Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние экспериментальных исследований по изучению трещиноватости геологической среды сейсмическими методами 12
1.1. Использование изменения атрибутов отражённой волны в зависимости от удаления «излучение-прием»» 16
1.2. Использование когерентного анализа сейсмических трасс. 19
1.3. Экспериментальное изучение анизотропии параметров сейсмических отраженных волн 23
1.4. Экспериментальные исследования использования затухания сейсмической записи для изучения трещиноватости 28
1.5. Исследования микросейсмической эмиссии при пассивном сейсмическом мониторинге. 30
Глава 2. Физические и методические основы изучения трещиноватости геологических сред с использованием сейсмических волн рассеяния и эмиссии 36
2.1. Изучение трещиноватости по рассеянным волнам... 36
2.1.1. Распространение упругих волн в трещиноватых средах -результаты теоретических моделей 39
2.1.2. Принципы выделения рассеянных волн в сейсмическом волновом поле 43
2.1.3. Изучение трещиноватости геологической среды методом СЛБО на эталонных объектах 49
2.2. Использование микросейсмической эмиссии для изучения трещиноватости 51
2.2.1. Теоретическая модель среды с сейсмоакустической активностью 52
2.2.2. Технологические принципы наблюдения и обработки микроволн сейсмической эмиссии в методе СЛОЭ 54
Глава 3. Общий характер пространственного (3D) изменения поля трещиноватости 61
3.1. Оценка угла наклона трещин в породах при их естественном залегании 64
3.2. Определение азимутальной ориентировки трещин под действием региональных и локальных систем напряжений 67
3.3. Влияние физико-механических свойств горных пород на распределение трещиноватости в горной среде 70
3.3.1. Пример выявления линейной транзитной зоны трещиноватости в интервале карбонатных отложений на Песчаной площади 73
3.3.2. Пример выявления зон максимальной субвертикальной трещиноватости в коллекторах рифейског о возраста в Восточной Сибири 75
3.4. Изучение влияния горного давления и гравитации на изменения открытой трещиноватости с глубиной 77
3.4.1. Пример прогноза условий бурения скважин и аварийных ситуаций по диаграммам трещиноватости на Восточно Песчаной, Вершиновской и Чиликсайской площадях 83
3.5. Изучение влияния дилатансии 85
3.6. Влияние тектонических вертикальных движений на распределение трещиноватости на антиклинальной складке 88
3.6.1. Пример оценки типа деформации и рекомендации по целенаправленному заложению поисковой скважины в условиях соляно-купольной тектоники на Вершинов ской площади 91
3.7. Влияние тектонических горизонтальных сжимающих усилий на распределение трещиноватости для деформации типа надвига 21
3.8. Влияние тектонических горизонтальных растягивающих усилий на распределение трещиноватости при сбросовой деформации 21
3.9. Оценка геодинамической обстановки на площади исследования 2
Глава 4. Временное (4D) изменение открытой трещиноватости 101
4.1. Краткая характеристика твердотельных лунно-солнечных приливов 104
4.2. Результаты изучения влияния твёрдотельных приливов в процессе длительного сейсмического мониторинга на активность сейсмической эмиссии и эффективность ГТМ 108
4.3. Результаты изучения влияния твёрдотельных приливов на изменение направления движения воды от на нета-тельных скважин на Росташинском месторождении 111
4.4. Результаты экспериментальных исследований по мониторингу трещиноватости геосреды на Ново-Елховском месторождении (Татарстан) 116
4.5. Результаты экспериментальных исследований по мониторингу трещиноватости геосреды на Рогожниковском месторождении (Западная Сибирь).. 127
4.6. Результаты экспериментальных исследований техногенного изменения трещиноватости - определения азимутального направления ГРП в реальном времени на Росташинском месторождении 135
Выводы 143
Заключение 149
Литература 150
Список рисунков 162
- Экспериментальное изучение анизотропии параметров сейсмических отраженных волн
- Использование микросейсмической эмиссии для изучения трещиноватости
- Влияние физико-механических свойств горных пород на распределение трещиноватости в горной среде
- Результаты экспериментальных исследований по мониторингу трещиноватости геосреды на Ново-Елховском месторождении (Татарстан)
Введение к работе
Актуальность изучения поля трещиноватости геосреды обусловлена возрастающими объёмами ГРР, выполняемыми в мировой практике с целью поиска месторождений УВ-сырья. Значительное количество экспериментальных исследований в настоящее время связано с изучением трещиноватости и флюидонасыщения. Для обнаружения и изучения зон трещиноватости используется как анализ традиционных параметров сейсмических волн (скорости, амплитуды, затухания, спектра и т.п), так и новых - анизотропные изменения скорости, амплитуды и спектра, показатель когерентности, расщепление поперечной волны и другие показатели, оценка которых осуществляется на основе методических приемов и способов, специально разработанных в течение последнего десятилетия в сейсморазведке. Принимая во внимание некоторые положительные результаты применения этих методов, отмечаются объективные трудности их использования для изучения трещиноватости из-за наличия различных факторов, затрудняющих во многих случаях получение однозначных результатов. Опыт наших работ, проведённых за 12-летний период на месторождениях в различных регионах РФ, показал, что преодоление имеющихся трудностей возможно при переходе к использованию сейсмических рассеянных волн, так как энергия этих волн более однозначно определяется интенсивностью открытой трещиноватости.
