способ прогнозирования залежей углеводородов

Формула изобретения

1. Способ прогнозирования залежей углеводородов, включающий отбор проб подпочвенных отложений по профилям, пересекающим исследуемую площадь, и определение в них потерь при прокаливании (ППП), отличающийся тем, что в пробах дополнительно проводят определение физико-химических параметров Eh и рН среды, в зависимости от полученных значений ППП, Eh и рН пробы разделяют на группы, в каждой из которых выборочно осуществляют определение минерального состава, а суждение о наличии на глубине непродуктивной, продуктивной и зоны ВНК (водонефтяного контакта) выносят по совокупности значений ППП, Eh, рН и состава вторичных минералов в образцах подпочвенных отложений следующим образом:

Зона залежи углеводородов	Значения в образцах подпочвенных отложений
	ППП%	Eh мв/у.е.	рН	Минеральный состав
Непродуктивная	<4.0	>200/>0 <Eh0.3	6.3	Плагиоклаз, кремнезем, хлорит, иллит, гематит

1	2	3	4	5
Продуктивная	4ППП9.9	200/<0-0.15Eh0	6.4рН7.5	Кремнезем, плагиоклаз, хлорит, иллит, кпш, гетит,
Зона ВНК	4ППП24	<200-0.3<Eh<-0.15	6.8рН8.0	Кремнезем, хлорит,кпш, кальцит (повышен), доломит

2. Способ прогнозирования залежей углеводородов по п.1, отличающийся тем, что полученные значения Eh (с учетом соответствующих значений рН) в соответствии с точками отбора проб наносят на карту исследуемой площади, соединяют изолиниями близкие значения Eh, в результате чего на площади выделяют непродуктивную, продуктивную, краевую зоны залежи УВ и зону ВНК (водонефтяного контакта).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геохимическим методам прогнозирования залежей углеводородов и может быть использовано для локального прогноза залежей нефти и газа на предположительно перспективных площадях.

Известно, что концентрация водородных ионов рН и окислительно-восстановительный потенциал Eh представляют собой два главных фактора, которые в основном определяют типы конечных химических продуктов, образованных как путем неорганических, так и биохимичских процессов. (“Термодинамика геохимических процессов”, сб. статей под ред. В.В.Щербины, из-во ИЛ, М., 1960, с.74). В данной работе предложена классификация подпочвенных отложений, в цементе которых смена состава и генезиса минералов связана с локальными изменениями Eh и рН среды в зависимости от подтока и соотношения УВ и сопутствующих газов, поступающих из различных областей нижнего геохимического поля (залежи УВ) в соответствующие области верхнего лито-геохимического поля.

Вопросу нахождения надежного критерия локального прогноза посвящен способ прямых геохимических поисков залежей углеводородов путем использования генетической информации формирования минерального состава подпочвенных отложений, расположенных над залежами УВ (патент РФ №2176407, G 01 V 9/00). Данный способ прямых геохимических поисков углеводородов включает отбор проб подпочвенных отложений по профилям, пересекающим исследуемую площадь, определение в пробах истинной концентрации С_ист кальция количественным методом и ориентировочной концентрации С_ор кальция путем спектрального анализа методом просыпки - воздушного дутья в режиме, обеспечивающим независимость температуры дугового разряда от валового состава проб, дополнительное определение в пробах потерь при прокаливании (ППП), а ориентировочную концентрацию С_ор кальция определяют по аналитическим линиям CaI 300.68 нм и/или CaI 272.16 нм, позволяющим вести работу в широком диапазоне концентраций, вычисляют коэффициент генетической информации для каждой пробы КГИ=С_ист/С_ор, где С_ист - истинная, С_ор - ориентировочная концентрации кальция. Суждение о наличии на глубине непродуктивной, продуктивной, краевой (геохимический барьер) зон залежи УВ и зоны ВНК (водонефтяного контакта) выносят по совокупности значений ППП и КГИ для линий кальция в образцах подпочвенных отложений.

Способ обладает высокой степенью достоверности. К недостаткам известного способа можно отнести трудоемкость, обусловленную необходимостью проведения спектрального анализа соответствующего уровня.

