Критерии оценки продуктивности нефтегазовых залежей на основе геолого-математического моделирования связанных с ними зон вторичной сульфидизации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат геолого-минералогических наук Кудрявцева, Елена Олеговна

• Кудрявцева, Елена Олеговна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Кудрявцева, Елена Олеговна

Введение

1. Геолого-геофизические и геохимические предпосылки создания теоретической модели формирования и строения зон сульфидной минерализации над нефтегазовыми залежами. 9 1.1. Возникновение дифференциально-нормированной электроразведки

ДНМЭ (исторический обзор)

1.2. Применение метода ДНМЭ

1.3.Развитие теории возникновения аномалий вызванной поляризации над нефтегазовыми залежами

1.4. Геоэлектрохимическая модель залежи углеводородов и образование зон эпигенетической сульфидизации (повышенной поляризуемости)

2. Теоретическое моделирование формирования зоны вторичной сульфидизации (повышенной поляризуемости) над залежами углеводородов

2.1.Формирование зоны сульфидизации над нефтегазовой залежью в двухслойном геологическом разрезе

2.2.Формирование двух зон сульфидизации над нефтегазовой залежью в трехслойном геологическом разрезе с учетом диффузии и квазиконвекции по вертикали

3. Влияние вертикального разлома на строение зоны сульфидной минерализации (повышенной поляризуемости) над нефтегазовой залежью

3.1. Общая постановка задачи

3.2.Распределение концентрации вторичных сульфидов над линейным источником

4. Моделирование процессов окисления пирита в зонах сульфидной минерализации над нефтегазовыми залежами 83 4.1. Теоретический расчет развития окислительных процессов в зоне сульфидизации и влияния их на параметры ВП над нефтегазовой залежью

4.1.1. Физико-химические процессы формирования зоны сульфидизации и ее окисления

4.1.2. Математическая постановка задачи окисления сферического зерна сульфида (пирита) в зоне сульфидизации над нефтегазовой залежью

4.1.3. Расчет параметров и процессов вызванной поляризации частично окисленного сферического зерна электронопроводящего минерала (пирита)

4.2. Экспериментальное подтверждение теоретических расчетов влияния окислительных процессов в зоне сульфидизации на постоянную времени спада потенциалов ВП

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Критерии оценки продуктивности нефтегазовых залежей на основе геолого-математического моделирования связанных с ними зон вторичной сульфидизации»

Актуальность работы

Дифференциально-нормированный метод электроразведки (ДНМЭ) в последние годы стал одним из ведущих методов электроразведки в нефтегазопо-исковом геофизическом комплексе. Поисковым признаком выступают аномалии вызванной поляризации (ВП), возникающие над залежами углеводородов (УВ), в частности, вследствие развития в зоне ореолов рассеяния вторичной эпигенетической пиритизации. Однако до настоящего времени не существовало возможности теоретической оценки концентрации эпигенетического пирита, образующегося над залежами УВ, в различных геологических условиях. Отсутствие четкого понимания влияния вторичных сульфидов на полученные результаты полевой съемки существенно ограничивало практические возможности геологической интерпретации материалов.

Целью данной работы является разработка критериев разбраковки аномалий ВП, связанных с зоной вторичной сульфидизации над потенциальными нефтегазовыми залежами, на основе ее ге о лого-математического моделирования.

Задачи исследования

- разработать геолого-математическую модель формирования зоны вторичной сульфидизации над нефтегазовой залежью;

- исследовать распределение концентрации вторичного пирита на уровне геохимического барьера для различных типов нефтегазовых залежей, в том числе осложненных разломами;

- исследовать связь аномалий ВП с зонами вторичной сульфидизации в отношении их интенсивности и планового положения;

- провести теоретическое и экспериментальное исследование поведения постоянной времени спада окисленных зерен пирита, образующихся над расформированными залежами.