В настоящей работе на экспериментально полученных материалах продемонстрировано расширение возможностей изучения пространственного (3D) и пространственно-временного (4D) распределения трещиноватости в геологической среде на основе использования рассеянных (по технологии СЛБО) и эмиссионных (технология СЛОЭ) сейсмических волн. Учитывая литологическую неоднородность горных пород в разрезе осадочного чехла, а также многообразие источников и очагов напряжения как геологического генезиса (литостатическое и пластовое давление, тектонические усилия, лунно-солнечные твердотельные приливы и др.), так и техногенного
7 происхождения (добыча флюида, закачка воды в пласт, промышленная
вибрация и др.), реальное распределение трещиноватости в геосреде под
влиянием различных компонент имеет достаточно сложную картину,
подчиняясь в то же время определённым закономерностям, используя
которые можно расчленить общее поле на составляющие, образованные
этими компонентами.
Нами рассмотрен и изучен ряд эффектов, которые влияют на распределение открытой трещиноватости, и проведена их систематизация, что является научным вкладом в познание процессов, происходящих в геологической среде [14,16,17, 25-(4.2.4), 124,126,.] Показаны результаты практического использования найденных закономерностей для решения геологических задач, возникающих на поисковой стадии сейсмических работ, таких как обнаружение ловушки возможного скопления УВ-сырья, оценка типа деформации осадочной толщи и выбор оптимального места бурения скважины, а также задач, связанных с оценкой геодинамической обстановки на площади исследования [15,53,123,125].
Анализ многочисленных результатов мониторинга на разрабатываемых месторождениях показал, что временное изменение пространственного поля в значительной степени определяется совокупностью факторов, влияющих на изменение напряженного состояния пород продуктивной толщи. Одним из важных факторов влияния является вариация (колебание) гравитационного потенциала на месторождении за счет твердотельных лунно-солнечных приливов. Для изучения этого явления выполнены экспериментальные исследования на месторождениях в Западной Сибири, Татарстане, Оренбургской области и других регионах РФ. Нами установлена периодичность изменения интенсивности открытой трещиноватости под влиянием твердотельных лунно-солнечных приливов. При этом максимумы изменения поля открытой трещиноватости приходятся на максимумы производной по времени изменения силы тяжести на площади месторождения. Показано, что выявленные закономерности необходимо
8 учитывать при проведении ГТМ на разрабатываемых нефтяных
месторождениях. На этом этапе необходимо контролировать в реальном
времени наиболее важные процессы, происходящие в межскважинном
пространстве, и актуальной является информация об изменении
пространственно-временного распределения трещиноватости, связанного с
перемещением фронта вытеснения нефти, образованием техногенных зон
открытой трещиноватости при гидроразрыве пласта (ГРП) и других
воздействиях на продуктивную толщу.
Целью работы является изучение и систематизация пространственно-временных закономерностей изменения поля открытой трещиноватости геосреды на основе использования рассеянных сейсмических волн, а также волн сейсмической эмиссии.
Основные задачи исследования:
Анализ современного состояния экспериментальных исследований по изучению трещиноватости геологической среды сейсмическими методами.
Изучение природных факторов, определяющих общий характер пространственного (3D) распределения поля трещиноватости геологической среды.
Изучение динамики естественных изменений открытой трещиноватости пород нефтегазовых резервуаров под влиянием лунно-солнечных приливов в режиме мониторинга (4D) в экспериментальных исследованиях с использованием технологий СЛБО и СЛОЭ.
