Применение современных методов сейсморазведки с целью поиска месторождений углеводородного сырья Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 550.3

применение современных методов сейсморазведки с целью поиска месторождений углеводородного сырья

© 2007 г. А.Я. Третьяк, Р.С. Новиков

Сейсморазведка является основным геофизическим методом при изучении глубинного строения Земли, поисках и разведке полезных ископаемых, инженерных изысканиях и может применяться самостоятельно или в комплексе с другими геофизическими и геолого-геохимическими методами исследованиями земных недр.

Сейсмическая разведка основана на изучении распространения возбуждаемых искусственно упругих волн в земной коре и верхней мантии и предназначены для решения структурных, стратиграфических, структурно-формационных, литофациальных, емкостных и фильтрационных задач при поисках углеводородов.

Основные методы сейсмической разведки подразделяются в зависимости от типа используемых волн на метод отраженных волн (МОВ) и метод преломленных волн (МПВ). В свою очередь МОВ и МПВ подразделяют на моноволновые методы, основанные на регистрации волн одного типа (продольных, поперечных или обменных), и многоволновые, предусматривающие совместное использование волн различных типов.

В зависимости от условий проведения работ, характера решаемых задач, приемов регистрации, обработки и интерпретации волнового поля различают сейсморазведку: сухопутную и морскую, наземную и скважинную, профильную и площадную, двумерную и трехмерную (объемную), многокомпонентную и поляризационную. По целевому назначению различают сейсморазведку нефтегазовую, рудную, угольную и инженерно-геологическую.

Наибольшее распространение и развитие в последнее время получила сухопутная и морская сейсморазведка в модификации МОВ-ОС, как профильная-двумерная (2Д), так и площадная-трехмерная (3Д), площадная-трехмерная-трехкомпонентная (3Д-3К), площадная-трехмерная-мониторинговая (4Д), а также скважинная многокомпонентная.

По степени детальности исследований и их назначению выделяют следующие этапы и виды работ:

- региональные сейсмические работы, предназначенные для общего изучения геологического строения обширных территорий, в том числе ВЧР, общей оценки перспектив нефтегазоносности, выявления и регионального прослеживания нефтегазоперспективных комплексов пород, определения районов, представляющих интерес для постановки поисковых работ;

- поисковые сейсмические работы, проводятся с целью выявления и локализации объектов, перспективных на нефть и газ, для подготовки их под поисковое бурение;

- детальные сейсмические работы, проводимые для изучения формы, строения и структурно-формационных характеристик выявленных объектов с целью подготовки их под разведочное бурение или для доразведки объектов в процессе разведочного и эксплуатационного бурения.

На всех этапах сейсморазведочных работ должны применяться передовые технико-методические приемы ведения работ и организации труда, обеспечивающие эффективное решение поставленной геологической задачи.

Сейсморазведочные работы 2Б предназначены для изучения строения земной коры по отдельным направлениям (профилям) или по сети профилей с целью решения структурных и формационных геологических задач на региональном, поисковом и на де-тализационном этапах СРР. В зависимости от детальности исследования они подразделяются на профильные и площадные. Исследования по отдельным протяженным профилям проводятся при региональных сейсмических работах, предназначенных для общего изучения геологического строения обширных территорий, общей оценки перспектив нефтегазоносности, выявления и регионального прослеживания нефтега-зоперспективных комплексов пород, выделения районов, представляющих интерес для постановки поисковых работ. Поисковые сейсмические работы проводятся для выявления и локализации перспективных объектов с целью подготовки их под поисковое бурение. Детализационные сейсмические работы проводят для изучения формы, строения и формационных характеристик выявленных объектов с целью подготовки и передачи их под разведочное бурение. Наблюдения, как по отдельным профилям, так и по сети продольных или непродольных профилей, выполняют по методике многократных перекрытий.

Выбор методических приемов осуществляется обычно в следующей последовательности. Поставленные геологические задачи, где указаны тип, предполагаемые параметры, глубина, интервал залегания перспективных объектов, определяют этап, метод, детальность и глубинность исследований. Сведения о глубинных сейсмогеологических условиях изучаемого района позволяют выбрать:

- систему наблюдений;

- степень перекрытия и накапливания (кратность наблюдений);

- минимальное и максимальное расстояние регистрации;

- расстояние между пунктами возбуждения и приема.

