Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в связи с наблюдающейся стабилизацией и некоторым снижением темпов мировой добычи нефти все чаще поднимается вопрос о возрастающей роли нетрадиционных углеводородных ресурсов.
В широком смысле нетрадиционные ресурсы углеводородов - это гораздо более «дорогие» ресурсы по сравнению с традиционными. К ним относят залежи высоковязких нефтей, битумов, газогидратов, газа угольных месторождений, а также углеводороды, залегающие на глубинах более 10 км. В 2007 г. был введен термин «матричная нефть», объединивший в себе как тяжелые, так и жидкие углеводороды. Высокомолекулярные компоненты (ВМК) «матричной нефти» по физическим и химическим характеристикам в классической интерпретации можно отнести к классу сингенетичных природных битумов и рассматривать как часть углеводородной залежи.
Уже сегодня в мире (за пределами России) тяжелые углеводороды вносят значительный и устойчивый вклад в структуру мировой добычи. Объем запасов высоковязких нефтей и битумов достигает 700-800 млрд. т. Доказанные ресурсы природных битумов в Волго-Уральской провинции составляют порядка 10,4 млрд. т. Наиболее перспективными районами являются Республики Татарстан и Башкортостан, Самарская, Оренбургская, Ульяновская области, Пермский и Краснодарский края. По мнению Геологической службы США (USGS) Российская Федерация обладает приблизительно 13,4 млрд. баррелей извлекаемой тяжелой нефти и 33,7 млрд. баррелей извлекаемого битума. Количество неизвлекаемых запасов битума на данный момент значительно выше – 212 млрд. баррелей, т.е. коэффициент извлечения битума в России составляет 14 %.
Природные битумы являются многоцелевым полезным ископаемым, применяемым в качестве топливно-энергетического, дорожно-строительного и химического сырья. Основные запасы природных битумов в России приурочены к Волго-Уральской провинции, региону с благоприятными природно-географическими условиями и развитой инфраструктурой, что значительно упрощает их добычу.
Сегодня государство производит стимуляцию инновационного развития во всех сферах экономики. В энергетической стратегии России на период до 2030 года в качестве приоритетных направлений научно-технического прогресса в энергетическом секторе по направлению «Нефтяной комплекс» выделяют увеличение коэффициента извлечения нефти на разрабатываемых и вводимых в разработку месторождениях, в том числе нетрадиционных видов углеводородного сырья - тяжелой (высоковязкой) нефти и природных битумов.
Изучаемое Оренбургское нефтегазоконденсатное месторождение (ОНГКМ) введено в эксплуатацию в 1971 году, и сегодня здесь наблюдается истощение извлекаемых запасов основного углеводородного сырья – газа и конденсата. В этой связи задача укрепления сырьевой базы Оренбургского нефтегазохимического комплекса становится все более актуальной. Одним из путей развития сырьевой базы является ее расширение за счет высокомолекулярных битумоидных компонентов залежи.
Обращают на себя внимание специфические сорбционные свойства ВМК. Проведенные исследования показали, что 1 т смолы или асфальтенов будет сорбировать соответственно 147,3 или 141,1 м3 природного газа при давлении и температуре, близких к пластовым ОНГКМ. Высокомолекулярные компоненты также имеют в своем составе цветные и благородные металлы (никель, цинк, хром, титан, свинец, медь, олово, молибден, серебро), редкие и редкоземельные металлы (ванадий, стронций, мышьяк, галлий, германий, иттрий, иттербий), что делает их уникальным сырьем для химической промышленности.
Цель исследований. Целью работы являлась разработка методики выявления и оценки запасов высокомолекулярных компонентов залежей углеводородов по комплексу геолого-геофизических данных на примере нижнепермских отложений Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения.
Основные задачи исследований:
-
Анализ состояния изученности высокомолекулярных компонентов нефтегазоконденсатных залежей, а также близких к ним по свойствам битумоидов.
-
Изучение распространенности нижнепермских отложений и изменчивости их свойств на территории Волго-Уральской нефтегазоносной провинции (НГП).
-
Обоснование петрофизической модели пород-коллекторов нижнепермского возраста Оренбургского НГКМ.
-
Усовершенствование методики оценки общей пористости и ее компонент в сложнопостроенных карбонатных коллекторах нижнепермского возраста Оренбургского НГКМ.
-
Выделение пород с высокой концентрацией высокомолекулярных компонентов нефтегазоконденсатных залежей.
-
Разработка методики оценки содержания высокомолекулярных компонентов нефтегазоконденсатных залежей, а также сорбированных ими жидких углеводородов нефтяного ряда в карбонатных коллекторах нижнепермского возраста по данным геофизических исследований скважин (ГИС).
