ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 84, № 3, с. 249-252
ИНТЕРВЬЮ
Б01: 10.7868/80869587314030207
Как известно, нефть и газ занимают ведущее место в топливном балансе и составляют основу современного технического прогресса. Устойчивый рост разведанных запасов углеводородов является одним из главных стратегических факторов обеспечения энергетической безопасности страны. Необходимость повышения экологической и экономической эффективности геологоразведочных работ требует применения новых подходов и методов в данной области. Одним из таких методов является детектирование инфразвуковых шумовых полей нефтегазовых залежей. О перспективах его внедрения в практику геологоразведочных работ рассказал директор Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН академик А.Ю. Цивадзе.
ПЕРСПЕКТИВНЫЙ МЕТОД ПОИСКА НЕФТЕГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ
БЕСЕДА С АКАДЕМИКОМ А.Ю. ЦИВАДЗЕ
— В вашем институте разработан новый метод детектирования инфразвуковых шумовых полей нефтегазовых залежей. В чём его отличие от известных классических методов сейсморазведки?
— Отличия этого метода (ДШП-метода) от известных методов сейсморазведки носят принципиальный характер. Классическая сейсморазведка анализирует геологическую среду, в которой распространяются возбуждённые с помощью сейсмовибраторов отражённые, преломлённые или рассеянные волны, и определяет структуру глубинного строения этой геосреды на площади, где может находиться залежь углеводородов. ДШП-метод основан на регистрации инфразвуковых микросейсмических колебаний и опреде-
лении наличия или отсутствия на исследуемой площади собственных шумовых инфразвуковых микросейсмических полей, излучаемых нефтегазовой залежью (НГЗ), то есть объектом исследования является непосредственно углеводородное вещество (УВ). В качестве информационного сигнала выступает микросейсмический шум, распространяющийся в геологической среде. Таким образом, объектом разведки оказывается не структура геологического разреза и не особенности его литологии, а собственно углеводороды, заключённые в матрицу коллектора. Нефтегазовая залежь рассматривается как глубинный источник излучения собственных шумовых инфра-звуковых волн — нефтегазовых микросейсм.
ДШП-метод можно охарактеризовать как микроземлетрясение и отнести к категории сейсмологических методов поиска и разведки НГЗ. В его основе — физико-химические процессы, происходящие в порово-каверново-трещинова-той породе-коллекторе, который заполнен жидким или газообразным углеводородом. Частотный диапазон ДШП-метода лежит в инфразвуко-вой области (1—5 Гц) и слабо зависит от пластовых давлений. Эффективно выявляются залежи углеводородов как структурного, так и неструктурного типа с конкретизацией вида флюида (нефть, газ).
В рамках метода используются специально разработанные трёхкомпонентные телеметрические инфразвуковые сейсмомодули на базе трёх ортогонально расположенных электрохимических или иных первичных преобразователей микросейсмических колебаний в электрический сигнал, что позволяет существенно повысить вероятность определения наличия НГЗ. Кроме того, специально разработан пакет программ каме-
Наземный аппаратурный комплекс АНЧАР
Морской аппаратурный комплекс АНЧАР
Рис. 1. Программно-аппаратурный измерительный
комплекс ДШП-метода
ральной обработки и анализа инфразвуковых шумовых электрических сигналов.
Предлагаемый метод обладает и экономическими преимуществами: при бурении скважин, по данным сейсморазведки, как правило, каждая вторая скважина оказывается непродуктивной ("коэффициент успешности" менее 0.5), в то время как при бурении скважин с использованием данных ДШП-метода только каждая пятая из них непродуктивная ("коэффициент успешности" не менее 0.8).
— Как получилось, что вы заинтересовались вопросами прогнозирования ресурсов углеводородов?
— В последнее время как в России, так и за рубежом остро встал вопрос восполняемости ресурсов углеводородов, поскольку это обеспечивает
устойчивость уровня добычи нефти и газа. В большинстве стран-экспортёров УВ коэффициент восполняемости составляет 2.2, а в России он равен примерно единице, то есть мы расходуем УВ фактически прямо "с колёс".
Если учесть, что на период до 2020 г. основными территориями проведения геологоразведочных работ, способными обеспечить восполнение минерально-сырьевой базы России, станут малоизученные труднодоступные районы восточносибирской тайги, а также шельф арктических и дальневосточных морей, то вполне очевидно, что разработка новых оперативных методов поиска и разведки, основанных на исследовании особенностей собственных физико-химических свойств НГЗ, представляется абсолютно необходимой.
В нашем институте уже довольно длительное время ведутся исследования инфразвуковых шумов различной природы. В частности, некоторые представления микроскопической теории шумов электрохимических систем были эффективно применены при оценке собственных шумов малогабаритных инфразвуковых трёхкомпонентных электрохимических сейсмомодулей, разработанных сотрудниками института в конце 1960-х годов. Известно, что инфразвуковой диапазон частот является наиболее информативным при регистрации предвестников крупных изменений исследуемых систем, в связи с чем эта аппаратура успешно использовалась в интересах сейсмологии.