Поверхностные условия определяют:

- тип и группирование приемников;

- тип источника колебаний: импульсный (взрывной, невзрывной), вибрационный;

- группирование источников.

Финансовые возможности и материально -техническое обеспечение определяют:

- аппаратуру и оборудование, применяемые для производства работ;

- техническое оснащение.

Сейсморазведочные работы 3Б проводятся в основном на этапе детализационных исследований для получения непрерывных пространственных характеристик изучаемых объектов (с дискретностью размеров бина) с целью подготовки и передачи их под разведочное бурение или для доразведки объектов в процессе разведочного и эксплуатационного бурения. СРР 3Б выполняют, как правило, с использованием регулярных площадных систем наблюдений по методике многократных перекрытий. При необходимости применяются многокомпонентные исследования 3Б3К-4К, мониторинговые системы 3Б-4Б. В тех случаях, когда невозможна реализация регулярных площадных систем наблюдений - в охранных зонах и других участках, - возможно использование нерегулярных пространственных систем с последующей специальной обработкой суперпозиций трасс.

При проектировании параметров съемки многие параметры методики полевых работ уже известны по результатам ранее проведенных исследований и сейс-могеологического моделирования. В частности, определены необходимая кратность съемки, размеры бина, допустимые удаления ПВ-ПП. На основе моделирования (перебора вариантов) схем отстрела выбирается оптимальная схема наблюдений и остальные ее параметры:

- расстояния между линиями возбуждения и приема;

- ориентация линий возбуждений и приема;

- количество активных каналов и их распределение по линиям приема;

- количество ПВ в линии возбуждения в расчете на одну расстановку приборов;

- перекрытие (линий приема, ПВ).

По завершению этапа планирования и проектирования съемки получают (определяют) следующие данные:

- площадь (размеры);

- количество активных каналов;

- схема расстановки сейсмоприемников;

- расстояние между приемниками по линии наблюдения (шаг ПП);

- расстояние между приемниками перпендикулярно линии наблюдения (шаг ЛИП);

- расстояние между источниками перпендикулярно линии наблюдения (шаг ПВ);

- расстояние между источниками по линии наблюдения (шаг ЛПВ);

- ориентация линий возбуждения и приема;

- размеры бина;

- полная кратность съемки;

- схема отработки площади:

- схема распределения кратности;

- схема распределения удалений ПВ-ПП;

- схема распределения азимутов;

- источник (тип), либо группа источников;

- количество пунктов приема (ПП);

- количество пунктов возбуждения (ПВ);

- количество активных («живых») бинов;

- количество погонных километров ОГТ;

- количество сейсмотрасс;

- частота дискретизации;

- длительность записи.

Результатом работ по планированию сейсмо-разведочных работ 3Б, кроме выбранных параметров, должен быть также сценарий отстрела, дающий возможность ввода-вывода (обмена) информации из систем проектирования в сейсмостанцию и обратно.

Сейсмические исследования в скважинах выполняются с целью изучения волнового поля во внутренних точках среды, привязки наземных отражений, установления связей между кинематическими и динамическими характеристиками различных типов волн и физическими свойствами разреза, определения формы и строения геологических объектов в межскважинном и околоскважинном пространстве для решения геологических, геологопромысловых и других задач на этапах поиска, разведки, освоения и эксплуатации месторождений нефти, газа.

Применяются различные модификации вертикального сейсмического профилирования (ВСП), отличающиеся количеством регистрируемых компонент сейсмических колебаний (однокомпонентное и трехкомпонентное), а также системами возбуждения и приема колебаний (прямое и обращенное, продольное и непродольное, с линейной и пространственной системой пунктов возбуждения.

Особым условием проведения СР работ необходимо считать человеческий фактор, который регулирует качество проведения полевых работ, быстроту выполнения поставленных задач и в какой-то степени экономику производства.

