ВВЕДЕНИЕ

Нефть и природный газ являются одними из основных полезных ископаемых, которые использовались человеком еще в глубокой древности. Особенно быстрыми темпами добыча нефти стала расти после того, как для ее извлечения из недр земли стали применяться буровые скважины. Обычно датой рождения в стране нефтяной и газовой промышленности считается получение фонтана нефти из скважины (табл. 1).

Таблица 1. Первые промышленные притоки нефти из скважин по основным нефтедобывающим странам мира

Из табл. 1 следует, что нефтяная промышленность в разных странах мира существует всего 110 - 140 лет, но за этот отрезок времени добыча нефти и газа увеличилась более чем в 40 тыс. раз. В 1860 г. мировая добыча нефти составляла всего 70 тыс.т, в 1970 г. было извлечено 2280 млн.т., а в 1996 г. уже 3168 млн.т. Быстрый рост добычи связан с условиями залегания и извлечения этого полезного ископаемого. Нефть и газ приурочены к осадочным породам и распространены регионально. Причем в каждом седиментационном бассейне отмечается концентрация основных их запасов в сравнительно ограниченном количестве месторождений. Все это с учетом возрастающего потребления нефти и газа в промышленности и возможностью их быстрого и экономичного извлечения из недр делают эти полезные ископаемые объектом первоочередных поисков.

В данной курсовой описаны методы поиска и разведки месторождений нефти и газа. Также приведены в отдельных главах методы разведки нефтяных месторождений и методика ускоренной разведки и ввода в эксплуатацию газових месторождений.

Для написания курсовой работы использованы материалы из учебного пособия «Нефтегазопромысловая геология и геологические основы разработки месторождений нефти и газа», авторы Иванова М.М. и Дементьев Л.Ф., а также взяты статьи с сайта www.nature.ru.

Объём курсовой работы 45 страниц. В основной части работы использовано 2 таблицы. В конце работы приведено графическое приложение в формате А3 «Схемы оконтуривания залежей нефти».

ПОИСК И РАЗВЕДКА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Методы поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений

Целью поисково-разведочных работ является выявление, оценка запасов и подготовка к разработке промышленных залежей нефти и газа. В ходе поисково-разведочных работ применяются геологические, геофизические, гидрогеохимические методы, а также бурение скважин и их исследование.

А) Геологические методы

Проведение геологической съемки предшествует всем остальным видам поисковых работ. Для этого геологи выезжают в исследуемый район и осуществляют так называемые полевые работы. В ходе них они изучают пласты горных пород, выходящие на дневную поверхность, их состав и углы наклона. Для анализа коренных пород, укрытых современными наносами, роются шурфы глубиной до 3 см. А с тем, чтобы получить представление о более глубоко залегающих породах бурят картировочные скважины глубиной до 600 м.

По возвращении домой выполняются камеральные работы, т.е. обработка материалов, собранных в ходе предыдущего этапа. Итогом камеральных работ являются геологическая карта и геологические разрезы местности.

Геологическая карта - это проекция выходов горных пород на дневную поверхность. Антиклиналь на геологической карте имеет вид овального пятна, в центре которого располагаются более древние породы, а на периферии - более молодые.

Однако как бы тщательно ни производилась геологическая съемка, она дает возможность судить о строении лишь верхней части горных пород. Чтобы «прощупать» глубокие недра используются геофизические методы.

Б) Геофизические методы

К геофизическим методам относятся сейсморазведка, электроразведка и магниторазведка.

Сейсмическая разведка основана на использовании закономерностей распространения в земной коре искусственно создаваемых упругих волн. Волны создаются одним из следующих способов:

1) взрывом специальных зарядов в скважинах глубиной до 30 м;

2) вибраторами;

3) преобразователями взрывной энергии в механическую.

Скорость распространения сейсмических волн в породах различной плотности неодинакова: чем плотнее порода, тем быстрее проникают сквозь нее волны. На границе раздела двух сред с различной плотностью упругие колебания частично отражаются, возвращаясь к поверхности земли, а частично преломившись, продолжают свое движение вглубь недр до новой поверхности раздела. Отраженные сейсмические волны улавливаются сейсмоприемниками. Расшифровывая затем полученные графики колебаний земной поверхности, специалисты определяют глубину залегания пород, отразивших волны, и угол их наклона.

Электрическая разведка основана на различной электропроводности горных пород. Так, граниты, известняки, песчаники, насыщенные соленой минерализованной водой, хорошо проводят электрический ток, а глины, песчаники, насыщенные нефтью, обладают очень низкой электропроводностью.

Гравиразведка основана на зависимости силы тяжести на поверхности Земли от плотности горных пород. Породы, насыщенные нефтью или газом, имеют меньшую плотность, чем те же породы, содержащие воду. Задачей гравиразведки является определение месть с аномально низкой силой тяжести.

