Геологические методы поиска нефти

В начале XX в. было, наконец, окончательно принято, что нефть накапливается в возвышенных частях коллекторов, таких как антиклинали и купола. Эти факты фигурировали под названием антиклинальной теории, первоначально предложенной еще в конце XIX в., но тогда еще не подтвержденной. После этого нефтедобывающие компании стали приглашать геологов для картирования обнажения подземных пластов на поверхности. «Бычий глаз» и складчатость в форме структурных выступов использовали для обнаружения подземных ловушек: антиклиналей и куполов. С появлением самолетов и аэрофотографии картографирование поверхности стало более эффективным. Вертикальные черно-белые аэрофотоснимки начали превращать в геологические карты. Для идентификации некоторых пород, изображенных на снимке, проводили выборочную проверку территории, называемую наземным контролем данных. Аэрофотографирование можно также осуществлять с помощью радара. При этом изображение поверхности земли сходно с обычной черно-белой фотографией. Преимущество радара состоит в том, что для него не являются препятствием облака, и съемку можно проводить также и ночью.

Начиная с 1970-х годов вокруг Земли вращаются спутники на расстоянии нескольких сотен километров от поверхности. Некоторые из них фотографируют земную поверхность в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах и передают эти снимки на Землю. Многие из спутников являются разведывательными. Пять спутников «Landsat», принадлежащих США и запущенных между 1972 и 1984 годами (еще один — в 1999 г.), на данном этапе вращаются вокруг Земли на высоте 438 и 570 миль (705 и 917 км). Эти спутники работают под девизом политики открытого неба. Сделанные ими снимки доступны всем по одной и той же цене без каких-либо ограничений. Цифровые снимки можно увеличить на компьютере. Они очень полезны при картографировании удаленных районов и обновлении взглядов на уже изученную территорию. Франции принадлежат два аналогичных спутника, называемых «Spot». Канадский спутник «Radarsat» создает радиолокационные изображения земной поверхности (см. рис. 13.4).

Для обнаружения газа и нефти может быть полезен геологический стиль мышления. В середине 1950-х годов в восточной части штата Нью-Мексико было пробурено несколько скважин. Анализ образцов, взятых из этих скважин, помог установить, что все скважины, расположенные к северу от определенной линии, прошли сквозь лагунные фации известняков, отложенных в пермский период (см. рис. 13.5). Все скважины к югу от указанной линии пробурили относительно глубоководные рифовые фации известняковых отложений, называемые передними рифами, отложившиеся точно в это же время. Между двумя фациями должен был располагаться риф.

В 1957 г. компания Pan American Petroleum пробурила скважину между двумя фациями и обнаружила месторождение Эмпайр-Або. Первые несколько скважин не попали на самую вершину рифа и достигли пластов с относительно малой продуктивной зоной — 20—60 фут. (6—18 м). Однако скважины, пробуренные позднее, попали в гребень рифа — здесь мощность продуктивного пласта составляла 725 фут. (221 м). Было открыто действительно крупное месторождение с суммарными промышленными запасами 250 млн бар. (40 млн куб. м) нефти.

В приграничном прогибе, где пробурено относительно мало скважин, геологи обычно начинают с поиска больших структурных ловушек. Прежде всего устанавливают форму и размеры прогиба. Составляют стратиграфию бассейна (т. е. последовательность залегания слоев породы) с целью обнаружения потенциальной материнской породы, породы-коллектора и покрывающей породы. Выявляют структуры, которые можно распознать картографированием местности и широкомасштабной сейсморазведкой.

На относительно сильно разбуренных, зрелых территориях геологи большую часть усилий направляют на подземное картографирование и построение поперечных разрезов (профилей). Основная часть структурных ловушек оказывается уже обнаруженной, в отличие от множества небольших стратиграфических ловушек. Составляют карты подповерхностного рельефа (т. е. структурные карты и карты изопахит) для потенциального коллектора в абсолютно разных масштабах, от отдельного месторождения до целого бассейна. Каждый раз, когда на конкретной территории бурят скважину, появляется дополнительная информация об этой территории. Полученные данные наносят на известные карты, заново проводят изолинии и корректируют карты. Для того чтобы выясненить, где именно скрытые подповерхностные структуры и фациальные изменения образуют нефтяные ловушки, применяют общие геологические принципы.



Построение поперечных разрезов для поисков газа или нефти проводится с помощью корреляции. Корреляция — это согласование пород от одной территории к другой. На поверхности земли корреляция осадочных пород обычно начинается с опорного пласта (см. рис. 13.6). Опорный пласт — это отчетливо различимый слой горных пород, который легко идентифицировать. Слои вулканического пепла, тонкие пласты угля, известняк или песчаник, слои ископаемых — все это хорошие опорные пласты. После определения опорного пласта слои пород сверху и снизу от него можно коррелировать по физической схожести, а также по их расположению в последовательности залегания. Граница между двумя слоями пород называется контактом.

Опорные пласты используются и в корреляции подповерхностных пород. В качестве исходной точки для корреляции можно также применять опорный горизонт, т. е, верх или низ мощного, хорошо различимого слоя пород. На территориях, где геологическое строение осложнено сбросами, фа-циальными изменениями и несогласиями, наиболее точной будет корреляция по микроископаемым, содержащимся в породах (см. рис. 13.7). Для того чтобы проследить залегание пластов пород под землей, используют также каротажные диаграммы и сейсморазведку.

