Инновационные сейсмоакустические технологии для разведки и разработки месторождений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инновационные сейсмоакустические технологии для разведки и разработки месторождений

В статье рассмотрены современные проблемы геофизической науки в системе нефтегазового комплекса. Предложены инновационные технологии сейсмоакустики в ускорении поисково-разведочных работ и вводе в эксплуатацию новых территорий нефтедобычи.

The article examines modern problems of geophysical science in oil-gas complex system. There are proposed seismic-sonic technologies in acceleration of quest-prospecting works and introducing new territories of oil production into exploitation.

В настоящее время перед нефтегазодобывающим комплексом стоит ряд серьезных проблем. Во-первых, падают объемы добычи из-за истощенности разрабатываемых месторождений и их прогрессирующей обводненности; во-вторых, ежегодная добыча не компенсируется приростом подготовленных запасов. В свете этих проблем основными задачами являются существенное повышение геологической, оперативной и экономической эффективности подготовки новых запасов УВ, а также увеличение коэффициента извлечения нефти на разрабатываемых месторождениях. Эффективность поисково-разведочных работ во многом зависит от объемов бурения глубоких скважин. Учитывая, что из общего объема бурения поисково-разведочных скважин только 30 - 40% (мировая статистика) оказываются продуктивными, становится очевидной необходимость резко сокращать бурение пустых скважин. Это возможно при резком повышении геологической эффективности сейсморазведки, по результатам которой определяются точки бурения скважин. Именно сейсморазведка является ключевым звеном повышения геологической эффективности бурения, а следовательно, оперативности и экономичности подготовки запасов. Поэтому применение все более совершенных сейсмических исследований является залогом решения поставленных выше задач.

Широкое применение технологий сейсморазведки 3D не принесло ожидаемого результата в смысле необходимого повышения геологической эффективности поисково-разведочного бурения, хотя стоимость работ существенно возросла. Не останавливаясь на преимуществах и недостатках сейсморазведки 3D, отметим, что в настоящее время существует альтернатива - инновационные сейсмоакустические технологии, позволяющие решить проблему 100%-ной продуктивности вновь пробуренных поисково-разведочных скважин.

Для разработки инновационных сейсмоакустических технологий использованы результаты фундаментальных и прикладных экспериментальных (лабораторных и натурных) исследований, проводимых учеными научной школы проф. О.Л. Кузнецова с середины 80-х годов [1]. Результаты исследований позволили выявить закономерности нелинейного взаимодействия упругих волн с многофазной поротрещиноватой средой и оценить возможность использования упругих волн с «инфранизкой» энергетикой для диагностики и управления состоянием и свойствами геологической среды. Полученные результаты стали базовой основой разработок, которые завершились созданием принципиально новых сейсмоакустических технологий, значительно расширяющих (по сравнению с существующими отечественными и зарубежными аналогами) спектр решаемых прикладных задач [2]. Наиболее важные инновационные сейсмоакустические технологии отмечены премией Правительства РФ в 2008 г. в области науки и техники и кратко представлены ниже.

Технология «Сейсмический локатор бокового обзора (СЛБО)» создана в 1990 г. специально для изучения трещиноватости геологической среды на нефтегазовых месторождениях. Технология СЛБО отличается от стандартных тем, что используются рассеянные сейсмические волны, ранее не применявшиеся в сейсморазведке. Рассеянные волны (РВ) являются прямым индикатором трещиноватости геосреды, а энергия сейсмических сигналов этих волн отождествляется с интенсивностью открытой трещиноватости геосреды в области 1-й зоны Френеля.

РВ характеризуются аномально низкой энергией на 1 - 2 порядка ниже, чем у зеркально отраженных волн, широко применяемых в стандартной сейсморазведке. Для выделения РВ используют суперкратное накопление (104) сейсмических сигналов этих волн.