Магниторазведка основана на различной магнитной проницаемости горных пород. Наша планета - это огромный магнит, вокруг которого расположено магнитное поле. В зависимости от состава горных пород, наличия нефти и газа это магнитное поле искажается в различной степени. Часто магнитомеры устанавливают на самолеты, которые на определенной высоте совершают облеты исследуемой территории. Аэромагнитная съемка позволяет выявить антиклинали на глубине до 7 км, даже если их высота составляет не более 200…300 м.

Геологическими и геофизическими методами, главным образом, выявляют строение толщи осадных пород и возможные ловушки для нефти и газа. Однако наличие ловушки еще не означает присутствия нефтяной или газовой залежи. Выявить из общего числа обнаруженных структур те, которые наиболее перспективны на нефть и газ, без бурения скважин помогают гидрогеохимические методы исследования недр.

В) Гидрогеохимические методы

К гидрохимическим относят газовую, люминесцетно-биту-монологическую, радиоактивную съемки и гидрохимический метод.

Газовая съемка заключается в определении присутствия углеводородных газов в пробах горных пород и грунтовый вод, отобранных с глубины от 2 до 50 м. Вокруг любой нефтяной и газовой залежи образуется ореол рассеяния углеводородных газов за счет их фильтрации и диффузии по порам и трещинам пород. С помощью газоанализаторов, имеющих чувствительность 15…16 %, фиксируется повышенное содержание углеводородных газов в пробах, отобранных непосредственно над залежью. Недостаток метода заключается в том, что аномалия может быть смещена относительно залежи (за счет наклонного залегания покрывающих пластов, например) или же быть связана с непромышленными залежами.

Применение люминесцестно-битуминологической съемки основано на том, что над залежами нефти увеличено содержание битумов в породе, с одной стороны, и на явление свечения битумов в ультрафиолетовом свете, с другой. По характеру свечения отобранной пробы породы делают вывод о наличии нефти в предполагаемой залежи.

Известно, что в любом месте нашей планеты имеется так называемый радиационный фон, обусловленный наличием в ее недрах радиоактивных трансурановых элементов, а также воздействием космического излучения. Специалистам удалось установить, что над нефтяными и газовыми залежами радиационный фон понижен. Радиоактивная съемка выполняется с целью обнаружения указанных аномалий радиационного фона. Недостатком метода является то, что радиоактивные аномалии в приповерхностных слоях могут быть обусловлены рядом других естественных причин. Поэтому данный метод пока применяется ограниченно.

Гидрохимический метод основан на изучении химического состава подземных вод и содержания в них растворенных газов, а также органических веществ, в частности, аренов. По мере приближения к залежи концентрация этих компонентов в водах возрастает, что позволяет сделать вывод о наличии в ловушках нефти или газа.

Г) Бурение и исследования скважин

Бурение скважин применяют с целью оконтуривания залежей, а также определения глубины залегания и мощности нефтегазоносных пластов.

Еще в процессе бурения отбирают керн-цилиндрические образцы пород, залегающих на различной глубине. Анализ керна позволяет определить его нефтегазоностность. Однако по всей длине скважины керн отбирается лишь в исключительных случаях. Поэтому после завершения бурения обязательной процедурой является исследование скважины геофизическими методами.

Наиболее распространенный способ исследования скважин - электрокаротаж. В этом случае в скважину после извлечения бурильных труб опускается на тросе прибор, позволяющий определять электрические свойства пород, пройденных скважиной. Результаты измерений представляются в виде электрокаротажных диаграмм. Расшифровывая их, определяют глубины залегания проницаемых пластов с высоким электросопротивлением, что свидетельствует о наличии в них нефти.

Практика электрокаротажа показала, что он надежно фиксирует нефтеносные пласты в песчано-глинистых породах, однако в карбонатных отложениях возможности электрокатоража ограничены. Поэтому применяют и другие методы исследования скважин: измерение температуры по разрезу скважины (термометрический метод), измерение скорости звука в породах (акустический метод), измерение естественной радиоактивности пород (радиометрический метод) и др.

Поиски и разведка месторождений нефти и газа

Геологоразведочные работы на нефть и газ, так же как и на другие полезные ископаемые, проводятся в 2 этапа. Сначала проводят работы, цель которых заключается отыскании новых месторождений. Их называют поисковыми. После открытия месторождения на нефти и газа на нем проводят работы, нацеленные на определения геологических запасов нефти или газа и условий его разработки. Их называют - разведочными.

