Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Аномально-высокие пластовые давления

ВАК РФ 04.00.17, Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Славин, Вячеслав Исаевич, Санкт-Петербург



СУ

} У

' Министерство природных ресурсов

Российская Академия Наук Всероссийский ордена Трудового Красного Знамени нефтяной

научно-исследовательский геологоразведочный институт „ , . (ВНИГРИ) "1

I; »

:л ученую степень;

На правах рукописи

:2..„Хяаив. ВячеславИсаевич

ЮМАЛЬНО-ВЫСОКИЕ ПЛАСТОВЫЕ ДАВЛЕНИЯ. ПТОИСХОЩЕНИЕ, ПГОГНОЗ, ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ.

Специальность: 04.00.17 "Геологах, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений"

Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогаческих наук в форме научного доклада

Санкт-Петербург 1997

Г**

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогическнх наук, профессор

Кирюхин В.А. доктор геолого-минералогаческих наук

Джиноридзе Н.М. доктор физико-математических наук Волков И.А.

Ведущее предприятие: Всероссийский научно-исследовательский институт геологических, геофизических и геохимических систем (ВНИИгеосистем)

Защита состоится "]Д" Ц<-ОН<А 1997г. V / •/ на заседаюш диссертационного Совета Д071.02.01 при Всероссийском ордена Трудового Красного Знамени нефтяном научно-исследовательском геологоразведочном институте (ВНИГРИ) 191104, г. С.-Петербург, Литейный пр., 39, ВНИГРИ

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке института

Диссертация в виде научного доклада разослана " Ь " МЙЙ 1997г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

А.К.Дертев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Общеизвестно, что большие глубины обладают значительными резервами для поисков залежей углеводородов, однако, освоение недр в условиях таких глубин сталкивается с серьезными техническими проблемами в первую очередь, вызванными аномально-высокими пластовыми давлениями (АВПД), Аномальные пластовые давления в недрах фиксировались еще на заре развития нефтяной промышленности, однако довольно редко. В настоящее время АВПД известны практически во всех типах нефтегазоносных бассейнов и на разных глубинах. И чем более поисковые работы уходят на большие глубины, тем очевиднее вывод: дальнейший прирост запасов углеводородов немыслим без умения осваивать залежи в зонах АВПД.

Детальное изучение АВПД - сложная многогранная геологаческая и техническая проблема и в основу ее решения должны быть положены достижения современной науки и техники. Значение исследований АВПД дася нефтяной геологии трудно переоценить. В рдае случаев они могут служить прямым поисковым признаком залежей углеводородов. Кроме того, знание механизма образования АВПД позволяет ответить на такие важные вопросы нефтяной геологии, как первичная и вторична« миграция углеводородов, формирование (и переформирование) их залежей, характеристика коллекторских свойств разреза и др.

Практическое значение этой проблемы не менее важно, поскольку от ее решения зависит одно из самых главных направлений научно-технического прогресса в нефтяной геолопга - повышение эффективности бурения скважин и освоения залежей.

Цель работы - повышение эффективности поисков и освоения залежей углеводородов в зонах аномально-высоких пластовых давлений (АВПД). Основные задачи исследования.

1. Анализ и обобщение фактических данных по закономерностям распространения залежей нефти и газа в зонах АВПД по территории бывшего СССР.

2. Создание базы данных по АВПД.

3. Разработка теоретических и методических основ прогноза и оценки АВПД.

4. Усовершенствование существующих и разработка новых методов прогноза и оценки АВПД.

5. Создание рациональных комплексных методик прогноза и оценки АВПД.

6. Разработка методических приемов оптимального освоения залежей углеводородов в зонах АВПД.

7. Создание компьютеризованных технологий прогноза и оценки АВПД.

8. Создание компьютеризованных технологий выбора оптимальных режимов разра-'згки залежей

Научная новизна. В работе обобщены закономерности распределения залежей нефти

яа в зоне АВПД по территории бывшего СССР. Создана база данных по АВЦД.

Разработана концепция влияния генезиса АВПД на основные аспекты освоения

иска, разведки и разработки) залежей нефти и газа в этих зонах.

Создан метод оценки первичного ( конседиментационного) генезиса формирования АВПД.

