protected]

Kirillina Marinika - student, TPU, Tomsk.

2 Лобова Галина Анатольевна - д.г-м.н., доцент, ТПУ, г. Томск. E-mail: [email protected]

Lobova Galina - Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, TPU, Tomsk.

Тепловое поле Земли оказывает существенное влияние на ход превращения исходного рассеянного органического вещества (РОВ) в материнской свите, а также контролирует их мобильность в миграционных процессах и фазовое состояние углеводородов [3, 9, 11]. Зная значение плотности теплового потока из основания разреза, можно восстановить термическую историю нефтепроизводящей толщи, что позволит выявить степень реализации генерационного потенциала нефтематеринских отложений и определить перспективы изучаемых объектов. Для восстановления термической истории нужны данные о плотности теплового потока из основания осадочного разреза - фундаментального геодинамического параметра. Ранее была построена карта теплового потока Усть-Тымской мегавпадины и структур её обрамления (рис.1) с использованием пластовых температур и палеотемператур, полученных путем пересчета по отражательной способности витринита (ОСВ) [7].

Рис. 1. Схемы распределения значений плотности теплового потока из основания осадочного разреза Усть-Тымской мегавпадины [7] с положением моделируемой

скважины Парабельской 3: 1 - изолинии значений расчетной плотности теплового потока, мВт/м2; 2 - месторождения углеводородов: а - нефти, б - конденсата, в - газа; 3 - тектонические структуры: а) первого порядка, б) второго порядка, в) локальные поднятия; 4 - положение моделируемой скважины

К настоящему времени появились новые данные по геотемпературам, полученным при записи термограмм методом определения геотермического градиента (ОГГ). Обычно такие работы проводятся в скважинах, находившихся определенное время в покое, а значит, замеренные температуры будут наиболее приближенными к пластовым условиям [2]. Данные работа является частью фундаментальных исследований по подготовке карты теплового потока для территории Томской области.

Цель настоящих исследований - рассчитать тепловой поток ц для разреза, вскрытого скважиной Парабельская 3 в Томской области (рис. 2), используя геотемпературы, полученные при испытании объектов в скважине и снятые с кривой ОГГ и палеотемпературы, рассчитанные по отражательной способности витринита и выявить наилучший вариант имеющихся геотемпературных данных для последующего расчета значений теплового потока.

Рис. 2. Схематическое изображение слоистого осадочного разреза при палеотемпературном моделировании (условные обозначения в тексте)

Методика исследований.

По распределению температур Т. в скважине рассчитывается тепловой поток ц через поверхность подстилающего основания, т.е. решается обратная задача геотермии. Для этого применяется компьютерная технология Тер!оР1а!од [4]. Программный пакет «Тер!оР1а!од» позволяет выполнить палеотемпературное моделирование, сопряженное с палеотектоническими реконструкциями с учетом изменения температуры на поверхности Земли в геологическом прошлом [5]. Для скважины Парабельская 3 создается петрофизическая модель, учитывающая литологию, время их накопления, мощность свит и их теплофизические свойства (табл. 1).

В нашей модели (рис. 2) процесс распространения тепла в слоистой осадочной толще описывается начально-краевой задачей для уравнения

а Ы д1 У д1) где А - теплопроводность; а - температурапроводность; f- плотность внутренних источников тепла; и - температура; 1 - расстояние от основания; t - время.

С краевыми условиями

%=£ = и (О, (2)

= ч^), (3)

, ди

I=0

где £ = ) - верхняя граница осадочной толщи; ц(У - тепловой поток из основания осадочного разреза.

Осадочная толща описывается мощностями стратиграфических комплексов Ы, для каждого из которых заданы: теплопроводность А/, температуропроводность а/, плотность тепловыделения радиоактивных источников f /, скорость осадконакопле-ния V/.

В случае стационарности глубинного теплового потока, решение обратной задачи геотермии определяется из условия:

кт< , - ^

д(и(I,ч)-т) -ч-

*шт (4)

где Т. - «наблюденные» значения температур в кт точках на различных глубинах 1. в моменты времени т.

