Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Изучение разрезов нефтяных и газовых скважин на основе экспрессных ядерно-физических методов элементного анализа горных пород

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Плюснин, Игорь Михайлович

ВВЕДЕНИЕ .Ц

ГЛАВА I. Аппаратура и методика ядерно-физических методов элементного анализа.д

1.1. Вещественный состав осадочных горных пород. . . . ^

1.2. Основные технические данные и устройство полевой лаборатории элементного анализа. . . . . iS

1.3. Совершенствование методики изучения элементного состава горных пород.

1.4. Использование шлама для документации разрезов скважин.

ГЛАВА П. Интерпретация результатов элементного анализа керна и шлама.

П.1. Изучение литологического состава пород вскрываемых скважиной.

П.2. Определение минералогического состава карбонатных пород. .ЦЧ

П.З. Минералогическая классификация карбонатных пород. $$ П.Точность определения минералогического состава. . £//

ГЛАВА Ш. Использование комплекса ядерно-физических методов элементного анализа для интерпретации результатов геофизических исследований скважин.$$

Ш.1. Комплексирование ядерно-физических и геофизических методов исследования скважин для документации разрезов скважин.сё

Ш.2. Введение поправок за минералогический состав горных пород для уточнения геофизических параметров.7$

ГЛАВА 1У. Использование элементного анализа для документации разрезов скважин с целью повышения эффективности геологоразведочных работ.

1У.1. Изучение состава пород для стратификации отложений.££

1У.2. Использование данных элементного анализа для уточнения интервалов испытания скважин.$$

1У.З. Применение элементного анализа для корреляции разрезов окважин и построения геологической структуры залежи.

Введение Диссертация по геологии, на тему "Изучение разрезов нефтяных и газовых скважин на основе экспрессных ядерно-физических методов элементного анализа горных пород"

Задачи развития поисков и разведки нефти и газа, определенные ХХУ1 с"ездом КПСС, требуют для своего решения широкого внедрения достижений науки и техники в геологоразведочный процесс, создание новых методов исследования. Одним из направлений научно-технического прогресса является разработка высокопроизводительных методов, базирующихся на достижениях ядерной физики.

Важным условием повышения эффективности поисков и разведки нефти и газа является получение оперативной, непрерывной информации о составе пород изучаемого разреза. Особенно это стало актуальным в последние годы, когда значительно усложнились геолого-геофизические условия поисков нефти и газа. Это связано с увеличением глубин залегания исследуемых продуктивных горизонтов, усложнением геологического строения залежей, возросшей необходимостью изучения полиминеральных низкопористых коллекторов. Одним из путей повышения эффективности поисков и разведки нефти и газа в этих условиях является оперативное исследование разрезов скважин в процессе бурения или сразу после его окончания. Ьто позволит получать дополнительную геологическую информацию на стадии промежуточного каротажа и испытания продуктивных горизонтов.

Традиционно по каменному материалу информацию о разрезе бурящейся скважины получали путем визуального описания керна и шлама или различными методами химического анализа. Методы визуального описания минерального состава пород позволяют детально определить состав породы. Однако трудоемкая подготовка шлифов, недостаточная об"ективность результатов, зависящих от квалификации геолога, делают этот метод малоэффективным. Различные методы химического анализа также либо малоинформативны, либо трудоемки и длительны, что затрудняет их использование в полевых условиях. В последнее время для определения минералогического состава горных пород получили развитие различные модификации метода инфракрасной спектрометрии. Однако этот метод не обладает достаточной детальностью изучения минералогического состава пород, имеет ряд методических недостатков, требующих предварительную информацию о возможном сочетании породообразующих минералов, обладает сложной пробоподготовкой и несовершенной обработкой аналоговых спектров при получении результатов.