В чем состоят их особенности поисков и разведки залежей нефти и газа? В отличие от залежей многих других полезных ископаемых, залежи нефти и газа всегда скрыты под осадочными напластованиями различной мощности. Поиски их в настоящее время осуществляется на глубинах от 2-3 до 8-9 км, поэтому открытые залежей возможно только путем бурения скважин.

Другая важная особенность залежей нефти и газа состоит в том, что они связаны с определенными типами тектонических или седиментационных структур, которое определяют возможное наличие природных ловушек в проницаемых пластах и толщах. К первым относятся различного вида куполовидные или антиклинальные складки , ко вторым относятся рифогенные и эрозионные выступы, песчаные линзы, зоны выклинивания и стратиграфического срезания.

Постановка дорогостоящего поискового бурения на площади должна быть обоснована положительной оценкой перспектив её промышленной нефтигазоностности. Такая оценка складывается из положительных результатов геолого-геофизических работ на площади, выявляющих благоприятную тектоническую или седиментацинную структуру, а также из положительной оценки перспектив нефтигазоностности той структурно - фациональной зоны, к которой эта площадь относятся. Процедура оценки перспектив нефтигазоностности упрощается, если в данной зоне уже вывялены и разведаны месторождения того же типа, что и предлагаемое и усложняется, если это новая зона или поиски нефти и газа в этой зоне пока еще пока не увенчалась успехом. В первом и особенно во втором случае необходимо обоснования перспектив зоны в целом.

Разведка нефтяных и газовых месторождений , так же как и выявления их, осуществляется при помощи бурения и испытания на приток скважин, которые в этом случае называются разведочными . Каждая промышленная залежь месторождения разведуется и оценивается отдельно, хотя для разведки залежей могут, использованы одни и те же скважины. Основным параметром залежи является её запасы, размеры которых в значительной мере определяются размерами ловушки. Различают геологические и извлекаемые запасы. Геологическими запасами нефти и газа называют количество этих полезных ископаемых, находящихся в залежи. Объем нефти и газа в залежи существенно отличается от того объема, который они занимают на поверхности. Объем жидкой фазы углеводородов в залежи несколько больше того объема, который они занимают на поверхности. Это объясняется температурным расширением жидкости в недрах и главным образом переходом части газообразных углеводородов в жидкую фазу. Объем природного газа в залежи возрастает прямо пропорционально пластовому давлению. Таким образом, для оценки геологических запасов нефти и газа в залежи необходимо знание не только формы, размеров залежи и порового объема нефтегазонасыщенных пород, но и физико-химических свойств этих полезных ископаемых по глубинным и поверхностным пробам, а также термодинамических условий пласта (температура, пластовое давление).

Извлекаемыми запасами называют количество нефти и газа приведенное к атмосферным условиям, которое может быть извлечено из залежи современными методами добычи. Извлекаемые запасы нефти изменяются в различных залежах от 15 до 80% в зависимости от физико-химических свойств нефти и свойств коллектора, а также от метода разработки. извлекаемые запасы газа составляют больший процент, но иногда существенно снижаются, главным образом в связи с дефектами системы разработки или большой неоднородностью коллектора. Система разработки помимо прочих физических и экономических условий определяется фильтрующей способностью коллектора и степенью активности пластовых вод того природного резервуара (пласта), в котором они заключены. Поэтому при разведке залежей производится измерение и соответствующих параметрических характеристик пласта.

Разведка нефтяных и газовых залежей требует изучения многих параметров самого полезного ископаемого и толщи, в которой оно заключено.

Задача поисков состоит в обнаружении промышленных скоплений нефти и газа. Для успешного и планомерного научно обоснованного решения этой задачи необходимо: а) знать факторы, определяющие размещение месторождений нефти и газа в земной коре, т. е. поисковые предпосылки; б) установить поисковые признаки месторождений нефти и газа; в) разработать комплекс эффективных поисковых методов и научиться его применять в соответствии с поисковыми признаками и природными условиями района поисков; г) по данным поисковых работ дать обоснованную оценку промышленных перспектив месторождений нефти и газа и своевременно отбраковать заведомо непромышленные проявления нефти и газа.

Задача разведки состоит в изучении месторождений с целью подготовки их к разработке путем проведения наиболее эффективных мероприятий, к числу которых относится правильно выбранная система разведки.

Для решения этих задач необходимо знать следующее: а) форму и размеры залежей, входящих в месторождение; б) условия залегания полезного ископаемого; в) гидрогеологические условия; г) особенности строения коллекторских толщ, содержащих нефть и газ; д) состав и свойства нефти, газа и воды; е) сведения о сопутствующих компонентах.

Бурение скважин является основным и наиболее трудоемким способом изучения строения недр, выявления и разведки залежей нефти и газа. В соответствии с действующей классификацией различаются следующие категории скважин.