Поперечный разрез — это вертикальный срез подземных слоев пород. Его выстраивают посредством корреляции слоев от одной скважины к другой. При бурении скважины проводят регистрацию всех встречающихся пород, создавая так называемую каротажную диаграмму. Для проведения корреляции между скважинами сравнивают виды залегания пород на соответствующих каротажных диаграммах. Существует два типа разрезов, в зависимости от способа расположения каротажных диаграмм при корреляции. Каждая диаграмма должна быть ориентирована по общей для всех скважин горизонтальной поверхности.

Структурный разрез создается посредством выравнивания каротажных диаграмм по современному уровню моря для каждой скважины (см. рис. 13.8), после чего диаграммы коррелируются. На структурных профилях отображают такие структуры, как складки, сбросы и потенциальные ловушки, Структурные поперечные профили применяют для поиска структурных нефтяных ловушек.

Геологический (стратиграфический) разрез строится в результате расположения каротажных диаграмм относительно общего для всех скважин опорного пласта (см. рис. 13.9). Так как опорный пласт изначально залегал горизонтально, задача геологического профиля состоит в возвращении пород в исходное состояние до деформаций. Геологические разрезы используются для отображения соотношений между слоями пород, например фациальных изменений, а также для выявления стратиграфических нефтяных ловушек.

Пространственный монтаж сейсмических разрезов по сети профилей представляет собой корреляцию скважин в трех измерениях (см. рис. 13.10). Диаграмма выглядит как карта: вверху — север, внизу — юг, справа — восток и слева — запад. На карту наносят (показывают) все скважины. Каротажную диаграмму для каждой скважины изображают непосредственно под ее позицией. Затем проводят корреляцию слоев пород от одной скважины к другой, каждый набор корреляций составляет полосу разреза, которую продолжают от скважины к скважине, пока они наконец не сомкнутся. Полная диаграмма называется блок-диаграммой.

Значительная часть информации, получаемой из скважин, кем бы они ни были пробурены, становится общедоступной. Компания, занимающаяся бурением разведочной скважины на новой территории, наверняка хочет сохранить как можно больше информации в секрете и открывает скважину без разглашения результатов. Затем она может использовать полученную информацию для определения местоположения других скважин и для получения в аренду еще не занятой земли.

Тем не менее государственные, муниципальные и региональные законы требуют, чтобы определенный набор каротажных диаграмм был представлен к конкретному сроку в государственное регулирующее ведомство. Этот срок различен в разных штатах, например в Техасе и Оклахоме он составляет 6 месяцев. Для шельфовых территорий США указанный срок — 5—10 лет. Полученная информация немедленно становится общедоступной. Во многих странах существуют национальные нефтедобывающие компании, являющиеся партнерами любой зарубежной нефтяной компании, которая занимается бурением на территории данной страны. Так как зарубежные компании имеют общего партнера в национальной компании, это может быть средством получения информации.

Важным источником геологической информации о скважинах являются диаграммы кабельного каротажа. Каротажные библиотеки занимаются сбором каротажных диаграмм, полученных в различных районах. Каротажные библиотеки есть практически во всех городах США и Канады, расположенных рядом с месторождениями. Члены каротажных библиотек могут просматривать, копировать и даже брать из библиотеки каротажные диаграммы и другие данные по скважинам. Крупнейшие нефтяные компании провели оцифровку каротажных диаграмм с целью их последующей компьютерной обработки, и работающие в этих компаниях геологи могут оперировать с цифровыми моделями на своих компьютерах.

Богатые нефтедобывающие компании используют разведчиков — скаутов, которые собирают для них информацию о любой деятельности, связанной с добычей нефти в заданном регионе. Скауты используют все виды «этических» методов, для того чтобы узнать, где же конкуренты проводят разведку, какую землю взяли в аренду и где будут бурить. При каждом проведении бурильных работ скаут старается получить как можно больше данных о новой скважине. Он заполняет бланк, называемый скаутским билетом, в котором обычно указывают название и местоположение скважины, имя управляющего, время начала и конца бурения, время обсаживания и цементирования скважины, данные об испытании скважины на приток, информацию о готовности, абсолютную высоту кровли некоторых зон и формаций, а также хронологию по скважине. Так как один скаут не может уследить за всем, что происходит в регионе, иногда организуются встречи скаутов разных компаний, на которых выбирают председателя и скауты координируют свою деятельность и обмениваются информацией. Организация, в наши дни известная как Международная ассоциация нефтеразведчиков (скаутов) (International Oil Scouts Association), ежегодно публикует собранную скаутами статистическую информацию.

Коммерческие скаутские организации публикуют ежедневные, еженедельные, ежемесячные доклады о своей деятельности, связанной с бурением в регионе. Некоторые печатают сертификаты по заканчиванию для каждой из скважин США и Канады. Сертификат содержит следующую информацию: название скважины, ее расположение, время начала бурения, глубину до кровли пластов в скважине, число законченных интервалов, метод заканчивания и начальный дебит. Источником информации для сертификата служат скаутские билеты, а также государственные органы регулирования. За определенную плату компании готовы поставлять такие сертификаты для каждого района страны и периодически обновлять информацию.

Коллекции образцов состоят из бурового шлама, полученного на определенной территории. Выбуренные обломки породы можно также продать в коллекцию, а образцы, имеющиеся в коллекции, можно изучать за определенную плату. В керновых библиотеках хранятся керны, выбуренные в данной стране, провинции, штате. В Канаде все керны должны быть зарегистрированы и отправлены в центральное учреждение (которое есть в каждой провинции) для исследования и хранения.

В каждом штате США и в канадских провинциях проводят геологическую съемку, по результатам которой составляют геологические карты и обзоры по данной территории. Геологическая съемка осуществляется под патронажем правительств практически во всех странах мира.