Задачей изобретения является расширение арсенала способов прогнозирования залежей углеводородов с возможностью оперативного выявления предположительно перспективных нефтегазоносных структур.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе прогнозирования углеводородов, включающем отбор проб подпочвенных отложений по профилям, пересекающим исследуемую площадь, и определение в них потерь при прокаливании (ППП), согласно изобретению, в пробах дополнительно производят определение физико-химических показателей среды Eh и рН вторичного минералообразования, в зависимости от полученных значений ППП, Eh и рН пробы разделяют на группы, в каждой из которых выборочно осуществляют определение минерального состава, а суждение о наличии на глубине непродуктивной, продуктивной и зоны ВНК (водонефтяного контакта) выносят по совокупности значений ППП, Eh, рН и состава вторичных минералов в образцах подпочвенных отложений следующим образом:

Зона залежи	Значения	в образцах	подпочвенных отложений
Углеводородов	ППП%	Eh mb/у.е.	рН	Минеральный состав
Непродуктивная	<4.0	>200/>0	6.3	Плагиоклаз, кремнезем,
		0<Eh/ 0.3		хлорит, иллит, гематит
Продуктивная	4 ППП 9.9	200/ 0	6.4 <рН <7.5	Кремнезем, плагиоклаз,
		-0.15 Eh 0		хлорит, иллит, кпш, гетит
		<200		Кремнезем, хлорит, кпш,
Зона ВНК	4 ППП 24	- 0.3 <Eh <	6.8 рН 8.0	кальцит (повышен)
		-0.15

Полученные значения Eh (с учетом соответствующих значений рН), в соответствии с точками отбора проб, наносят на карту исследуемой площади, соединяют изолиниями близкие значения Eh, в результате чего на площади выделяют непродуктивную, продуктивную, краевую зоны залежи УВ и зону ВНК (водонефтяного контакта).

На фиг.1 приведен график, иллюстрирующий изменение физико-химических параметров (рН, Eh) среды и состава вторичных минералов в локальных зонах верхнего геохимического поля эталонного участка в зависимости от проработки пород УВ и сопутствующими газами; на фиг.2 приведен фрагмент верхнего геохимического поля исследуемой площади (юг Красноярского края), иллюстрирующий реализацию способа.

Сущность способа прогнозирования залежей углеводородов, согласно изобретению, заключается в том, что в нем определение геохимических условий формирования вторичных минералов выделено в самостоятельную процедуру за счет измерения в каждой точке отбора показателей Eh и рН, являющихся традиционными характеристиками среды минералообразования в подпочвенных отложениях, по значениям которых выносят решение о возможном наличии на глубине нефтегазоносной зоны.

Основой способа являются установленные авторами на эталонных площадях сочетания значений Eh и рН, служащие критериями выявления зон поверхностного геохимического поля, расположенного над залежами УВ. Известно, что подпочвенные отложения, поднятые с глубины 0.7-1.2±0.3 м, из расчета вскрытия горизонта, расположенного ниже зоны поверхностного газообмена, насыщены углеводородными (метан, этан, пропан) и сопутствующими (СО₂, СО, Н ₂О, N₂, H₂) газами.

Повышенные содержания ППП, которые для этих суглинков составляют более 4%, связаны, по данным РСА (ренгено-структурного анализа), с процессами вторичной минерализации, среди которых выделяются карбонатные (кальцит, доломит), глинистые (иллит, хлорит, смешаннослойные, обогащенные водой), гидратированные кремнистые (опал, халцедон) минералы.

Известно, что наиболее информативным, чутко реагирующим на изменение условий реакционной среды, является кальций, минералы которого могут формироваться в нейтральных и слабощелочных (рН>7.0) условиях с температуры Т>18° С при наличии подтока СО ₂, независимо от окислительно-восстановительного потенциала среды. В то же время подток углеводородных газов, поступающих из залежи, обеспечивает формирование локальных участков с восстановительными (характеризующимися наличием повышенного количества подвижных электронов) условиями, где слабый процесс образования карбонатных минералов идет совместно с процессами глинизации и слабого окремнения.

