Поиск и разведка месторождений нефти и газа

Аэрогеологические исследования предусматривают  визуальные наблюдения, а также различные виды съемок – фотографическую, телевизионную, спектрометрическую, инфракрасную, радарную. При визуальных наблюдениях космонавты имеют возможность судить о строении шельфов, а также выбирать объекты для дальнейшего изучения из космоса. С помощью фотографической и телевизионной съемок можно увидеть очень крупные геологические элементы Земли – мегаструктуры или морфоструктуры.

В ходе спектрометрической съемки исследуют спектр естественного электромагнитного излучения природных объектов в различном диапазоне частот. Инфракрасная съемка позволяет установить региональные и глобальные тепловые аномалии Земли, а радарная съемка обеспечивает возможность изучения ее поверхности независимо от наличия облачного покрова.

Космические исследования не открывают месторождений полезных ископаемых. С их помощью находят геологические структуры, где возможно размещение месторождений нефти и газа. В последующем геологические экспедиции проводят в этих местах полевые исследования и дают окончательное заключение о наличии или отсутствии этих полезных ископаемых.Вместе с тем, несмотря на то, что современный геолог-поисковик достаточно хорошо «вооружен» эффективности поисковых работ на нефть и газ остается актуальной проблемой. Об этом говорит значительное количество «сухих» (не приведших к находке промышленных залежей углеводородов) скважин.

Первое  в Саудовской Аравии крупное месторождение  Дамам было открыто после неудачного бурения 8 поисковых скважин, заложенных на одной и той же структуре, а  уникальное месторождение Хасси-Месауд (Алжир) – после 20 «сухих» скважин. Первые крупные залежи нефти в Северном море были обнаружены после бурения крупнейшими мировыми компаниями 200 скважин (либо «сухих», либо только с газопроявлениями). Крупнейшее в Северной Америке нефтяное месторождение Прадхо-Бей размерами 70 на 16 км с извлекаемыми запасами нефти порядка 2 млрд.т было обнаружено после бурения на северном склоне Аляски 46 поисковых скважин.

Есть  подобные примеры и в отечественной  практике. До открытия гигантского Астрахонского газоконденсатного месторождения было пробурено 16 непродуктивных поисковых скважин. Еще 14 «сухих» скважин пришлось пробурить прежде, чем нашли второе в Астрахансткой области по запасам Еленовское газоконденсатное месторождение.

В среднем, по всему миру коеффициент успешности поисков нефтяных и газовых месторождений составляет около 0,3. Таким образом, только каждый третий разбуренный объект оказывается месторождением. Но это только в среднем. Нередки и меньшие значения коэффициента успешности.

Геологи имеют дело с природой, в которой  не все связи объектов и явлений  достаточно изучены. Кроме того, применяемая  при поисках месторождений аппаратура еще далека от совершенства, а ее показания не всегда могут быть интерпретированы однозначно.

Классификация залежей нефти и  газа

Под залежью нефти и газа мы понимаем любое естественное их скопление, приуроченное к природной ловушке. Залежи подразделяются на промышленные и непромышленные.

Под месторождением понимают одну залежь или группу залежей, полностью или частично совпадающих в плане и контролируемых структурой или ее частью.

Большое практическое и теоретическое значение имеет создание единой классификации  залежей и месторождений, в числе  других параметров включающей также  размеры запасов.

При классификации залежей нефти  и газа учитываются такие параметры, как углеводородный состав, форма  рельефа ловушки, тип ловушки, тип  экрана, значения рабочих дебитов  и тип коллектора.

По углеводородному  составу залежи подразделяются на 10 классов: нефтяные, газовые, газоконденсатные, эмульсионные, нефтяные с газовой шапкой, нефтяные с газоконденсатной шапкой, газовые с нефтяной оторочкой, газоконденсатные с нефтяной оторочкой, эмульсионные с казовой шапкой, эмульсионные с газоконденсатной шапкой. Описанные классы относятся к категории однородных по составу залежей, в пределах которых в любой точке нефтегазосодержащего пласта физико-химические свойства углеводородов примерно одинаковы. В залежах остальных шести классов углеводороды в пластовых условиях находятся одновременно в жидком и газообразном состояниях. Эти классы залежей имеют двойное наименование. При этом на первое место ставится название комплекса углеводородных соединений, геологические запасы которых составляют более 50 % от общих запасов углеводородов в залежи.

Форма рельефа ловушки  является вторым параметром, который необходимо учитывать при комплексной классификации залежей.  Практически она совпадает с поверхностью подошвы экранирующих залежь пород. Форма ловушек может быть антиклинальной, моноклинальной, синклинальной и сложной.