Усовершенствованы и созданы новые методы прогноза и оценки АВПД по геофизическим данным как до бурения, так и в процессе бурения скважин, а так же по технологическим данным бурения скважин.

Созданы рациональные комплексные методики прогноза и оценки АВПД, применительно к геологическим условиям основных нефтегазоносных регионов России.

Разработан способ определения оптимальных режимов освоения залежей нефти и газа в зонах АВПД.

Ошамьщ-защищаемне положения.

1. Установление закономерности распределения залежей нефти и газа в зоне АВПД по территории бывшего СССР. Создание базы данных по АВПД.

2. Разработка теоретических основ и методических приемов прогноза и оценки АВПД. Анализ механизмов формирования АВПД, с целью выявления главных факторов, влияющих на области применения и точность методов прогноза и оценки АВПД. Усовершенствование существующих и разработка новых методов прогноза и оценки АВПД. Создание рациональных комплексных методик прогноза и оценки АВПД применительно к основным нефтегазоносным провинциям России. Создание компьютерных технологий прогноза АВПД по Технологическим данным бурения в реальном режиме времени

3. Рекомендации по освоению залежей нефти и газа в зонах АВПД. Создание приемов и способов оптимального вскрытия продуктивных горизонтов в зоне АВПД. Разработка теоретических основ оптимального режима разработки залежей УВ. Создание компьютерной технологии выбора оптимального режима разработки залежей.

Метолика исследования.

В основу методики исследований положен системный подход, базирующийся на:

фундаментальных теоретических и методических достижениях отечественных и зарубежных ученых в области гидродинамики и нефтяной промысловой геологии;

экспериментальном моделировании природных процессов, позволяющих реализовать принятую научную гипотезу;

эмпирическом материале, полученном в полевых условиях, при бурении и испытании: скважин, а также при эксплуатации месторождений на территории большинства нефтегазоносных регионов бывшего СССР;

компьютерном моделировании природных процессов и установлении корреляционных методических связей;

создание компьютерных баз данных параметров, характеризующих физико-динамические, филырационно-емкостных свойств природного объекта.

1. Установлены закономерности распределения залежей нефти и газа в зоне АВПД по территории бывшего СССР.

2. Создание банка данных по АВПД бывшего СССР.

3.Установление концепции влияния генезиса АВПД на все аспекты поиска, разведки и освоения залежей нефти и газа в этих зонах.

4. Установление теоретических и методических основ прогноза и оценки АВПД.

5. Установление теоретических основ оптимального режима освоения залежей нефти и газа в зонах АВПД.

6. Создание компьютерных технологий прогноза АВПД по технологическим данным бурения в реальном режиме времени и выбора оптимального режима разработки залежей.

7. Создание рациональных комплексных методик прогноза и оценки АВПД применительно к основным нефтегазоносным провинциям России.

8. Определение АВПД в различных нефтегазоносных регионах бывшего СССР.

9. Определение оптимальных режимов разработки залежей углеводородов в Татарии, Западной и Восточной Сибири, о.Сахалин и Оренбургской области.

Апробяпия работы. Основные положения работы неоднократно докладывались и широко обсуждались на всесоюзных, всероссийских и региональных совещаниях, конференциях и семинарах в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве, Харькове, Мурманске, Якутске, Саратове, Нижневартовске, Альметьевске и др., а также на международных форумах (Китай, Япония, Аргентина, США, Болгария, Австралия, Чехия, Франция и др.).

В 1994г. совместно с представителями американской ассоциации геологов-нефтяников организована в гДенвер (США) международная Хедбергская конференция "Аномальные давления в нефтегазоносных районах", где сделаны два генеральных доклада и семь стендовых сообщений. Кроме того, сделаны доклады на 29-ом международном Геологическом Конгрессе в г.Киото (Япония, 1992г.); на ежегодной сессии ААРО в г.Хьюстон (США, 1995г.); на Хедбергская конференция по карбонатным породам в г.По (Франция, 1996г.).

Материалы диссертационной работы неоднократно экспонировались на ВДНХ СССР, на выставках ежегодной сессии ААРО в Австралии и Хьюстоне, а также на выставке 13-го Всемирного нефтяного конгресса в г.Буэнос-Айрес (Аргентина) в 1991г.