Фактический материал

В основу диссертации положен фактический материал наземных и морских исследований дифференциально-нормированным методом электроразведки (ДНМЭ), выполненных Сибирской геофизической научно-производственной компанией (СГНПК) в 2006-2009 гг.; фактический материал, полученный при проведении экспериментов по исследованию постоянной времени спада ВП на базе лаборатории кафедры геофизики Санкт-Петербургского государственного университета в 2008-2009 гг.

В качестве основных методов исследования использовались натурные эксперименты, математическое моделирование, компьютерная обработка и интерпретация экспериментальных и теоретических данных.

Автор принимала участие в интерпретации, анализе и обобщении геолого-геофизических данных ДНМЭ по площадям Калининградского и Краснодарского регионов, шельфов Каспийского и Баренцева морей. Она лично проводила эксперименты в Санкт-Петербургском университете, обработку и анализ данных, полученных в их результате. Совместно с О.Ф. Путиковым разработала теоретическое обоснование математического моделирования образования зон сульфидизации.

Научная новизна работы

- впервые созданы математические модели образования зон вторичной сульфидизации для двухслойной модели нефтегазовой залежи, трехслойной ее модели залежи и залежи, осложненной наличием разлома;

- выявлены связи распределения концентрации пирита над залежами углеводородов в зависимости от их положения и возраста и проведено сопоставление полученных результатов с аномалиями ВП, полученными по данным ДНМЭ, что позволило повысить степень достоверности прогнозирования залежей углеводородов;

- путем лабораторного физического моделирования установлено, что наличие окисленной корочки высокого удельного электрического сопротивления на поверхности зерен пирита влияет на величину постоянной времени спада ВП, что позволяет выявить расформированные залежи УВ.

Защищаемые положения

1. Интерпретация аномалий ВП на основе моделирования распределения вторичных сульфидов над нефтегазовой залежью в слоистом геологическом разрезе методом приближенного решения системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных для концентрации сероводорода и вторичного пирита является основой для оценки ее продуктивности и линейных размеров.

2. При наличии вертикального разлома в геологическом разрезе повышенные значения концентрации вторичных сульфидов и коэффициента поляризуемости в разрезе с относительно высокой проницаемостью перекрывающих пород наблюдается над нефтегазовой залежью и в пространстве между залежью и вертикальным разломом; в разрезе со слабопроницаемыми породами максимальное значение фиксируется в зоне разлома.

3. Аномалии ВП с высокими значениями постоянной времени спада ВП (до 100 мс — 3 с при обычных значениях 20 - 80 мс) характерны для расформированных в геологическом прошлом залежей УВ, над которыми происходило частичное окисление зерен вторичных сульфидов.

Практическая значимость работы

Разработана программа, позволяющая вести расчеты концентрации пирита для всех вышеописанных моделей в зависимости от геологического возраста и глубины залегания залежей УВ при различных свойствах перекрывающих пород.

В благоприятных условиях (Причерноморско-Северокавказская нефтегазоносная провинция) путем ранжирования аномалий ВП возможно выделять из них связанные с промышленными залежами УВ в нижней части разреза, а не с малодебитными газовыми скоплениями в верхней части.

Учет влияния разломов во многих случаях позволяет более точно определить плановое положение залежей УВ при анализе аномалий ВП.

Показана возможность разделения на группы аномалий ВП в зависимости от значений времени релаксации, что позволяет отбраковывать аномалии, наблюдающиеся над расформированными залежами УВ.

Достоверность результатов диссертационного исследования определяется завершенными теоретическими разработками, подтвержденными достаточным большим объемом лабораторных исследований, а также соответствующими им практическими результатами в различных нефтегазовых регионах.

Апробация работы

Представленные в работе научные и практические результаты являются составными частями ряда производственных отчетов.