Экспериментальное изучение возможности определения азимутального направления ГРП (динамики техногенной трещиноватости) в реальном времени по наземным наблюдениям с использованием волн сейсмической эмиссии.
Научная новизна. 1. На основе системного анализа данных экспериментальных исследований СЛБО на различных нефтегазовых месторождениях в РФ впервые
9 изучены пространственные закономерности макроструктуры открытой
трещиноватости і еосреды, отражающие влияние литологического, горногравитационного, дилатационного, тектонического факторов.
По результатам экспериментальных исследований мониторинга поля трещиноватости геосреды на основе использования рассеянных и эмиссионных сейсмических волн изучено изменение макроструктуры открытой трещиноватости пород осадочного чехла и фундамента под влиянием лунно-солнечных приливов. Показана необходимость динамического согласования техногенных воздействий на пласт с естественным режимом изменения трещиноватости (фазами уплотнения и разуплотнения).
Обнаружено существование скачкообразного изменения вектора движения потока воды от нагнетательных скважин, вследствие изменения доминирующего направления локальных зон трещиноватости, обусловленного различными фазами твёрдотельных лунно-солнечных приливов. Этот эффект необходимо учитывать при текущей разработке месторождений для повышения эффективности ГТМ.
Практическая значимость.
Практические результаты работы представлены примерами использования пространственных закономерностей трещиноватости для: оценки геодинамической обстановки на площади исследования; оценки типа деформации осадочной толщи и выбора оптимального места бурения скважины; прогноза условий бурения скважин и аварийных ситуаций. Временные закономерности изменения трещиноватости могут быть использованы для повышения эффективности ГТМ при разработке месторождений - определение направления ГРП, фронта вытеснения нефти, изучение шума скважин и др.
Основные защищаемые положения. 1. Пространственные закономерности распределения 3-х мерного поля открытой трещиноватости геосреды, изученные по сейсмическим
10 рассеянным волнам, проявляются: - в линейно-зональном и очаговом
повышении трещиноватости преимущественно в более хрупких породах; -
увеличении трещиноватости с глубиной в осадочном чехле; -
сопряженности относительно интенсивных зон трещиноватости
(дилатансия) с зонами уплотнения; - генерации различных систем
трещиноватости от очагов напряжения тектонической природы в
соответствии с характером деформации осадочной толщи.
2. Колебательный характер изменения макроструктуры открытой
трещиноватости геосреды во времени под действием твёрдотельных
лунно-солнечных приливов:
максимумы интенсивности трещиноватости (по рассеянным волнам) соответствуют положениям Луны в надире относительно объекта наблюдения, при переходе Луны из зенита в надир изменение поля трещиноватости (по волнам СЭ) максимально;
периодическое изменение доминирующего направления локальных зон
трещиноватости скачкообразно изменяет вектор движения потока воды от нагнетательных скважин на разрабатываемом месторождении УВ;
3. Возможность оперативного контроля в реальном времени изменения
техногенной трещиноватости - азимутального направления ГРП по
наземным наблюдениям с использованием волн сейсмической эмиссии.
Внедрение результатов работы.
Результаты работ внедрены в практику исследований нефтедобывающих и геологических организаций ООО «Оренбурггазпром», ОАО «Оренбургнефть».
Фактический материал и личный вклад автора.
Работа выполнялась в ГНЦ РФ ВНИИгеосистем. Полевые исследования велись на объектах «Оренбурггазпром», «Оренбургнефть» и «Тюменнефтегеофизика» с участием специалистов НПВ Геоакустик при ГНЦ РФ ВНИИгеосистем. Комплексные исследования проводились при участии Института новых нефтегазовых технологий РАЕН, «Тюменнефтегеофизика»
и «Севергеофизика». Все основные результаты исследований получены лично автором или при его непосредственном участии и руководстве работами. Апробация работы.
Результаты работы докладывались: на международных конференциях EAGE (Париж, Франция) 2004, (Мадрид, Испания) 2005, (Вена, Австрия) 2006; EAGE-SEG-ЕАГО (Москва) 2003, (Санкт-Петербург) 2006. На семинарах: кафедры динамической геологии геологического факультета МГУ (2005); московского представительства EAGE («Геомодель») 2004. Публикации.
По теме диссертации опубликовано 9 тезисов докладов, из них 8 - на Международных конференциях (EAGE/SEG) и 1 - на Российской Научно-практической конференции «Ядерная геофизика -2004», 2 статьи в журналах «Геология нефти и газа» и «Геоинформатика», раздел главы монографии «Сейсмоакустика пористых и трещиноватых геологических сред» (4.2.4, с.124-155).