Для реализации синфазного накопления сигналов рассеянной волны используют разработанное С.И. Шленкиным фокусирующее преобразование сейсмического волнового поля, которое позволяет в регистрируемом сейсмическом поле выделить рассеянные волны, определить их энергию и место возникновения. На основе фокусирующего преобразования осуществляют сканирующий обзор нижнего полупространства и получают объемную матрицу значений энергии рассеянной волны, отождествляемую 3D-полем индекса открытой трещиноватости геосреды (рис. 1). Для исключения областей, где доминантное влияние имеют отраженные волны, при наблюдении реализуют схему локатора бокового обзора.

Рис. 1. Пример 3D-поля трещиноватости по СЛБО

Технология СЛБО позволяет надежно решать наиболее важную задачу получение высоких и максимальных притоков нефти во вновь пробуренных скважинах. На рис. 2 представлены примеры сейсмических разрезов трещиноватости (по СЛБО), на основе которых заложены скважины и получен максимальный дебит при испытании. Кроме Западной и Восточной Сибири аналогичные результаты получения максимальных притоков УВ за счет бурения скважин в аномально трещиноватые зоны получены в Оренбургской области, на Северном Кавказе, в Иране.

Рис. 2. Примеры сейсмических разрезов трещиноватости по данным СЛБО, на основе которых заложены скважины

Результаты исследований СЛБО используют также для решения ряда других важных задач. Это прогноз аварийно-опасных интервалов бурения скважин (поглощение бурового раствора, прихват инструмента, выброс пластового флюида и т. д.), оптимизация направления горизонтальных скважин, повышение эффективности сейсморазведки в сложных сейсмогеологических условиях, контроль изменения трещиноватости при техногенном воздействии на геологическую среду и продуктивную толщу.

Технология акустической низкочастотной разведки (АНЧАР) создана в 1993 г. для прямого обнаружения месторождений нефти и газа. В основе технологии лежит эффект генерации углеводородной залежью собственных когерентных колебаний в диапазоне инфранизких частот (3 - 7 Гц) при возбуждении ее внешним искусственным или естественным полем упругих колебаний [4]. Причем режим генерации собственных волн сохраняется в некотором интервале времени после прекращения действия внешнего источника возбуждения.

Полевые наблюдения проводят с помощью специальных датчиков в инфразвуковом диапазоне частот. Основной процедурой обработки сейсмических сигналов является расчет спектральной мощности сейсмического волнового поля до и после вибровоздействия.

Как показывает опыт промышленного использования, технология АНЧАР позволяет прогнозировать наличие нефти и газа до глубин более 6 км. По технологии АНЧАР изучено около 300 участков на поисково-разведочных площадях, разрабатываемых месторождениях и эксплуатируемых подземных газовых хранилищах. Подтверждение АНЧАР-прогноза бурением составляет 85%. Пример выделения нефтенасыщенных зон по технологии АНЧАР представлен на рис. 3.

Рис. 3. Пример выделения нефтенасыщенных зон по технологии АНЧАР на Нагумановской площади (Оренбургская область)

нефтегазовый сейсмоакустика разведочный бурение

В последние годы возросло значение морской геофизической разведки. В связи с этим разработан морской вариант технологии АНЧАР -- прямая акваториальная разведка углеводородного сырья (ПАРУС). Технология проведения измерений на море и суше во многом сходна.

Необходимо подчеркнуть, что технологию АНЧАР используют в сложных сейсмогеологических условиях (соляно-купольная тектоника, транзитные зоны и др.), что позволяет существенно повысить эффективность сейсморазведки на поисково-разведочном этапе.

Технология «Сейсмолокация очагов эмиссии (СЛОЭ)» создана в 2005 г. для решения важных геологических и промысловых задач (ранее не ставившихся перед сейсморазведкой) на разведуемых и разрабатываемых месторождениях, а также поисковых площадях. В основе лежит изучение микросейсмической эмиссии (МСЭ) упругих волн геологической среды.