Опорные скважины бурят для изучения геологического разреза крупных геоструктурных элементов и оценки перспектив их нефтегазоносности. Бурение опорных скважин производится с большим отбором керна и сопровождается опробованием тех коллекторских толщ, с которыми может быть связана нефтегазоносность. Как правило, опорные скважины закладываются в благоприятных структурных условиях, бурение их доводится до фундамента, а в областях его глубокого залегания - до технически возможных глубин.

Параметрические скважины бурят для изучения геологического строения и сравнительной оценки перспектив нефтегазоносности возможных зон нефтегазонакопления, а также для получения необходимых сведений о геолого-геофизической характеристике разреза отложений с целью уточнения результатов сейсмических и других геофизических исследований. Скважины этой категории закладывают в пределах локальных структур и тектонических зон по профилям. В них производится отбор керна (до 20% от глубины скважины и сплошной в пределах нефтегазоносных свит) и опробование пластов, выделенных как возможно продуктивные или с целью изучения гидрогеологических условий.

Структурные скважины бурят для выявления и подготовки к глубокому бурению перспективных площадей. Эти скважины доводят до маркирующих горизонтов, по которым строят надежные структурные карты.

Во многих районах структурное бурение проводится в комплексе с геофизическими работами для уточнения физических параметров и привязки геофизических данных к геологическим, т.е. для проверки или уточнения положения в разрезе опорных геофизических горизонтов и формы их залегания.

Поисковые скважины бурят на площадях, подготовленных к глубокому поисковому бурению с целью открытия новых месторождений нефти и газа. К поисковым относятся все скважины, заложенные на новой площади до получения первого промышленного притока нефти или газа, а также все первые скважины, заложенные на обособленных тектонических блоках или на новые горизонты в пределах месторождения. В поисковых скважинах производятся исследования с целью детального разреза отложений, его нефтегазоносности, а также структурных условий. При этом производится поинтервальный отбор керна по всему разрезу, не изученному бурением; сплошной отбор керна в интервалах нефтегазоносных горизонтов и на границах стратиграфических подразделений; отбор проб нефти, газа и воды при опробовании нефтегазоносных, а также водоносных горизонтов пластоиспытателем или через колонну.

Разведочные скважины бурят на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностью с целью подготовки залежей к разработке. При бурении разведочных скважин производят следующие исследования: отбор керна в интервалах залегания продуктивных пластов, отбор поверхностных и глубинных проб нефти, газа и воды, опробование возможно продуктивных горизонтов, пробная эксплуатация продуктивных горизонтов. При определении конструкций поисковых и разведочных скважин предусматривается возможность передачи этих скважин в фонд эксплуатационных.

Разведка осуществляется по различным методикам. В содержание методики входит число скважин, порядок их размещения, последовательность разбуривания, порядок опробования вскрытых горизонтов. В практике разведки нефтяных и газовых месторождений скважины размещают по профилям (разведочным линиям) или по сетке.

По мере осуществления разведки производится обобщение материалов, как в графическом, так и в аналитическом виде, в результате чего создается графо-аналитическая модель залежи различной степени достоверности (строятся профили, карты в изолиниях и даются количественные характеристики различных показателей). Создание таких моделей принято называть геометризацией залежей (месторождений).

Рис. № 10 Схема корреляции разреза по сводным геолого-геофизическим данным.

В процессе разведки изучают различные показатели, характеризующие форму залежи, свойства коллектора и пр. В результате изучения залежи дается ее обобщенная характеристика в виде численных значений основных признаков и показателей, которые в этом случае называют параметрами. К основным параметрам залежи, необходимым для подсчета запасов и проектирования разработки, относятся численные значения площади, мощности, пористости, проницаемости. нефтенасыщенности, пластового давления и многие другие.

В результате разведки дается экономическая оценка месторождения, в которой отражены промышленное значение месторождения (его запасы, возможный уровень добычи) и горно-геологические условия разработки (глубины скважин, возможные системы разработки и пр.).

При разведке, также как и при разработке месторождений нефти и газа, необходимо проводить мероприятия, исключающие неоправданное нарушение природных условий: бесцельное уничтожение лесов, загрязнение почвы и водоемов сточными водами, буровым раствором и нефтью.

Поиск нефтяных и газовых месторождений необходим для выявления запасов, а также их оценки и разработки промышленных залежей.

На сегодняшний день такие работы осуществляется несколькими методами:

геологическим;
геофизическим;
геохимическим;
бурение скважин.

Нефтегазовая промышленность представляет собой сложный комплекс народного хозяйства страны.

Нефтегазовая промышленность полностью охватывает:

поиск и разведку месторождений ископаемых;
добычу углеводородов;
переработку сырья;
транспортировку нефтепродуктов;
хранение;
снабжение ископаемыми потребителей.

