Повышение эффективности общественного производства и улучшение качества продукции - важнейшая составная часть экономической стратегии на современном этапе развития народного хозяйства. Применительно к поискам и разведке месторождений нефти и газа такая ориентация предусматривает оптимизацию геологоразведочного процесса в целом и его отдельных стадий и элементов для сокращения затрат средств и времени при одновременном получении положительных результатов - достоверности разведанных запасов и подготовленности месторождений к разработке.

Реализация указанных направлений повышения эффективности геологоразведочных работ в настоящее время затрудняется из-за их концентрации в районах Севера и Северо-Востока страны, роста глубин разведуемых месторождений, вовлечения в разведку и добычу залежей сложного строения, приуроченных к глинистым терригенным и трещинно-кавернозным карбонатным коллекторам, с аномально высокими давлениями, многофазным насыщением и т.д. При этом трудность изучения объектов геологоразведочных работ сохранится и в будущем, в частности из-за расширения объемов работ на акваториях морей и океанов.

Эти факторы, а также возрастающие масштабы поисков и разведки стимулировали в последнее десятилетие интенсивное развитие научных исследований по разработке новых и совершенствованию применяемых методов, созданию техники и технологии всех видов геологоразведочных работ. Особенно значительные результаты достигнуты в отдельных элементах геологоразведочного процесса: расширяется применение цифровых систем регистрации и машинной обработки данных сейсморазведки; разработаны и внедряются методы и техника опробования нефтегазоносных пластов приборами на кабеле (ОПК) и трубах (ИПТ); широко используются индукционный, акустический и другие новые высокоинформативные методы геофизических исследований скважин (ГИС); на крупных и с особо сложным геологическим строением месторождениях для получения опорных данных начали бурить н исследовать специальные скважины, в том числе на растворах с нефтяной основой (РНО); усовершенствованы методы интенсификации притока флюидов при испытаниях пластов с ухудшенными коллекторскими свойствами; при изучении земной коры применяются аэрокосмические средства [3, 8, 10, 11].

Достижения в этой области существенно отразились на методике, технике и технологии соответствующих элементов геологоразведочных работ и позволили повысить их информативность. Вместе с тем в совокупности они не привели к кардинальным изменениям структуры геологоразведочного процесса и общей эффективности поисков и разведки месторождений нефти и газа. Более того, при значительном увеличении объема геологической, геофизической и геохимической информации благодаря внедрению новых методов и технических средств снижается уровень комплексного использования этой информации, особенно применительно к оптимизации геологоразведочного процесса. Так, высокая информативность сейсморазведки позволила в ряде районов повысить эффективность поискового бурения, но она практически не применяется в комплексе с акустическим каротажем и вертикальным сейсмическим профилированием для минимизации объемов разведочного бурения. Не привело к снижению объемов дорогостоящих испытаний в колонне внедрение ОПК и ИПТ, не сокращается доля неоднозначно интерпретируемых результатов испытаний путем контроля за их проведением методами ГИС. Из-за несвоевременного получения опорной информации (данных кернового анализа, испытаний, специальных геофизических исследований и др.) слабо используются возможности стандартного комплекса ГИС для минимизации дорогостоящих работ на конечных этапах разведки месторождений и т.д.

Вышеизложенное предопределяет актуальность постановки вопроса об оптимизации геологоразведочного процесса на основе системного анализа получаемой информации и с учетом достижений и перспектив развития всей совокупности элементов и видов геологоразведочных работ. Основным при его решении является выбор комплексов соответствующих видов работ, установление их последовательности и взаимодействия на различных стадиях геологоразведочного процесса

В самом разделении непрерывного геологоразведочного процесса на этапы (стадии) заложена идея оптимизации процесса путем управления на основе объективных критериев и, прежде всего, выполнения или невыполнения задач каждой стадии. Соответственно объемы необходимой геологической, геофизической и геохимической информации каждой стадии геологоразведочных работ должны быть строго выдержаны и недопустимо переносить задачи предыдущей стадии на последующую. В работах [4, 6], например, показано, что опорная геофизическая информация, необходимая и достаточная для обоснования критериев и алгоритмов определения подсчетных параметров по данным ГИС, должна быть получена не позже, чем в начале стадии разведки месторождений. Невыполнение этого условия на Русском, Оренбургском и ряде других месторождений привело к тому, что после рассмотрения материалов в ГКЗ СССР были проведены дополнительные доразведочные работы с соответствующими экономическими потерями и увеличением сроков подготовки месторождений к разработке.