Объем и структура работы.
Работа состоит из введения, 4 глав с 27 разделами и заключения. Общий объем работы включает 165 страниц текста, включая 51 рисунок, 2 таблицы и список литературы из 126 наименований. Благодарности.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю д.т.н профессору Кузнецову О.Л. за внимание и постоянную поддержку в процессе работы над диссертацией. Автор искренне благодарит научного консультанта к.г.-м.н. Чиркина И.А. за консультации и помощь в работе; заведующего лабораторией-5 д.ф.м.н. профессора Файзуллина И.С., д.т.н. Дьконова Б.П., к.т.н. Мельчука Б.Ю., д.ф.м.н. Рока В.Е. за конструктивное обсуждение результатов исследований; специалистов НПВ Геоакустик - Воробьёва А.С., Волкова А.В., Богацкого И.И. за помощь во время полевых и промысловых исследований; Гамзатову З.А., Чиркину Л.Н., Белову Г.А. за внимание и помощь на разных этапах работы.
Экспериментальное изучение анизотропии параметров сейсмических отраженных волн
Для решения геологических задач, связанных с оценкой трещиноват осі и, флюидонасыщения, проницаемости, литологии и т.п необходимо использовать информацию об анизотропных свойствах пород. В настоящее время в связи с активным использованием в практике геологоразведочных работ наблюдений 3D происходит интенсивное развитие направления по изучению анизотропии параметров сейсмических отраженных (Р, S- и PS) -волн, распространяющихся в различных азимутальных направлениях, во взаимосвязи с искомыми параметрами -флюидонасыщением, трещиноватостью и др. Основными причинами, вызывающими анизотропию, как отмечается в исследовании [96], где рассмотрены классы анизотропии, являются: палеомагнитные свойства кристаллических и осадочных пород, приводящие к внутренней анизотропии; наличие трещин, нарушений, горизонтальных векторов напряжения и других причин, создающих «наведенную» анизотропию; большие длины сейсмических волн. Вопросам рассмотрения теоретических и практических аспектов проблемы анизотропии посвящен сборник [65], включающий цикл статей в области изучения сейсмической анизотропии. Главными темами сборника являются изучение трещиноватости и распространение обменных волн. Для увеличения эффективности сейсмических исследований с целью получения наиболее полной информации о геологической среде, как отмечается в [23], необходимо проводить совместную обработку и интерпретацию волн разных типов. Возможности совместного использования продольных и поперечных волн позволяют более однозначно прогнозировать литологию, выявлять трещиноватость, получать оценку свойств флюидов на месторождении. Комплектование использования волн разных типов получило название многоволновой сейсморазведки (согласно зарубежной терминологии - multicomponent).
В работе [25] отмечается существование нескольких модификаций многоволновых наблюдений, когда при поочередном возбуждении среды вертикальной и горизонтальными силами регистрируются три компоненты колебаний. В сейсмоакустике использование 3-компонентного возбуждения при 3-компонентном приеме является реализацией технологии 9С. Регистрируя записи на всех трех компонентах определяют направления вектора колебаний как в поперечной, так и в продольной волне. Поляризационный анализ, основанный на знании вектора колебаний поперечных волн, позволяет получить ценную дополнительную информацию о геологических свойствах изучаемой среды. Совместное использование в рамках многоволнового подхода скоростей Vs и VP и их отношения у - Vs/Vp или Atp/Ats., а также коэффициента Пуассона а, который определяется через параметр у выражением 7 = г, дает несомненные преимущества при исследовании геологической среды. Поскольку наблюдается четкое различие между водонасыщенными и газонасыщенными породами, то посредством изучения вариаций у или а можно прогнозировать нефтегазонасыщенность и трещиноватость пород, что в высокой степени оправдывает себя при поиске газонасыщенных залежей. В то же время определение различия в насыщении пласта нефтью или водой является более трудной задачей. Значение скоростей и параметра а позволяют успешно выделять в разрезе известняки, а также отделять чистые песчаные разности от глинистых пород.