В последнее время индустрия набирает значительные обороты. Это непосредственно обусловлено тем, что страна богата на месторождения нефтепродуктов. «Черное золото» и природный газ являются одними из наиболее полезных ископаемых. Они использовались человечеством с древних времен.

Особенно стремительные темпы отрасль набрала с появлением буровых скважин. Нефтяная промышленность во всех странах мира существует около 100-140 лет. Однако за этот короткий промежуток времени добыча сырья увеличилась более чем в 40 тыс. раз.

Методы поиска газовых месторождений

Целью проведения исследовательских работ является изучение ситуации. Основные методы поиска нефтяных и газовых месторождений базируются на применении специального оборудования и технологических принципов.

Основные методы поиска нефтяных и газовых месторождений также классифицируются по группам. Так, например, геологический метод включает в себя полевые и камеральные работы.

Первые проводятся для изучения пластов горных пород, их состава и углов наклона. Вторые же предполагают обработку результатов после полевых работ. Их проведение дает возможность получить представление о строении верхней части горных пород. Для исследования глубинных пластов применяются способы, которые основаны на физико-химических свойствах углеводородов.

Геофизические методы делятся на следующие виды разведки:

сейсмическую;
электрическую;
гравитационную;
магнитную.

Эти два принципа, по сути, выявляют строение толщи осадных пород, а также ловушки для нефти и газа. Что касается гидрохимического метода, то он состоит в изучении состава органических веществ.

Это непосредственно изучение слоев таких типов:

газового;
люминесцентно-бито-монологического;
радиоактивного.

Основная цель бурения скважин – оконтуривание ископаемых и определение их глубины залегания, а также мощности нефтегазовых пластов. При проведении работ отбирается керн – цилиндрические образцы пород. Это дает возможность проанализировать их нефтегазоносность. Поэтому данный метод является обязательным после выполнения всех вышеперечисленных способов.

Этапы поиска газовых месторождений и нефтепродуктов

Поиск и разведка нефтяных и газовых месторождений, а также производство первичной энергии все время нарастают. Такие работы выполняются в два этапа. Первым является поисковый.

Поисковый метод делится на три стадии:

геолого-геофизические работы регионального характера;

подготовка площадей к бурению;

непосредственно поиск залежей.

Изначально выявляются возможные нефтегазоносные зоны. Эта стадия осуществляется двумя методами: геологическим и геофизическим.

Работы дают возможность оценить объемы сырья и установить возможные районы их нахождения. Далее проводится более детальное их изучение. Поиск газовых месторождений завершается третей стадией. Бурение необходимо уже непосредственно для открытия зон добычи углеводородов.

Что касается разведочного этапа, то он преследует только одну цель – подготовку районов залежей к разработке. На данном этапе должны быть оконтурены залежи, а также коллекторские свойства продуктивных горизонтов. Разведка нефтяных и газовых месторождений завершается подсчетом промышленных запасов и разработкой рекомендаций для их ввода в действие.

Наука о строении земной коры и геология нефтяных и газовых месторождений

Работа специалистов по исследованию мест добычи осуществляется по заказам буровиков. Как правило, она носит подвижный характер и связана непосредственно с выездами с базы в различные районы. К таким относятся места бурения скважин и добычи углеводородов.

Геология и разведка нефтяных и газовых месторождений – дисциплина, которая изучает строение земной коры, способы извлечения сырья из пластов, другими словами коллекторов.

Одними из самых важных задач геофизиков являются:

определение состава ископаемых;

установление свойств;

изучение технического состояния скважин;

контроль над разработкой мест добычи нефтепродуктов.

Наиболее быстрое определение газоносности дает возможность определить равномерность распределения буровых, когда в процессе разведки не образуется общая депрессионная воронка. Это значит, что давление пластов вдали от каждой скважины примерно одинаково и близко к среднему давлению на данный момент времени.

Если дебиты каким-то образом изменяются, то это происходит за счет основного давления залежей. Скважины размещаются равномерно только тогда, когда наблюдается достаточная однородность коллекторских свойств пласта.

Особенности и правила поиска и разведки мест добычи

После вскрытия газовой залежи первыми буровыми установками главными задачами разведочных работ являются:

выяснение наличия нефтяной оторочки;

определение ее геологического строения;

установление промышленного значения.

В случае непромышленной оторочки осуществляется разведка и подготовка к разработке только сырья. Если она является промышленной, то ее рассматривают как нефтяную залежь.

Особенности разведки газовых и газоконденсатных месторождений включают определенные правила.

К ним относятся:

соответствующие организации должны обеспечить достоверную оценку нефтепродуктов;

подсчет запасов производится объемным методом или по падению давления;

степень разведки отвечает необходимому соотношению категорий залежей;

при подготовке и разработке мест добычи должны быть получены все данные расчетов;

основное условие – сокращение сроков проведения работ.

