Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы в России исследованы возможности применения геоэлектрохимических методов ЧИМ, МПФ, ТМГМ и МДИ при поисках нефтегазовых месторождений. Ставилась задача создания на базе геоэлектрохимических методов основ новой технологии поисков, которая смогла бы в значительной мере упростить процесс выявления и оценки нефтегазовых месторождений, а так же сократить объемы нефтепоискового бурения (Вешев С.А., Ворошилов Н.А., Алексеев С.Г., 1994 г.)]. Применение геоэлектрохимических методов для исследования нефтегазовых месторождений выявило наличие над нефтегазовыми залежами струйных ореолов рассеяния подвижных форм нахождения тяжелых металлов. Установлено, что эти ореолы имеют важную особенность: существование аномально высокой концентрации тяжелых металлов вблизи контура проекции нефтяной залежи на дневную поверхность. Использование этой особенности позволяет определять нефтено-ность структур и размер нефтяной залежи.
Однако, при использовании геоэлектрохимических методов с целью поисков нефтегазовых месторождений возникают проблемы, которые необходимо решить. Эти проблемы заключается в следующем.
1) Недостаточно изучен механизм формирования струйных ореолов рассеяния подвижных форм тяжелых металлов над нефтяными залежами.
Явление струйных ореолов впервые установлено над рудными телами и экспериментально и теоретически изучено рядом исследователей (Рысс Ю.С, 1987 к, Путиков О.Ф и др., 1994 г.) Путиков О.Ф и Духанин А.С. предложили механизм формирования струйных ореолов над рудными телами. Согласно их точке зрения, формирование струйных ореолов над рудными телами связанно с близвертикаль-ным движением микропузырьков газа в горных породах. Что касается механизма формирования струйных ореолов над нефтегазовыми
залежами, то в настоящее время этот эффект изучен очень слабо. В Санкт-Петербургском государственном горном институте выполнены лабораторные эксперименты по моделированию одномерного переноса металла (урана) пузырьками воздуха. Результаты экспериментов указывают на возможность переноса металла (урана) под действием движения пузырьков воздуха (Вэнь Байхун, Путиков О.Ф., 1998 г.). Однако, в этих экспериментах не исследованы особенности пространственного рассеяния металла на поверхности моделируемой среды, что имеет очень важное значение для изучения струйных ореолов рассеяния над нефтяными залежами.
2) Не разработано теоретическое обоснование структуры
(строения) струйных ореолов рассеяния подвижных форм тяжелых
металлов над нефтегазовыми залежами.
О.Ф. Путиков и его сотрудники разработали физико-математическую модель струйных ореолов рассеяния подвижных форм тяжелых металлов нефтегазовых залежей в однородных вмещающих породах. Такое идеальное состояние в практике встречается редко. В связи с этим необходимо создать физико-математическую модель струйных ореолов в неоднородных вмещающих породах. При этом необходимо учесть статистические результаты, полученные при интерпретации полевых геоэлектрохимических данных. Необходимо также выяснить, возможно ли проведение интерпретации полевых данных для конкретных нефтегазовых месторождений и получение их физических и геометрических параметров путем решения обратной задачи геоэлектрохимических методов.
3) Не изучена зональность геоэлектрохимических аномалий,
т.е. различие формы геоэлектрохимических аномалии для разных
химических элементов.
В результате использования геоэлектрохимических методов на нефтегазовых месторождениях показано, что для одного и того же метода положения максимумов концентрации разных тяжелых металлов иногда не совпадают. Например, находятся на различном
расстоянии от проекции контура нефтяной залежи на дневную поверхность. А для одного и того же элемента вид аномалий, полученных разными геоэлектрохимическими методами, так же может различаться.
В настоящее время отсутствует удовлетворительное объяснение этого явления.
Цель и задачи работы
1) Сбор материалов, необходимых разработки физико-
геологической модели формирования струйных ореолов рассеяния
подвижных форм нахождения металлов над нефтегазовыми залежа
ми.