Основные положения диссертации были представлены и докладывались: на международных научно-практических конференциях ЕАвЕ в г. Геленджике в 2006 г., 2007 г., 2008 г., 2009 г. и в г. Монпелье (Франция) в 2009 г., на научно-практической конференции ИрГТУ в 2006 г, на международных геофизических научно-практических семинарах Санкт-Петербургского государственного горного института в 2006 г., 2007 г., 2008 г. и 2009 г., в Институте нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН (г. Новосибирск) в 2007 и 2008 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 1 работа в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России, имеется 1 патент на изобретение.

Благодарности

Автор выражает благодарность за руководство и постоянную методическую помощь при проведении и подготовке исследовательской работы и конструктивные замечания при обсуждении основных результатов исследований своему научному руководителю, д.г.-м.н., профессору О.Ф. Путикову. Автор признателен генеральному директору СГНПК, д.г.-м.н. П.Ю. Легейдо за поддержку исследовательской работы и ценные советы и замечания. Автор благодарен за предоставленную возможность всесторонней апробации диссертации, обсуждение структуры работы и ценные замечания д.г.-м.н. A.C. Егорову, д.г.-м.н. профессору Н.О. Кожевникову, за содействие в участии в международной конференции и в последующих публикациях доктору Паулу Викену, за реализацию идей в программу Е. Ю. Антонову, за поддержку и ценные замечания и советы главному геологу СГНПК С.А. Иванову, С.Ю. Гариной и геологическому отделу СГНПК за помощь в оформлении диссертации.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Кудрявцева, Елена Олеговна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований связи аномалий ВП с зоной вторичной сульфидизации над нефтегазовыми залежами оценена информативность расчета концентрации пирита, которая проявляется в получении возможности уточнять контур аномалий ВП, производить разбраковку аномалий ВП, корректировать в плановом отношении положение и размер залежей УВ.

Теоретические расчеты концентрации пирита в зоне вторичной сульфидизации над залежами углеводородов с использованием физико-математических моделей, разработанных автором, позволяют оценить вероятное содержание пирита в породах, перекрывающих залежь, в зависимости от ее глубины залегания и времени формирования. Это, в свою очередь, позволяет объяснить наличие или отсутствие аномалий ВП над имеющимися залежами нефти.

Выполненный учет влияния вертикальных разломов при расчете концентрации пирита показал возможность уточнения контуров аномалий ВП и определения планового положения и размера залежи углеводородов. В работе рассмотрены различные варианты влияния разлома на распределение пирита над залежью.

Показано, что над расформированной нефтегазовой залежью пирит окисляется. Наличие окисленной корочки вокруг зерна пирита влияет в основном не на поляризуемость, а на постоянную времени спада ВП. Это позволяет разбраковывать аномалии ВП, отличая по времени спада аномалии над существующими залежами от аномалий над расформированными залежами углеводородов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Кудрявцева, Елена Олеговна, 2010 год

1. Аванпроект «Локальный прогноз нефтегазоносности в условиях Арктического шельфа», Санкт-Петербург, 1998 г. Автор — М.Л. Верба.

2. Агеенков Е.В. Исследование эквивалентностей горизонтально-слоистых поляризующихся сред в дифференциально-нормированном методе электроразведки: Автореф. . канд. геол.-мин. наук. Иркутск, 2004. - 18 с.

3. Баженова O.K. Геология и геохимия нефти и газа: учебник / Под ред. Б.А. Соколова. М.: изд-во Московского университета. Издательский центр «Академия», 2004. - 415 с.

4. Березкин В.М., Киричек М.А., Кунарев A.A. Применение геофизических методов для прямых поисков нефти и газа. М.: Недра. - 1978.

5. Булашевич Ю.П. Расчет поля вызванных потенциалов для рудных тел сферической формыю Изв. АН СССР, 1956. Сер. геофиз., №5

6. Геннадиник Б.И. Принципы описания физико-химических процессов, протекающих в горных породах, и связанных с ними электрохимических явлений, используемых в методе вызванной поляризации. М., Наука, 1980.