Измерения, произведенные на эталонной площади, показывают, что значения Eh подпочвенных отложений района работ варьируют от 160 до 262; значения рН изменяются в пределах 4.4-8.1, характеризуя условия от среднекислых до щелочных. При этом в контурах предполагаемых залежей (в зонах восстановительного эпигенеза, стрессового состояния системы и умеренного теплового поля), выделенных по значениям КГИ для кальция 0.11 К_са 0.22±0.05, значения Eh не превышают 200±5 мв, а рН колеблются в пределах 6.4-7.1. Такие участки имеют локальное распространение и занимают большую часть исследуемой территории. Образцы подпочвенных отложений, отобранные в местах, не затронутых углеводородным влиянием (за пределами контуров предполагаемых залежей УВ: К_Са 0.67±0.05), в большинстве случаев характеризуются интервалами значений Eh=202-262 мв (среднее 221.5 мв) и показателями рН в интервале 4.7-6.3 (среднее 5.53). Но встречаются и значения рН 8.1, Eh=176 мв. Кроме того, получены интервалы значений рН и Eh промежуточных зон. Выделенные по значениям 0.28 К_са 0.42 и 0.43 К_са 0.58 эти зоны относятся к геохимическим и биогеохимическим барьерам. С некоторой долей условности, их можно интерпретировать как зоны ВНК и ГВК, так как они прилегают к склоновым частям положительных неотектонических структур и тяготеют к пограничным областям газо - и лито-геохимических аномалий.

На фиг.1 графически представлено отображение вышеописанных ситуаций. Введение нулевой (Eh=0)разделительной плоскости (предел влияния углеводородного заражения) на границе Eh 200 мв (окислительной) и Eh<200 мв (восстановительной с участием УВ или ОВ) сред, а также дополнение графика сведениями о значениях КГИ по кальцию и минеральном составе измененных в эпигенезе осадков дают возможность получить информативную графическую модель верхнего лито-геохимического поля исследуемой площади. Из фиг.1 следует, что в зоне углеводородного влияния (0.11 К_Са 0.33±0.05) происходит увеличение щелочного резерва (6.8 рН 7.8) и уменьшение окислительно-восстановительного потенциала Еh на 6-15%. Дальнейшее уменьшение Eh до 25% связано с влиянием бактериального окисления на биогеохимическом барьере (К_Cа =0.5±0.05). Значения рН 8.1 и Eh 175 мв (при К_Cа 0.67±0.05) - свидетельство слабого преобразования первичных доломитов (по данным РСА доломит составляет основную фазу этих пород). В свою очередь значения рН<6.8, Eh>0 ( Еh=10-20%) при К_Cа 0.67±0.05 - свидетельство отсутствия УВ влияния на первичные отложения траппов, в составе которых (по данным РСА) сохранился слабо измененный кислый плагиоклаз.

Такой характер изменчивости приповерхностных отложений территории предполагает зонально-кольцеобразный характер полей: в первую очередь окислительно-восстановительного потенциала (Eh), во вторую кислотно-щелочного резерва (рН) над локальными перспективными объектами. Необходимо отметить, что резкие колебания концентраций азота, УВГ и СО₂ в линейных зонах разломов могут, в ряде случаев, оказать существенное влияние на показания Eh и рН среды. В целом же полученные результаты свидетельствуют о возможности практического использования показателей Eh и рН для выявления перспективных объектов в отношении залежей УВ.

Примером осуществления предлагаемого способа может быть следующая последовательность операций. На территории тектонически напряженной площади, перспективной на залежь УВ, по линейным профилям, пересекающим площадь в разных направлениях, из шурфов с глубины 0.7-1.2±0.3 м (из расчета вскрытия горизонта, расположенного ниже зоны поверхностного газообмена) производят отбор проб подпочвенных отложений. Расстояние между точками отбора проб составляет 0,5-1,0 км.

Пробы подпочвенных отложений упаковываются в плотные целлофановые мешки. Далее их высушивают при комнатной температуре до постоянного веса, измельчают, пропускают через сито с круглыми отверстиями диаметром 1-2 мм и хранят в пакетах. Из пакета пробу высыпают на ровную поверхность, тщательно перемешивают и распределяют слоем толщиной не более 1 см. Массу пробы (30 г) отбирают не менее чем из пяти мест. В пробах стандартным способом ведут определение ППП (потерь при прокаливании), выделяя образцы со значениями ППП 4%.

