Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Новые способы сейсморазведки для прогнозирования нефтегазоносности геологического разреза

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

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Бутенко, Георгий Алексеевич, Саратов

МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИИ НИЖНЕ-ВОЛЖСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ГЕОЛОГИИ И ГЕОФИЗИКИ

На правах рукописи

Бутенко Георгий Алексеевич

УДК 550.834.051

НОВЫЕ СПОСОБЫ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА

Специальность: 04.00.12. - Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук И.И. Хараз

Научный консультант: кандидат технических наук A.M. Иванчук

САРАТОВ -

1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................... 4

Глава 1. Обоснование методики прогнозирования нефтегазоносно-

сти разреза в инфразвуковом диапазоне частот..................... 9

1.1 Обзор способов прямых поисков нефтегазовых месторождений по материалам сейсморазведки.................................... 10

1.1.1. Способы прямых поисков, основанные на пассивной модели геологической среды.......................................................... 10

1.1.2. Способы прямых поисков, основанные на активной модели геологической среды.............................................................. 16

1.2. Обоснование способов инфразвуковрй сейсморазведки....... 19

Глава 2. Способы прогнозирования нефтегазоносности разреза по материалам сейсморазведки метода многократных перекрытий...................................................................................... 31

2.1. Оценка чувствительности стандартной сейсмической аппаратуры к колебаниям в инфразвуковом диапазоне частот.... 32

2.1.1. Сейсмостанции типа «Прогресс»........................................... 33

2.1.2. Сейсмоприемники.................................................................. 35

2.1.3. Группирование сейсмоприемников........................................ 40

2.1.4. Оценка влияния поглощения на инфразвуковые колебания. 43

2.2. Специализированная обработка сейсмических данных........ 50

2.3. Способы выделения инфразвуковых аномалий из сейсмических волновых полей........................................................... 56

2.3.1. Компьютерные программы выделения инфразвуковых аномалий из наблюденных волновых полей.......................... 61

2.3.2. Способ анализа естественного сейсмического поля............. 64

2.3.3. Способ выделения инфразвуковых аномалий по временным разрезам МОГТ............................................................... 66

Глава 3. Способ проведения полевых работ, обработки и интерпретации данных в инфразвуковом диапазоне частот

(инфразвуковая сейсморазведка)............................................ 71

3.1. Технические средства для способа инфразвуковой сейсморазведки.................................................................................... 71

3.2. Технология проведения полевых работ................................. 80

3.3. Обработка и интерпретация полученных данных................. 82

Глава 4. Результаты прогнозирования нефтегазоносности разреза

разработанными способами.................................................... 86

4.1. Результаты прогнозирования нефтегазоносности разреза по материалам сейсморазведки метода многократных перекрытий.................................................................................. 87

4.1.1. По способу анализа естественного сейсмического

поля......................................................................................... 87

4.1.2. По способу выделения инфразвуковых аномалий по временным разрезам МОГТ......................................................... 93

4.2. Результаты обработки и интерпретации материалов инфразвуковой сейсморазведки....................................................... 109

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................... 118

ЛИТЕРАТУРА........................................................................................... 120

ВВЕДЕНИЕ

Все возрастающая потребность в энергетических ресурсах настоятельно диктует необходимость постоянного и интенсивного поиска новых месторождений нефти и газа. В связи с этим актуальной является задача совершенствования количественных и качественных методов поисков. На этом пути одним из перспективных направлений представляется выявление геофизических и геохимических факторов, непосредственно связанных с наличием углеводородной ловушки.

Литологические и петрофизические данные, морфологические признаки позволяют представить нефтяное или газовое месторождение как аномальное явление, отличающееся по многочисленным параметрам: изменению состава, плотности, пористости, пластовых и интервальных скоростей, геохимической зональности, возникшей за счет взаимодействия залежи с окружающими породами. Для обнаружения влияния этих факторов на геофизические поля необходимо производить достаточно точные измерения, поскольку это влияние чрезвычайно мало. Поэтому эффективность геофизических методов поисков определяется обоснованностью физических параметров, генетически связанных с залежью.

Разработанные автором способы сейсморазведки для целей прогноза неф-тегазоносности, представленные в данной диссертации, основаны на представлении о том, что геологическая среда является энергонасыщенной системой, находящейся в неустойчивом равновесии. При этом отдельные неоднородности геологического разреза могут излучать собственные колебания в виде естественной сейсмоакустической эмиссии, которые вызваны необратимыми процессами, происходящими в среде. Причем параметры этих колебаний обусловлены физико-химическими свойствами неоднородностей. Кроме этого дополнительное внешнее воздействие на геологическую среду в виде

упругого поля порождает более интенсивный отклик отдельных неоднород-ностей среды за счет появления наведенной сейсмоакустической эмиссии.

Из этого следует, что, с одной стороны, зная параметры отклика углеводородной системы, появляется возможность выделять их на фоне естественного сейсмического фона и, с другой стороны, выделять эти параметры более контрастно на фоне внешнего упругого воздействия, когда отклик залежи углеводородов становится более интенсивным.

