Введение к работе
Целью работы является повышение информативности электромагнитных исследований путем разработки подхода к интерпретации материалов зондирований становлением поля в ближней зоне (ЗСБ), заключающемся в раздельном определении проводимости горизонтов-коллекторов карбонатно-галогенных и подсолевых отложений на юге Сибирской платформы.
Актуальность
Одним из важнейших условий выполнения «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» является обеспеченность категорийными запасами нефти и газа. На территории Восточной Сибири сосредоточено около 20 % неразведанных ресурсов нефти России (К.А. Клещев, 2007; А.И. Варламов, 2007), что является вторым показателем в России после Западной Сибири.
Потенциал ее нефтегазоносности подтверждается открытием ряда крупных месторождений углеводородов, в том числе таких, как Ковыктинское, Верхнечонское, Среднеботуобинское и др. Особенности геологического строения юга Сибирской платформы заключаются в том, что перспективы нефтегазоносности в основном связаны с неструктурными ловушками, имеющими литологический либо тектонический контроль. Данное обстоятельство повышает роль несейсмических методов геофизики, в т. ч. электроразведки, в комплексе поисковых работ.
Одним из наиболее распространенных является метод зондирования становлением электромагнитного поля в ближней зоне (ЗСБ), теоретически обоснованный Л.Л. Ваньяном (Л.Л. Ваньян, 1971). В практическом отношении метод ЗСБ был развит в 70-е годы прошлого века (А.А. Кауфман, Б.И. Рабинович, С.А. Шейнманн, Г.А. Исаев, В.А. Сидоров, В.В. Тикшаев, и др.). Технология и методика проведения ЗСБ разработаны усилиями сотрудников СНИИГГиМСа, ИНГГ СО РАН (г. Новосибирск), а также многих организаций России и бывшего СССР. На Сибирской платформе метод ЗСБ, начиная с 70-х гг. и по сей день, является одним из ведущих в комплексе с сейсморазведкой при структурном картировании и выделении зон распространения пластов-коллекторов.
За прошедшие годы были детально изучены вопросы разрешающей способности метода, а также влияние принципа эквивалентности на результаты интерпретации сигналов становления (Б.И. Рабинович, Г.М. Морозова, Л.А. Табаровский и др.). Некоторыми авторами (В.М. Панкратов и др.) была рассмотрена возможность не только изучения зон распространения пластов-коллекторов в разрезе, но и выделения на больших глубинах (один километр и более) тонких (от единиц до первых десятков метров) пластов-коллекторов.
На многих месторождениях юга Сибирской платформы в карбонатно-галогенной и подсолевой толщах присутствуют несколько горизонтов-коллекторов: осинский, парфеновский, шамановский, боханский и др. Каждый из них может характеризоваться как плохими коллекторскими свойствами, так и высокими перспективами нефтегазоносности. В настоящее время при проведении нефтегазопоисковых исследований методом ЗСБ уже недостаточно определять продольную проводимость только основных комплексов осадочного чехла, выделяемых по стратиграфическому и литологическому принципу. С применением традиционного подхода к интерпретации ЗСБ на несколько слоев делится обычно только надсолевая часть разреза. Глубоко залегающие горизонты осадочного чехла аппроксимируются мощными пластами (подсолевая толща делится максимум на два интервала). Определение интегральных геоэлектрических свойств толщи, содержащей несколько коллекторов, может привести к ошибочной интерпретации и неверному прогнозу нефтегазоносности каждого из горизонтов. Поэтому необходимо решать задачи на новом уровне: изучать непосредственно объекты поисков – горизонты-коллекторы карбонатно-галогенных и подсолевых отложений. Раздельный прогноз нефтегазоносности для каждого горизонта-коллектора значительно повышает информативность ЗСБ, что позволит избежать ошибок при выборе мест заложений скважин глубокого бурения.