2) Разработка методики численного компьютерного модели
рования ореолов рассеяния тяжелых металлов из нефтегазовых за
лежи (и таким образом, решения прямых задач) на основе физико-
математической модели струйных ореолов рассеяния в слоистых
средах, созданной научным руководителем О.Ф. Путиковым с уча
стием автора. Изучение зависимости строения струйных ореолов
рассеяния над нефтегазовыми залежами от их физических и гео
метрических параметров.
-
Проведение лабораторного физико-химического моделирования одномерного и двухмерного переноса металлов под действием движения пузырьков воздуха.
-
Обоснование использования вышеупомянутых физико-математических моделей при интерпретации полевых геоэлектрохимических данных с целью решения задач поисков нефтегазовых месторождений.
Методы исследования. При решении вышеперечисленных задач применены экспериментальные и аналитические методы исследования. Выполнено физико-химическое лабораторное моделирование одномерного и двухмерного переноса тяжелых металлов в пористых, насыщенных раствором системах под действием подвижных пузырьков воздуха в научно-исследовательской лаборатории
геоэлектрохимических методов разведки МПИ Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета). Теоретические расчеты проведены на компьютере Р-166 ММХ с помощью систем Microsoft Word 97, Excel 97, Mathcad и Surfer.
Научная новизна исследований состоит в следующем.
1) Разработка методики численного компьютерного модели
рования ореолов рассеяния тяжелых металлов над нефтегазовыми
залежами (и таким образом, решения прямых задач) на основе физи
ко-математической модели струйных ореолов рассеяния в слоистых
средах, созданной научным руководителем О.Ф. Путиковым с уча
стием автора. Исследование зависимости строения струйных орео
лов рассеяния от физических и геометрических параметров нефтя
ной залежи.
2) Впервые в лаборатории проведено моделирование двух
мерного переноса металлов меди и марганца пузырьками воздуха.
3) Предложена методика интерпретации полевых геоэлек
трохимических данных, позволяющая оценивать параметры иско
мых нефтяных залежей.
Достоверность научных результатов обеспечивается использованием современных высокочувствительных аналитических средств и достаточным объемом экспериментов при физико-химическом моделировании струйных ореолов, а также достаточной корректностью использования математического аппарата численного анализа при теоретическом исследовании.
Практическая значимость работы
1) Разработанные физико-геологические модели струйных ореолов над нефтяными залежами могут быть использованы для объяснения механизма формирования этих ореолов и их особенностей.
-
Выполненные исследования физико-математических моделей струйных ореолов рассеяния над нефтяными залежами позволяют выяснить зависимость строения струйных ореолов рассеяния над нефтяными залежами от физических и геометрических параметров нефтяных залежей и на этом основании уточнить методику полевых исследований.
-
Предложенная автором методика интерпретации геоэлектрохимических аномалий может быть применена для интерпретации практических полевых геоэлектрохимических данных.
Апробация работы. Основные положения работы доложены на Ежегодной научной конференции молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение" (Санкт-Петербург, 1998г., 1999г.), на Четвертой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Санкт-Петербург, 1999г.), на Международной конференции молодых ученых и специалистов «ГЕОФИЗИКА 99» (Санкт-Петербург, 1999г.).
Работа над диссертацией включена в научный проект по теме "Теоретико-экспериментальное обоснование использования струйных ореолов рассеяния для прогноза и поисков нефтегазовых месторождений геоэлектрохимическими методами" в рамках программы "Университеты России" (1998 г.).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 6 научных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, защищаемых положений, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Основная часть работы содержит 146 страниц текста, 64 рисунка и 13 таблиц. Список использованной литературы включает 90 наименования.
Работа по теме диссертации выполнена на кафедре геофизических и геохимических методов поисков и разведки СПбГГИ под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора О.Ф.Путикова, которому автор выражает свою искреннюю благо-
дарность. Большую помощь при проведении работы, сборе материалов и обсуждении вопросов оказали проф. А.А.Молчанов, проф. В.Х.Захаров, н.с. К.В.Блинов и научные сотрудники института ВИРГ-Рудгеофизика, в особенности, СА.Вешев, Н.А.Ворошилов, С.Г.Алексеев, К.И.Степанов, К.В.Титов и другие. Всем им автор признателен. В заключение автор выражает свою большую благодарность Н.А. Касьянковой, которая оказала автору очень большую помощь при проведении экспериментов.