Таким образом, актуальной является задача разработки методики выделения колебаний естественной и наведенной сейсмоакустической эмиссии горных пород из общего волнового поля для целей изучения физико-химических свойств неоднородностей геологического разреза, явившихся источниками этих колебаний.

Цель работы. Целью работы является обоснование, разработка и реализация новых способов сейсморазведки для решения задач прогнозирования нефте-газоносности геологического разреза, основанных на изучении естественной и наведенной сейсмоакустической эмиссии горных пород.

Основные задачи исследований. В связи с поставленной целью сформулированы следующие задачи:

• обоснование методики проведения прогноза нефтегазоносности разреза в инфразвуковом диапазоне частот;

• оценка возможности регистрации колебаний в инфразвуковом диапазоне частот среднечастотной сейсмической аппаратурой;

• разработка способов обработки сейсмических материалов с целью проведения прогноза нефтегазоносности геологического разреза;

• разработка новой технологии проведения полевых работ, обработки и интерпретации полученных данных способом инфразвуковой сейсморазведки

для детализации перспективных в отношении нефтегазоносности участков геологического разреза;

• практическое опробование разработанных способов;

Научная новизна. Научную новизну составляют :

• обоснование возможности выделения инфразвуковых аномалий, предположительно связанных с залежью, из волновых полей, зарегистрированных при проведении сейсмических работ методом многократных перекрытий;

• комплекс алгоритмов и программ для изучения сейсмических волновых полей в инфразвуковом диапазоне частот;

• способы выделения инфразвуковых аномалий из сейсмических волновых полей;

• новый способ проведения полевых сейсморазведочных работ, обработки и интерпретации данных для целей прогноза нефтегазоносности разреза на этапе детализации выявленных объектов.

Практическая ценность. Разработанные способы сейсморазведки, позволяют прогнозировать участки геологического разреза, перспективные на нефть и газ, а также выделять зоны тектонических нарушений. Наличие двух способов специальной обработки сейсмических данных, зарегистрированных при проведении работ методом многократных перекрытий, а также способа проведения новых полевых работ позволяет, применять их на различных этапах геологоразведочных работ. Применение разработанных способов в комплексе с другими геофизическими и геохимическими способами повышает достоверность прогнозирования нефтегазоносности геологического разреза.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на III Международной конференции « Новые идеи в науках о Земле », состоявшейся в

1997 году в Москве, а также на научно-практической конференции « Перспективы и направления стабилизации и развития нефтегазодобывающей промышленности Саратовской области» и на Международной конференции, посвященной памяти профессора В.В.Тикшаева, состоявшихся в 1997-1998 годах в Саратове.

Реализация в производстве. Разработанные способы сейсморазведки проходят апробацию и внедрение в Нижне-Волжском НИИ геологии и геофизики, Саратовской геофизической экспедиции, ЗАО «ЛУКОЙЛ-Саратов».

Публикации. По теме диссертации автором получены два патента Российской Федерации и опубликованы три статьи.

Фактический материал и личный вклад автора. В качестве фактического материала использовались результаты тематических научных исследований, выполненных в НВНИИГГ, где автор являлся ответственным исполнителем, а также результаты опытно-промышленного внедрения разработанных автором способов в Саратовской геофизической экспедиции.

Защищаемые положения.

1. Волновые сейсмические поля, регистрируемые при проведении полевых работ методом многократных перекрытий, имеют составляющие в инфра-звуковом диапазоне частот, связанные с нефтегазоносностью геологического разреза.

2. Применение новых способов обработки сейсмических данных обеспечивает выделение из сейсмических волновых полей инфразвуковых аномалий, позволяющих прогнозировать нефтегазоносность геологического разреза.

3. Разработанная технология проведения полевых работ, обработки и интерпретации данных способом инфразвуковой сейсморазведки, в комплексе с

сейсморазведкой МОГТ, является рабочим инструментом прогноза перспективных геологических объектов.

Автор выражает глубокую благодарность своим научным руководителям Харазу И.И. и Иванчуку A.M. за постоянное внимание и помощь в разработке темы. Автор благодарит Михайлова В.А. и Глечикова В.А. за помощь в разработке теоретического обоснования новых способов сейсморазведки, Шку-ратова О.И за помощь в создании алгоритмов и программ, Григорьева Г.В. за разработку инфразвуковых сейсмоприемников.

Автор выражает благодарность сотрудникам НВНИИГГ Серебрякову В.Ю., Долматовой И.Н., Кенарской JI.B. и ЗАО «ЛУКОЙЛ-Саратов» Лепили-ну В.М., Ячменевой Л.В.за сотрудничество и помощь при подготовке работы, а также руководству Саратовской геофизической экспедиции Живодрову В.А., Селезневу В.А., Денисову В.Н. за активное участие в опытно-промышленйом опробовании разработанного способа проведения полевых сейсмических работ.