7. Геннадиник Б.И. Уравнения и параметры осредненного электромагнитного поля в гетерогенной среде. Изв. АН СССР, сер. Физика Земли, № 6, 1980, с.69 - 75.

8. Геннадиник Б.И., Мельников В.П., Геннадиник Г.В. Теория вызванной электрохимической активности горных пород. Якутск, 1976.

9. Геология нефти и газа Сибирской платформы / Анциферов A.C., Ба-кин В.Е., Варламов И.П. и др. Под ред. А. Э. Канторовича, В. С. Суркова, А. А. Трофимука. М.; Недра, 1981. - 552 с.

10. Голубев B.C., Гарибянц A.A. Гетерогенные процессы геохимической' миграции. М.,Недра,1968.- 192с.

11. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, 1975. - 1108 с.

12. Давыденко Ю.А. Разработка программно-измерительного комплекса для дифференциально-нормированного метода электроразведки: Автореф. диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Новосибирск, 2005.-19 с.

13. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Электрохимия. «Высшая школа». М., 1987.

14. Диткин В.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования и операционное исчисление. М.: Физматгиз, 1961, 524 с.

15. Зорькин Л.М., Карус Е.В. Закономерности формирования и развития геофизических и геохимических полей // Советская геология, 1978, № 11.-С. 18-24.

16. Иванов С.А., Барышев JI.A., Мячев С.Б. Методика интерпретации КМПП // Пояснительная записка к паспорту Чиканского объекта АТЗ (подготовленного). Фонды ФГУГП Иркутскгеофизика, Иркутск, 1994. -С. 33-37.

17. Кирюхин В.А., Коротков А.И., Павлов А.Н. Общая гидрогеология Л.: Недра,1988.-358с.

18. Комаров В. А. Электроразведка методом вызванной поляризации. Л., Недра, 1980. 390 с.

19. Комаров В.А. Геоэлектрохимия. С.-Петербург, изд-во С.-Петерб. унта 1994.-136с.

20. Комплексный анализ данных геохимических поисков месторождений нефти и газа / Под ред. Зорькина J1.M., Петухова A.B. М.: Недра, 1981.

21. Кормильцев В. В. Переходные процессы при вызванной поляризации. М., Наука, 1980.- 112 с.

22. Кормильцев В. В., Поздняков М.В., Сомов В.Ф. О вызванной поляризации песчано-глинистых пород. В кн. : Аппаратура и метод вызванной поляризации с измерением скорости спада. Свердловск, УНЦ АН СССР, 1976, с. 41 -67.

23. Кормильцев В.В. Вызванная поляризация в уравнениях электродинамики. Научные доклады АН СССР, Свердловск, 1981.

24. Кудрявцева Е.О. Моделирование процессов образования зон повышенной поляризуемости над нефтегазовыми залежами // Записки горного института. 2009. Т. 183. С. 246-250

25. Куликов А. В., Шемякин Е. А. Электроразведка фазовым методом вызванной поляризации. М., Недра, 1978. 160 с.

26. Легейдо П. Ю., Мандельбаум М. М., Рыхлинский Н. И. Применение дифференциально нормированной электроразведки на Непском своде // Геология и геофизика, № 4, 1990.

27. Легейдо П.Ю. Теория и технология дифференциально-нормированной геоэлектроразведки и ее применение в нефтегазовой геофизике: Дисс. . д-ра геол.-мин. наук. Иркутск, 1998. - 198 с.

28. Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Дифференциально-нормированные методы геоэлектроразведки / Под ред. М.М. Мандельбаума. Методическое пособие. - Иркутск, 1996. - 145 с.

29. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Гос. изд-во технико-теорет. лит. 1952. -392с.

