Эльдар Ахадов
О значении геодинамических полигонов в процессе поисков, разведки и эксплуатации малоразмерных по площади очагов активной нефтегазогенерации
Широко распространенное представление о том, что "гигантские" и даже просто достаточно большие запасы могут быть соответственно только в больших по площади залежах — всего лишь миф, который не соответствует мировой практике нефтедобычи. На примере крупнейших месторождений мира профессор Тюменского нефтегазового университета, доктор геолого-минералогических наук Роберт Михайлович Бембель (Институт Геологии и Геоинформатики, кафедра разведочной геофизики) убедительно доказал, что корреляция между площадью залежи и запасами в ней нефти практически отсутствует.
Ошибочные представления о структуре нефтяных и газовых полей в геологическом разрезе привели к следующим негативным последствиям в экономике топливно-энергетического комплекса (ТЭК), представляющей основу экономики России:
1. Чрезвычайно завышены объемы бурения скважин на тех участках месторождений, где залежей либо нет вообще, либо они настолько бедны запасами, что их разработка заведомо убыточна.
2. Различные методы воздействия на пласт с целью мнимого повышения нефтеотдачи на тех участках, где нефти практически нет, не только ухудшают экономические показатели при ошибочных представлениях о генезисе и пространственном строении залежей, но и содействуют фактическому уничтожению месторождения.
3. Объемы закачиваемой жидкости растут в несколько раз быстрее, чем объемы добычи нефти.
4. Неоправданно высокие затраты на бурение и закачку воды не только снижают общую рентабельность добычи углеводородов, но и значительно увеличивают уровень экологического загрязнения, на ликвидацию которого требуются дополнительные серьёзные расходы.
5. Не соответствующие действительности, устаревшие концепции происхождения и эволюции углеводородных залежей ведут к таким технологиям добычи, при которых происходит быстрое и явное истощение залежей.
Главными элементами новой парадигмы в ТЭК должны стать поиск, разведка и технология разработки малоразмерных по площади, но чрезвычайно богатых по запасам очагов активной нефтегазогенерации. Ключевым геолого-экономическим параметром в новой парадигме служит низкая себестоимость единицы продукции, а не общая сумма добытых объемов нефти и газа.
Независимость размеров геологических и извлекаемых запасов нефти и газа от площади залежей и месторождений, установленная еще в 1975 г. И.И.Нестеровым, В.В.Потеряевой и Ф.К.Салмановым, и казавшаяся в традиционной концепции каким-то странным и необъяснимым парадоксом, вполне понятна и естественна в геосолитонной концепции. Теперь эта независимость уже не парадокс, а одна из важнейших закономерностей в структуре нефтегазовых полей, которую следует в обязательном порядке учитывать при поисках и разведке месторождений углеводородов в каждом нефтегазоносном бассейне.
О высокой степени локализации очагов повышенной продуктивности, связанных с геосолитонными трубками и СЗД (субвертикальными зонами деструкции горных пород), можно судить на примере Ем-Еговского месторождения на участке площадью 1 км2 в районе скв. 2Р (Бембель P.M., Ермаков В.И., Кирсанов А.И. и др., 1995). На этом участке 92 % накопленной добычи нефти (на период до 1992 г.) получено из одной скважины, попавшей в геосолитонную трубку, тогда как на каждую из остальных восьми добывающих скважин, оказавшихся за пределами геосолитонного очага, приходится лишь по 1 %.
Еще более локально ураганной оказалась добыча нефти на этом же месторождении из скв. 15Р, попавшей в геосолитонную трубку, проявляющую признаки современной геодинамической активизации. Из скв. 15Р за 10 лет разработки добыто более 1 млн т безводной нефти. Геолого-геофизический анализ материалов в районе этой скважины позволяет сделать вывод о жильном типе залежи, связанной с СЗД, уходящей глубоко (возможно на многие десятки или даже сотни метров) в фундамент.