Определение вещественного состава пород является одной из основных задач изучения нефтегазоносных бассейнов и месторождений. Источником прямой информации о разрезе скважин служит керн, отбираемый, как известно, в небольшом об"еме из разрозненных интервалов, в основном, приуроченных к продуктивным частям разреза. В связи с этим основную долю информации о разрезе получают при применении комплекса геофизических методов исследования скважин, т.е. интерпретации геофизических параметров отдельных интервалов разреза. Эта информация является косвенной и часто неоднозначной. В связи с усложнением геологических условий залегания нефти и газа, расширением круга параметров, необходимых для подсчета запасов, выбора режимов проводки скважин насущной необходимостью является экспрессное непрерывное изучение разрезов скважин. Источником такой информации может служить непрерывно поступающий в процессе бурения шлам. Однако количество образцов шлама и керна, которое необходимо анализировать с достаточной точностью, чрезвычайно велико и использование традиционных методов химического анализа невозможно при существующей методике, оснащенности и производительности лабораторий. Данные о составе пород обычно поступают спустя месяцы после проходки скважины, а зачастую и после окончания разведки месторождения. С применением ядерно-геофизических методов элементного анализа можно решить задачу экспрессного, автоматизированного непрерывного и систематического изучения пород непосредственно в полевых г условиях.

Внедрение непрерывного изучения состава пород ядерно-физическими методами существенно, а может быть коренным образом меняет подход к изучению разреза. Во многих случаях может значительно повыситься точность структурных построений при сейсморазведке и интерпретации других геофизических методов. Эти данные могут быть использованы и для оперативного совершенствования технологии бурения скважин. Стало реальным детальное изучение разрезов скважин для петрофизического обоснования результатов каротажа скважин. Знание вещественного состава пород разреза необходимо также для достоверного определения параметров насыщенности пластов по данным ГИС. Элементный анализ методами ядерной геофизики позволяет решать широкий круг геологических задач, определять литологический состав пород, более достоверно выделять локальные и региональные корреляционные реперы, уточнять геохимическую обстановку нефтегазоносных бассейнов и т.д. Это новый источник ванной дополнительной информации особенно при исследовании сложных геологических об"ектов.

Экспрессные ядерно-физические методы элементного анализа в настоящее время широко опробуются в производственных условиях. Во ВНИИЯГГ при участии автора создана полевая ядерно-физическая лаборатория элементного анализа, в которую включены несколько методик, удовлетворяющих условиям работы непосредственно на бурящейся скважине.

Для эффективного использования данных элементного анализа необходима разработка универчальной и в достаточной степени формализованной методики обработки и интерпретации результатов измерений.

Разработка методики интерпретации результатов элементного анализа горных пород велась в два этапа. Прежде всего была создана методика определения минералогического состава горных пород по данным ядерно-физических методов определения концентраций основных петрогенных элементов. После этого в процессе работы был рассмотрен вопрос о увеличении информативности геологических построений путем привлечения широкого круга микроэлементов.

Определение концентраций ряда микроэлементов позволило подтвердить их связь с продуктивными интервалами в разрезах скважин, установить закономерности их распределения в нефтегазоносном бассейне. Такая важная информация позволяет проводить взаимную корреляцию разрезов скважин для построения геологических структур, выделять различные генетические типы пород, что в свою очередь уточняет мощности продуктивных толщ, прогнозирует нефтегазоносность залежей, дает возможность уточнить места заложения новых поисковых и разведочных скважин.

Задачи настоящей работы следующие:

1. Разработка методики изучения разрезов осадочных пород на основе использования ядерно-физических методов элементного анализа.

2. Оперативное изучение элементного состава вскрываемых пород для их литологической характеристики, корреляции разрезов скважин и т.д.

3. Применение данных об.элементном составе горных пород для уточнения геофизических параметров при интерпретации комплекса ГИС и для решения некоторых задач региональной геологии.

Совершенствование полевой лаборатории экспрессных ядерно-физических методов элеметного анализа.

Заключение Диссертация по теме "Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых", Плюснин, Игорь Михайлович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения работ по теме диссертации выявлена информативная роль экспрессных ядерно-физических методов элементного анализа для решения широкого круга геолого-геофизических задач.