По типу ловушки  залежи подразделяются на пять классов: биогенного выступа, массивные, пластовые, пластово-сводовые, массивно-пластовые. К пластовым залежам можно отнести только те, которые приурочены к моноклиналям, синклиналям и склонам локальных поднятий. Пластово-сводовыми называются залежи, приуроченные к положительным локальным подятиям, в пределах которых высота залежи больше мощности зона. К массивно-пластовым относятся залежи, приуроченные к локальным поднятиям, моноклиналям или синклиналям, в пределах которых высота залежи меньше мощности пласта.

По значениям рабочих  дебитов выделяется четыре класса залежей: высокодебитная, среднедебитная, малодебитная, непромышленная. В данной классификации пределы значений дебитов нефтяных и газовых залежей разнятся на один порядок. Это обусловлено тем, что газовые залежи обычно разведываются и эксплуатируются более редкой сеткой скважин.

По типу коллектора выделяется семь классов залежей: трещинный, кавернозный, поровый, трещинно-поровый, трещинно-кавернозный, кавернозно-поровый и трещинно-кавернозно-поровый. Для некоторых газовых и газоконденсатных шапок, нефтяных залежей, газовых и газоконденсатных залежей следует учитывать наличие в порах, кавернах и трещинах неизвлекаемой нефти, которая уменьшает объем пустот залежи и должна учитываться при подсчете запасов нефти и газа.

Данная классификация является неполной, но она учитывает наиболее важные параметры, необходимые для  выбора методики разведки и оптимальной  технологической схемы эксплуатации.

Проблемы при поисках и разведке нефти и газа, бурении скважин

С древнейших времен люди использовали нефть и газ там, где наблюдались  их естественные выходы на поверхность  земли. Такие выходы встречаются  и сейчас. В нашей стране – на Кавказе, в Поволжье, Приуралье, на острове Сахалин. За рубежом – в Северной и Южной Америке, в Индонезии и на Ближнем Востоке.

Все поверхности проявления нефти  и газа приурочены к горным районам  и межгорным впадинам. Это объясняется тем, что в результате сложных горообразовательных процессов нефтегазоносные пласты, залегавшие ранее на большой глубине, оказались близко к поверхности или даже на поверхности земли. Кроме того, в горных породах возникают многочисленные разрывы и трещины, уходящие на большую глубину. По ним также выходят на поверхность нефть и природный газ.

Наиболее часто встречаются  выходы природного газа – от едва заметных пузырьков до мощных фонтанов. На влажной  почве и на поверхности воды небольшие  газовые выходы фиксируются по появляющимся на них пузырькам. При фонтанных же выбросах, когда вместе с газом извергаются вода и горная порода, на поверхности остаются грязевые конусы высотой от нескольких до сотен метров. Представителями таких конусов на Апшеронском полуострове являются грязевые «вулканы» Тоурагай (высота 300 м) и Кянизадаг (490 м). Конусы из грязи, образовавшиеся при периодических выбросах газа, встречаются также на севере Ирана, в Мексике, Румынии, США и других странах.

Естественные выходы нефти на дневную  поверхность происходят со дна различных водоемов, через трещины в породах, через пропитанные нефтью конусы (подобные грязевым) и в виде пород, пропитанных нефтью.

На реке Ухте со дна через небольшие  промежутки времени наблюдается  всплытие небольших капель нефти. Нефть постоянно выделяется со дна Каспийского моря недалеко от острова Жилого.

В Дагестане, Чечне, на Апшеронском  и Таманском полуостровах, а также  во многих других местах земного шара имеются многочисленные нефтяные источники. Такие поверхностные нефтепроявления характерны для горных регионов с сильно изрезанным рельефом, где балки и овраги врезаются в нефтеносные пласты, расположенные вблизи поверхности земли.

Иногда выходы нефти происходят через конические бугры с кратерами. Тело конуса состоим из загустевшей окисленной нефти и породы. Подобные конусы встречаются на Небит-Даге (Туркмения), в Мексике и других местах. На острове Тринидат высота нефтяных конусов достигает 20 м, а площадь «нефтяных озер» состоит из загустевшей и окисленной нефти. Поэтому даже в жаркую погоду человек не только не проваливается, но даже не оставляет следов на их поверхности.

Породы, пропитанные окисленной и  затвердевшей нефтью, именуются «кирами». Они широко распространены на Кавказе, в Туркмении и Азербайджане. Встречаются  они на равнинах: на Волге, например, имеются выходы известняков, пропитанных нефтью.

В течение длительного времени  естественные выходы нефти и газа полностью удовлетворяли потребности  человечества. Однако развитие хозяйственной  деятельности человека требовало все больше источников энергии.

Стремясь увеличить количество потребляемой нефти, люди стали рыть колодцы в местах поверхностных  нефтепроявлений, а затем бурить скважины.

Сначала их закладывали там, где  нефть выхолила на поверхность земли. На количество таких мест ограничено. В конце прошлого века был разработан новый перспективный способ поиска. Бурение стали вести на прямой, соединяющий две скважины, уже дающие нефть.