В своей работе «Геосолитонный механизм образования клиноформных ловушек углеводородов в Западной Сибири и технология их разведки» группа учёных под руководством кандидата геолого-минералогических наук, вице-президента по геофизике ЗАО “ГЕОТЕК Холдинг” Владимира Михайловича Мегери убедительно доказала следующее:
- ведущая роль в формировании трещинно-поровых коллекторов ачимовских толщ с высокими фильтрационно-ёмкостными свойствами принадлежит тектоническим геосолитонным процессам, связанным с дегазацией Земли..
- в прогнозировании размещения высокодебитных скважин в коллекторах ачимовских отложений необходимо основываться на данных высокоточной сейсморазведки,
- для картирования клиноформных ловушек углеводородов необходима новая двухуровневая технология сейсморазведки.
Особенности геологического строения клиноформных ловушек УВ (углеводородов), генетически и тектонически связанных с геосолитонной дегазацией Земли, требуют более совершенных технологий геологоразведочных работ в целом и сейсморазведочной технологии в частности. Надёжное сейсмовидение следов геосолитонов на сейсмогеологических разрезах и их трёхмерных композиций выдвигает свои дополнительные требования, для успешного выполнения которых необходимо существенно усовершенствовать методику полевых работ, технологию компьютерной обработки и основы геологической интерпретации полученных результатов. Эти “три кита” сейсморазведки только при совместном и взаимозависимом их совершенствовании способны обеспечить качественный подъём всей технологии поиска, разведки и промышленного освоения месторождений УВ, контролируемых геосолитонными процессами.
Новая технология должна состоять из двух уровней детальности:
- первый, низкий уровень детальности, обеспечивающий лишь приближённый поиск местоположения геосолитонной трубки и локальных структур, связанных с ней;
- второй, высокий уровень детальности работ, проводимый исключительно на выявленных (на первом, низком, уровне) ограниченных по площади участках.
Постановка стандартных методов 3D_сейсморазведки на первом этапе нецелесообразна в силу того, что суммарная площадь ГТ, как правило, составляет менее 10% общей площади исследований на перспективных территориях. Таким образом осуществляется весьма значительная экономия средств и усилий как в процессе проведения геологоразведки, так и в объемах бурения.
На втором, более высоко-детальном, уровне на выявленных перспективных участках ГТ рекомендуется проводить работы по методике высокоразрешающей объёмной сейсморазведки на ограниченных площадях с целью получения высоко-детального (масштабы от 1:25 000 до 1:10 000 и более крупные) объёмного геологического строения всей совокупности ловушек УВ, контролируемых каждой конкретной ГТ. По результатам обработки полученных материалов (по специализированному высокоразрешающему комплексу) производится не только выбор координат и геометрии разведочных и эксплуатационных скважин, но и указываются аварийно потенциальные участки, при бурении на которых могут произойти аварийные выбросы и пожары на скважинах, способные привести к негативным экологическим и технологическим последствиям.
Главной проблемой поискового и разведочного бурения при малоразмерных залежах УВ является "проблема точного попадания" забоя скважины в целевой геологический объект.
Решение этой проблемы возможно при соблюдении двух условий:
- предварительные поисковые геофизические работы должны обладать необходимой высокой пространственной разрешённостью;
- бурение ствола скважины должно гарантировать точное попадание забоя в выявленный по геофизике целевой объект.
В традиционных поисковых работах оба эти требования, как правило, не выполнялись, что приводило к пропуску малоразмерных месторождений УВ.
"Точное попадание" поисковой скважиной в оптимальный высокодебитный участок малоразмерной залежи может привести к идеальной схеме: эта единственная скважина, выполнив функции поисковой и разведочной, может оказаться и единственной добывающей скважиной. Подобные ситуации имеют место на множестве сегодняшних месторождений.. Например, на известном Самотлорском месторождении сегодня имеются отдельные добывающие скважины с накопленной добычей более 2-3 млн т нефти, которые продолжают давать малообводненную продукцию. В то же время на расстоянии всего в 200-300 м от этих высокопродуктивных скважин находятся десятки добывающих скважин, обводненных на 99 %.
