Введение к работе
. Актуальность работы.
Быстрое и невосполнимое истощение традиционных источни-сов углеводородного сырья - нефтяных залежей, вынуждает мно-'ие промышленные предприятия страны уже сейчас заняться по-ісками новых источников нефти и газа. При этом первоочеред-гае внимание обращается на скопление углеводородов, запасы соторыл достаточно велики, а разработка их не осуществлялась ю причине технологического и экономического порядка (газо--идраты, тяжелые и вязкие нефти, природные битумы).
На ближайшую перспективу проблема освоения месторожде-шй вязких нефтей и природных битумов становится все более жтуальной:
Анализ состояния и возможностей освоения запасов вязких іефтей и битумов показывает, что темпы и масштабы этого про-десса зависят от следующих основных показателей:
эффективности методики поисков и разведки;
эффективности технологий извлечения углеводородов и технических средств, применяемых при ЭТОМ;
эффективности методов и средств оперативного контроля за разработкой;
экологической чистоты процессов;
экономической рентабельности, определяемой себестоимостью продукции и конъюнктурой рынка.
В разработке всех указанных аспектов участвуют про-кышленно-развитые страны, располагающие крупкыми месторождениями тяжелых нефтей и битумов - Канада, США, Россия, Великобритания и др. Однако, следует отметить, что разработка технологии для экономически выгодной эксплуатации этих ресурсов является чрезвычайно сложной .технической задачей.
Стратегический подход к решению проблемы освоения ресурсов природных битумов заключается в разработке комплекса принципиально новых методик и технологий, Предназначенных цля применения на залежах этих углеводородов на всех этапах, - от поисков и разведки до контроля состояния окружающей среды после завершения разработки.
-4-Пракгически этот комплекс создается как на базе не использовавшихся в нефтепромысловой отрасли физико-химических эффектов и явлений, так и в результате углубления и расширения знаний о физических полях и процессах, применяющихся достаточно широко в других областях.
В эту группу входят гравитационные, и магнитные поля, связанные с изменением плотности и магнитных свойств пород в результате внутрипластового горения ; поле микросейсмичерких колебаний, обусловленное процессами, протекающими в зоне фронта горения; электромагнитное поле; фильтрационное и окислительно-восстановительные электрические ПОЛЯ.
Техногенные электрические подя не только несут ценную информацию о процессах, протекащих в пласте, но и непосредственно влияют на геологические среды в зоне разработки, в том числе взаимодействуют с породами продуктивного пласта и пластовыми флюидами.
Геоэлекгрические поля естественного и техногенного происхождения, различающиеся по своей природе, характеру и масштабу проявления, в настоящее время широко и о успехом применяются при решении различных практических задач (рудная и инженерная геология, мелиорация и гидрогеология, поиски структур и т. д.). ,
Геоэлектрические поля месторождений природных битумов до последнего времени практически не изучались, так как по общему мнению считалось, что вся электрохимическая активность пород битумных залежей ограничивается диффузионно-ад- , сорбционным потенциалом. Этот потенциал (ПС) измеряется в процессе каротажа скважин при изучении геологического разреза.
Однако, исследования последних лет при разведке и разработке тепловыми методами месторождений природных ' битумов однозначно показали, что интенсивные геоэлектрические поля окислительно-восстановительного, фильтрационного и диффузионно-адсорбционного типов имеют широкое развитие.
.'еальный, практический интерес в процессе совершенствования методики поисков и разведки месторождений, а также методов и средств контроля за разработкой, представляют геофизические' поля естественного происхождения, обусловленные
- 5 -влиянием залежи на вмещающие и вышележащие породы и техногенные физические поля, обусловленные процессом разработки.
Вопросам развития этого направления, исследованиям физико-химических микро и макро-процессов в нефтегазоносных пластах, взаимодействию и трансформации геофизических полей в литосфере посвящены работы 0. Л. Кузнецова, М. Л. Сургучева, Г. В. Вахитова, Э. М. Симкина, Г. А. Соболева, Ю. П. Желтова, Б. Ю, Вендельштейна, Р. А. Максутова, А. А. Боксер-мана и др.
Из зарубежных исследователей следует отметить работы Р. Томпкинса, Т. Донавана, А. Робертса.