Методика разведки нефтяных оторочек существенно отличается от исследования чистых месторождений углеводородов.

Методы разведки газовых месторождений на международной выставке

Развитие индустрии на интернациональном уровне имеет особое значение для ее развития в целом. Учитывая существующие проблемы в отрасли, она особенно нуждается во вливании средств.

Одним из самых авторитетных события является выставка «Нефтегаз» , которая традиционно проводится в апреле каждого года. Организатор проекта ЦВК «Экспоцентр» создал наиболее благоприятные условия для развития бизнеса. Участие зарубежных экспонентов дает возможность наладить деловое сотрудничество, а также найти инвесторов.

Основным направлением экспозиции является разведка газовых месторождений. Кроме того, здесь можно ознакомиться с инновационными технологиями и методами бурения. Обмен опытом и знаниями между ведущими специалистами обеспечивает улучшение качества проводимых работ. Это уникальная возможность для лидирующих производителей представить свое оборудование отраслевым специалистам.

«Нефтегаз» – непосредственно площадка делового общения, а также запуска новых проектов и ознакомления с тенденциями и перспективами развития отрасли. Она является мощным инструментом маркетинга, который способствует успешному развитию бизнеса в условиях экономической нестабильности.

Ежегодно во всемирно известном выставочном комплексе «Экспоцентр» проводится экспозиция «Нефтегаз» . Она охватывает все приоритетные направления отечественной и зарубежной индустрии. Это обеспечивает развитие российских предприятий и увеличение их конкурентоспособности.

Коллектив учёных института геологии Российской академии наук открыл совершенно новый метод прогноза месторождений углеводородов и других ископаемых, названный термотомографией. Суть метода заключается в формировании трёхмерных моделей распределения тепловых потоков и температур, что дает возможность получить срезы геотермического поля практически на любой глубине и, следовательно, определить тот уровень, на котором имеются подходящие условия для образования углеводородов. Данный метод позволяет прогнозировать локализацию размещения месторождений и их глубину в первом приближении и за счет этого экономить на проведении поисковых работ миллионы долларов.

Идеологически этот способ начали разрабатывать в начале 2000-х. «Хорошо известно, что формирование газа, нефти и газоконденсата происходит при наличии вполне определённых условий, - рассказывает координатор проекта профессор Михаил Хуторской, завлабораторией тепломассопереноса института геологии РАН. - Так, для образования нефти необходим интервал температуры 110-140°С, газа - 150-190°С. Мы решили рассчитать, на каких глубинах имеется этот интервал температур. Согласно этим расчётам мы планировали составить достоверный прогноз залежей нефти, чтобы сказать нефтяникам: «Бурите здесь, пожалуйста, на глубину такую-то. Именно на ней начинается процесс катагенеза (то есть процесс преобразования органики в молекулу углеводорода)».

Тестировать верность своей гипотезы учёные решили в достаточно изученных геотермических районах: в акватории Баренцева моря. Первая построенная 3D-модель, протестированная здесь, показала, что известные углеводородные месторождения локализуются в пределах определенных термических куполов, которые оказались видны на трехмерных моделях. То есть нефть залегала точно в том диапазоне, который был рассчитан для геотермической аномалии.

Точно такое же совпадение получилось и на месторождениях Карского моря, Припятской впадине (здесь эксперименты проводились с коллегами из Белоруссии), Прикаспийской впадине, Северогерманской впадине (тестовые работы проводились совместно с немецкими учеными).

«В результате испытаний мы окончательно поняли, что наш метод годится в качестве поискового признака, - отметил Хуторской. - Если найден термический купол, это может являться признаком больших перспектив нефтегазоносности».

Проанализировав все обнаруженные закономерности, учёные решили заняться отработкой метода на перспективном, но не изученном районе - в акватории моря Лаптевых. Для этой территории была разработана своя 3D-модель, которая показала наличие 2-х термических куполов. Исходя из полученных данных, учёные обозначили район поиска в виде треугольника, в качестве вершин которого выступали остров Столбовой и устья двух рек - Яны и Лены. Согласно меркам нефтяной разведки, стоимость этого прогноза оказалась очень низкой - 300 тысяч рублей.

По словам Хуторского, главное преимущество разработанного коллективом термотомографического метода локализации нефтегазоносности состоит в его экономичности и по трудовым затратам, все о макияже и ресницах в одном месте и по стоимости. Активно используемые в поиске природных ресурсов геофизические методы поиска нефти и газа, например, разные способы сейсморазведки, неплохи для картирования нефтегазоносных структур, но не могут определить, что же находится на указанной глубине - нефть или же просто вода. Они нуждаются в совместном использовании с другими методами, к примеру, с глубинной геотермикой или геоэлектрикой. Использование нового метода дает возможность сэкономить десятки и сотни миллионов рублей за счет уменьшения объёмов буровых работ. Причем термотомография не требует проведения дополнительных измерений, а оперирует данными, имеющимися в мировой информационной базе данных тепловых потоков. Основываясь на этих данных, можно построить термотомографическую модель оценки нефтегазоносности практически для любой территории.

