Введение к работе
Актуальность темы. Прямое, т.е. осуществляемое до глубокого бурения обнаружение скоплений углеводородов было и остается важнейшей задачей геолого-геофизичеких исследований в нефтегазовой геологии. Актуальность проблемы возрастает в связи с тем, что выявление новых месторождений нефти и газа становится все более сложным из-за необходимости поиска залежей неантиклинального типа.
В группе прямых поисковых методов видное место занимает электроразведка, различные модификации которой неоднократно применялись во многих нефтегазоносных раіїонах России и за рубежом. В последние годы резко возросла роль поляризационных методов. Это объясняется существенными ограничениями методов сопротивлений, связанными как с многообразием подчас неконтролируемых причин, вызывающих изменения проводимости опорного горизонта, так и, зачастую, с прямой невозможностью выделения глубоко залегающих нефтегазовых залежей неструктурного типа. Последнее обусловлено тем, что литоло-гическое замещение либо выклинивание коллектора часто не сопровождается заметным изменением проводимости изучаемого горизонта по латерали. В этих условиях для решения задачи прямых поисков залежей углеводородов среди несейсмических методов на первый план выходит исследование процессов ВП, прямо или косвенно связанных с залежью.
Информативность методов исследований проводящігх поляризующихся сред пока еще недостаточна. Существующие способы ігх изучения не обеспечивают возможность получения набора поляризационных параметров по всему разрезу осадочного чехла.
С целью повышения информативности исследований требовался новый, нетрадиционный подход к изучению проводящих разрезов с частотно-зависимым сопротивлением. Результатом работ по реализации такого подхода явилось создание нового направления в геоэлектрике, получившего название дифференциально-нормированной электроразведки (ДНМЭ).
Опыт полевых работ показал, что применение комплекса ДНМЭ с сейсморазведкой в нефтегазопоисковой геологии позволяет резко повысить достоверность прогноза. Предлагаемый подход дает возможность выявлять и оконтуривать залежи углеводородов, используя значительно
меньшее число глубоких скважин, бурение которых обходится очень дорого. Нет необходимости доказывать, насколько это важно и актуально, особенно в наши дни, в период перехода геологической службы на новые экономические отношения.
Актуальность проведенных исследований определяется также внутренними тенденциями развития геоэлектрики, важнейшей из которых является последовательное усложнение рассматриваемых моделей. Это относится и к частотной дисперсии удельного электрического сопротивления, необходимость учета которой признается практически всеми исследователями, изучающими переменные электромагнитные поля. В то же время возникающая при этом стержневая проблема - разделение эффектов электромагнитной индукции и вызванной поляризации - решена не полностью.
Цель и задачи работы. Перед автором стояла цель разработать теоретические основы, программное обеспечение, полевые методики и способы интерпретации для дифференциально-нормированной электроразведки при изучении поляризуемости горных пород применительно к задачам нефтегазовой геологии.
Основные задачи:
разработать новый метод изучения вызванной поляризации по вертикали геологического разреза на основе анализа кривых зондирования нескольких дифференциально-нормированных параметров;
оценить информативность и разрешающую способность предложенного подхода при изучении параметров поляризации разреза;
разработать методику полевых измерений ДНМЭ;
разработать программное обеспечение, включающее решение прямой и обратной задачи электроразведки для горизонтально-слоистых поляризующихся сред применительно к ДНМЭ, которое служило бы основой для обработки и геологической интерпретации полевых материалов;
провести геологическую интерпретацию полевых наблюдений, выполненных в разных геологических условиях.
Фактический материал и методы исследования. Закономерности пространственного и временного распределения неустановившихся электрических полей над поляризующимися средами изучались с позиций основных положений электродинамики и электрохимии. Теорети-
ческие построения базировались на результатах математического и имитационного моделирования. Расчеты полей над горизонтально-слоистыми поляризующимися разрезами выполнены по созданной автором программе "Байкал''. Двух - и трехмерное моделирование без учета ВП проведено по программе Maxwell В.Л. Друскина. Геологическая интерпретация ДНМЭ выполнена более чем для 7000 физических точек, записанных на различных исследованных площадях в странах СНГ и за рубежом. Для интерпретации использовался программный комплекс "Байкал", разработанный автором. При анализе полученных материалов использовались различные способы статистической обработки.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
-
Разработан новый способ непосредственного разделения сигналов электромагнитной индукции и вызванной поляризации. Доказана возможность раздельного изучения ВП гальванического и индукционного происхождения.
-
Изучены и оценены разрешающая способность и чувствительность предлагаемого ДНМЭ к параметрам поляризации разреза, определены типы эквивалентности и пределы их действия при изучении поляризующихся сред.
-
Показано, что локальные экстремумы целевых функций для электрического поля и его нормированных производных пространственно разнесены, что позволяет оптимизировать процесс решения обратной задачи.
4.В результате интерпретации полевых материалов ДНМЭ на ряде площадей различных нефтегазоносных провинций выяснено, что картируемые аномалии ВП хорошо коррелируются в плане с залежами углеводородов. Критерием выделения этих аномалий является увеличение коэффициента поляризуемости т], уменьшение времени релаксации х и, при определенных условиях, уменьшение показателя степени с. Показано, что аномалии ВП приурочены обычно ко второму (иногда к третьему) геоэлектрическому слою, находящемуся ниже первого регионального водоупора.
Практическая ценность исследований
1. Разработана достаточно технологичная методика, обеспечивающая возможность проведения полевых работ в различных геоэлектрических условиях. Принятый способ измерения и обработки полевых
материалов позволяет резко снизить влияние на измерения близповерх-ностных геоэлектрических неоднородностей без ослабления и искажения отклика от глубинных слоев разреза. Выданы рекомендации по выбору картируемого параметра, геометрии установки и временного диапазона исследований в зависимости от конкретных геолого-геофизических условий.