Решение обратной задачи строится с учетом того, что функция и(1, % ц), являющаяся решением прямой задачи с краевыми условиями (2) и (3), в этом случае линейно зависит ц. Поэтому неизвестный параметр ц определяется однозначно. Краевое условие (2) это вековой ход температур поверхности земли, т.е. учитывается палеоклимат.

Немаловажное значение при определении плотности теплового потока имеет надежность исходных термических данных. Поэтому в модель закладываются температуры, полученные при испытании скважины и снятые с каротажной диаграммы ОГГ, прошедшие тщательный анализ и отбраковку. В качестве исходных данных используются только температуры, измеренные при существенном притоке флюида в скважину, когда забойная температуры приближается к значению пластовой. Геотемпературы с каротажной диаграммы ОГГ снимаются в интервалах монотонного характера кривой. Палеотемпературы, рассчитанные по отражательной способности витринита по способу, предложенному В.И. Исаевым и др. в работе [3] используются в качестве «измеренных» с указанием времени абсолютного максимума палеотемпературы.

Критерием достоверности результатов моделирования является сходимость («невязка») наблюденных и расчетных температур. Критерий выполняется, если «невязка» не превышает 5°С. Моделирование проводится в несколько итераций с различным сочетанием используемых температур.

Исходные данные.

Определение плотности теплового потока проводится для глубокой поисковой скважины Парабельская 3, расположенной на Парабельском мегавыступе в юго-восточной части Западно-Сибирской нефтегазоносной мегапровинции (Томская область). Скважина пробурена до глубины 2611 м и вскрыла палеозойские отложения. Верхнеюрские отложения здесь обособляются в марьяновскую свиту (временной аналог баженовской свиты) и вскрыты на глубине 2399 м. Мощность свиты составляет 11 м и содержание Сорг достигает 8 % [6].

Для решения обратной задачи геотермии, используются значимые замеры пластовых температур и геотемпературы, снятые с каротажных диаграмм метода ОГГ согласно рекомендаций. Палеотемпература, рассчитанная по отражательной способности витринита взята из близлежащей скважины Парабельская 2 (табл. 1). Для района, в котором расположена модулируемая скважина Парабельская 3 по расчетам [8], максимальный прогрев нефтематеринской свиты наступил 37 млн лет назад в рюппельское время.

Таблица 1

Исходные геотемпературы по скважине Парабельская 3

Глубина замера, м Температура, оС Время, млн лет

Палеотемпература, рассчитанная по ОСВ (Парабельская 2)*

2355 80 37

Пластовые температуры, измеренные при испытании объектов в скважине**

2080 95 0

Геотемпературы по данным ОГГ**

187 15,7 0

326,5 20,4 0

480 24,2 0

1050 43,8 0

1475,5 59,2 0

2104,5 65,6 0

2229,5 69,2 0

2342,5 72,5 0

2373 73,6 0

2496,5 78,1 0

Пояснения: * - ОСВ определены в Лаборатории геохимии нефти и газа Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН (г. Новосибирск).

** - пластовые температуры, изученные и сведенные из первичных «дел скважин», и геотемпературы, снятые с каротажных диаграмм ОГГ, представлены Томским филиалом ФБУ «Территориальный фонд геологической информации по СФО».

Результаты исследования.

Используя параметры тектоно-седиментационной и теплофизической модели (табл. 2), решаем обратную задачу геотермии.

Таблица 2

Параметры осадочной толщи, вскрытой скважиной Парабельская 3

Свита, толща* (стратиграфия) Мощность*, м * * л н л Р с а р з о со Время накопления, млнлет 5 с ,* * * XI н с о н т о л П Теплопроводность, Вт/м-град Температуропроводность, м2/с Тепловыделение, Вт/м3