В той же работе, по результатам многоволновых исследований на Бахиловском месторождении был построен разрез значений коэффициента Пуассона. Отчётливо прослеживается, что наименьшее значение параметра коэффициента Пуассона относится к интервалу юрских отложений (Н=2900-3200 м, CDP=4070-4300), который по данным бурения соответствует зоне нефтегазонасыщения. Ниже приводится краткий обзор, рассматривающий возможности использования для изучения трещиноватости азимутальных сейсмических наблюдений (AVOA, AVAZ и др.), данных по многокомпонентным, многоазимутальным экспериментам [76,83]. Оценка ориентации трещин, их относительной интенсивности по азимутальным изменениям параметров продольных волн и анализу керна (месторождение Таката, Венесуэла) рассмотрена в работе [104] . Как показали исследования, анализ динамических параметров продольных волн по различным азимутам в зависимости о і удаления (3D AVOA) может быть достаточно эффективным способом определения ориентации трещин и их относительной интенсивности. Такой анализ позволяет предсказывать наличие площадей с повышенной проводимостью из-за нарушений вокруг скважин. Изучение направления трещиноватости по результатам определения анизотропии при широкоазимутальной съемке 3D-4C с донными приемными устройствами рассмотрено в работе [86]. Материалы, полученные при широкоазимутальной съемке, были использованы для определения ориентации трещин и обрабатывались по отсортированным записям после полосовой фильтрации и ввода кинематических поправок с использованием анализа динамических параметров волн по различным азимутам в зависимости от удаления (AVOA). Их анализ проводился по трем горизонтам на участке размером 500 на 1000 м, где сопоставление параметров сейсмических волн с данными о трещиноватости показало наличие достаточно высокой корреляции.
Использование микросейсмической эмиссии для изучения трещиноватости
Исходной концепцией является тот факт, что флюидодинамические процессы (наиболее важные при разработке) во многом определяются геодинамическими параметрами горной среды - напряженно-деформированным состоянием, макротрещиноватостью, дилатансией и др. В этом случае представляется возможным изучение флюидодинамики по одному из указанных параметров геодинамики, например, трещиноватости как основного информационного параметра, характеризующего фильтрационные свойства пород. Таким образом, открытая трещиноватость и ее изменение в геосреде являются тем объектом сейсмических исследований, результаты которых позволяют контролировать ряд важных флюидодинамических процессов, например, продвижение фронта вытеснения нефти водой, изменение направления флюидопотоков при искусственном заводнении, формирование застойных (слабо дренируемых) зон, пространственное развитие гидроразрыва пласта и т.п. Анализ физических явлений, связанных с возникновением и схлопыванием открытых трещин, изменением их формы, размеров и т.д., показывает, что информативными параметрами этих процессов являются их волновые спутники или, так называемая, сейсмоакустическая эмиссия (САЭ). Геологическая интерпретация очагов СЭ заключается в их идентификации с участками геосреды, где произошло изменение открытой трещиноватости: возникновение и схлопывание трещин, их рост, изменение формы, направления и т.д. Результаты экспериментальных исследований [25,97] показали, что активность трещинообразования и, соответственно, интенсивность СЭ возрастает с увеличением модуля градиента напряжения. В условиях разрабатываемого месторождения пространственно-временное изменение НДС и механических свойств пород продуктивной голщи определяется в основном техногенными воздействиями на пласт коллектор. Можно отметить наиболее важные из них: - закачка-откачка жидкости и газа при добыче, нагнетании, искусственном заводнении, гидроразрыве, закачке СО: и др. приводит к изменению пластового давления и механических свойсів пород-коллекторов, инжекция тепловой энергии при внутрипластовом горении, закачке перегретого пара и др. приводит к изменению механических свойств пород-коллекторов и, в отдельных случаях, внутрипластового давления, инжекция упругой волновой энергии при акустическом, сейсмоакустическом и вибросейсмическом воздействиях приводит к изменению механических свойств пород-коллекторов.
Земная кора является открытой термодинамической системой с иерархически блочным строением и находится в напряжённом состоянии под действием внешних и внутренних сил. Распределение напряжений зависит не только от действующих нагрузок, но и от степени неоднородности, трещи новатости пород, насыщенности флюидами. Изменение напряженного состояния пород вызывает их деформацию, приводит к перестройке в контактных поверхностях, в системе трещин, к появлению новых дефектов, что сопровождается сейсмической эмиссией (САЭ).