Вклад автора в создании и внедрение методов прогноза и оценке АВПД, методов выбора оптимальных режимов разработки залежей углеводородов отмечен одной золотой медалью ВДНХ, двумя большими серебряными и одной бронзовой медалями симпозиума " Математические методы в геологии" в Чехословакии, а также рядом грамот и знаками ВДНХ.

Разработка по нефтегазопоисковой гидрогеологии включена в "Справочное руководство щцрогеолога"(1979),.а ряд вокабул по АВПД включены в "Словарь по геологии нефти и газа".

Прошли экспертизу и утверждены в качестве руководящих отраслевых документов МинГео СССР:

1. "Временная инструкция по определению пластового давления в скважинах по данным о гидродинамическом взаимодействии пластов с промывочной жидкостью", 1984;

2. "Методические рекомендации по новым нетрадиционным методам изучения геологического разреза", 1986;

3. "Методические указания по прогнозу и оценке аномально-высоких пластовых давлений (АВПД)", 1987;

Методические рекомендации по прогнозу и оценке АВПД прошли производственную опробацию при проводке скважин в зонах АВПД в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, Западной Сибири, Иркутской области, Азербайджане, Казахстане, на Сахалине, Украине, севере Красноярского края и др. регионах. Во всех случаях получен ощутимый экономический эффект. Методические рекомендации по оптимальному выбору режимов разработки залежей широко применяются при эксплуатации ряда месторождений АО"Татнефть", "Оренбургнефть".

На базе теоретических и методических представлений автора по АВПД, по его инициативе были организованны два всесоюзных совещания (г.Мурманск, 1988г., г. Ленинград, 1990г.) и одна международная конференция (г. Денвер, США, 1994г.). Автор является одним из главных редакторов, опубликованных в 1994 г. тезисов докладов Хед-бергской конференции (г. Денвер; США) по проблеме АВПД и подготовленных к изданию избранных трудов конференции.

По результатам исследований опубликовано более 85 работ, в том числе 6 изобретений. За одно из ключевых изобретений (авторское свидетельство N 832081) автором получена золотая медаль ВДНХ СССР; творческий вклад его в создание этого изобретения при пяти соавторах равен 50%.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ И ГАЗА В ЗОНЕ АВПД ПО ТЕРРИТОРИИ БЫВШЕГО СССР. СОЗДАНИЕ БАЗЫ ДАННЫХ ПО АВПД

1.1 РЕГИОНАЛЬНЫЕ И ЛОКАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АНОМАЛЬНЫХ ПЛАСТОВЫХ ДАВЛЕНИЙ И ИХ СВЯЗЬ С НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬЮ НЕДР.

Изучение взаимосвязи между степенью аномальности пластовых давлений в залежах нефти и газа и их положением в разрезе провинций различного геотектонического строения, а именно: на древних и молодых платформах и в геосинклинальных областях позволило установить несколько корреляционных схем-моделей. Так, установлено, что во всех провинциях, приуроченных к древним платформам, степень аномальности пластовых давлений в залежах углеводородов с Шубиной увеличивается, причем этот рост происходит тем интенсивнее, чем надежнее региональная покрышка. На молодых платформах модель иная. Здесь степень аномальности либо слабо выражению растет, либо уменьшается. В провинциях, приуроченных к геосинклинальным областям, характер распределения хаотичный, мозаичный.

Первая позиция несет в себе важный поисковый признак. При фиксации такой корреляционной зависимости, оценка АВПД по материалам сейсморазведки или по другим материалам наземной геофизики позволит выделить локальные структуры с АВПД, в которых в зоне нормального пластового давления будут найдены промышленные залежи уг-

деводородов.

Для выявления корреляционной зависимости вышележащего разреза нами были проанализированы материалы по Западной Сибири и Тимано-Печорской провинции.

Так в Западной Сибири промышленные залежи над зоной АВПД встречены в 31-ом случае из 34 , то есть в 91% локальных структур в которых вскрыта зона АВПД-

В Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции эти цифры выгядят так: в 27 случаях из 29 встречены промышленные скопления нефти и газа (93%).