В технологии СЛОЭ используют принципы пассивного локатора. Наблюдения волнового поля осуществляют с дневной поверхности площадной системой (апертурой) геофонов (рис. 4). Обработку же проводят на основе фокусирующего преобразования.

Рис. 4. Ситуационная схема наблюдения СЛОЭ (Оренбургская область) и рабочее место оператора сейсмостанции «Прогресс-Т2»

Важной отличительной особенностью СЛОЭ является оперативное получение результатов мониторинга в реальном времени. По результатам мониторинга изучают процесс изменения МСЭ в точках сканирования геологической среды. Данный процесс характеризуется как мультипликативный случайный, для которого стационарными параметрами являются среднее значение, дисперсия и автокорреляционная функция. Эти параметры определяются такими характеристиками геосреды, как напряженное состояние, трещиноватость, физико-механические свойства и тип флюидонасыщения.

Работы по технологии СЛОЭ делятся на кратковременный и долговременный мониторинги МСЭ. В первом случае мониторинг проводится в течение 1 - 2 часов для изучения результатов воздействия на пласт, в основном гидроразрыва пласта (ГРП). Так технология СЛОЭ позволяет контролировать процесс ГРП в реальном времени и оперативно останавливать его, предотвращая его негативное развитие.

По данным длительного мониторинга (не менее 20 дней) получают важную геологическую и промысловую информацию о месторождении: неоднородность нефтесодержания (рис. 5), глинизацию, наряженное состояние продуктивной толщи и ее мини-блоковое строение; схемы потоков нефти и воды в залежи; потенциал текущего дебита скважин и выделение первоочередных скважин для кратного увеличения притоков нефти; обводненность залежи, конфигурацию фронта вытеснения нефти водой, местоположение останцов нефти.

Рис. 5. Неоднородность нефтесодержания пластов на площади 100 км2

Данная информация позволяет оптимизировать разработку с целью увеличения полноты извлечения и темпа отбора нефти на месторождении при снижении эксплуатационных затрат за счет сокращении объемов бурения и исключения неэффективных геолого-технологических мероприятий.

Комплекс технологий «Сейсмоакустическое воздействие на продуктивный пласт» создан в 1985 - 2000 гг. для повышения коэффициента нефтеизвлечения (КИН) и темпа отбора нефти на месторождениях с падающей добычей, истощенными и трудноизвлекаемыми запасами.

Комплекс включает 15 комбинированных волновых технологий. Основной физической новизной технологии является дистанционное сейсмоакустическое воздействие на продуктивную среду упругими колебаниями гармонической и импульсной формы самостоятельно или в сочетании с гидродинамическими, химическими и тепловыми воздействиями. Для реализации комплекса технологических процессов создан ряд скважинных гидро- и газодинамических генераторов упругих колебаний различной мощности, струйных насосов и скважинного оборудования, который позволяет проводить работы для любых конструкций скважин и типов геологического разреза.

Технологии сейсмоакустического воздействия позволяют: кратно повысить продуктивность и приемистость добывающих и нагнетательных скважин; реанимировать скважины, находящиеся в длительном простое; подключить к работе низкопроницаемые, неоднородные заглинизированные пропластки; вовлечь в разработку слабодренируемые и застойные зоны; инициировать и интенсифицировать традиционные физико-химические, тепловые, гидродинамические методы увеличения нефтеотдачи; повысить успешность гидроразрыва пласта; эффективность гидроизоляции и др.

Рис. 6. а - принципиальная схема комплексного волнового воздействия на пласт из скважины и с поверхности, где 1 - забойный волновой генератор на постоянной подвеске, 2 - нагнетательная скважина, 3 - платформа для вибросейсмического воздействия на пласт с поверхности, 4 - добывающая скважина, 5 - импульсная насосная установка, 6 - продуктивный пласт; б - показатели прироста дебита скважин на месторождениях ОАО «Татнефть»

На рис. 6а представлена схема комплексного воздействия на нефтяную обводненную залежь, разрабатываемую при нестационарном заводнении - одновременно упругими колебаниями из скважин и путем вибросейсмического воздействия с поверхности - для повышения нефтеотдачи пластов. На рис. 6б приведены результаты проведения сейсмоакустического воздействия на месторождениях ОАО «Татнефть».