Рассмотрим предложенную в [9,11] динамическую модель среды с акустической активностью. Предполагается, что различные по форме и размерам блоки на контактных поверхностях в равновесном состоянии скреплены п(0) связями. Прочность каждой определяется напряжением на разрыв аг. В данной модели не конкретизируется механизм разрыва. Из лабораторных, натурных наблюдений и практики дефектоскопии известно, что каждый хрупкий разрыв сопровождается излучением упругого импульса. Тогда интенсивность сейсмоакустической эмиссии будет соответствовать числу разрывов в единицу времени. Общее уравнение кинетики в ансамбле из n((j,t) напряженных связей записывается в виде: где n(ar,t) - число связей с прочностью ог в момент времени t, vr -частота распада связей, m(t) - функция частоты восстановления связей, зависящая от структуры дефектов и сжимающих напряжений.
Уравнение (1) описывает два противоположных процесса: разрыв связей и их восстановление. После преобразований
В зависимости от значений этого интеграла возможны три типа реакции среды на приложенные воздействия. Первый является условием динамического равновесия среды. Второй тип отражает преобладание процесса разрыва связей над их восстановлением. Третий тип противоположен второму, т.е. процесс разрыва связей подавляется и создаются условия для «залечивания» первичных дефектов и упрочения среды.
Для оценки интенсивности САЭ в зависимости от структуры, свойств пород и действующих напряжений приводится выражение из кинетической теории прочности твёрдых тел [13].
Здесь U = Uo - уоо - энергия активации разрывов с учётом действия постоянных нагрузок, у - структурный параметр, учитывающий перенапряжения на неоднородностях, v0 - частота тепловых колебаний атомной решётки, к - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура. Оценка ожидаемых амплитуд, возникающих импульсов САЭ с сейсмическим моментом не менее Mt, где М, = (isd, ц - модуль сдвига, s-площадь разрыва, d - дислокационное смещение, показывает, что с амплитуда акустического сигнала возрастает с увеличением длины разрыва или времени его распространения. Отмечается, чю при уменьшении сг импульсный іип САЭ может перейти в непрерывный. Рассмотренная модель может учитывать не только неоднородное распределение напряжений, но и влияние флюидов, которые часто понижают поверхностную энергию возникающих дефектов, тем самым уменьшая прочность связей ог. Полученные соотношения можно использовать для оценки напряжённого состояния горных пород по характеристикам САЭ. В технологическом отношении СЛОЭ как и все виды сейсмических исследований содержит три базовых этапа работ: наблюдение, обработка и интерпретация. Основным технологическим отличием СЛОЭ является непрерывное выполнение наблюдения и обработки для оперативного предоставления результатов в реальном или квазиреальном времени. Полевые наблюдения проводятся в пассивном режиме регистрации СВП и включают помимо перечисленных для СЛБО основных технологических операций также следующие: проведение опытных работ для коррекции статических поправок в пункты приема, выполнение контрольных записей по наблюдению сейсмического волнового поля (СВП) в районе эталонных объектов-скважин, находящихся в бурении, эксплуатации (добыча или нагнетание), ГРП и т.п., для коррекции кинематических поправок, окончательная коррекция относительных статических поправок и скоростной характеристики по контрольным записям СВП техногенной сейсмической эмиссии на эталонных объектах-скважинах, мониторинг сейсмической эмиссии геосреды в режиме непрерывного приема и регистрации СВП.
Влияние физико-механических свойств горных пород на распределение трещиноватости в горной среде
Породы осадочного чехла и фундамента в силу различных условий генезиса имеют различные петрологическую текстуру и литологический состав, характеризующие различия физико-механических свойств и диапазон их изменения [8,44]. Особый интерес представляют свойства пород, определяющие их сопротивление к нарушению сплошности под действием внешних нагрузок [12,13]. При этом образующаяся трещиноватость возникает как на стадии упругих деформаций - до достижения предела текучести, так и пластических деформаций - за пределами характерной точки графика напряженно-деформированного состояния пород, таким образом, в этих случаях имеют место процессы, связанные с хрупкостью или вязкостью пород. Хрупкость - одно из важных физико-механических свойств - определяет особенности образования в горной породе трещиноватости при небольшой, преимущественно упругой деформации, когда средний уровень действующих напряжений ниже предела текучести. Породы, обладающие свойством более высокой хрупкости, будут иметь более высокую трещиноватость при относительно равных термобарических условиях, и в соответствие с этим, будут выделяться как зоны повышенной трещиноватости с латеральным распространением. Однако следует учитывать, что хрупкость не является постоянной величиной для данной породы и во многом зависит от температуры, величины и направлений векторов напряжений, концентрации напряжений, времени приложения усилий и др. Ниже приведён пример выявления линейной транзитной зоны трещиноватости в интервале карбонатных отложений на Песчаной площади Оренбургской области.