Многолетние геолого-геофизические и геохимические наблюдения, изучение современной геодинамики нефтегазоносных территорий на специальных геодинамических полигонах, локализованных в разных по геологическому строению районах, позволили убедиться в единстве флюидных систем, формирующих месторождения полезных ископаемых, и их тесной связи с глубинными разломами и процессами дегазации глубинных сфер Земли.
Современные глубинные геодинамические и флюидодинамические процессы определяют очаговую генерацию УВ и создают залежи нефти и газа с большим разнообразием форм и фазовых ношений.
Физическая природа геодинамического излучения такова, что над центральными очагами зон деструкции преимущественно создаются временные локальные понижения гравитационного поля, а также повышенной тепловой и электромагнитной активности. В этом интервале, на границе земной коры и атмосферы, формируются особенности условий для осадконакопления. Геодинамическая активность внутренних геосфер оказывает влияние не только на тектонические явления, но на характер распределения осадочного материала в период осадконакопления.
Благодаря миграции подвижных компонентов по проницаемым зонам подобные объекты проявления современной геодинамики, часто называемые дизъюнктивными тектоническими структурами, проявляются не только в физических, но и в геохимических полях, что создает основу для разбраковки перспективных площадей, выявленных структурными геофизическими методами.
В последнее десятилетие объекты отражающие процессы глубинной дегазации и флюидомиграции, закартированы в северных и арктических районах Западной Сибири по данным 3D-сейсморазведки на большинстве месторождений по всей глубине сейсмической записи. В отложениях сеномана и верхнего мела – палеогена зафиксированы следы естественного гидроразрыва пород, на севере бассейна описаны следы грязевого вулканизма.
Ярким примером является многопластовое Ван-Еганское месторождение (до 50 продуктивных пластов), расположенное в Западной Сибири. Высокая степень геодинамической активности, вызванная процессами внутренней геосолитонной дегазации Земли, способствовала образованию здесь уникального многопластового нефтегазоконденсатного месторождения с большим этажом нефтегазоносности (1900 метров) – от сеноманских пластов до тюменской свиты, с плотностью запасов свыше 20 млн.т/км2.
Принадлежность выявленных аномалий по материалам сейсморазведки, газо-химической и тепловой съемки к одному из уникальных месторождений подтверждает высокую перспективность подобных объектов с точки зрения открытия залежей нефти и газа, формирования и совершенствования технологий их поиска и картирования.
Необходимая технология разведки таких месторождений основана на применении ЗD-сейсморазведки и комплексировании с высокоточными методами грави-, магниторазведки, газовыми и тепловыми съемками.
В свете вышеизложенного следует рассмотреть вопрос о переориентации целей и задач маркшейдерских наблюдений в процессе строительства и эксплуатации геодинамических полигонов. Основываясь на степени актуальности производимых высокоточных маркшейдерских измерений на территории нефтегазовых месторождений для современных целей, можно с достаточной уверенностью сказать о назревшей необходимости пересмотра этих целей.
Федеральный закон "О НЕДРАХ" гласит, что одним из Основных требований по обеспечению безопасного ведения работ, связанных с пользованием недрами, является «проведение комплекса геологических, маркшейдерских и иных наблюдений, достаточных для обеспечения нормального технологического цикла работ и прогнозирования опасных ситуаций, своевременное определение и нанесение на планы горных работ опасных зон».
Инструментально зарегистрированные наиболее обширные просадки земной поверхности на территориях разрабатываемых многие десятки (иногда более ста) лет месторождений, достигающие весьма значительных величин составляют:
- нефтяное месторождение Willmington (США) – 8.8 м;
- нефтяное месторождение Lаgunillas (Венесуэла) – 4.1 м;
- нефтяное месторождение Ekofisk (Норвегия) – 2.6 м;
- нефтяное месторождение Сураханы (Азербайджан) – 3м;
- Северо-Ставропольское газовое месторождение – 0.92 м.