Четвертичные 0 13 0-1,64 1,64 2,02 1,27 6,5е-007 1,1е-006

Плиоценовые N - 1,64-4,71 3,07 - - - -

Миоценовые N - 4,71-24,0 19,29 - - - -

Некрасовская пк РЯ, 20 24,0-32,2 8,3 2,09 1,35 7е-007 1,2е-006

Чеганская Ьд Рд 69 32,2-41,7 9,4 2,09 1,35 7е-007 1,2е-006

Люлинворская II РЯ 2 73 41,7-54,8 13,1 2,09 1,35 7е-007 1,2е-006

Талицкая tl Рд , 24 54,8-61,7 6,9 2,09 1,35 7е-007 1,2е-006

Ганькинская дп РЯ К 99 61,7-73,2 11,5 2,11 1,37 7е-007 1,25е-006

Славгородская К2 7 73,2-86,5 13,3 2,11 1,37 7е-007 1,25е-006

Ипатовская ¡р К2 250 86,5-89,8 3,3 2,18 1,4 7е-007 1,25е-006

Кузнецовская кх К2 20 89,8-91,6 1,8 2,18 1,43 8е-007 1,25е-006

Покурская рк К12 850 91,6-114,1 22,5 2,26 1,49 8е-007 1,25е-006

Алымская а2К1 - 114,1-116,3 2,2 - - - -

Алымская а1К1 - 116,3-120,2 3,9 - - - -

Киялинская кЬ К 604 120,2-132,4 12,2 2,39 1,6 8е-007 1,25е-006

Тарская & К1 51 132,4-136,1 3,7 2,44 1,62 8е-007 1,25е-006

Куломзинская к1т К1 199 136,1-145,8 9,7 2,44 1,64 8е-007 1,25е-006

Марьяновская тг 11 145,8151,21 5,4 2,42 1,62 8е-007 1,3е-006

Георгиевская дг 5 151,2-156,6 5,4 2,42 1,62 8е-007 1,3е-006

Наунакская ^ 56 156,6-162,9 6,3 2,42 1,6 8е-007 1,3е-006

Тюменская tm 191 162,9-208,0 45,1 2,46 1,64 8е-007 1,3е-006

Примечание: * - Данные литолого-стратиграфических разбивок глубоких скважин из каталога литолого-стратиграфических разбивок скважин [1].

** - В качестве основы использована Шкала геологического времени У. Харленда с соавторами [10].

*** - Литология и плотность пород выделенных свит и толщ приняты с учетом материалов обобщения петрофизических определений керна и сейсмического каротажа, приведенных в диссертационной работе С.Ф. Богачева (1987).

В таблице 3 приводятся результаты определения плотности теплового потока.

Таблица 3.

Параметры осадочной толщи, вскрытой скважиной Парабельская 3

Глубина отбора образца, м Время время измерения геотемпературы, млн лет назад Наблюденная температура, °С Расчетная температура, °С Сходимость температур («невязка») Тепловой поток, мВт

Решение обратной задачи по ОСВ

2342 37 80 80 0 0.039042

Решение обратной задачи по пластовой температуре, вариант 1

2080 0 95 95 0 0.066804

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Решение обратной задачи по ОГГ, вариант 1