В региональном геотектоническом плане Песчаная площадь приурочена к зоне сочленения Соль-Илецкого выступа фундамента с Прикаспийской синеклизой. Границей между этими элементами является субширотная тектоно-седиментационная Илекско-Яйсанская флексура, сформировавшаяся в каменноугольно-нижнепермское время в условиях некомпенсированного осадконакопления и наиболее рельефно проявляющаяся сокращением мощностей подсолевых карбонатных отложений. Вдоль этой флексуры развита система рифогенных образований верхнедевонско-каменноугольно-нижнепермского возраста. Согласно нефтегазогеологическому районированию площадь исследования приурочены к Соль-Илецкому нефтегазоносному району Волго-Уральской НГП. Перспективы нефтегазоносности здесь связываются как с эйфельско-франко-турнейским карбонатным комплексом, так и с рифовыми отложениями окско-башкирского и нижнепермского возрастов. В разрезе осадочного чехла более хрупкие породы выделяютя как интервалы или зоны повышенной трещиноватости, имеющие латеральное распространение, соответствующее залеганию этих пород. Например, транзитная зона трещиноватости в интервале карбонатных отложений может иметь трещин больше на порядок и более чем в интервале глин или солей [124]. Указанная закономерность наглядно проявляется на рис.15, где представлено сопоставление вертикального разреза открытой трещиноватости по данным СЛБО на Песчаной площади -а (чёрными линиями показаны основные отражающие горизонты по материалам сейсмики 3-D) с литологическим разрезом -б. По данным сейсморазведки выделены отражающие горизонты: Кн2 (А) - кровля подсолевых карбонатов, Даф - кровля афонинского горизонта эйфельского яруса среднего девона и Д1 - бурением не вскрыт, но условно его можно сопоставить с низами среднего девона. Как видно, аномальные зоны повышенной трещиноватости выделяются именно в карбонатном литотипе.
В то же время залегающие выше соли ввиду их пластичности и нижележащие породы фундамента, обладающие большей плотностью, на разрезе открытой трещиноватости характеризуются пониженными значениями. Цитологическая расчлененность разреза является общим фоном или детерминированной составляющей поля трещиноватости. Максимальная трещиноватость на площади исследования отмечается на глубинах -5,6 - - -5,4 км. Эта аномалия трещиноватости обусловлена, в основном, наличием на данной глубине относительно широкой (1-2 км) линейно вытянутой зоны трещиноватости, состоящей из отдельных локальных максимумов и имеющей общую протяженность 11 км. Общее направление простирания зоны - с восток-юго-востока на запад-северо-запад. Это направление во многом совпадает с направлениями простирания основных элементов строения Бортовой зоны Прикаспия и Соль-Илецкого выступа фундамента в данном районе: Соль-Илецкий свод, Аксайский грабенообразный прогиб, Каинсайский блок, ось Линевско-Изобильненского прогиба и др. Такое соответствие указывает на возможную связь генезиса данной линейной зоны с общей структурой организации геологического пространства в данном районе. Если породы испытывают длительное нагружение в геологическом масштабе времени, то вязкая трещиноватость развивается в области пластической деформации для геосреды в целом, и кривая зависимости «напряжение-деформация» имеет более короткий участок упругой деформации. Зоны трещиноватости, образующиеся при пластической деформации геосреды, могут транзитно субвертикально проходить через весь осадочный чехол, представленный породами различного литологического состава с неодинаковыми физико-механическими свойствами, а также и фундамен г.
Результаты экспериментальных исследований по мониторингу трещиноватости геосреды на Ново-Елховском месторождении (Татарстан)
Оперативность выполнения наблюдений СЛБО на площади 10-15 кв. км составляет от 2,5 до 8 часов, что позволяет использовать данный метод в режиме мониторинга для изучения временных изменений трещиноватости в геосреде на основе технологии 4-D. Эта технология была неоднократно реализована при выполнении исследований СЛБО в Республике Татарстан (на Ромашкинском, Бавлинском, Ново-Елховском и других месторождениях), Западной Сибири (Ермаковское и Рогожниковское месторождения), Оренбургской области (Оренбургское НГК месторождение) и в Грозном (на Старогрозненском месторождении). Рассмотрим результаты мониторинга трещиноватости геосреды на основе режимных наблюдений СЛБО при изучении влияния естественных факторов на изменение трещиноватости геосреды во времени [14,16].