Методы решения поставленных задач. Для решения поставленных задач в диссертационной работе использованы следующие методы: анализ и обобщение информации из литературных источников по изучению высокомолекулярных компонентов нефтегазоконденсатных залежей и битумов; анализ и обобщение литературных и фактических данных по литологическим, петрофизическим, геохимическим и геофизическим свойствам пород раннепермского возраста Волго-Уральской НГП; статистический анализ стандартных и специальных петрофизических исследований керна, проведенных на более чем 1200 образцах; обработка, обобщение и анализ геолого-геофизической информации по одной вертикальной параметрической, двум вертикальным и 40 горизонтальным эксплуатационным скважинам, пробуренным на Оренбургском НГКМ, с использованием программных средств Microsoft Excel и системы «Камертон».
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Показана эффективность применения в изучаемом разрезе методики классификации карбонатных коллекторов на основе анализа многомерного пространства геофизических признаков.
-
Предложен способ использования теории погрешностей измерения для разделения сложных карбонатных коллекторов на типы по структуре емкостного пространства.
-
Предложен и обоснован способ выделения пород с повышенной концентрацией высокомолекулярных компонентов в нефтегазоконденсатных залежах на основе литолого-фациального анализа.
-
Разработана методика оценки содержания ВМК в породах нижнепермского карбонатного комплекса Оренбургского НГКМ.
-
Обосновано применение ядерно-магнитного томографического каротажа (ЯМТК) для оценки количества сорбированных углеводородов нефтяного ряда высокомолекулярными компонентами в неглинистых карбонатных породах.
Основные защищаемые положения:
-
Обоснованные граничные значения геофизических и петрофизических параметров для различных по составу и структуре емкостного пространства карбонатных пород нижнепермского возраста позволяют эффективно решать задачу выделения коллекторов.
-
Предложенный способ использования результатов литолого-фациального анализа позволил в изучаемом разрезе установить породы с повышенной концентрацией ВМК.
-
Разработанная методика определения содержания высокомолекулярных компонентов в нефтегазоконденсатных залежах по данным ГИС позволяет проводить оценку запасов углеводородов с большей достоверностью.
-
Установленная связь между количеством жидких углеводородов, сорбированных высокомолекулярными компонентами, и параметром ЯМТК, именуемым как «пористость глин», позволяет повысить результативность интерпретации данных ядерно-магнитного томографического каротажа в разрезах, содержащих высокомолекулярные битумоидные компоненты.
Практическая значимость. Разработанная методика оценки количественного содержания ВМК по данным ГИС позволит оценить их запасы и тем самым расширить ресурсную базу нефтегазоконденсатных месторождений с истощенными запасами традиционных видов углеводородного сырья.
Апробация работы. Основные защищаемые положения работы были доложены на конференциях: III Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Геопреспектива-2009» (Москва, март 2009 года); VII и VIII Международных научно-практических конкурс-конференциях молодых специалистов «Геофизика-2009» и «Геофизика-2011» (Санкт-Петербург (Петергоф), октябрь 2009 и 2011 годов соответственно); VIII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, февраль 2010 года); Международных юбилейных конференциях, организованных кафедрой Геофизических Информационных Систем РГУ нефти и газа: «Петрофизика: современное состояние, проблемы, перспективы» (Москва, май 2010 года) и «Промысловая геофизика в 21-м веке» (Москва, ноябрь 2011 года); Всероссийской научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития ядерно-магнитных методов исследований нефтегазовых и рудных скважин, каменного материала и флюидов» (Тверь, июнь 2011 года).
Методические разработки автора были использованы в научно-исследовательских работах по договорам, заключенным между ООО «Центр высокомолекулярных технологий» и ООО «Газпром добыча Оренбург» в 2008-2012 гг. На основе результатов диссертации были даны рекомендации по комплексу ГИС в поисково-оценочной скважине.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 2 статьи в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения. Изложена на 219 страницах машинописного текста, включая 117 рисунков, 32 таблицы, список литературных источников из 114 наименований.
Работа выполнена на кафедре Геофизических Информационных Систем Российского Государственного Университета нефти и газа имени И. М. Губкина и в Лаборатории проблем освоения нетрадиционных ресурсов углеводородного сырья ИПНГ РАН.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.г.-м.н., профессору Золоевой Г.М. за постоянную поддержку и помощь при написании диссертационной работы. Неоценима роль в подготовке диссертации научного консультанта Скибицкой Н.А., к.г.-м.н., заведующей лабораторией проблем освоения нетрадиционных ресурсов углеводородного сырья ИПНГ РАН, а также всего коллектива лаборатории, особенно, Барамзиной В.А. и к.г.-м.н. Большакова М.Н. Многими идеями по развитию темы исследования автор обязана к.г.-м.н., доценту Никулину Б.А. (МГУ имени М.В. Ломоносова). Искреннюю благодарность диссертант выражает всему профессорско-преподавательскому составу кафедры ГИС РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина: д.т.н., профессору Стрельченко В.В., д.ф.-м.н., профессору Кожевникову Д.А., к.г.-м.н., доценту Городнову А.В., к.т.н., доценту Лазуткиной Н.Е., а также д.г.-м.н., профессору кафедры литологии и системных исследований литосферы Постниковой О.В. за ценные советы и консультации при выполнении диссертационной работы.