На рубеже веков, оценивая значительный вклад геофизики в систему топливно-энергетического комплекса России, можно констатировать не только су-

щественные достижения при решении традиционных задач нефтегазовой геологии, но и появление принципиально новых проблем, направлений и задач, к разрешению которых необходимо приступить в самое ближайшее время. Гарантией этому является технический и интеллектуальный потенциал созданный за годы работ в данной отрасли.

В настоящее время основными проблемами и направлениями работ являются:

1. Поиски, разведка, подготовка к оптимальной и рентабельной разработке полей углеводородов, отличающихся повышенной латеральной изменчивостью промыслово-геологических параметров. Основным методом здесь является высокоразрешающая объемная сейсморазведка. Переориентация геологических моделей на существенно более малоразмерные по площади локальные залежи углеводородов вносит принципиальные изменения во все технологические элементы взаимосвязанных звеньев цепи поисков, разведки, освоения, достаточно длительной и высокорентабельной добычи углеводородов.

Главной особенностью рентабельного освоения малоразмерных залежей нефти и газа является многократное сокращение объемов разведочного бурения и значительное повышение объемов ЗБ-сейсморазведки высокого качества и повышенной разрешенности. Это связано с тем, что поиски и разведка каждой отдельной залежи будут выполняться сейсморазведкой, по результатам которой могут закладываться в точно определенных пространственных координатах всего 1 - 2 скважины. Эти скважины сразу должны быть ориентированы на роль эксплуатационных. Вместе с тем они будут давать и некоторую геолого-промысловую информацию разведочного характера.

В традиционной системе разведки и разработки считаются недопустимыми подсчет запасов и разработка месторождений без предварительного бурения разведочных скважин. Поэтому для реализации и успешного освоения малоразмерных залежей углеводородов потребуются значительные изменения концептуальной и законодательной базы недропользования. Благодаря успешной и высокоточной детальной сейсморазведке в последние годы в сотни раз возросло число реально содержащих нефть ловушек, которые не могут быть отнесены к категории запасов только из-за устаревшей правовой основы недропользования и квалифицируются лишь как потенциальные ресурсы.

За рубежом, в отличие от России, согласно классификации запасов Общества инженеров-нефтяников (8РБ), выделяются три основные группы запасов: доказанные (разрабатываемые, неразрабатываемые и неразбуренные). вероятные и возможные. Поэтому подобные нашим малоразмерным месторождениям нефти и газа, которые еще не разбурены, но надежно разведаны сейсморазведкой, за границей относят к

категории запасов. Несомненно, что такой подход к категориям запасов углеводородов будет принят и в России в XXI в., что позволит многократно увеличить сегодняшние объемы запасов чисто бюрократической операцией, без затрат на полевые работы.

2. Высокоразрешенное и высококачественное объемное сейсмоисследование уже сегодня позволяет выделять принципиально новые геологические объекты в нефтегазоносных районах, о существовании которых традиционная теоретическая геология или вообще не подозревала, или имела весьма приблизительные представления. К таким объектам в первую очередь относятся узкие, прерывистые, трубкообраз-ные субвертикальные зоны деструкции (СЗД) горных пород. Диаметр таких «трубок», чаще всего, близок к пределу латеральной разрешенности традиционного объемного сейсмовидения, поэтому в планах развития на XXI в. необходимо дальнейшее повышение пространственной разрешенности 3Б-сейсморазведки. Эти «геосолитонные трубки», или СЗД, обладают целым рядом важных свойств. Во-первых, они являются локальными очагами активной генерации углеводородов, в пределах каждого месторождения и отдельной его залежи, они контролируют не только максимальные дебиты и накопленную добычу, но и являются потенциальными очагами восстановления извлеченных запасов. Во-вторых, они же представляют очаги потенциальной технической аварийности для скважин, трубопроводов и любых других технических сооружений. В-третьих, они могут явиться основой для «реанимации» старых месторождений, где рентабельность добычи падает до критической величины.