Исследования этих полей и физико-химических процессов могут быть полезными там, где традиционные методы исследования не дают информации о микро и макро-процессах В' пористых средах. Развитие исследований в этом направлении приведет, в принципе, к созданию нового раздела - нелинейной геофизики. Объектом изучения в данном случае являются различные- взаимодействия геофизических и геохимических полей, нелинейные эффекты и необратимые процессы. .
Настоящая работа является результатом многолетних теоретических, лабораторных и полевых исследований геолектри-ческих полей битумных месторождений, проведенных в отделе ВНИИ "Природные битумы", КГУ и ТГРУ.
Исследования проводились.в свяаи с тем. что существующий геолого-геофизический комплекс,применяемый в нефтепромысловой отрасли, несмотря на многочисленность используемых , методов и технических средств, при освоении ресурсов природных битумов во многих случаях оказывается малоэффективным.
Таким образом, повышение эффективности методики поисков и разведки скоплений природных битумов, совершенствование методов и средств оперативного контроля аа разработкой битумных месторождений является актуальной научно-технической проблемой.
Цель и задачи работы. Разработка и. внедрение в практику геолого-разведочных и промысловых работ на природные битумы, исследований техногенных и естественных электрических полей, с целью совершенствования методов контроля за разработкой, разведки месторождений битумов я,контроля состояния геологи-
чееской среды.
Основными задачами решаемыми для достижения указанной цели, являлись следующие:
Изучение теплового метаморфизма пород при термической разработке месторождений битумов и техногенных геофизических полей обусловленных процессом теплового воздействия.
Исследование техногенных геофизических полей, обусловленных термодинамическими процессами в зоне разработки.
Исследование техногенных электрических полей, связанных с фильтрацией пластовых флюидов и изменением их химического состава при тепловом воздействии.
Создание типовых моделей техногенных электрических полей для резервуара-битумного пласта.
Разработка физико-геологических основ естественных электрических полей в системе углеводородная залежь - вмещающие породы.
Проведение опытно-методических полевых измерений техногенных и естественных электрических полей при контроле за разработкой битумных залежей с применением тепловых методов (Мордово-Кармальское, Ашальчинское), а также при разведочных работах на природные битумы.
- Исследования фильтрационных электрических потенциалов
на действующих нефтепромыслах при выявлении источников заг
рязнения питьевых вод.
Научная новизна исследований заключается в том, что впервые:
созданы типовые геоэлектрические модели для обширных резервуаров, позволяющие осуществлять качественную интерпретацию аномалий естественного электрического поля и устанавливать по элементам измеряемого поля возможный тип битумной залежи и ее структуру;
установлены наличие и характер электрических . полей над битумными залежами, что дало возможность.выявления и разведки скоплений природных битумов пермского возраста, имеюг.іх промышленное значение;
- установлены и изучены зависимости изменения техноген
ных электрических полей, обусловленных процессом разработки,
что позволило разработать эффективную методику контроля;
- показана возможность применения техногенных потенциа-
эв при контроле за разработкой на примере реальных место-эждений битумов (Мордово-Кармальское, Ашальчинское);
- разработаны методика измерений фильтрационных потен-
иалов и основы интерпретации результатов, позволяющие опре-
элять источники загрязнеяя питьевых вод на площади действу-
цих нефтепромыслов.
Многочисленные практические примеры интерпретации ре-ульта.'ов измерений естественных и техногенных электрических олей при разведке, разработке и экологических исследованиях а битумных месторождениях также являются новыми и доказыва-т высокую геологическую эффективность применяемых методов.