В работе доказана необходимость широкого использования основных петрогенных элементов для определения минералогического состава осадочных пород с целью углубленного изучения разрезов нефтяных и газовых скважин. Изучение микроэлементного состава пород может существенно дополнить геолого-геофизическую информацию о разрезах скважин. Для выяснения геохимической сущности микроэлементов-индикаторов в различных типах месторождений нефти и газа необходима постановка широких систематических исследований состава горных пород.

В целом результаты работы сводятся к следующему:

1. Проведено широкое опробование макета станции ядерно-физического анализа элементного состава шлама и керна для изучения геологических разрезов нефтяных и газовых скважин. Проведено экспериментальное опробование квантометра КРФ-П в лабораторных условиях и на фактическом материале (более 900 анализов) показана возможность определения основных породообразующих и микроэлементов.

2. Показана перспективность нейтронного активационного метода по определению основных породообразующих элементов и, в первую очередь, магния, алюминия и кремния с использованием разработанного во ВНИИЯГГ макета портативного генератора быстрых нейтронов на базе лазерной нейтронной трубки.

3. Определены основные требования к фракционному составу отобранных проб шлама и их подготовка. Доказано, что путем нахождения корреляционных связей скважинных измерений естественной активности пород и гамма-спектрометрии шлама можно с достаточной точностью привязать порции шлама к глубине. Показано, что использование фракционирования шлама позволяет уменьшить влияние обвальных пород при документации разрезов скважин.

4. Выбраны информативные элементы для надежного литологического расчленения пород осадочного комплекса. Изучен вещественный состав карбонатных пород и выбран круг диагностирующих элементов для определения их минералогического состава и их пороговые значения для определения литологических границ. Показано, что если порода образована минералами с детермени-рованным составом, то по элементному анализу ее минералогический состав характеризуется однозначно. Для этого решается система линейных алгебраических уравнений, связывающих элементный и минеральный состав породы.

5. В случае невозможности экспрессного определения концентрации магния в некоторых типах карбонатных разрезов степень доломитизации пород может быть расчитана косвенным образом. Выбраны универсальные схемы минералогической классифика-. ции карбонатных и терригенных пород.

6. Показана возможность об"единения в единый технологический цикл ядерно-физических и геофизических методов для литологического расчленения разрезов скважин. Установлена связь содержания основных породообразующих минералов в породе со скоростью продольных волн в скелете, что позволяет повысить точность определения Кд по АК.

7. Установлена связь содержания основных породообразующих минералов и относительного сопротивления, что позволяет уточнить величину литологического и структурного коэффициентов в уравнении связи относительного сопротивления с пористостью пород, что повышает точность оценки пористости и водона-сыщенности с помощью электрических методов. В разрезах, содержащих загипсованные породы, точность оценки Кд по НГК с учетом его содержания по ядерно-физическим анализам существенно повышается. Применение экспрессных ядерно-физических методов анализа горных пород в процессе бурения позволяет выбрать опорные пласты для интерпретации геофизических данных.

8. Показано, что ядерно-физические методы анализа позволяют уточнять интервалы испытаний скважин, проводить корреляцию разрезов и выделять различные генетические типы известняков. Данные о микроэлементном составе горных пород существенно дополняют геолого-геофизическую информацию, получаемую при исследовании разрезов скважин.

В заключении автор выражает благодарность ща научное руководство д.г-м.н., профессору Семеновичу В.В. и д.ф-м.н. профессору Шимелевичу Ю.С., за постоянное внимание, помощь в исследованиях и ценные замечания к.т.н. Горбунову В.Ф. и к.т.н. Варику В.И.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Плюснин, Игорь Михайлович, Москва

1. Автоматизация процесса газокаротажных исследований и отбора шлама. Бушуйский А.Б., Мещеряков И.А. Сб. разв.геоф., вып. 19, М. "Недра" 1967, с.69-76.