-
Разработаны алгоритмы обработки и количественной интерпретации полевых материалов ДНМЭ на базе созданного автором программного комплекса "Байкал".
-
Показана высокая геологическая эффективность разработанного подхода. Результаты выверки материалов ДНМЭ с данными бурения доказывают существование несомненной связи между выделяемыми аномалиями и залежами У В.
Защищаемые положения.
-
Использование предложенного в ДНМЭ подхода дает возможность непосредственного разделения сигналов электромагнитной индукции и вызванной поляризации. Начиная с некоторого момента времени спада, это разделение осуществляется автоматически, уже на этапе измерения, безотносительно к виду использованной для описания временной зависимости ВП функции и не требует априорных знаний о разрезе. Совместный анализ кривых зондирования дифференциально-нормированных параметров (ДНП), выполненный на разных разносах, позволяет раздельно изучать ВП гальванического и индукционного происхождения.
-
По сравнению с традиционной электроразведкой ДНМЭ обладает заметно более высокой информативностью исследований поляризующихся сред. Это связано с более узким диапазоном проявления принципа эквивалентности и более высокой чувствительностью к поляризационным параметрам разреза.
3. Разработанное программное обеспечение, включающее пря
мую и обратную задачи геоэлектрики применительно к ДНМЭ, позво
ляет осуществлять количественную интерпретацию наблюденных кри
вых и оценивать точность определения параметров геоэлектрического
разреза. Решение обратной задачи основывается на совместной мини
мизации функционалов отклонений кривых зондирования поля и его
нормированных пространственных и временных производных.
4. Результаты, полученные при применении ДНМЭ в ряде нефтегазоносных провинций России, стран СНГ и за рубежом, убедительно доказывают возможность успешного применения метода для выделения и оконтуривания залежей УВ в различных геоэлектрических условиях. Выделяемые аномалии с высокой вероятностью совпадают в плане с залежами углеводородов и в большинстве случаев подтверждаются глубоким бурением.
Реализация результатов работы. ДНМЭ с успехом использовался в производственных партиях ГГП "Иркутскгеофизика", "Сахалин-геофизразведка", "Ленанефтегазгеология", "Архангельскгеология", " Оренбурггеология", в ЦГЭ Миннефтепрома, в тресте "Татнефтегеофи-зика". Кроме того, проведены успешные полевые испытания на шельфе Черного моря ("Южморгео") и в Луковитской депрессии (Болгария). Разработанная технология закуплена геологической службой Китая (5 м геологическая контора Министерства геологии и природных ресурсов КНР). Успешно проведены работы по заказу ОАО "ЛУКойл" в Калининградской области. Результаты работ использовались для выделения аномалий типа залежь (АТЗ) и уточнения их границ. В настоящий момент подписаны договора о проведении полевых исследований ДНМЭ с предприятием "Ямбурггаздобыча" (дочернее предприятие РАО "Газпром") на территории Обской и Тазовской губы, Комитетом природных ресурсов по Еврейской автономной области и др.
Интерес нефтегазопоисковых (а в последнее время - и добывающих) организаций к ДНМЭ определяется его высокой геологической эффективностью. Для ряда площадей центральной части Непского свода Сибирской платформы соотношение "успех/неудача" составляет 63/ 2, а для случаев, когда работы проводились с опережением бурения - 43/ 2. Результаты работ ДНМЭ только на Верхнечонской, Вакунайской, Иг-нялинской и Куландинской площадях многократно окупили все затраты на разработку метода и на проведение полевых исследований. Кроме того, получены ценные геологические результаты в ряде других нефтегазоносных провинций.
Апробация работы. Основные результаты и отдельные положения проведенных исследований докладывались на региональной конференции "Геология и полезные ископаемые юга Восточной Сибири" (Иркутск, 1989); на всесоюзном совещании "Опыт применения и перспек-
тивы развития воздушных, наземных и наземно - скважинных методов электроразведки при поисках и оконтуривании залежей углеводородов" (Москва, 1990); на всесоюзной конференции "Состояние и перспективы развития нефтяной и глубинной электроразведки" (Москва, 1991); на всероссийской конференции "Перспективы применения электроразведки при поисках нефтегазовых месторождений" (Новосибирск, 1992); на международной геофизической конференции и выставке (С.-Петербург, 1995); на международной геофизической конференции "Электромагнитные исследования с контролируемыми источниками" (С. Петербург, 1996); на ХХХ_0М международном геологическом конгрессе (Пекин, 1996); на конференции "Перспективы нефтегазоносности Приморья и прилегающих территорий" (Владивосток, 1997); на всероссийской конференции по применению несейсмических методов поисков и разведки залежей углеводородов на суше и шельфе России (Москва, 1997), на межвузовских научно-практических конференциях (Иркутск, 1996 и 1997), на научно-методическом семинаре "Геологическое строение юга Сибирской платформы и эффективность применения электроразведочных методов" (Красноярск, 1997)на III международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 1997), на международной геофизической конференции и выставке (Москва, 1997).
Выполненные разработки защищены двумя авторскими свидетельствами. По теме исследований имеется 24 публикации, включая монографию.
Материалы диссертации включены в курс лекций, прочитанных автором в ИрГТУ студентам, обучающимся по специальности "Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых".
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем работы 198 страниц машинописного текста, включая 14 таблиц и 69 иллюстраций. Список литературы имеет 219 наименований.