187 0 15,7 6,664 9636

326 0 20,4 11,585 8г815

480 0 24,2 16,897 7303

1475,5 0 59,2 49,22 9.9+8

2104,5 0 65,6 67,98 2.380 0.047012

2229,5 0 69,2 71,597 2.397

2342,5 0 72,5 74,857 2.357

2373 0 73,5 75,756 2.156

2496,5 0 78,1 79,325 1.225

Решение обратной задачи по ОГГ, вариант 2

2104,5 0 65,6 67,98 2.380 0.045651

2229,5 0 69,2 71,597 2.397

2342,5 0 72,5 74,857 2.357

2373 0 73,5 75,756 2.156

2496,5 0 78,1 79,325 1.225

Решение обратной задачи по ОГГ+ОСВ, вариант 1

2287,5 37 80 90,941 10,941 0.046241

187 0 15.7 6,5576 9,1424

326 0 20.4 11,4 8,9999

480 0 24.2 16,627 7,5731

1050 0 43.8 35,032 8,7679

1475,5 0 59.2 48,492 10,708

2104,5 0 65.6 66,887 0,68051

2229,5 0 69.2 70,445 0,60549

2342,5 0 72.5 73,652 0,48293

2373 0 73.5 74,536 0,3588

2496,5 0 78,1 78,047 0,76251

Решение обратной задачи по ОГГ+ОСВ, вариант 2

2104,5 0 65.6 66,052 0,45159 0,045651

2229,5 0 69.2 69,564 0,36422

2342,5 0 72.5 72,731 0,23051

2373 0 73.5 73,603 0,10331

2496,5 0 78,1 77,07 1,0302

Решение обратной задачи по ОГГ+пластовая

2080 0 95 71,28 2372 0,049878

187 0 15.7 7,0594 8,6406

326 0 20.4 12,273 8,1274

480 0 24.2 17,9 6,3004

1050 0 43.8 37,717 6,0827

1475,5 0 59.2 52,216 6,9843

2104,5 0 65.6 72,04 6,4397

2229,5 0 69.2 75,875 6,6754

2342,5 0 72.5 79,333 6,8333

2373 0 73.5 80,287 6,6866

2496,5 0 78,1 84,073 5,9732

Решение обратной задачи по ОГГ+ОСВ+пластовая, вариант 1

2287,5 37 80 94,354 14,354

2080 0 95 69,329 25,671

187 0 15.7 6,8674 8,8326

326 0 20.4 11,939 8,4613 0,048486

480 0 24.2 17,413 6,7874

1050 0 43.8 36,69 7,1102

1475,5 0 59.2 50,791 8,4091

2104,5 0 65.6 70,068 4,4681

2229,5 0 69.2 73,797 4,5974

2342,5 0 72.5 77,159 4,6593

2373 0 73.5 78,086 4,4861

2496,5 0 78,1 81,767 3,6673

Решение обратной задачи по ОГГ+ОСВ+пластовая, вариант 2

2104,5 0 65.6 66,07 0,47037

2229,5 0 69.2 69,584 0,38403

2342,5 0 72.5 72,751 0,25123 0,045664

2373 0 73.5 73,624 0,024277

2496,5 0 78,1 77,092 1,0083

Тепловой поток, рассчитанный по палеотемпературе, взятой из скважины Пара-бельская 2, следует исключить из рассмотрения, поскольку во всех итерациях он не проходил по критерию «невязки». Это значение было привлечено к расчетам, ввиду отсутствия геохимических исследований керна по моделируемой скважине. Также выпадает из расчетных данных и измеренная пластовая температура на глубине 2080 м, которая вероятнее всего, не может составлять 95°С, так как при среднем градиенте для этой территории 3,3°С она не должна быть более 70°С. Скорее всего такое значение не соответствует действительности и является ошибочным из-за неисправности прибора.

Заключение.

Палеотемпературное моделирование в скважине Парабельская 3 позволило установить, что расчет теплового потока наиболее адекватно выполнен по температурам, снятым с каротажной диаграммы ОГГ.

Литература

1. Волков, В.И. Создание систематизированной оперативной геолого-геофизической информации для обеспечения тематических и научно-исследовательских работ на территории Томской области / В.И. Волков. - Томск : ОАО «Томскнефтегазгеология», 2000. -199 с.

2. Зуй, В.И. Тепловое поле платформенного чехла Беларуси / В.И. Зуй. - Минск : Эко-номпресс, 2013. - 260 с.

3. Исаев, В.И. Очаги генерации нефтей баженовского и тогурского типов в южной части Нюрольской мегавпадины / В.И. Исаев, А.Н. Фомин // Геология и геофизика. - 2006. -Т. 47. - № 6. - С. 734-745.

4. Исаев, В.И. Интерпретация данных гравиметрии и геотермии при прогнозировании и поисках нефти и газа / В.И. Исаев. - Томск : Изд-во ТПУ, 2010. - 172 с.

5. Искоркина, А.А. Реконструкции геотермического режима нефтематеринской Китер-бютской свиты арктического региона Западной Сибири с учетом влияния палеоклимати-

ческих факторов / А.А. Искоркина, П.Н. Прохорова, А.Н. Фомин // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. - 2018. - Т. 329. - № 2 (в печати).

6. Конторович, В.А. Тектоника и нефтегазоносность мезозойско-кайнозойских отложений юго-восточных районов Западной Сибири / В.А. Конторович. - Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2002. - 253 с.

7. Лобова, Г.А. Очаги генерации и первично-аккумулированные ресурсы баженовских нефтей Усть-Тымской мегавпадины / Г.А. Лобова // Известия Томского политехнического университета. Науки о Земле. - 2012. - Т. 321, № 1. - C. 122-128.