3. «Реанимационный» комплекс работ на месторождениях позволит не только вновь сделать прибыльной добычу на старых месторождениях, но и реализовать оптимальное решение многих социально-экономических и экологических проблем. Основой «реанимации» месторождений служит выявление современных активных геосолитонных трубок с помощью высокоразрешающего объемного сейсмоизу-чения в пределах площади разрабатываемых залежей с последующим их возбуждением и подключением к системе добычи. Одним из положительных методов реанимации является проведение гидроразрыва пласта в тех эксплуатационных скважинах, в ближайшей окрестности от которых выявлены и закартированы активные геосолитонные трубки.

4. Новое четырехмерное понимание геологических процессов отличается от старого прежде всего тем, что значительно возрастает роль локальных во времени и пространстве геодинамических нелинейных процессов, которые в современную эпоху рождаются в глубинных геосферах Земли и, пересекая интервалы нефтегазоносности, выходят через земную поверхность в форме различных локальных атмосферных явлений. При этом энергия и ширина спектра воздей-

ствия этих геодинамических импульсов настолько велики, что их заметный след остается не только внутри Земли в форме зон деструкции горных пород и месторождений полезных ископаемых, но и в различных стихийных катастрофах на ее поверхности.

В перспективе 4Б-сейсморазведка может перерасти в надежную и высокоточную систему геофизического мониторинга как для целей контроля над разра-

боткой частично восстанавливаемых месторождений полезных ископаемых, так и для целей прогнозирования стихийных бедствий и техногенных аварий на особо важных и опасных участках. В качестве первоочередных таких участков могут быть территории АЭС, нефте- и газопромыслы, магистральные трубопроводы, участки захоронения радиоактивных и токсичных отходов и т. п.

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт);

Хантымансийскгеофизика 10 ноября 2006 г.

УДК 621. 64:622.831.3

определение предельных напряжении для хрупких пород с плоской трещиной на контуре выработки

© 2007 г. А.В. Тимченко

Прочность пород на контуре выработок определяется не только физико-механической природой, а существенным образом зависит от дефектности -наличием трещин, образовавшихся буровзрывным способом, а также наличием естественных микро- и макротрещин различного происхождения и направления, границ блоков структуры, которые являются основными концентраторами напряжений. В процессе деформации в окрестности таких дефектов происходит возрастание концентрации напряжений, что приводит к росту имеющихся трещин, т.е. локальному или полному разрушению хрупких пород, окружающих выработку.

В механике деформируемых твердых тел существует две силы - внешние и внутренние, вызывающие деформации. Внешние силы (напряжения) - силы гравитации и тектоники, а внутренние - силы взаимодействия (сцепления) между частицами, проявляющимися в результате деформаций, и зависят от расстояния между частицами [1].

В данной работе нами решались две задачи: при каком значении нагрузки начинается развитие трещин и в каком направлении они начнут распространяться. Критерием локального разрушения для статических задач является критерий максимальных растягивающих напряжений [2].

В качестве исходного объекта исследования напряжений и деформаций принимается его малый объем, который считается упругим, т. е. обладающий свойствами реальных упругих тел. В процессе деформации твердого тела, ослабленного трещинами, возникают на острие более высокое напряжения, которые превосходят предел упругости.

Для решения задачи напряженно-деформированное состояние в идеально упругом теле должно

характеризоваться следующими свойствами: максимальные напряжения, возникающие в таком теле, не превосходят предела прочности (с0) [3]; зависимость между напряжениями и деформациями выражается законом Гука; в контуре массива образуются трещины -область ослабленных связей - зона неупругих деформаций.

За исходный объект принята модель (пластина), материал которого подчиняется закону Гука (рис. 1), а именно, желатиновая модель толщиной 2 см, ослабленная прямолинейной (или криволинейной) трещиной глубиной до 3 мм.

Рис. 1. Схема напряженно-деформированного состояния модели с трещиной на контуре выработки

Края трещин на контуре свободны от внешних напряжений (выработка не закреплена), а в точках удаления приложены во взаимно перпендикулярных направлениях напряжения (силы) гравитации р = рН и

тектонические q =

I-ц

р^, где р - плотность ис-

пользуемого материала, Мн/м и Н - глубина заложе-