30. Метод вызванной поляризации. — Учебно-научный геофизический полигон МГУ. URL: http://alexandrovka.carpet-tile.ru/ (дата обращения 5.10.08)

31. Моисеев B.C., Тараторкин Б.Ф., Шлепнев В.Б. Результативность прогноза залежей углеводородов методом вызванной поляризации в Западной Сибири // Тез. докл.: Международная геофизическая конференция. С.Петербург, 1995.

32. Моисеев B.C. Метод вызванной поляризации при поисках нефтепер-спективных площадей. Новосибирск: Наука, 2002. - 135с.

33. Небрат А.Г., Сочельников В.В., Кисель С.А. К вопросу о применении методов электроразведки при прогнозе характера УВ-насыщения // Геофизика, 2008, №5.-С. 57-58.

34. Никитин A.A. Применение теорий статистических решений при классификации геологических объектов по данным комплекса геофизических методов // «Изв. Вузов. Геология и разведка», 1970, №10. С. 135-144.

35. Никитин A.A. Статистические методы выделения геофизических аномалий.- М.: Недра, 1979. 280 с.

36. Никитин A.A., Хмелевской В.К. Комплексирование геофизических методов: учебник для вузов. Тверь: ООО «Изд. ГЕРС», 2004 -294 с.

37. Основы теории геохимических полей углеводородных скоплений / Старобинец И.С., Петухов A.B., Зубайраев С.Л. / Под ред. A.B. Петухова и

38. И.С. Старобинца. М.: Недра, 1993. - 332 с.

39. Пастухов Н.П. Взаимосвязь геохимических и геофизических полей в надпродуктивных комплексах нефтегазовых месторождений юга Сибирской платформыю: Автореф. . канд. геол.-мин. наук. Москва, 1992. -22 с.

40. Петренко В.И., Петренко Н.В., Зленко В.Я. К вопросу о геолого-физической и геохимической роли газоэвапоригенной влаги // Серия «Нефть и газ». Выпуск 2.

41. Постельников А.Ф. К вопросу о природе вызванной поляризации в осадочных горных породах. -Изв. Вузов, сер. Геология и разведка, 1959, №2.

42. Применение геофизических методов при прямых поисках нефти и газа // Итоги науки и техники / Базовкина И.Г., Корольков Ю.С., Кунарев A.A. и др.- М., из-во ВИНИТИ, 1978.

43. Прямой поиск углеводородов геофизическими методами / Мандель-баум М. М., Пузырев Н. Н., Рыхлинский Н. И. и др. М.: Наука, серия "Академические чтения", 1988.- 160 с.

44. Путиков О.Ф. Основы теории нелинейных геоэлектрохимических методов поисков и разведки. С.Петербург, изд-во С-Петерб. гос. горного института. 2009. 534с.

45. Путиков О.Ф. Полярографический каротаж. С.-Петербург, изд-во С.-Петерб. гос. ун-та. 2000. -500с.

46. Рокитянский И. И. Лабораторное изучение вызванной поляризации осадочных пород. Изв. АН СССР, сер. Геофизика, 1957, № 2.

47. Рокитянский И. И. О природе вызванной поляризации ионопроводя-щих сред //Изв. АН СССР, сер. геоф., 1959. С. 1055- 1060.

48. Светов Б.С., Агеев В.В., Лебедева H.A. Поляризуемость горных пород и феномен высокоразрешающей электроразведки // Геофизика, № 4, 1996.

49. Соколов Н.П. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1985. 294 с.

50. Технология нефтегазопоисковых и геохимических исследований в системе «воздух-земля-скважина» / Под ред. Зубайраева C.JL, Стадника E.B. М.: Изд. ВНИИгеоинформсистем, 1990.

51. Уэйт Дж. Геоэлектромагнетизм. М.: Недра, 1987. - 235 с.

52. Фридрихсберг Д.А., Сидорова М.П. Исследование связи явления вызванной поляризации с электрокинетическими свойствами капиллярных систем. Вестник ЛГУ, сер. Физики и Химии, 1961, № 4.