8. Лобова, Г.А. Оценка геотемпературных условий генерации баженовских нефтей промысловых районов Томской области / Г.А. Лобова // Геофизика. - 2012. - № 6. - С. 35-41.

9. Стоцкий, В.В. Оценка геотемпературных условий генерации баженовских нефтей (Колтогорский мезопрогиб и структуры его обрамления) / В.В. Стоцкий // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. - 2016. - Т. 327 - № 9. - С. 18-28.

10. Харленд, У.Б. Шкала геологического времени / У.Б. Харленд, А.В. Кокс, П.Г. Ллевел-лин и др. - Москва : Мир, 1985. - 140 с.

11. Isaev, V.I. The oil and gas contents of the Lower Jurassic and Achimovka reservoirs of the Nyurol'ka megadepression / V.I. Isaev, G.A. Lobova, E.N. Osipova // Russian Geology and Geophysics. - 2014. - Vol. 55. - P. 1418-1428.

12. Isaev V.I. Loki of generation of bazhenov- and togur-type oils in the southern Nyurol'ka megadepression / V.I. Isaev, A.N. Fomin // Russian Geology and Geophysics. - 2006. - Vol. 47. -N. 6. - P. 734-745.

References

1. Volkov, V.I. Creation of systematized operational geological and geophysical information to provide thematic and scientific research in the Tomsk region / V.I. Volkov. - Tomsk : Tomskneftegazgeologiya, 2000. - 199 p.

2. Zuy, V.I. Thermal field of the platform cover of Belarus / V.I. Zuy. - Minsk : Ekonompress, 2013. - 260 p.

3. Isaev, V.I. The centers of oil generation Bazhenov and Togur types in the southern part of the Nyurol megabasin / V.I. Isaev, A.N. Fomin // Geology and Geophysics. - 2006. - Iss. 47. -No 6. - P. 734-745.

4. Isaev, V.I. Interpretation of gravity and geothermy data in forecasting and searching for oil and gas / V.I. Isaev. - Tomsk : TPU Publishing House, 2010. - 172 p.

5. Iskorkina, A.A. Reconstruction of the geothermal regime of the petroleum-mater Kiterbyut suite of the Arctic region of Western Siberia, taking into account the influence of paleoclimatic factors / A.A. Iskorkina, P.N. Prokhorov, A.N. Fomin // Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Engineering georesources. - 2018. - Iss. 329. - No. 2 (in press).

6. Kontorovich, V.A. Tectonics and oil and gas content of the Mesozoic-Cenozoic deposits of the southeastern regions of Western Siberia / V.A. Kontorovich. - Novosibirsk : Publishing house of the SB RAS, 2002. - 253 p.

7. Lobova, G.A. Foci of generation and primary accumulated resources of Bazhenovo oils of the Ust-Tyma megabasin / G.A. Lobova // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Earth sciences. - 2012. - Iss. 321, No. 1 - P. 122-128.

8. Lobova, G.A. Estimation of the geothermal conditions for the generation of Bazhenov oil from fishing areas in the Tomsk Region / G.A. Lobov // Geophysics. - 2012. - No. 6. - P. 35-41.

9. Stotsky, V.V. Evaluation of the geothermal conditions for the generation of Bazhenov's oils (Koltogorov Mesoprobus and the structure of its frame) / V.V. Stotsky // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Engineering georesources. - 2016. - T. 327, No. 9. - P. 18-28.

10. Harland, U.B., Cox, A.V., Llewellyn, P.G. Scale of geological time / U.B. Harland, A.V. Cox, P.G. Llewellyn et al. - Moscow : Mir, 1985. - 140 p.

11. Isaev, V.I. The oil and gas contents of the Lower Jurassic and Achimovka reservoirs of the Nyurol'ka megadepression / V.I. Isaev, G.A. Lobova, E.N. Osipova // Russian Geology and Geophysics. - 2014. - Vol. 55. - P. 1418-1428.

12. Isaev V.I. Loki of generation of bazhenov- and togur-type oils in the southern Nyurol'ka megadepression / V.I. Isaev, A.N. Fomin // Russian Geology and Geophysics. - 2006. - Vol. 47. -N. 6. - P. 734-745.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.