Таким образом, меняется взгляд на результаты электроразведочных работ в целом. Ведь результат интерпретации материалов ЗСБ на основе тонкослоистых моделей – геоэлектрические характеристики не одного мощного пласта, ассоциирующегося с подсолевыми отложениями, а непосредственно самих горизонтов-коллекторов, являющихся объектами нефтегазопоисковых исследований – целью поисков. Глубинность таких исследований в условиях юга Сибирской платформы обычно достигает 24 км.
Практическое внедрение предложенной методики интерпретации потребовало тщательно отнестись к вопросам оценки эквивалентности решений и разрешающей способности кривых ЗСБ, а также степени влияния неоднородных объектов на результаты интерпретации данных с использованием подхода 1D инверсии.
Задачи исследования
Обоснование, формализация и построение тонкослоистых геоэлектрических моделей осадочного чехла юга Сибирской платформы;
Разработка методики раздельного определения проводимости горизонтов-коллекторов карбонатно-галогенных и подсолевых отложений;
Разработка критериев соответствия исследуемой среды горизонтально-слоистому разрезу на основе 3D моделирования сигналов ЗСБ от нескольких типов неоднородных объектов, наиболее часто встречающихся на Сибирской платформе. А также оценка возможной погрешности 1D инверсии сигналов ЗСБ в условиях сложнопостроенных сред;
Оценка разрешающей способности метода ЗСБ и определение степени влияния принципа эквивалентности на итоговый результат в различных геоэлектрических и помеховых условиях;
Оценка геологической эффективности интерпретации ЗСБ на основе тонкослоистых моделей на примере решения практических задач.
Фактический материал, методы исследований и аппаратура
При решении поставленных задач автор опирался на работы следующих ученых: Ю.А. Агафонова, Е.Ю. Антонова, Л.Л. Ваньяна, И.Н. Ельцова, А.К. Захаркина, Ф.М. Каменецкого, А.А. Кауфмана, Н.О. Кожевникова, Ю.С. Королькова, В.В. Ломтадзе, В.С. Могилатова, Г.М. Морозовой, В.М. Панкратова, М.Г. Персовой, А.В. Поспеева, Б.И. Рабиновича, Б.С. Светова, В.А. Сидорова, В.В. Тикшаева, Г.М. Тригубовича, М.И. Эпова, G. Keller, G.A. Newman, C.H. Stoyer и других исследователей.
В качестве основных методов исследования использовались сбор статистических материалов, математическое моделирование, полевые эксперименты, расчеты с использованием программно-алгоритмических средств. На всех этапах исследовательской работы автор принимал непосредственное участие. Сбор статистики был осуществлен с привлечением материалов ЗАО «Иркутское электроразведочное предприятие», недропользователей и др. организаций. Полевые экспериментальные данные получены посредством применения цифровой телеметрической электроразведочной станции SGS-TEM (разработка ООО НПК Сибгеосистемы, г. Новосибирск, ЗАО «ИЭРП», г. Иркутск) в ходе решения структурных и нефтегазопоисковых геологических задач методом ЗСБ. Эксперименты производились на территории Иркутской области, Республики Саха (Якутия), на многочисленных участках изучения недр, в том числе на крупных месторождениях углеводородов Восточной Сибири, таких, как Ковыктинское ГКМ, Чиканское ГКМ, Чаяндинское НГКМ, Атовское ГКМ и др. В ходе проведения экспериментальных исследований на большинстве вышеперечисленных объектов автор принимал участие в качестве оператора электроразведочной станции, а также выполнял методический контроль полевых работ.
Математическое моделирование сигналов становления выполнено автором с привлечением программного комплекса SGS-TEM, в частности – программы количественной интерпретации Model 3 (Л.В. Суров, М.В. Шарлов, Ю.А. Агафонов). В программе используются математические алгоритмы решения прямых и обратных задач ЗСБ, разработанные специалистами Института нефтегазовой геологии и геофизики имени Трофимука, г. Новосибирск (Е.Ю. Антонов, М.И. Эпов и др.). Для определения проводимости пластов-коллекторов, а также оценки эквивалентности решений использовались подходы, предложенные А.В. Поспеевым.