53. Чжоу Цзыюн. Струйные ореолы рассеяния нефтегазовых месторождений в неоднородных горных породах и их изучение геоэлектрохимическими методами. С.- Петербург, СПГГИ. Диссертация на соиск. уч. ст. к.г.-м.н, 2000.-146с.

54. Шейнман С. М. Современные физические основы теории электроразведки. М., Недра, 1968. 221 с.

55. Шейнман С.М. Об импедансе поверхности электроннопроводящих минералов. В кн. : Вопросы электроразведки рудных месторождений. Л., 1977.

56. Шейнман С.М., Исаев Г.А., Полетаева Н.Г. О влиянии вызванной поляризации на результаты измерений в методе переходных процессов. Сб. трудов НПО "Геофизика". Методы разведочной геофизики, Л., 1982, вып. 57, с. 38 47.

57. Шлюмберже К. О вызванной поляризации в скважинах. Каротаж,различные операции в скважинах, 1934, вып. 6.

58. Яковлев А.П., Круглова З.Д. Изменение пород под влиянием залежей нефти и газа и возможность их выявления геофизическими методами. -М., 1977.

59. Cole K.S., Cole R.H. Dispersion and absorbtion in dielecrtrics. J. Chem. Phys., 1941, v.6.

60. Davidenko Y., Ivanov S., Kudryavceva E., Legeydo P., Veeken P.C.H. Geoelectric surveying, a useful tool for hydrocarbon exploration // 70-th EAGE conference & exhibition incorporating SPE Evropec 2008/ Rome, Italy (9-12 june.2008)/ - P.53

61. Induced polarization (IP) method in oil exploration the cause of the IP anomaly / Zhang, Saizhen, Nie, Xinwu, Li, Yinxian, Anchang, Zhou Jiping and Yang , Guanding. - 1988.

62. Pelton W.H., Ward S.H., Hallof P.G., Still W.R., Nelson P.N. Mineral discrimination and removal inductive coupling with multifrequency IP. Geophysics, 1978, vol.43, No 3.

63. Pirson S. D. Progress in magnetoelectric exploration. -Oil and Gas J., 1982, v. 80, . 41.

64. Schumacher D. Hydrocarbon-induced alteration of soils and sediments, in D. Schumacher and M. A. Abrams, eds., Hydrocarbon migration and its near-surface expression: AAPG Memoir 66. 1996. - P. 71-89.

65. Siegel H. Induced polarization and its role in mineral exploration. Canadian Min. Metall. Bull., 1962, v. 5, 1 600.

66. Snaider D. Exploration for petroleum using complex resistivity measure-ments.-Advances in induced polarization and complex resistivity. The University of Arizona, 1984, January, 5-7.

67. Sogade J.A., Scira-Scappuzzo F., Vichabian Y., Shi W., Rodi W., Lesmes D.P., Morgan F.D. Induced-polarization detection and mapping of contaminantplumes. Geophysics, vol.71, No 3 (may-june 2006). P. B75-B84

68. Sternberg B.K. A review of some experience with the induced-polarization / resistivity method for hydrocarbon surveys: Successes and limitation. Geo-phisics, 1991, 56, 10. P. 1522-1532.

69. Tarnsial an E.M. method applied to hydrocarbon exploration. Rocroi J.P., Farabolini W., Andriux P. 1989.

70. Veeken P.C.H., Legeydo P.J., Davidenko Y.A., Kudryavceva E.O., Iva-nov S.A., Chuvaev A. Benefit of the induced polarization geoelectric method to hydrocarbon exploration // Geophisics, vol.74, N.2 (march-april.2009). P. 1-XXXX-12-XXXX.

71. Veeken P., Legeydo P., Pesterev I., Davidenko Y., Kudryavceva E., Ivanov S. Geoelectric modelling with separation between electromagnetic and induced polarization field components // First Break, issue 12, vol.27 (decem-ber.2009).