В 1990-х годах в сотрудничестве с геофизической компанией НТК "АНЧАР" изучалась возможность использования созданной нами аппаратуры для прогнозирования нефтегазовых залежей. Так было положено начало широкомасштабным экспериментальным работам, в результате которых предложен метод акустической низкочастотной разведки залежей углеводородов (метод АНЧАР). Дальнейшие исследования привели к созданию метода детектирования инфразву-ковых шумовых полей нефтегазовых залежей (ДШП-метод), который является прямым развитием метода АНЧАР.
— Поясните, пожалуйста, о каких шумовых полях идёт речь?
— Некоторые представления микроскопической теории шумов электрохимических систем были успешно использованы при описании процессов, происходящих в углеводородной залежи. В частности, мы предложили рассматривать нефтегазовую залежь как среду, в которой формируются и излучаются собственные инфразвуковые микросейсмические поля, присущие непосредственно углеводородному веществу. Сформулированы основные принципы ДШП-метода, в соответствии с которым НГЗ является локальной неоднородностью в геологической среде, представляющей собой порово-каверново-трещино-
ИНТЕРВЬЮ
251
Рис. 2. Вариант полевых работ по прогнозу нефтегазовой залежи на одной из эталонных площадей
115 121 111 110 112
ватую породу-коллектор, заполненную жидким или газообразным углеводородом. Эта система находится в динамическом равновесии, которое характеризуется накоплением и хаотическим во времени сбросом накопившейся энергии, когда происходит излучение микросейсмических колебаний, так называемых нефтегазовых микросей-см. Микросейсмические колебания позволяют детектировать НГЗ в виде аномалии спектральной мощности, а положение частотного максимума — судить о виде флюида (нефть или газ). Была создана капельно-пузырьковая модель, которая объясняет ДШП-метод процессами роста и испарения капель флюида УВ в порах породы-коллектора и при этом учитывает влияние двойного электрического слоя.
— Какую аппаратуру вы используете?
— Мы применяем трёхкомпонентные телеметрические инфразвуковые сейсмомодули на базе трёх ортогонально расположенных электрохимических или иных первичных преобразователей микросейсмических колебаний в электрический сигнал, позволяющих существенно повысить вероятность определения наличия НГЗ. Эта аппаратура разработана в нашем институте для ДШП-метода. На рисунке 1 показан внешний вид программно-аппаратурного измерительного ком-
плекса ДШП-метода в вариантах наземного и морского использования.
— А кто создал алгоритмы обработки данных?
— Оригинальные алгоритмы обработки, включающие пакет программ для анализа полевых записей и камеральной обработки, а также анализа инфразвуковых шумовых электрических сигналов в диапазоне частот 1—5 Гц созданы в нашем институте специально для ДШП-метода.
— Расскажите, пожалуйста, о конкретных результатах поиска нефтегазовых залежей и об опыте детектирования шумовых полей НГЗ.
— К настоящему времени накоплен большой опыт использования метода АНЧАР для детектирования микросейсмических полей, излучаемых нефтегазовой залежью в диапазоне 1—5 Гц, путём возбуждения НГЗ посредством режима накачки механической энергии в геосреду с помощью сей-смовибратора. С 1993 г. по настоящее время инва-зивным методом АНЧАР изучено около 300 объектов на площади более 100 тыс. км2. Совместно с сейсморазведкой до проведения бурения обследовано более 100 подготовленных к бурению поисковых и разведочных скважин почти на 60 площадях и структурах с глубинами залегания продуктивных горизонтов от 700 до 6500 м.
Все анализируемые скважины-экзаменаторы впоследствии были пробурены по рекомендациям сейсморазведки, но только в 50% из них удалось получить промышленные притоки нефти и/или газа. На этих же скважинах положительный или отрицательный прогноз нефтегазоносности по методу АНЧАР подтверждается более чем в 80% случаев.
Работы выполнялись в различных геологических (для ловушек структурного и неструктурного типов, в условиях активного проявления соляной тектоники, для карбонатных и терригенных коллекторов) и географических условиях (в степях Оренбуржья, Казахстана, Калмыкии, прериях Канзаса и Колорадо, в пустынях Каракумы и Сахара, в горах Ирана и Марокко, в сельве и на шельфе Эквадора, в болотах Ханты-Мансийского автономного округа, в тайге Красноярского края и Иркутской области). Наибольшие объёмы работ выполнены в Оренбуржье, преимущественно в интересах Газпрома. Учитывая, что ДШП-метод является прямым развитием метода АНЧАР, можно сделать уверенное заключение о его эффективности при использовании в малоизученных труднодоступных районах восточно-сибирской тайги, а также на шельфе арктических и дальневосточных морей.
На рисунке 2 представлен результат прогноза методом АНЧАР на одной из эталонных площадей, где п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.