Иначе говоря, при наличии зоны АВПД к Западной Сибири и Тимано-Печорской провинции на локальных структурах различных геолого-тектонических зон в разрезе с нормальным пластовым давлением этих структур выше зоны АВПД практически всегда (91-93 %) имелись залежи углеводородов. Такая прямая корреляционная зависимость свидетельствует о том, что зона АВПД питает углеводородами вышележащий разрез и может служить хорошим критерием при поисково-разведочных работах. Нами также была исследована взаимосвязь между степенью аномальности пластовых давлений в залежах нефти и газа и их положением в разрезе провинций различного геолого'тектонического строения, а именно на древних и молодых платформах, предгорных прогибах и межгорных впадинах.

Распределение месторождений и залежей нефти и газа СССР по коэффициентам аномальности пластовых давлений выглядит так:

Установлено, что во всех провинциях, приуроченных к древним платформам, степень аномальности пластовых давлений в залежах увеличивается с глубиной. Этот рост происходит с разной интенсивностью в зависимости от многих факторов, главным из которых является надежность региональных и локальных покрышек, их способность какое-то геологическое время удерживать углеводороды с высокой упругой энергией.

Залежи углеводородов на древних платформах, в основном, приурочены к отложениям с пластовыми давлениями, коэффициент аномальности которых находится в диапазоне (1.06-1.3). Причем наибольшее число залежей нефти зафиксировано в зоне пластовых давлений с коэффициентами аномальности 1.10-1.20, а аналогичный количественный показатель по залежам газа приурочен к зоне аномальных давлений с коэффициентами 1.061.10. Отчетливо прослеживаются контуры пространственного распространения залежей нефти и газа подчиняющиеся следуюпдам тенденциям:

- для нефти - число залежей равномерно убывает (до 6 единиц) с увеличением коэффициента аномальности до 1.5-1.6 и в дальнейшем в условиях Ка = 1.70 -2.1 изменяется в пределах 1-2.

- для газа - с увеличением Ка выше 1.2 число залежей резко падает и держится на уровне 7-8 единиц (К* = 1.6), а в интервале Ка = 1.6-1.9 число залежей еще больше уменьшается и как бы стабилизируется на уровне 2-3 единиц. Залежи газа при давлениях с коэффициентом более 1.9 на древних платформах не встречены.

Такой статистический анализ позволяет говорить о том, что "частота встречаемости" газовых залежей на древних платформах в зоне АВПД ограничена, а с повышением коэффициента аномальности на величину более 1.6 и вовсе сходит на нет.

Распространение же нефтяных залежей в зоне АВЩ имеет иной характер, раскрывающий заметную "сочетаемость" скоплений УВ с аномальностью пластовых давлений, сохраняющуюся вплоть до Ка=1.5.

В процессе проведенного таким образом статистического наблюдения на фактических данных формируется одйн из поисковых признаков залежей нефти и газа.

На молодых платформах распространение залежей нефти и газа в зонах АВПД имеет следующие особенности.

По нефтяным залежам: максимальное число их (21) приходится на зону повышенных давлений с Ка=1.06-1.10. В интервале Ка =1.1-1.5 количественные показатели залежей практически одинаковы и находятся в пределах до 10 единиц; затем при Ка = 1.9-2.0 залежи встречаются реже (1-2 единицы).

Интересующие нас количественные выражения газовых залежей в зонах АВПД молодых платформ выглядят следующим образом: максимальное число залежей встречаются в диапазоне давлений с Ка = 1.06-1.1; при росте аномальных давлений до Ка = 2.0 "частота встречаемости" залежи уменьшается, но сохраняется на стабильном уровне (7-8 единиц). Иначе говоря вероятность встречи газовых залежей в молодых платформах весьма ощутима в зонах АВПД с коэффициентом аномальности до 2.0, а нефтяных залежей - 1.5.

И наконец, для провинций, приуроченных к структурам подвижных поясов земной коры, наибольшее количество нефтяных залежей встречается в условиях АВПД в интервале коэффициентов аномальности, равных 1.11- 1.70. При коэффициентах аномальности болыйё 1.7 до 2.2 число нефтяных залежей сокращается и