В новых районах поиск месторождений  нефти и газа велся практически  вслепую, шарахаясь из стороны в сторону. Понятно, что так не могло долго продолжаться, ведь бурение каждой скважины стоит тысяч долларов. Поэтому остро встал вопрос о том, где бурить скважины, чтобы безошибочно находить нефть и газ.

Это потребовало объяснить происхождение  нефти и газа, дало мощный толчок развитию геологии – науки о составе, строении и истории Земли, а также методов поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений.

Поисковые работы на нефть и газ  осуществляются последовательно от регионального этапа к поисковому и далее – разведочному. Каждый этап подразделяется на две стадии, на которых осуществляют большой комплекс работ, выполняемых специалистами разног профиля: геологами, буровиками, геофизиками, гидродинамиками и др.

Среди геологических исследований и работ большое место занимает бурение скважин, их опробование, отбор керна и его изучение, отбор проб нефти, газа и воды и их изучении и др.

Назначение буровых скважин  при поисково-разведочных работах  на нефть и газ различно. На региональном этапе бурят опорные и параметрические скважины.

Опорные скважины бурятся в слабоизученных территориях для изучения геологического строения и перспектив нефтегазоносности. По данным опорных скважин выявляются крупные структурные элементы и  разрез земной коры, изучаются геологическая история и условия возможного нефтегазообразования и нефтегазонакопления. Опорные скважины закладываются, как правило, до фундамента или до технически возможной глубины и в благоприятных сткруктурных условиях (на сводах и других поднятиях). В опорных скважинах отбирается керн и шлам по всему разрезу отложений, проводится полный комплекс промыслово-геофизических исследований скважин (ГИС), опробование перспективных горизонтов и др.

Параметрические скважины бурятся  в целях изучения геологического строения, перспектив нефтегазоносности и определения параметров физических свойств пластов для боле эффективной интерпретации геофизических исследований. Они закладываются на локальных поднятиях по профилям для регионального изучения крупных структурных элементов. Глубина скважин, как и для опорных выбирается до фундамента или, в случае невозможности его достижения (как, например, в Прикаспии), до технически возможной.

Поисковые скважины бурятся с целью  открытия скоплений нефти и газа на подготовленной геологическими и геофизическими методами площади. Поисковыми считаются все скважины, пробуренные на поисковой площади до получения промышленного притока нефти или газа. Разрезы поисковых скважин детально изучаются (отбор керна, ГИС, опробование, отбор проб флюидов и др.)

Глубина поисковых скважин соответствует  глубине залегания самого нижнего  перспективного горизонта и в  зависимости от геологического строения разных регионов и с учетом технических  условий бурения колеблется от 1,5-2 до 4,5-5,5 км и более.

Разведочные скважины бурятся с целью оценки запасов открытых залежей и местоскоплений. По данным разведочных скважин определяется конфигурация залежей нефти и газа, и рассчитываются параметры продуктивных пластов и залежей, определяется положение ВНК, ГНК, ГВК. На основании разведочных скважин делается подсчет запасов нефти и газа на открытых местоскоплениях. В разведочных скважинах проводится большой комплекс исследований, включая отбор и исследование керна, отбор проб флюидов и исследование их в лабораториях, опробование пластов в процессе бурения и испытание их после окончания бурения, ГИС и др.

Бурение скважин на нефть и газ, осуществляемое на этапах региональных работ, поисков; разведки, а также  разработки, является самым трудоемким и дорогостоящим процессом. Большие затраты при бурении скважин на нефть и газ обусловлены: сложностью бурения на большую глубину, огромным объемом бурового оборудования и инструментов, а также различных материалов, которые требуются для осуществления этого процесса, включая глинистый раствор, цемент, химреагенты и др. кроме этого, затраты возрастают за счет обеспечения природоохранных мероприятий.

Основные проблемы, возникающие  в современных условиях при бурении  скважин, поисках и разведке нефти  и газа, сводятся к следующему.

1. Необходимость бурения во многих регионах на большую глубину, превышающую 4-4,5 км, связана с поисками УВ в неизученных низких частях разреза отложений. В связи с этим, требуется применение более сложных, но надежных конструкций скважин для обеспечения эффективности и безопасности работ. При этом, бурение на глубину свыше 4,8 км сопряжено со значительно большими затратами, чем при бурении на меньшую глубину.
2. В последние годы возникли более сложные условия для проведения буровых работ и поисков нефти и газа. Геологоразведочные работы на современном этапе все больше продвигаются в регионы и районы, характеризующиеся сложными географическими и геологическими условиями. Прежде всего, это труднодоступные районы, неосвоенные и необустроенные, включая Западную Сибирь, европейский север, тундру, тайгу, вечную мерзлоту и др. Кроме этого, бурение и поиски нефти и газа ведутся в сложных геологических условиях, включая мощные толщи каменной соли (например, в Прикаспии), наличие в залежах сероводорода и других агрессивных компонентов, аномально высокого пластового давления и др.