2. Акульшина Е.П., Давыдов Ю.В. Корреляция рифейских отложений по составу глинистых фракций пород. В кн."Литолого-геохимические методы корреляции разрезов осадочных толщ Сибири". Новосибирск,изд.СНИИГГиМС, ИГиГ СО АН СССР, 1972, с.62-65.

3. Алексеев Ф.А., Готтих Р.П., Лебедев B.C. Использование ядерных методов в нефляной геологии. "Недра", М.,1973.

4. Беус А.А. Геохимия литосферы (породообразующие элементы). М., "Недра", 1972, с.294.

5. Бобров В.А., Гофман A.M., Лабораторный гамма-спектрометрический анализ естественных радиоактивных элементов. Сиб. отд. АН СССР. Институт геологии и геофизики. Новосибирск, 1971.

6. Вандер И.З., Герминг В.Э. Рентгенорадиометрический анализ легких элементов. "Геофизическая аппаратура", вып.45, "Недра", Ленинград, 1971, с.63-78.

7. Виноградов А.П. Закономерности распределения хим. элементов в земной коре. Геохимия, 1956 № I с.6-52.

8. Войтцевич Г.В., Мирошников А.Е., Поваренных С.А., Прохоров В.Г. Краткий справочник по геохимии. М.,"Недра", 1970.

9. Временное методическое руководство по отбору шлама с помощью автоматического шламоотборника типа ШО-IM и использованием информации, полученной по шламу. Авт.: Померанец Л.И. и др., М., ОНТИ ВНИИГеофизика,1969, с.103.

10. Временное методическое руководство по отбору и исследованию шлама на нефтесодержание. Институт геологических наук. Минск, 1968.

11. Галецкий Л.С., Зинченко О.В. Опыт применения геохимических исследований для решения различных геологических задач. Геол. журнал, 1971 № I, с.12-21.

12. Галибин В.А. Современное состояние и перспективы применения количественного спектрального анализа в минералогии и геохимии. Минералы и геохимия, 1975, вып.5, с.123-131.

13. Геохимический способ поисков месторождений нефти и газа. Авторское 'свидетельство СССР № 1030754.

14. Грим О.Е. Минералогия глин. ИЛ, 1956.

15. Дахнов В.Н. "Геофизические методы изучения нефтегазоносных коллекторов". М., Недра, 1975.

16. Дир У.А., Хаум Р.А., Зусман Д.Т. Породообразующие минералы. Москва, Мир, 1966.

17. Естественная радиоактивность горных пород. Ларионов Б.В., Шварцман М.Д. "Тр. Моск. инст. нефтехим. и газ. пр-сти". 1975, вып.115, с. 82-92.

18. Железнова Е.И., Шумилин И.П., Юфа Б.Я. Радиометрические методы анализа естественных радиоактивных элементов. Практическое руководство. М.,"Недра", 1968.

19. Зубов Ю.В., Кадысев Ю.П., Шимелевич Ю.С. Возможность использования ядерно-геофизических методов для выделения битумных пластов в пермских отложениях Татарской ССР. "Разведочная геофизика" № 75, М., "Недра".

20. Зхус И.Д. Некоторые данные о связи глинистых минералов с битумообразованием. В кн. "Геохимия каустобиолитов и их месторождений". М., Изд-во АН СССР,1962, с.125-133.

21. Иванов A.M. Комплексное изучение карбонатных пород как коллекторов нефти и газа. М., "Недра", 1976 г.

22. Иванова В.М. и др. Математическая статистика. М.,"Высшая школа", 1975.

23. Информативность геохимических исследований скважин при поисково-разведочном бурении на нефть и газ. Черемесанов О.А. Сб. "Прямые методы поисков залежи нефть и газа". Ивано-Франковск, 1974, с.199-200.

24. Булмасов В.А., Снарский А.Н., Горбунов В.Ф., Пшоснин И.М.

25. К вопросу определения отставания бурового раствора для привязки данных газового каротажа к глубине. Рябин В.Ф. Сб. 'Тазовый каротаж скважин". М., 1968, с.222-223.