Поэтапное осуществление поисков и разведки, как и любого информационного процесса, достигает цели оптимизации при достаточной степени его дискретизации, поскольку иначе он становится неуправляемым. Этому требованию не в полной мере отвечает применяемая стадийность геологоразведочных работ на нефть и газ, в частности тот факт, что столь сложный этап, как разведочный, на стадии не разделяется. С другой стороны, геологоразведочные работы, как производственный процесс, должны при переходе от одной стадии к другой существенно изменяться по составу и пропорциям соответствующих видов исследований, так как именно этим путем обеспечивается оптимизация самого процесса. Наиболее полно учтены указанные особенности геологоразведочного процесса в подготовленном ВНИГНИ с участием ВНИИЯГГа и других организаций проекте Единых правил ведения работ на стадиях поисков и разведки месторождений нефти и газа [2].

Системный анализ предусматривает также приведение к единому и сопоставимому виду информации различного рода об изучаемом объекте и комплексную интерпретацию ее на соответствующих стадиях процесса. Применительно к геологоразведочным работам на нефть и газа, как известно, особенно важно взаимодействие комплексов: полевой геофизики - геохимии - каротажа, каротажа-керна и каротажа - испытания пластов. При этом необходимо отметить, что совместная интерпретация материалов различных видов исследований путем сопоставления и анализа результатов каждого из них, практикуемая в настоящее время, в основном исчерпала свои возможности. Поэтому требуется разработка новых специальных методических и технологических приемов на стыке различных видов исследований. В качестве примеров могут быть приведены методики построения сейсмоакустической модели разреза поданным акустического каротажа и комплексного ее анализа с материалами наземной и скважинной сейсморазведки; геофизические исследования скважин в процессе гидродинамических и других видов воздействия на пласты; каротаж по керну с целью его более надежной привязки к разрезу и др. Важно подчеркнуть, что эти методические к технологические приемы, как правило, не требуют создания принципиально новых технических средств и могут быть использованы уже в настоящее время.

Применительно к схеме, изложенной в проекте единых правил [2], ниже рассматриваются в качестве примера пути оптимизации геологоразведочных работ на стадиях поиска, оценки и разведки месторождений нефти и газа, При этом основными источниками информации об изучаемых объектах являются результаты исследований скважин - данные кернового анализа, каротажа, опробования и испытания пластов. На этих стадиях могут проводиться и детальные сейсмические наземные я скважинные исследования [7].

В указанном комплексе работ специфична роль ГИС, отличающихся от остальных видов работ относительно низкими затратами, полнотой документации разрезов скважин, большим объемом, оперативностью и объективностью данных. Вместе с тем достоверность решения различных геологических задач по материалам ГИС зависит от имеющейся по месторождению опорной, главным образом негеофизической, информации. Поэтому по мере ее накопления изменяются как характер решаемых задач, так и требования к комплексу ГИС.

Дорогостоящая негеофизическая информация в объемах, необходимых для обоснования критериев и алгоритмов интерпретации данных ГИС, может быть получена в ограниченном числе скважин. Обусловлено это тем, что обычно изменчивость характеристик пластов по разрезу выше, чем по площади. Поэтому на определенных стадиях изучения месторождений поисковым и разведочным бурением можно восполнить недостающий объем такой опорной негеофизической информации. В свою очередь, выявленные возможности ГИС позволят до минимума сократить трудоемкие работы, в частности испытание пластов

На стадиях, связанных с поисковым и разведочным бурением, данные ГИС выполняют соответствующую функцию и по отношению к результатам наземных геофизических исследований, в первую очередь сейсморазведки, уточняя интерпретационную сейсмоакустическую модель изучаемого объекта. Материалы ГИС широко используются и для контроля за качеством проведения различных технологических операций - тампонажа скважин, определения места прихвата бурового инструмента, выявления интервалов искривления скважин и т. д., а также для взаимной увязки остальных данных по глубине.