Моделирование 3D сигналов становления от сложнопостроенных сред выполнено автором в среде GeoEM (М.Г. Персова, Ю.Г. Соловейчик), интегрированной в комплекс Model 3.
Защищаемые положения
Применение методики интерпретации материалов ЗСБ на основе тонкослоистых моделей позволяет оценивать проводимость каждого коллектора, а также степень эквивалентности решения при наличии информации о положении пластов-коллекторов в разрезе осадочного чехла юга Сибирской платформы и при условии одномерности исследуемой среды.
Разрешающую способность кривых электромагнитных зондирований и область эквивалентности решений целесообразно оценивать с использованием разработанных количественных критериев в зависимости от геоэлектрических характеристик разреза и погрешностей измерений.
Интерпретация материалов ЗСБ на основе тонкослоистых моделей повышает геологическую эффективность исследований горизонтов-коллекторов в карбонатных и терригенных отложениях осадочного чехла юга Сибирской платформы за счет раздельной оценки коллекторских свойств и типа флюидонасыщения.
Научная новизна работы. Личный вклад
По сравнению с традиционным подходом к интерпретации данных ЗСБ, предложена методика раздельного определения проводимости коллекторов карбонатно-галогенных и подсолевых отложений. Для решения данной задачи автором построены новые, детальные тонкослоистые геоэлектрические модели осадочного чехла, содержащие пласты-коллекторы, глубины которых определены по данным сейсморазведки и бурения, а проводимость рассчитана путем 1D инверсии кривых ЗСБ. Предложенный подход позволяет по-новому взглянуть на результаты электроразведки, ведь ранее столь детальное расчленение подсолевого интервала разреза производилось чрезвычайно редко.
Автором сформулированы простые и надежные критерии одномерности геоэлектрического разреза на основе анализа 3D синтезированных сигналов становления от ряда типичных для юга Сибирской платформы неоднородных объектов, а также нескольких тысяч экспериментальных кривых.
Впервые для юга Сибирской платформы автором рассчитаны номограммы, позволяющие оценить степень эквивалентности решения и ошибку определения проводимости пласта-коллектора в зависимости от геоэлектрических характеристик разреза и погрешностей измерений.
Получены новые тонкослоистые геоэлектрические разрезы с выделением пластов-коллекторов для ряда площадей юга Сибирской платформы. На основе анализа результатов бурения скважин и геоэлектрических характеристик горизонтов выдвинуты предположения об их коллекторских свойствах и типе флюидонасыщения. Разработанная методика тестировалась автором на различных месторождениях УВ в Восточной Сибири и Якутии, в результате чего получены новые данные о строении геологического разреза.
Работы по сбору и систематизации петрофизических материалов, анализу свойств коллекторов, а также статистических закономерностей геологических условий осадочного чехла юга Сибирской платформы выполнены непосредственно автором совместно со специалистами ЗАО «Иркутское электроразведочное предприятие» В.В. Гомульским, С.В. Компаниец, А.А. Аксеновской и др. Разработка подхода к интерпретации ЗСБ на основе тонкослоистых моделей осуществлялась под непосредственным руководством А.В. Поспеева.
Автором были проведены многочисленные полевые эксперименты в ходе выполнения работ ЗСБ на ряде площадей юга Сибирской платформы, в том числе на подтвержденных месторождениях углеводородов Ковыктинском, Атовском, Чаяндинском, Чиканском и др.
Обоснование, разработка, тестирование и внедрение в производство методики интерпретации ЗСБ в рамках тонкослоистых моделей проведено автором данной работы. Программирование математических алгоритмов расчета проводимости горизонтов-коллекторов, оценки эквивалентности решений осуществлено А.В. Поспеевым, Л.В. Суровым с использованием программ Е.Ю. Антонова.
Практическая значимость исследования
Изучение геоэлектрических характеристик непосредственно горизонтов-коллекторов при проведении нефтегазопоисковых работ открывает возможности для более корректного определения геоэлектрических характеристик горизонтов-коллекторов карбонатно-галогенных и подсолевых отложений до глубины 3–4 км, а также учета влияния принципа эквивалентности на полученный результат. Интерпретация материалов ЗСБ на основе тонкослоистых моделей показала свою высокую эффективность как при изучении геологического разреза Ангаро-Ленской ступени, так и Непско-Ботуобинской антеклизы – наиболее перспективных в нефтегазоносном отношении территорий юга Сибирской платформы.