По итогам проведенного исследования российские учёные опубликовали десятки статей в ведущих зарубежных и российских журналах в своей отрасли. Немецкое издательство Springer Verlag оценило одну из этих статей как выдающуюся, поэтому она была включена в годовой обзор по геологии.

Но, как это обычно бывает, метод термотомографии, как и любые новые методы поиска нефти и газа, внедряется в практику не очень активно. На данный момент выполнено 2 хозяйственных договора с производственными организациями, функционирующими в Арктике; заинтересовавшийся поначалу «Лукойл» с ответом не спешит, поэтому пока не ясно, готова ли компания пополнить свой арсенал методов прогнозирования месторождений разработкой отечественных учёных.

Сами исследователи такой ситуацией не удивлены и объясняют низкий интерес к новой методике инерцией мышления руководителей крупных российских нефтяных компаний, которые чаще всего руководствуются простой логикой: чем больше вкладываешь средств, тем больше нефти получишь в итоге. Стимулов внедрять новые технологии у них отсутствуют. Поэтому учёным необходимо заниматься продвижением своего метода, чтобы разработка получила широкое применение на практике.

На современной географической карте мира уже совсем не осталось белых пятен. Поверхность Земли изучена настолько хорошо, насколько это вообще возможно. В то же время, если бы кто-то взялся составить подробную карту земных недр, то за исключением некоторых отдельных участков она представляла бы собой сплошное белое пятно. Даже с учетом всех известных на сегодняшний день данных земные недра представляют собой очень слабоизученную область. Их изучение в настоящее время активно продолжается, также как и поиски новых месторождений нефти и газа.

От «дикой кошки» к рациональному научному подходу

Растущая потребность в нефти привела к бурному развитию знаний о земных недрах и процессах, происходивших в них на протяжении миллионов лет. Путь, который геология прошла за последние сто лет, по своим масштабам и инновационным достижениям стоит в общем ряду с космической и атомной промышленностями. Развитие геологии позволило успешно выявлять наиболее перспективные районы поисков нефти и определять геологические структуры, в которых возможно образование нефтяных месторождений. При этом поиск нефтяных месторождений и поныне остается искусством, в котором опыт и умения конкретных специалистов часто значат больше, чем сами методики и научные исследования.

Наука поиска нефтяных месторождений прошла большой путь от бурения скважин «на удачу» (так называемым методом «дикой кошки») до строго научных подходов. В прошлом поиски нефтяных месторождений были сосредоточены в районах выхода нефти на поверхность земли. Это был очевидный и для того времени вполне разумный подход. Со временем методы поисков нефтяных месторождений становились все более и более изощренными, в то время как сами цели поисков все более труднодоступными и часто более мелкими.

С целью наиболее рационального распределения ресурсов и снижения затрат нефтепоисковые работы проводят, как правило, по принципу от общего к частному. То есть сначала выявляют крупный нефтеперспективный район и, постепенно сужая площадь поисков, выявляют в этом районе наиболее перспективные точки для бурения поисковых скважин.

Основная цель всех проводимых поисковых работ – выявление в нефтеперспективном районе геологических структур, способных накапливать и удерживать нефть. Такие структуры, называемые ловушками, могут иметь различные конфигурации, но всех их объединяет наличие проницаемой горной породы, ограниченной непроницаемой толщей пород.

Какие же методы помогают найти нефть?

Методы поисков нефтяных месторождений подразделяют на:

геологические;
геофизические;
геохимические.

Геологические методы направлены на изучение поверхностных данных. Для этого геологи изучают и описывают горные породы, выходящие на поверхность земли. С этой целью находят места обнажения горных пород, либо бурят небольшие шурфы, чтобы узнать, что за породы залегают под современным поверхностным слоем осадочного материала. Также изучаются фотографии, сделанные с большой высоты (с самолета или даже из космоса). На таких снимках часто можно выявить поверхностные признаки глубинных структур, благоприятных для нефтегазонакопления. По полученным данным составляется геологическая карта, представляющая собой проекцию выходов горных пород на поверхность.

Таких поверхностных данных, конечно, недостаточно для выявления нефтяных месторождений. Чтобы «увидеть», что представляют собой глубинные недра, используют геофизические методы.