Глава 1. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ РАЗРЕЗА В ИНФРАЗВУКОВОМ

ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ Для решения обратной задачи сейсморазведки - определения физических параметров геологической среды по наблюденным сейсмическим данным, одним из основополагающих факторов является физическая модель среды, которая положена в основу разрабатываемых способов. Большинство разработанных до настоящего времени способов прямых поисков предполагают пассивную модель среды. В основе такой модели лежит представление о том, что горные породы не обладают собственной энергией и не могут накапливать ее при геодинамических процессах, которые постоянно происходят в недрах Земли. При этом физические параметры среды определяются путем изучения кинематических и динамических характеристик волн, образовавшихся на границах раздела слоев с различными скоростными и плотностными параметрами. Это предполагает, что различные неоднородности геологического разреза участвуют в образовании сейсмических волн как пассивные среды, не привнося в возбужденное волновое поле колебаний за счет собственных источников энергии. Такое предположение значительно сокращает возможности прямых поисков для целей прогнозирования нефтегазоносности разреза, поскольку изменения в параметрах волнового поля в районе залежи зачастую завуалированы аналогичными изменениями, обусловленными строением среды, а не наличием залежи. Это привело к тому, что разработанные в прошлом способы прямых поисков / 1,4,19,21,22,30 / в настоящее время не находят широкого применения.

В последние годы активно развиваются способы прямых поисков, основанные на активной модели среды. Согласно этой модели в определенных условиях реальные геологические тела обладают способностью накапливать и сохранять в себе некоторое количество потенциальной энергии упругих деформаций в «скрытом» состоянии после устранения внешнего воздействия

физическим полем, которое было причиной ее появления. Такие среды можно рассматривать, как энергосодержащие, энергонасыщенные среды. Энергия внутренних напряжений таких сред находится в равновесном состоянии до достижения определенного уровня. При дополнительном воздействии внешнего физического поля и превышении порога равновесия может произойти высвобождение накопленной энергии. Высвобождение энергии, в том числе, и в виде упругого поля, приводит к появлению колебаний, характеристики которых определяются физико-химическими свойствами среды (тела). Возможность выделения таких колебаний из общего волнового поля может повысить достоверность прогноза залежей углеводородов способами прямых поисков.

1.1. Обзор способов прямых поисков нефтегазовых месторождений

по материалам сейсморазведки

1.1.1. Способы прямых поисков, основанные на пассивной модели геологической среды

Первые работы по применению сейсморазведки для выявления эффектов, связанных с нефтегазовыми залежами были сделаны в 50-е годы /4,19,22,30/. И.Я. Балах обосновал положение о возможности регистрации отражения от водонефтяных и газожидкостных контактов залежей и о различной интенсивности отражений от водо- и нефтегазонасыщенной части коллекторов. И.Г.Медовский и К.А.Мустафаев выдвинули гипотезу об аномально высоком затухании сейсмических колебаний в зоне расположения залежи. В 60-е годы были проведены первые эксперименты, которые подтвердили высказанные предположения. Однако к опытно-производственному опробованию способов прямых поисков удалось приступить гораздо позже, когда появился метод многократного профилирования с высокой плотностью пунктов возбуж-

дения и регистрации, позволивший значительно снизить фон помех в регистрируемом волновом поле.

Собственно первой и применяемой до сих пор явилась методика получившая название «яркое пятно» / 1,9 /, основанная на изменении амплитуд сейсмических колебаний при отражении от кровли или подошвы залежи УВ. К настоящему времени эффект «яркого пятна» довольно хорошо изучен, проведены необходимые теоретические расчеты, на основе которых были разработаны модификации этой методики. Было показано, что в зависимости от ли-тологического состава пласта-коллектора, перекрывающих и подстилающих пород, мощности пласта, слоистости, акустических жесткостей в кровле и подошве, в регистрируемых волновых полях могут наблюдаться «яркие», «тусклые» или «плоские» пятна. Замещение соленой воды углеводородами в качестве поровых флюидов почти всегда ведет к понижению скорости, но влияние на отраженные волны оказывают свойства горных пород, покрывающих и подстилающих породу коллектор. Если скорость в перекрывающих отложениях выше , чем в заполненном рассолом коллекторе, то понижение скорости у породы коллектора при заполнении ее углеводородами увеличивает перепад акустической жесткости и, следовательно, увеличивает амплитуду отражения от ее кровли. Это явление характерно для многих бассейнов третичного возраста и является причиной возникновения эффекта «яркое пятно». С другой стороны, когда перекрывающие отложения характеризуются значительно меньшей скоростью, чем порода коллектор, то влияние углеводородов уменьшает контраст и создает эффект «тусклого» пятна. Такое явление может наблюдаться там, где карбонатный коллектор перекрыт глинистыми отложениями. Если перекрывающие отложения имеют чуть меньшую скорость, чем скорость породы коллектора, понижение скорости в отложениях коллектора вследствие их заполнения углеводородами может изменить полярность сигналов образуя обратную полярность сигнала над залежью.

Там где хорошо определяется межфлюидный контакт, в особенности газо-

нефтяной и газо-водяной, перепад акустической �