Для определения физико-химических параметров рН и Eh приготавливают водную вытяжку следующим образом. Пробы массой 30 г, взвешенные с погрешностью не более 0.1 г, помещают в конические колбы. К ним приливают дозатором или цилиндром по 150 см дистиллированной воды, перемешивают в течение 3 мин на взбалтывателе, ротаторе или с помощью пропеллерной мешалки и оставляют на 5 мин для отстаивания. Допускается пропорциональное изменение массы пробы и объема дистиллированной воды при сохранении отношения между ними 1:5 и погрешности дозирования не более 2%.

Измерение рН. Часть полученной суспензии объемом 15-20 см³ сливают в химический стакан вместимостью 50 см³ и используют для измерения рН. Измерения могут быть осуществлены, например, с помощью карманного рН-метра (“рНер1” или “рНер2”, производства фирмы “HANNA”) Настройку рН-метра проводят по трем буферным растворам с рН 4.01, 6.86 и 9.18, приготовленным из стандарт-титров. Показания прибора считывают не ранее чем через 1,5 мин после погружения электродов в измеряемую среду, после прекращения дрейфа измерительного прибора. Во время работы настройку прибора периодически проверяют по буферному раствору с рН 6, 86.

Определение Eh производят аналогичным образом, например, с помощью портативного ORP измерителя окислительно-восстановительного потенциала производства фирмы HANNA instruments.

По результатам измерений Eh и рН выборочно, из расчета охвата всех разновидностей показателей среды, в некоторых образцах исследуемой площади производят определение минерального состава подпочвенных отложений, например, методом РСА (рентгено-структурного анализа). По сочетанию значений ППП, Eh, рН, в соответствии с критериями, приведенными в таблице, судят о перспективности исследуемой площади.

Зона залежи	Значения в образцах подпочвенных отложений
Углеводородов	ППП %	Eh mb/y.e.	рН	Минеральный состав
Непродуктивная	<4.0	>200/>0	<6.3	Плагиоклаз, кремнезем,
		0<Eh/ 0.3		хлорит, иллит,гематит
Продуктивная	4 ППП 9.9	200/ 0	6.4 рН 7.5	Кремнезем, плагиоклаз,
		-0.15 Eh<0		хлорит, иллит, кпш, гетит
		<200		Кремнезем, хлорит, кпш,
Зона ВНК	4 ППП 24	-0.3<Eh<	6.8 рН 8.0	кальцит (повышен),
		-0.15		доломит

Полученные значения Eh (с учетом соответствующих значений рН), в соответствии с точками отбора проб, наносят на карту исследуемой площади; точки с близкими значениями Eh соединяют изолиниями и, соответственно, выделяют продуктивную, непродуктивную зоны и зону водонефтяного контакта.

В качестве примера, иллюстрирующего реализацию способа, согласно изобретению, на фиг.2 приведен фрагмент поверхностного геохимического поля нефтегазоносного участка юга Красноярского края с нанесенными изолиниями Eh, позволившими выделить площадь (7) восстановительного эпигенеза, расположенную в контуре залежи УВ, и обрамленную зоной (9) предполагаемого ВНК с ее внутренними (5) и внешними (6) границами. За пределами последней на западе, юге и востоке находятся зоны (8) окислительного эпигенеза, не подвергавшиеся воздействию углеводородных газов вне контура залежи.

Результаты испытаний ранее пробуренной на изучаемой территории скважины Ен - 154, расположенной, как оказалось, за пределами предполагаемой зоны ВНК, показали, что она сухая, что косвенно подтверждает эффективность предлагаемого способа.

По сравнению со способом-прототипом способ согласно изобретению является менее трудоемким. При этом так как значения Еh и рН могут быть определены непосредственно в полевых условиях, выявленные прогнозные значения Еh и рН уже на этой стадии можно использовать для предварительной оценки нефтегазоносности исследуемой площади. Кроме того, выявленные критерии Еh и рН могут быть также использованы как дополнительные для подтверждения достоверности способа-прототипа.