В случаях с западно-сибирскими месторождениями эти параметры не превышают нескольких сантиметров и не представляют никакого практического интереса с точки зрения реальных опасностей:
-оценки влияния геомеханических и геодинамических процессов при разработке месторождений углеводородов на изменение геоэкологической среды как для месторождений в целом, так и для промышленной застройки,
- разработки рекомендаций по мониторингу деформационных процессов на месторождениях.
Земля – не твердь, это зыблемая субстанция, она дышит, в её недрах всё движется с неопределенными скоростями, ускорениями и замедлениями. Любые координаты и высоты земных объектов не являются чем-то абсолютно недвижным. Отметка стола ротора, отметка любого фланца запорной арматуры, положение любого превентора – определённые с любой точностью сегодня, уже завтра не будут точно такими же.
Современные геодинамические процессы - это сложный комплекс взаимосвязанных деформационных, сейсмических, геохимических и флюидодинамических процессов возникающих, как правило, в зонах локальных структурных неоднородностей геологической среды (разломы, природная и техногенная трещиноватость, плотностные неоднородности и др.).
Согласно вышеизложенной информации о геосолитонных процессах: физическая природа геодинамического излучения Земли такова, что над центральными очагами зон деструкции преимущественно создаются временные локальные понижения гравитационного поля. Геодинамическими методами могут быть с достаточной степенью достоверности определены границы положительных и отрицательных аномалий магнитного и гравитационного полей высокой, средней и низкой интенсивности.
Современная аномальная геодинамика недр сконцентрирована на изучении деформационных процессов в зонах разломов со скоростями относительных деформаций более чем 10 -5 в год, а также любых ощутимых сейсмических событий. Непрерывно совершенствуются современные системы геодинамических наблюдений - нивелировка, гравиметрия, ГНСС-наблюдения, интерферометрия космических снимков…
На основе данных многократных спутниковых GPS-наблюдений определенного временного периода современная геодинамика способна создавать объемные модели фактических оседаний, поднятий и сдвижений земной поверхности любого месторождения, в том числе и углеводородов.
Комплексная система геодинамического мониторинга включает в себя блок деформационного мониторинга, как совокупность базовых методов и видов наблюдений.. В свою очередь деформационный мониторинг состоит из совокупности методов наблюдений, обеспечивающих получение информации о современном напряженно-деформированном состоянии геологической среды.
Основными методами в этом блоке являются:
- повторное высокоточное нивелирование,
- повторные спутниковые геодезические наблюдения,
Повторное высокоточное нивелирование имеет целью долговременное слежение за деформационными процессами природного и техногенного генезиса на территории геодинамического полигона с определением вертикальной компоненты современных движений земной поверхности. По результатам повторного нивелирования оценивается уровень современных напряжений в разломных зонах и локализуются участки аномального развития современных деформаций. Помимо этого, повторное нивелирование позволяет обнаруживать деформации земной поверхности на ранней стадии их возникновения.
Применение высокоэффективных спутниковых систем для повторных геодезических наблюдений в соответствии с масштабом этих наблюдений позволяет получить более полную картину распределения вертикальной и горизонтальной компоненты движений и деформаций на территории геодинамического полигона.
Такие работы предназначены для оценки фонового напряженно-деформированного состояния геологической среды и изучения горизонтальных смещений вдоль систем разломов.
По результатам работ блока деформационного мониторинга выполняется районирование изучаемой территории по степени современной активности отдельных его участков, оценивается возможность выработки прогностических признаков аномальных сейсмических и деформационных событий тектогенного (природного) и техногенного генезиса.