26. Комаров П.В. "Различие состава горных пород и полезных ископаемых, как основа поисков скрытого оруденения по петрогенным и анионообразующим элементам. Изв. АН СССР сер. Геология № 3, 1973.

27. Комаров П.В. Поиски оруденения по петрогенным элементам, фтору и сере. М.,Наука, 1978, с.146.

28. Комаров С.Г. Геофизические методы исследований скважин. М., "Недра", 1973.

29. Котов П.Т., Мельников Д.А. К определению емкости поглощения пород по адсорбции метиленового голубого. М.,"Недра", 1968.

30. Лабораторный гамма-спектрометрический анализ естественныхрадиоактивных элементов. Авт.: Бобров Б.А., Гофман A.M. Сиб. отд. АН СССР, ин-т геологии и геофизики, Новосибирск, 1971.

31. Ларионов В.В. Радиометрия скважин. М., "Недра", 1965, с.325.

32. Ларионов В.В., Резванов Р.А. Ядерная геофизика и радиометрическая разведка. М., "Недра", 1976.

33. Леман Е.П., Митков В.Н., Болотова Н.Г. Рентгенорадиомет-рический анализ с колимацией излучений. "Геофизическая аппаратура", вып. 60, Л., "Недра", 1977, с. 127-133.

34. Лукьянов З.Е. Исследование скважин в процессе бурения. М., "Недра", 1979.

35. Методические основы исследования химического состава горных пород, руд и минералов. (Под. ред. Остроумова Г.В.). М., "Недра", 1979.

36. Молчанов А.А., Померанц Л.И., Сохранов Н.Н. Перспективы применения информационно-измерительной системы для исследования нефтяных и газовых скважин. "Геология нефти и газа", № б, М., "Недра", 1971, с.96-103.

37. Некоторые вопросы планирования оптимального количества проб. Гавришин А.И. Сб. "Геология и полезные ископаемые Урала". Свердловск, 1971, с.165-166.

38. Непрерывный анализ вещества или шлама. Патент. Англия. Кл. G- IA № III0284.

39. О вычислении статистических погрешностей радиометрического анализа. Балясный Н.Д. 'Теофизическая аппаратура" Вып. 46, Л., "Недра", 1971, с. 140-144.

40. Одновременное определение алюминия и кремния в порошковых пробах бокситов и других алюмосодержащих пород с помощью установки "Нейтрон-2М". "Методические указания", ОНТИ ВНИИЯГГ, 1973.

41. Плюснин И.М., Хайретдинов Р.Ш., Шимелевич Ю.С.

42. Оптимизация разведки нефтяных месторождений. Фролов Е.Ф., Быков Н.Е., Егоров Р.А., Фурсов А.Я., М., "Недра",1976.

43. Оценка гамма-спектров пород для количественного определения урана, тория и калия в горных пор одах."Геологический журнал", 1973, й I, с.81-92.

44. Полежаев П.В. Отбор бурового шлама для геологического опробования при колонковом бурении. "Известия вузов", сер. "Геология и разведка", № 10, I960, fe 2, I960.

45. Померанц Л.И. Привязка к истинным глубинам порций шлама, отбираемых автоматическим шламоотборником ШО-IM. Сб. "Методика и техника газового каротажа", М., "Недра", 1971, с.103-108.

46. Построение разреза скважины по данным шламоотборника Ш0-Ш. Померанц Л.И., Соколова К.Н., Белоглазов Г.И., Лягин А.А., Козлов Ю.й. Разведочная геофизика, вып. 49, М.,"Недра",^.

47. Поспелов В.В., Петерсилье В.И. К методике определения обменной адсорбционной способности глинистых, терригенныхи карбонатных горных пород по метиленовому голубому. Сб. "Геофизические методы исследования скважин". МИНХиГП, вып.56, "Недра", 1966.

48. Преображенский И.А., Саркисян С.Г. Минералы осадочных пород. М., "Гостопиздат", 1954, с. 462.