Участок экспериментального исследования располагается в центральной части Ново-Елховского месторождения Ромашкинского нефтегазоносного района РТ (рис.37). Восточнее скв. 20009 (на 4,5 км) находится Алтунино-Шунакский разлом, который имеет меридиональное направление и разделяет Альметьевский и Акташ-Новоелховский блоки фундамента. Скв. 20009 забурена в марте 1988 г. в рамках "Программы изучения недр Татарстана", включающей изучение крупных раннедокембрийских структурно-вещественных комплексов и рифей-вендских отложений. В качестве важнейшей задачи выдвинута проблема обнаружения в КФ горизонтов или зон, способных аккумулировать углеводороды. В насюящее время забой скв 20009 находится на глубине
На основании детального изучения керна, шлама и результатов комплексного изучения всех методик ГИС составлен сводный геолого-геофизический разрез скважины. При разнообразии петрофизических свойств пород и их характеристик по ГИС в разрезе отчетливо выделяются крупные толщи (от 180 до 1380 м) со сходными характеристиками. На их границах происходит резкая смена геофизических характеристик, вызванная сменой состава и структуры пород. Всего выделено 5 толщ, в каждой из них основную роль играют породы большечеремшанской или отрадненской серий архея, а локальные колебания состава и свойств связаны с более поздними наложенными процессами гранитизации.
Для оценки влияния твёрдотельных приливов на поле открытой трещиноватости геосреды наблюдения СЛБО выполнены в режиме мониторинга с соблюдением идентичности параметров излучения и приёма на всех циклах. В режиме мониторинга были проведены 4 цикла наблюдений, время которых совпадает с экстремумами графика лунно-солнечных приливов: наблюдения 2 и 4 (минимумы на графике вариации силы тяжести, рассчитанном для географических координат скв.20009) -соответствуют положению Луны в надире, наблюдения 3 и 5 (максимумы на графике) - в зените (рис. 38). Время одного цикла наблюдений составляло не более 6 часов. По результатам мониторинга получен набор временных горизонтальных срезов и вертикальных разрезов, проходящих через скв.№20009. Период времени наблюдений составил 5 дней. В качестве примера на рис.39 показаны горизонтальные срезы открытой трещиноватости - а) на уровне -1600м (кровля фундамента), б) на уровне -5300 м в толще кристаллического фундамента по наблюдениям от 15.01.2003г., 16.01.2003г., 18.01.2003г., 19.01.2003г. На данном изображении хорошо различимы изменения, происходящие с зонами аномально высокой открытой трещиноватости в результате твёрдотельных приливов. На фоне сохранения общей взаимной конфигурации зон трещиноватости заметно перераспределение энергии между соседними зонами, её изменение.
На уровне кровли фундамента, в частности, можно отметить, что во время твёрдотельного прилива (Луна в зените) интенсивность трещиноватости аномальных зон увеличивается. На иллюстрациях горизонтальных срезов наглядно отмечается тенденция субширотного простирания зон трещиноватости. Общей характерной особенностью этих зон является их более высокая интенсивность на востоке площади. Данная особенность также наглядно отмечается на широтном вертикальном разрезе через скв. 20009. Это позволяет сделать вывод о развитии данных зон с востока, т.е. очаг напряжения, формирующий систему субширотных зон трещиноватости (в горизонтальном плане), находится восточнее площади исследования. Именно здесь на удалении -4,5 км от скв. 20009 или 2 км от восточного угла площади расположен Алтунино-Шунакский разлом меридионального направления (рис.37). В геодинамическом отношении данный разлом четко трассируется по групповым землетрясениям, которые проявляются в настоящее время [33], что указывает на его высокую неотектоническую активность. Поэтому, учитывая последнее, можно утверждать, что Алтунино-Шунакский разлом меридионального направления является тем источником (очагом) напряжения, который формирует систему субширотных зон трещиноватости. Субширотное направление системы обусловлено главным вектором нормального напряжения сжатия, имеющим направление с востока на запад (от разлома). Для получения информации о распределении трещиноватости в целом по площади были получены графики изменения трещиноватости с глубиной для указанных выше дат наблюдения. Примеры этих зависимостей показаны на рис.40. В целом для площади отмечается тенденция увеличения трещиноватости с глубиной, что соответствует общей закономерности для геологических сред. Объясняется это тем, что с увеличением глубины возрастают сжимающие усилия, которые, в первую очередь, способствуют уплотнению горных пород за счет уменьшения межзерновой пористости, что, в свою очередь, приводит к возрастанию трещинной пористости или трещиноватости горных пород.