Блок геофизического мониторинга включает в себя совокупность методов, обеспечивающих получение необходимой информации о вариациях геофизических полей, обусловленных природными и техногенными геодинамическими и флюидодинамическими процессами во времени. Выявление локальных аномалий вариаций силы тяжести необходимо для определения активных разломов, контроля за изменением флюидодинамического режима резервуара и флюидодинамических (миграционных) процессов по ослабленным субвертикальным зонам деструкции (СЗД). Так как формирование локальных изменений силы тяжести происходит значительно чаще во времени чем формирование деформационных аномалий (по данным повторного нивелирования), то появляется возможность оперативно использовать информацию о вариациях силы тяжести для прогнозирования участков с возможными аномальными сейсмо-деформационными процессами.
Решению задачи по оперативному и достоверному выявлению геодинамических процессов способствует совмещение геодезических методов с гравиметрическим методом, являющимся наименее затратным, быстрым и эффективным, используемым как при поисках и разведке антиклинальных и рифогенных структур в оценке перспектив их нефтеносности и газоносности, так и при изучении зон дизьюнктивных нарушений.
При этом необходимо отметить, что в геосинклинальных областях, особенно, перекрытых рыхлыми отложениями, гравиметрия является одним из основных методов, применяемых при выявлении и картировании тектонических нарушений.
Применительно к специфике условий исследований месторождений углеводородов к возможностям гравиметрии, в частности, можно отнести:
- выявление, картирование и уточнение (совместно с сейсморазведкой) положения разломов в фундаменте и дизъюнктивных нарушений в осадочном чехле,
- определение направления смещений блоков горных пород в фундаменте и осадочной продуктивной толще,
- уточнение контура границ залежей нефти и газа,
- картирование местоположения флюидоподводящего канала жерловой фации в фундаменте.
К сожалению, в настоящее время зачастую возникает вопрос о целесообразности финансирования дорогостоящих работ на создание геодинамических полигонов, поскольку научно-практический опыт исследований показывает отсутствие каких-либо катастрофических деформаций в Западной Сибири, а результаты мониторинга не используются геологическими службами. В целом, такое положение дел дискредитирует современную геодинамику как прикладную науку.
Учитывая актуальность новой парадигмы, предлагаемой современной наукой, а именно: необходимость поиска, разведки и разработки малоразмерных по площади, но чрезвычайно богатых по запасам очагов активной нефтегазогенерации, следует рассмотреть вопрос о переориентации задач, решаемых геодинамическими наблюдениями.
Геодинамические полигоны должны строиться задолго до эксплуатации месторождений УВ, а именно - на втором этапе детализации местоположения геосолитонной трубки.
Комплексная система геодинамического мониторинга, включающая в себя циклы маркшейдерских и геодезических наблюдений на геодинамических полигонах, может способствовать эффективному решению задач по:
- детальной геометризации недр в местах обнаружения малоразмерных по площади потенциальных объектов активной нефтегазогенерации,
- построению высокоточных пространственных моделей расположения геосолитонных зон, с прогнозным и фактическим учетом таких локальных явлений, как сдвижение горных пород, вероятность горных ударов и иных проявлений геодинамической активности, вызванных процессами внутренней геосолитонной дегазации Земли,
- выявлению участков с повышенным геодинамическим излучением, основанному на явлении локальных понижений гравитационного поля над центральными очагами зон деструкции,
- оценке влияния геодинамических процессов при разработке месторождений углеводородов на изменение геоэкологической среды как для месторождений в целом, так и для промышленной застройки.
После ознакомления с данной статьей профессор Р.М. Бембель, согласившись с её тезисами, дополнил их следующим весьма ценным замечанием:
«…хотелось бы добавить, что в очагах активной геосолитонной генерации углеводородов и повышенной потенциальной аварийности в Западной Сибири нами в 1990-1991 годах (совместно с Белкиным В.И.) были отмечены очаги разгерметизации колонн добывающих скважин. На месторождениях Мамонтовском и Нижневартовского НГР были выявлены до 3000 аварийных порывов скважин. Это наносит огромный экономический ущерб всем добывающим компаниям. В СЗД (субвертикальных зонах деструкции) разрывы колонн отмечались даже в случае двух-трёхкратного увеличения их толщин. Геосолитоны – это ещё и горные удары, которые могут повторяться ежесуточно, что приводит к «усталости» металла с последующими авариями в скважинах, в трубопроводах и других сооружениях»
Следовательно, проведение упреждающих геодинамических исследований на месторождениях УВ до начала их интенсивной разработки помимо вышеперечисленных задач будет способствовать раннему выявлению таких очагов. Это позволит специалистам тщательней подготовиться к разработке месторождения, предусмотрев внедрение всех необходимых и возможных мероприятий по исключению аварийных ситуаций.