Разработанные критерии одномерности разреза, заключающиеся в анализе кривых ЗСБ, полученных с многоразносной установкой, и результатов 1D инверсии, позволяют адекватно оценить применимость подхода одномерной инверсии в конкретных геоэлектрических условиях, а также возможные ошибки интерпретации. Критерии разработаны на основе анализа как результатов синтетического моделирования откликов ЗСБ от сложнопостроенных сред, так и полевых кривых с Ковыктинского, Западно-Чонского, Алтыбского, Чаяндинского и других участков.
Используя полученные номограммы, можно оценить возможность применения предлагаемых подходов в зависимости от геоэлектрических характеристик разреза и погрешностей измерений.
Предложенная методика была внедрена в производственный процесс в ЗАО «Иркутское электроразведочное предприятие» и показала высокую эффективность при решении геологических задач на Безымянном, Боханском и других участках юга Сибирской платформы.
Дальнейшее развитие предложенного подхода позволит выйти на качественно новый уровень информативности результатов метода ЗСБ, применяемого в комплексе с сейсморазведкой при нефтегазопоисковых исследованиях.
Апробация работы
Представленные в диссертации научные и практические результаты докладывались на семинарах, выставках и конференциях разного уровня: на XXIII Всероссийской молодежной конференции ИЗК «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2009); на первой международной конференции «Актуальные проблемы электромагнитных зондирующих систем» (Киев, 2009); на 12-й международной научно-практической конференции по проблемам комплексной интерпретации геолого-геофизических данных при геологическом моделировании месторождений углеводородов «Геомодель-2010» (Геленджик, 2010); на 4th Saint Petersburg International Conference & Exhibition 2010 (Saint Petersburg, 2010); на XXIV Всероссийской молодежной конференции ИЗК «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2011); на семинаре по геоэлектрике Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН (Новосибирск, 2011); на Petroleum Geology Conference & Exhibition (Kuala Lumpur, 2011); на Всероссийской школе-семинаре имени М.Н. Бердичевского и Л.Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям земли (Санкт-Петербург, 2011); на 73rd EAGE Conference & Exhibition incorporating SPE EUROPEC (Vienna, 2011).
Объем и структура работы
Работа состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 162 страницы текста, 62 рисунка и список литературы из 130 наименований.
Благодарности
За участие в формировании научных взглядов, ценные идеи и руководство в проведении исследовательской работы автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д. г-м. н., профессору А.В. Поспееву. Автор глубоко признателен к.т.н. Ю.А. Агафонову за активную помощь в расстановке приоритетов при проведении исследований, а также постоянную административную поддержку. За помощь в проведении семинаров, частые консультации, а также необходимую ценную критику автор благодарен д. г.-м. н., профессору Н.О. Кожевникову. Также автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории электромагнитных полей Института нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН Е.Ю. Антонову, В.С. Могилатову, В.В. Потапову, а также директору, академику М.И. Эпову. Приятно отметить поддержку и понимание со стороны зав. кафедрой геофизики НИИрГТУ д. г.-м. н., профессора А.Г. Дмитриева. Выполнение данной диссертационной работы было бы невозможно без участия и поддержки коллектива ЗАО «Иркутское электроразведочное предприятие», а именно главного геофизика В.В. Гомульского, зам. ген. директора М.В. Шарлова, начальника отдела ИТ Л.В. Сурова, а также сотрудников отдела обработки и интерпретации С.В. Компаниец, О.В. Токаревой, Д.Д. Попова, И.К. Семинского, А.А. Аксеновской, Е.М. Бурковой, О.Д. Коршуновой, Н.А. Савитской, А.М. Александровой, Н.В. Багаевой, Л.С. Лукашовой, Н.В. Костроминой и др.