С учетом изложенного на стадиях поиска, оценки и разведки месторождений нефти и газа методы ГИС можно рассматривать в качестве основного источника информации, обеспечивающей согласование всего комплекса данных, необходимых для управления геологоразведочным процессом на базе формализованно-логических решений.

На этих стадиях важнейшие резервы повышения эффективности работ на основе таких решений связаны с уменьшением:

• числа разведочных скважин за счет установления более достоверной модели месторождения (структурного плана, положения контактов, типов коллекторов и т. д.);
• объемов испытаний в колонне благодаря увеличению опробовательских работ в открытом стволе методами ОПК и ИПТ, а также сокращению числа испытаний с неопределенными результатами при контроле за их проведением методами ГИС;
• объемов бурения с выносом керна за счет основного отбора керна в специальных скважинах и проведения в них геофизических исследований и работ по привязке керна к данным ГИС.

Реализация указанных резервов может быть достигнута при внесении следующих изменений в структуру работ и последовательность их проведения.

1. Бурение базисных скважин, в том числе скважин на РНО, как обязательный элемент геологоразведочного процесса в новых нефтегазоносных районах или стратиграфических этажах, в разрезах со сложными типами коллекторов, а также на всех крупных месторождениях. Буриться они должны не позже, чем в начале стадии разведки месторождений.
2. Концентрация исследований по получению опорной информации, включая отбор керна, испытания и специальные ГИС на стадии оценки и в начале стадии разведки месторождений. На основе этого исключается значительная часть трудоемких исследований (керн, испытания) большинства скважин стадии разведки
3. Расширение объема и комплекса ГИС при дополнительном включении следующих видов работ: контроля за испытаниями методами ГИС; специальных геофизических исследований, в том числе скважин на РНО; сейсмоакустических исследований скважин для целей сейсморазведки; геофизических и геохимических исследований поисковых скважин в процессе бурения для изучения разрезов скважин и контроля режимов бурения; отбора образцов пород приборами на кабелях.
4. Увеличение объема опробований и испытаний в открытом стволе и уменьшение числа испытаний в колонне, а в большинстве скважин, разбуриваемых на стадии разведки месторождений, - консервация их после крепления и аккордное проведение в некоторых из них испытаний по единой программе после полного завершения разведочного бурения по всей разведуемой площади месторождения.
5. Выполнение при необходимости дополнительных детальных сейсмических работ на стадии разведки месторождений.

Перераспределение объемов различных видов работ на стадиях поиска, оценки и разведки месторождений схематично представлено на рис. 1. Возможность такого перераспределения базируется на максимальном использовании данных ГИС в качестве информационной основы оптимизации геологоразведочного процесса на соответствующих стадиях. Для реализации этих направлений повышения эффективности работ наряду с типовыми комплексами ГИС дополнительно должны проводиться исследования, обеспечивающие решение ряда новых задач, частично отмеченных выше. К ним могут быть отнесены следующие.

I. На стадии поиска месторождений должен выполняться расширенный комплекс исследований в процессе бурения (геологический и технологический контроль), в том числе для оперативного решения вопроса о необходимости остановки бурения и проведения работ испытателями на трубах. Кроме того, все испытания в колонне с неопределенными результатами должны повторяться с контролем их методами ГИС.