На мой взгляд, приоритетной целью маркшейдерских наблюдений геодинамических полигонов должно стать "точное попадание" поисковой скважиной в оптимальный высокодебитный участок малоразмерной залежи при условии внедрения всех необходимых мероприятий по исключению аварийных ситуаций в СЗД. Достижение этой цели способно создать идеальную схему отработки месторождения: когда единственная скважина, выполнив функции поисковой и разведочной, становится и единственной добывающей скважиной, заменяя по дебиту тысячи пустопорожних «полуживых» скважин с микроскопическим дебитом.
Благодарю за положительные отзывы об этой статье и моральную поддержку профессоров Р.М. Бембеля, В.А. Середовича и Э.Л. Кима.
В работе использованы труды авторов :
А.И. Каленицкий - доктор технических наук, профессор кафедры астрономии и гравиметрии, научный руководитель СУНАЦ МПТС, Сибирская Государственная Геодезическая Академия, Новосибирск,
Э.Л. Ким - технический руководитель СУНАЦ МПТС, Сибирская Государственная Геодезическая Академия, Новосибирск,
В. А. Середович - проректор по НиИД , профессор Сибирской Государственной Геодезической Академии, Новосибирск,
Ю.В. Васильев – кандидат геолого-минералогических наук, Западно-Сибирский филиал Института нефтегазовой геологии и геофизики им.А.А.Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук в г. Тюмени,
Р. М. Бембель - профессор Тюменского нефтегазового университета, доктор геолого-минералогических наук, институт геологии и геоинформатики, кафедра разведочной геофизики,
В. М. Мегеря - кандидат геолого-минералогических наук, вице-президент по геофизике ЗАО “ГЕОТЕК Холдинг, Москва ,
А. Р. Бембель - ведущий геолог ЗАО НПЦ “Сибгео”,
М. Р. Бембель - научный сотрудник Сургут НИПИнефть.
Отзывы о статье:
«Если Вы не против, то разрешите в докладе на пленарном заседании ГеоСибири 2013 мы используем Ваши мысли, а Вас включим в соавторы».
С уважением Ким Э.Л.,
ПЛЕНАРНОЕ ЗАСЕДАНИЕ международного научного конгресса Интерэкспо Гео-Сибирь - 24 апреля 14.00 – 16.00, Новосибирск, Зкспоцентр, Конференц-зал
Председатель - Иво Милев – доктор наук, Берлинский университет прикладных наук им. Бойта, Германия,
Зам. председателя - Лисицкий Дмитрий Витальевич – заведующий кафедрой картографии и геоинформатики Сибирской Государственной Геодезической Академии, д.т.н., профессор, Россия,
«Эльдар, добрый день или утро. С удовольствием полностью почитал ваше письмо. Получил полное удовольствие и как геодезист, а не геолог, разделяю вашу точку зрения. Обязательно перешлю все Каленицкому А.И. и Ким Э. . Первый давно уже говорит об этом. А идея о малых месторождения мне понравилась. В эту идею хорошо вписываются геодезические, маркшейдерские и гравиметрические измерения. Будем вместе продвигать эту тему».
С уважением, Середович Владимир Адольфович,
проректор Сибирской Государственной Геодезической Академии по научной и инновационной деятельности, профессор, кандидат технических наук
«В целом, со всеми тезисами статьи согласен…»
С уважением,
Р. М. Бембель - профессор Тюменского нефтегазового университета, доктор геолого-минералогических наук