49. Применение различных индикаторов для определения отставания бурового раствора. Юровский Ю.М. Сб. "Методика и техника газового каротажа". М., "Недра", 1971, с.31-35.

50. Саркисян С.Г., Котельников Д.Л. Глинистые минералы и проблемы нефтегазовой геологии. М., Недра, 1971, с.182.

51. Система корреляции результатов анализа бурового шлама с глубиной. Патент США. кл. 346-2. te 35I2I64.

52. Способ исследования горных пород. Авторское свидетельство СССР кл. G0I 5/00 № I80339I.

53. Способ привязки бурового шлама к разрезу скважины. Авторское свидетельство СССР № 898372.

54. Справочные данные о методах измерения химического состава горных пород, руд и продуктов их переработки. М., Недра, 1979, С.53.

55. Технология отбора шлама при бурении скважин. Волокитенков А.А., Волков А.С., Толокнов И.И., Розин М.М., М.,"Недра", 1973.

56. Установка для геохимического контроля геологического разреза в процессе бурения скважин и результаты опытных работ. Редзиховский P.M. Сб. "Методика и техника разведки", №57, Л., 1967, с. 56-62.

57. Щвецов М.С. Петрография осадочных пород. Л., Гостехиздат, 1947.t

58. Химический анализ горных пород и минералов. М.П-.Белопольекий, Н.Ю. Бунакова, Н.А. Михайлова и др. М., Недра, 1974, с.248.

59. Эмиссионный спектральный анализ в геохимии. Я.Д.Райхбаум, Е.С.Костюкова, А.И. Кузнецов и др. Новосибирск, Наука, Сиб. отд. АН СССР, с. 279, 1976.

60. Эффективность геохимических исследований карбонатных отложений. Кузьмин Б.М. Сб."Нефтепоисковые геофизические исследования на территории Татарии". Казань, 1974, с.232-238.

61. Ядерная геофизика при исследовании нефтяных месторождений. Алексеев Ю.А., Головацкая И.В. и др. М., Недра, 1978.

62. Якубович А.Л., Зайцев Е.И., Пржиялговский С.М. Ядерно-физические методы анализа минерального сырья. М., Атомиздат, 1973, с.392.

63. Ядерно-физические методы оперативного анализа шлама. Методические указания по применению МУ-41-06-025-83. Белорай Я.Л., Горбунов В.Ф., Барик В.И., Костылев В.В., Неретин В.Д., Плюснин И.М. Москва, 1984, ОНТИ ВНИИЯГГ, с.58.

64. Совершенствование методики выделения коллекторов и оценка характера их насыщения по данным комплекса ядерно-геофизических исследований при поиске и разведке месторождений нефти и газа Восточной Сибири. Балагина Г.И., Белорай Я.Л.- но

65. Махов Ю.И. и др. Отчет ВНИИЯГГ по теме г-ш,-2- 92-4/702-74101

66. Разработка основ оперативного ядерно-физических методов для оперативного анализа шлама. Горбунов В.Ф., Галдин Н.Е., Варик В.И. и др. Отчет ВНИИЯГГ по теме XI Ю8-4/72678.

67. Разработка методики исследования керна и шлама в процессебурения методами гамма-спектрометрии и ЯМР. Неретин В.Д.,

68. Белорай Я.Л. и др. Отчет ВНИИЯГГ по теме XI Г'*Ш*2 108-4/73010180.

69. Петрофизическое обеспечение ЯМК и разработка средств и методики оперативного анализа коллекторских свойств горных пород. Белорай Я.Л., Кононенко И.Я. и др. Отчет ВНИИЯГГпо теме XI гл-2- 96-5/78-81. 101(1)

70. Совершенствование методики ядерно-физического экспрессанализа шлама и керна. Горбунов В.Ф.,.Варик В.И., Плюснин

71. И.М. и др. Отчет ВНИИЯГГ по теме XI Г-Ш*2г 89-5/807-82.101(1)