II. На стадии оценки месторождений и в базисных скважинах сосредоточивается основной объем дополнительных исследований методами ГИС: специальные исследования, в том числе в скважинах на РНО, контроль за испытаниями и мероприятиями по интенсификации притоков пластовых флюидов, а также сейсмоакустические исследования. Специальные ГИС и контроль за испытаниями должны в основном решать задачи установления положения контактов газ - нефть - вода и фазового состояния УВ в пласте, обоснования геофизических критериев выделения коллекторов, разделения коллекторов на типы, оценки характера насыщения пластов и добычных возможностей по типам коллекторов. Эффективность оперативной интерпретации результатов типовых комплексов ГИС, опирающейся на эти результаты и данные кернового анализа, должна резко возрасти по сравнению со стадией поиска месторождений и по крайней мере обеспечить надежную идентификацию продуктивных пластов по всей площади разведуемого месторождения. По данным сейсмоакустических исследований строится трехмерная сейсмоакустическая модель месторождения, с помощью которой позднее последовательно уточняется структурный план месторождения по мере выхода из бурения очередной группы разведочных скважин. Последнее должно обеспечивать управление разведочными работами путем уточнения заложения последующих разведочных скважин и решение вопросов о достаточности информации по такому важному критерию, как уровень разведанности геометрии месторождения по площади.

III. На стадии разведки месторождений объем исследований сократится, так как будет достигнута максимально возможная в конкретных геолого-геофизических условиях эффективность типовых комплексов ГИС. Исключение составляет окончание стадии разведки, когда объем ГИС вновь возрастет, главным образом из-за контроля за испытаниями и повторных исследований в обсаженных скважинах, находящихся в консервации.

В целом объем всех видов ГИС существенно возрастет по сравнению с типовыми комплексами исследований по геофизической документации разрезов скважин и контролю за их техническим состоянием. Значительно усложнится технология геофизических исследований в связи с проведением специальных ГИС, работ в действующих скважинах, исследований методами сейсмоакустики и в процессе бурения. Для некоторых из указанных видов работ потребуется также создание соответствующих технических средств. Вместе с тем изложенная схема позволит избежать более крупных экономических потерь, связанных с выполнением избыточных объемов таких трудоемких и дорогостоящих работ, как бурение и испытание скважин.

Аналогичным образом можно показать, что на более ранних стадиях геологоразведочных работ, вплоть до стадии подготовки структур и ловушек к поисковому бурению, информационной основой оптимизации геологоразведочного процесса являются результаты площадных геофизических и геохимических исследований

Стратегия региональных и зональных исследований должна быть ориентирована на первоочередное выявление зон и площадей максимального нефтегазонакопления (рис. 2). Это можно осуществить путем экспрессного дистанционного зондирования земной коры с применением комплекса аэрокосмических, геофизических и геохимических методов

Данные экспрессных методов должны приниматься как исходные при постановке профилей глубинных региональных исследований и в первую очередь профилей ГСЗ. В основу выявления перспективных зон может быть положена гипотеза (модель), основанная на определяющей роли влияния динамики напряженного состояния земной коры на условия формирования и размещения залежей УВ [5].

В частности, должна учитываться роль механохимических реакций, протекающих в земной коре и способствующих генерации УВ из рассеянного ОВ, а также их миграции и накоплению в ловушках [1, 9].

С этой точки зрения при исследовании малоизученных гигантских территорий типа Восточно-Сибирской платформы оптимизационные решения на стадиях региональных и зональных исследований могут быть приняты благодаря целенаправленному выявлению и изучению так называемых геодинамических очагов, представленных в верхних слоях земной коры системой взаимодействующих линеаментов и концентров, контролирующих основные скопления УВ. На стадиях подготовки структур и ловушек, а также поиска месторождений основой для оптимизационных решений должны быть результаты комплексных полевых и скважинных исследований (в первую очередь сейсморазведка + ГИС), выполненных по программам ПГР (прогнозирования геологического разреза) и прямых поисков залежей нефти и газа. При этом программы обработки ПГР включают извлечение из регистрируемых геофизических полей информации о геометрии целевых горизонтов, изменении по площади физико-механических свойств, фациального и литологического состава пород; выявление участков с аномально высокими и аномально низкими эффективными напряжениями. Такой подход необходим и для обнаружения малоамплитудных поднятий, зон литологического и стратиграфического замещения. Программы, реализующие алгоритмы прямого поиска месторождений, должны быть ориентированы как на выявление аномалий, связанных непосредственно с залежью (локальных эффектов), так и эффектов, возникающих в верхних частях разрезов, находящихся над залежами (интегральных) и возникающих под действием эманации УВ, переносящихся от залежи под действием фильтрационных и диффузионных сил.