По технологии сейсмоакустического воздействия обработано более 3000 скважин. Успешность проведения работ составила около 95% при продолжительности эффекта 6 - 18 месяцев и более.

О масштабах реализации результатов работ свидетельствуют следующие данные. Сейсмические работы по технологии СЛБО, АНЧАР и СЛОЭ широко использованы в нефтедобывающих регионах России: Восточная и Западная Сибирь, Урало-Поволжье, Север Европейской части, Северный Кавказ, Сахалин, шельфы Каспийского и Берингова морей, а также за рубежом: в СНГ, Иране, Бразилии, США, Марокко и др. Изучено более 100 поисково-разведочных объектов и площадей по технологии СЛБО, более 300 - АНЧАР и 6 - СЛОЭ. По сейсмоакустическому воздействию работы выполнены в Западной Сибири, республиках Башкортостан и Татарстан, Удмуртия и др., а также в странах зарубежья (СНГ, Южная Америка, Германия, Сирия и др.) в более 3000 добывающих и нагнетательных скважинах на 95 месторождениях. Годовые объемы работ с применением разработанных технологий продолжают неуклонно увеличиваться.

Разработанные инновационные технологии являются уникальными в мировой практике и защищены патентами РФ, США и др. Опробование этих технологий на нефтяных месторождениях показало их высокую конкурентоспособность с зарубежными аналогами. Обеспечены приоритет на мировом рынке и технологическая безопасность нефтегазового сектора экономики России в данном направлении.

Достигнутый экономический эффект выражен в ускорении поисково-разведочных работ и вводе в эксплуатацию новых территорий нефтедобычи в Восточной Сибири и Дальнем Востоке в связи со строительством ВСТО. Так, внедрение новой разработанной технологии сейсморазведки СЛБО для изучения трещиноватости продуктивной толщи на Куюмбинском месторождении (с площадью около 6000 км2, Красноярский край) позволило значительно ускорить его разведку. Достигнутый экономический эффект к настоящему времени составляет 4,3 млрд рублей. Опыт разведки Куюмбинского месторождения широко распространяется в Восточной Сибири. В старых нефтедобывающих районах Урало-Поволжья, Западной Сибири и др. внедрение сейсмоакустических технологий воздействия на продуктивные пласты позволило дополнительно добыть более 3 млн тонн нефти, что по современным ценам состовляет более 40 млрд рублей.

Литература

1. Кузнецов О.Л., Чиркин И.А., Курьянов Ю.А. и др. Экспериментальные исследования. Сейсмоакустика пористых и трещиноватых геологических сред: в 3 т. Т. 2 / под ред. Кузнецова О.Л. М.: ГНЦ РФ ВНИИГеосистем, 2004.

2. Кузнецов О.Л., Чиркин И.А., Курьянов Ю.А. и др. Новые технологии и решение прикладных задач. Сейсмоакустика пористых и трещиноватых геологических сред: в 3 т. Т. 3 / под ред. Кузнецова О.Л. М.: ГНЦ РФ ВНИИГеосистем, 2007.

3. Шленкин С.И., Лавриненко А.Б. и др. Миграция исходных сейсмозаписей на основе фокусирующих преобразований как средство повышения информативности сейсморазведки. Фундаментальные проблемы нефтегазогеологической науки, книга 2 / под ред. проф. Бакирова Э.Д. М.: ВНИИОЭНГ, 1990.

4. Кузнецов О.Л., Графов Б.М., Сунцов А.Е., Арутюнов С.Л. Технология АНЧАР. О теории метода. Геофизика, 2003. С. 103 - 107.

Размещено на Allbest.ru