Геофизические исследования представляют собой методы изучения земных недр с помощью физических явлений. К таким исследованиям относятся электроразведка, гравиразведка, магниторазведка, сейсморазведка.

Электроразведка основана на изучении параметров постоянного или переменного электромагнитного поля. Поскольку разные породы и насыщающие их флюиды по-разному проводят электрический ток, изучая изменения электромагнитного поля можно сделать определенные выводы о характере залегающих пород.

Гравиразведка основана на изучении изменения гравитационного поля. Плотные горные породы могут влиять на гравитационное поле. Даже самые незначительные изменения в гравитационном поле могут указать на типы горных пород и насыщающие их флюиды, которые залегают глубоко в недрах Земли.

Магниторазведка , как следует из названия, изучает изменения магнитного поля. Осадочные породы, насыщенные нефтью, не обладают магнитными свойствами, в то время как магматические и метаморфические породы, не содержащие нефть, ими обладают. Таким образом, магниторазведка также может подсказать типы пород залегающих в недрах.

Для месторождений, находящихся на поздней стадии разработки, особенно важно увеличение выработки запасов. Эта задача может успешно решаться с помощью бурения боковых стволов из существующего фонда скважин.

И, наконец, сейсморазведка – наиболее важный способ исследования земных недр.

Сейсмические исследования

Сейсмические исследования являются одним из наиболее эффективных методов поиска нефтяных месторождений. Основаны они на изучении распространения упругих колебаний в толще горных пород. Общая схема исследований такова. На поверхности (или вблизи нее) генерируется звуковая волна, которая распространяется вглубь недр расширяющейся сферой. На границах горных пород происходят различные эффекты преломления, отражения упругих волн, которые регистрируются на поверхности земли специальными приборами. Полученные данные записываются, обрабатываются, и приводятся к единому формату. В результате получается довольно точное изображение геологической структуры в районе исследования.

Звуковые (упругие) волны, с помощью которых получают данные о глубинном строении земной коры, могут быть сгенерированы различными способами. При проведении исследований на суше производят подрыв небольших зарядов или используют специальные виброгенераторы. На море, чтобы не причинить вред морским обитателям, чаще всего применяют пневмопушку.

Попытки применения сейсмических исследований при поиске нефтяных месторождений предпринимались с 1920-х годов. Вплоть до 1990-х проводилась исключительно двухмерная (2D) сейсмика, в результате которой можно было получить только плоское изображение среза земной коры. С развитием компьютерных технологий появилась возможность анализировать огромные массивы данных, благодаря чему стала развиваться трехмерная (3D) сейсмика. Нет необходимости говорить, что объемное изображение, получаемое в результате ЗD сейсмики, гораздо информативнее, чем плоское изображение, которое получают при 2D сейсмике. Трехмерная сейсмика позволяет не только выявить перспективную геологическую структуру и оценить ее размер, но и помогает определить наиболее целесообразные точки для бурения скважин.

Поиск нефтяных месторождений – комплексное мероприятие

С помощью перечисленных способов можно с высокой точностью выявить строение глубинных слоев горных пород, типы горных пород и определить наличие перспективных ловушек, в которых могли бы сформироваться нефтяные залежи. Чтобы убедится в присутствии в выявленных ловушках углеводородов, применяют гидрогеохимические методы исследования. Например, увеличение содержания аренов в подземных водах может указывать на наличие углеводородной залежи в более глубоких слоях недр. Газовая съемка позволяет убедиться в наличии ореола углеводородных газов, которые образуются на поверхности земли вокруг любой нефтяной или газовой залежи.

Все эти методы поиска нефтяных месторождений в значительной степени помогают выявить наиболее благоприятные структуры. Но окончательный вердикт по наличию коммерческих запасов нефти можно вынести только по результатам бурения поисковых скважин. Ничто не может заменить собой необходимость бурения скважин и проведения пробной эксплуатации перспективной геологической структуры. Скважины не только подтверждают наличие запасов нефти в выявленных структурах. С их помощью определяют коммерческий потенциал открытых запасов.

Таким образом, нефтяные компании используют множество различных технологий помогающих выявить нефтяные залежи глубоко в недрах земли. За последние 150 лет крупные нефтяные компании и независимые нефтеразведчики пробурили уже более двух миллионов скважин в поисках месторождений нефти. Развитие научных подходов и методов поисково-разведочных работ значительно повысило шансы на выявление новых запасов нефти и газа. А благодаря развитию сейсмических исследований затраты компаний на бурение неуспешных поисковых и разведочных скважин значительно сократились.

Но, несмотря на длительное и успешное развитие методов и методик поисково-разведочных работ, поиск нефтяных месторождений до сих пор остается чрезвычайно сложным, комплексным и довольно рискованным занятием. А успех проводимых работ никогда не гарантирован.

Полезные инструменты