Заметим, что для всех стадий геологоразведочного процесса характерны:

• общность физических параметров среды, на изучении которых основано применение геофизических и геохимических методов исследования;
• одинаковый методологический подход к использованию информации для оптимизации геологоразведочного процесса, хотя резервы сокращения непроизводительных затрат средств и времени неодинаковы на различных стадиях работ;
• обязательное применение быстродействующей вычислительной техники с целью обработки информации, необходимой для обоснования управляющих решений и подсчета запасов по соответствующим категориям, поскольку традиционными методами обработки принципиально не может быть охвачен весь объем информации, в первую очередь геофизической.

Несколько подробнее рассмотрим стадию разведки месторождений. Система накопления информации и ее использования для принятия управляющих решений по месторождению в целом и для подсчета запасов схематично представлена на рис. 3, а для различных категорий скважин - на рис. 2.

Условием реализации рассмотренного подхода является и регламентация процедуры завершения работ на отдельных стадиях, в первую очередь на стадиях поиска и оценки месторождений.

В настоящее время всесторонняя оценка результатов работ осуществляется в полной мере после завершения стадии разведки в подготовки месторождений к разработке. Окончание этого этапа регламентировано требованиями ГКЗ СССР к процедурам приемки запасов по промышленным категориям и передаче результатов работ нефтегазодобывающим предприятиям. В этих условиях обязательно выполнение всего комплекса требований к стадии, поскольку в противном случае месторождение будет возвращено ГКЗ СССР на доразведку, что отразится на выполнении текущих планов соответствующих геологоразведочных организаций.

Иное положение отмечается на других стадиях геологоразведочных работ, когда их результаты, в том числе оперативные запасы, могут приниматься, и в случаях когда по тем или иным соображениям часть задач одной из стадий переносится на последующие. При этом нарушается системность подхода к геологоразведочному процессу и на смену формализованно-логическим неминуемо приходят волевые решения. Для предотвращения этого рекомендуется утверждать запасы на основании результатов, полученных на стадии оценки месторождений в министерствах и управлениях геологии союзных республик, с обязательной предварительной геологической и геофизической экспертизой территориальными научными учреждениями Мингео СССР, а по крупнейшим и особо сложным месторождениям - и головными отраслевыми институтами. Аналогичная процедура рассмотрения результатов работ на стадии поиска месторождений должна проводиться с экспертизой, осуществляемой специалистами организации, выполняющей геологоразведочные работы. При такой регламентации в приемке полученных результатов, предусматривающей привлечение экспертов, будет повышено и качество проектирования геологоразведочных работ на наиболее трудоемких стадиях их проведения.

1. Влияние динамических процессов в земной коре на формирование месторождений нефти и газа / А.И. Варшавский, В.К. Громов, О.Л. Кузнецов и др - Докл. АН СССР, т. 257, 1981, № 3, с. 575- 577.
2. Единые правила ведения работ на стадиях поисков и разведки месторождений нефти и газа. М., Изд. ВГФ, 1978.
3. Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л. Акустический метод исследования скважин. М., Недра, 1978.
4. Карус Е.В., Петросян Л.Г. Перспективы частичного сокращения работ по опробованию нефтегазоносных пластов. - Геология нефти и газа, 1974, № 3, с 69-73.
5. Кузнецов О.Л. Задачи изучения динамики напряженного состояния земной коры на различных стадиях геологоразведочного процесса на нефть и газ. - В кн: Изучение напряженного состояния массивов пород сейсмоакустическими методами. М., 1980, с. 3-9.
6. Методическое руководство по применению ядерно-физических и геоакустических методов для оценки качества крепления нефтяных скважин. Уфа, ВНИИНефтепромгеофизика. 1978.
7. Методическое руководство по проведению вертикального сейсмического профилирования. М., Недра, 1980.
8. О возможности изучения напряженного состояния земной коры по геосейсмическим моделям поглощения /Е.В. Карус, О.Л. Кузнецов, И.А. Чиркин и др. - Докл. АН СССР, т. 237, 1977, № 6,с. 1319-1321.
9. О возможной роли динамики напряженного состояния земной коры на условия формирования и размещения залежей нефти и газа /В.В. Иванов, Е.В. Карус, О.Л. Кузнецов и др. - Докл. АН СССР, т 239, 1978, №4, с. 930-932.
10. Петросян Л.Г. Геофизические исследования в скважинах, крепленных трубами, при изучении нефтегазовых месторождений. М., Недра, 1977.
11. Разведочная геофизика СССР на рубеже 70-х годов. М., Недра, 1974.