Основными защищаемыми положениями, отражающими физи-:о-геологическую основу, методику и результаты исследований, вляются следующие:
электрохимическая активность терригенных пород " угле-юдородных месторождений не ограничивается диффузионно-ад-юрбционными и фильтрационными потенциалами, окислитель-ю-восстановительные потенциалы и, соответственно, элекгри-шские поля этого типа отмечаются практически всегда на месторождениях природных битумов;
естественные электрические поля битумных месторожде-іий являются важным источником информации о битумной залеки t процессах, протекающих в ней;
при разработке битумных валежей с применением тепловых методов в битумном пласте возникают техногенные электрические поля, обусловленные процессом разработки;
как техногенные, так и естественные электрические поля могут быть измерены на дневной поверхности с помощью соответствующей методики и аппаратуры;
измеряя техногенные потенциалы на каждом технологическом этапе,можно решать практические задачи контроля, определять основные направления фильтрации в пласте, местоположение зон концентрации тепла, скорость движения тепловых очагов;
измерения естественных электрических полей могут быть эффективно использованы при поисковых и разведочных работах на природные битумы;
_ с - - измерения потенциалов фильтрации на дневной поверхности могут быть эффективно использованы при изучении динамики подземных вод для определения источников загрязнения питьевых вод.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработаннач методика повышает эффективность освоения ресурсов природных битумов за счет измерения электрических полей естественного и .техногенного происхождения. Показана практическая реализация использования этих полей на разных этапах геологических работ, включая разведку месторождений. Полученные практические результаты геологической интерпретации характеризуются высокой физи.со-геологической достоверностью.
Применение на практике исследований естественных и техногенных электрических полей повышает эффективность геолого-промысловых работ на месторождениях природных битумов и дает значительный экономический эффект за счет сокращения объемов бурения при разведке и скваэишных исследований при контроле за разработкой.
Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены и внедряются в практику рядом производственных и научно-исследовательских.организаций РТ: ОЭНГДУ "Татнефтебитум" (Лениногорск), Российским научно-техническим центром по добыче природных битумов и высоковязких нефтей Урало-Поволжья ВКИИнефти (Бугульма), Альметьевской геолого-разведочной экспедицией (АГРЭ), Казанской геологической экспедицией (КГЭ).
Они могут быть, рекомендованы для использования при решении геолого-промысловых задач не только в исследуемом регионе, но и в других районах со сходными геологическими условиями залегания скоплений углеводородов -. Ульяновская и Самарская области, месторождения вязких нефтей республики Коми и Казахстана (Ярега. Кенкияк, Каражанбас).
Апробация работы. Результаты, изложенные в работе докладывалась на ежегодных научных конференциях Казанского университета (с 1985 г.), на научно-производственной конференции производственного объединения "Татнефть" (05.90), всесоюзной конференции по проблемам комплексного освоения природ-
- 9 -ных битумов и вязких иефтей (07.91. Казань), семинаре по повышению нефтеотдачи ВНИИ им. академика А. П. Крылова (11.92. Москва), международном симпозиуме по термическим операциям (10.02.93. Калифорния, США) и международной конференции по проблемам комплексного освоения трудноизвлекаемых запасов нефти и природных битумов (10.94. Казань).
Исходные материалы и личный вклад автора в решение проблемы.
Полевые исследования естественных электрических полей при разведочных работах на природные битумы, оперативный контроль за разработкой на битумных месторождениях и работы по решению экологических задач проводились под руководством и при непосредственном участии автора. Геологическая интерпретация всех материалов, представленных в работе, выполнена автором.
В работе также использованы данные фондовых и литературных источников, а так же результаты лабораторных определений физических параметров пород, проведенных лично автором или под его руководством.
. Структура работы. Диссертация состоит из введения, ? глав, объединенных в три части: теоретическую (4 главы), методическую (2 главы) и результативную (1 глава), заключения. Текст изложен на 164 страницах, содержит 61 рисунок, 16 таблиц. Список литературы включает 134 наименования.
Большое положительное влияние на окончательное формирование диссертационной работы оказали дискуссии и творческие контакты автора с ведущими учеными страны на отмеченных выше конференциях, симпозиумах и семинарах. За проявленный интерес к работе и отдельные критические замечания автор глубоко признателен Алемасову В. Е., Муслимову Р. X., Кузнецову О.Л., Горбунову А. Т., Боксерману А. А., Абрукину А. Л.
За содействие во внедрении методических разработок и результатов исследований производственными организациями автор приносит благодарность В. Ф. Кондрашкину, Ю. В. Волкову, В. В. Платовскому, Е. П. Лукьянову.
- 10 -За помощь в техническом оформлении работы автор искренне благодарен Т. В. Гусевой и М. В. Пикуль.