Стадии: А - поиска, Б - оценки, В - разведки месторождений; а - существующее положение; б -оптимальный вариант; I - испытания в колонне: 1 - коллекторов с улучшенными свойствами, 2 - то же, с контролем ГИС, 3 - коллекторов с ухудшенными свойствами, 4 - то же, с контролем ГИС; II - бурение с отбором керна; III - геофизические и геохимические исследования скважин: 5-по типовым программам (структура объемов обязательных исследований приведена условно, поскольку при переходе к каждой последующей стадии комплекс ГИС может изменяться в направлении как сокращения, так и расширения), 6- в процессе бурения, 7 -для контроля за испытаниями, 8 - по специальным программам, в том числе скважин на РНО

1 - команды управления; 2 - потоки информации; МПР - модель прогнозная региона; АОИ - априорная общегеологическая информация; АИ - аэрокосмические исследования; ОМС - оптическая многозональная съемка; ИКС - инфракрасная спектроскопия; PC - радиоволновая съемка; ЛХ - лазерная хроматография; ПС - проект стадии; УР - управляющие решения по уточнению точек заложения (УР-3), программы их исследований (УР-И), расположения профилей наблюдений (УР-П); ГТН - геолого-технический наряд на бурение и исследования скважин различного назначения: опорных и параметрических (ГТН-О), структурных (ГТН-С), поисковых (ГТН-П), разведочных оценочных (ГТН-РО), разведочных базисных (ГТН-РБ) и разведочных консервируемых (ГТН-РК); керн. ГИС. ИПТ и ИСП - соответственно данные кернового анализа, геофизических исследований скважин, испытаний пластоиспытателями на трубах и испытаний в колонне; СУ - отраслевая (территориальная) система управления; РП - региональные профили; РГ - региональная геохимия; PC - региональная сейсморазведка; РГР - региональная гравиразведка; РМ - региональная магниторазведка; МР - модель региона; КП - космические профили; ПРР - проект рекогносцировочных работ; ПКИ - проект космических исследований; МПЗ - модель перспективных зон; КИ - космические исследования; РКГ - рекогносцировочная геохимия; РКС - рекогносцировочная сейсморазведка; РКГР - рекогносцировочная гравиразведка; РКМ - рекогносцировочная магниторазведка; РКЭ - рекогносцировочная электроразведка; ПДП - проект детальных профилей; ППП - проект прямых поисков; ДГ - детальная геохимия; ДС - детальная сейсморазведка; ДЭ - детальная электроразведка; ДГР - детальная гравиразведка; ДМ - детальная магниторазведка; МРГСЛ - модель размещения и геометрии структур и ловушек; ММ - модель месторождения; ПДС - проект детальной сейсморазведки; ППЭ - проект пробной эксплуатации; ПЭ - пробная эксплуатация

УР - управляющие решения по продолжению бурения (УР-Б), выбору объектов и программы испытаний (УР-И), креплению скважин (УР-К); ИПБ -геофизические и геохимические исследования в процессе бурения; Б - бурение; КС - крепление скважины; остальные усл. обозн.. см.. на рис. 2.