УДК 550.822.2

Пути решения проблем долговременного хранения керна и результатов его исследований

В.Ф. КОЗЛОВ, В.М. ЛАЗАРЕВА, С.П. МАЛКИН (АО ВНИГНИ)

Составление комплексных планов развития поисково-разведочных работ на глубокозалегающие горизонты в нефтегазоносных провинциях, а также в труднодоступных северных районах и акваториях морей СССР требует максимального использования достоверной геолого-геофизической информации.

Необходимость более полного анализа керна по новым и ранее разведанным площадям выдвинула перед Мингео СССР проблему концентрации керна и материалов его исследований лабораторными методами в единых центрах (С.Ф. Борисов и др., 1972 г.). Несомненно, унификация, стандартизация и формализация типовых геофизических разрезов всех регионов СССР, составленных на основе всестороннего изучения каменного, лабораторного и других материалов, дополненных ревизионными исследованиями, сыграет положительную роль в ускорении научно-технического прогресса.

Для решения проблем и задач, возникающих с появлением новых направлений, исследователи должны оперативно получать в централизованных хранилищах необходимую информацию и фактический материал по тому или иному региону [5]. Поэтому согласно решению коллегии Мингео СССР (1971 г.) геологическим организациям было рекомендовано привести в порядок функционирующие кернохранилища и создать новые, централизованные, механизированные. Разработка этой проблемы была поручена Уральскому ТГУ, которое в содружестве со Свердловским горным институтом и информационно-вычислительным центром в 1972-1975 гг. предложило систему отбора, изучения и долговременного хранения керна в механизированном базовом хранилище. Эта система внедрена и успешно развивается в среднеуральской комплексной геолого-поисковой экспедиции [4].

В 1976 г. Уральским ТГУ была организована школа передового опыта, а в 1978 г. на совещании организаций-соисполнителей по вопросам хранения и изучения керна были обсуждены результаты внедренной системы и проблемы, стоящие перед исполнителями.

АО ВНИГНИ было создано в мае 1975 г., одной из задач его является изучение геологических разрезов НГП СССР и концентрация общесоюзного фонда эталонных коллекций. В 1983 г. АО ВНИГНИ стало головным предприятием в нефтегазовой отрасли по комплексной обработке и хранению эталонных коллекций керна нефтегазоносных территорий (НГТ) СССР. Впервые в нашей стране его сотрудниками были изучены типовые геологические разрезы НГТ, созданы эталонные коллекции керна, унифицирована методика лабораторных исследований.

Типовой геологический разрез, по нашему мнению, должен содержать информацию, характеризующую изменение состава и свойств горных пород по разрезу осадочного чехла и площади его распространения с учетом литолого-фациального принципа. Типовой разрез фациальной зоны - это детально изученный, усредненный по мощности, отражающий характерные особенности стратиграфии, литологии, условий образования пород, изменения их литолого-физических и геохимических характеристик и составленный на основе эталонной коллекции керна [2]. Такой разрез является эталоном для одновозрастных отложений, вскрытых в определенной структурно-фациальной зоне.

Поставленная задача потребовала предварительного ознакомления с методами исследования керна и аппаратурой в лабораториях ВИМСа, ИГиРГИ и других институтов, с системой документации и долговременного хранения каменного материала в механизированных хранилищах Уральского и Южно-Казахстанского ТГУ, Кольской геологопоисковой экспедиции и, по литературным данным, - с аналогичным опытом ряда зарубежных стран.

Анализ собранных материалов позволил разработать рациональный комплекс исследований керна типовых геологических разрезов НГТ, схему последовательности его изучения, систему хранения и поиска каменного и аналитического материалов (рис. 1) [2].

Согласно схеме, изучение керна типовых эталонных разрезов происходит поэтапно: а) первичная обработка керна, б) лабораторные исследования и обобщение информации, в) организация хранения каменного и аналитического материалов.

Первичная обработка керна предусматривает очистку образцов от буровых растворов, раскладку их в стандартные ящики, маркировку керна и ящиков, нумерацию образцов и макроописание керна. Желательно керн фотографировать, чтобы по мере отбора образцов на анализы можно было фиксировать их на фотографиях и вести контроль за расходом керна.

Лабораторные исследования керна проводят на одном образце по унифицированной методике. Сначала керн изучают экспресс-методами: определяют магнитную восприимчивость пород и проводят капельный анализ с просмотром образцов под ртутно-кварцевой лампой. Одновременно анализируется аналитический материал изучаемого разреза, собранный по фондовым и литературным источникам. Затем в зависимости от полученных характеристик и количества аналитических определений отбирают образцы керна для комплексных лабораторных исследований, которые составляют до 10-15 % к экспресс-методам.

Затем весь керн поступает в керноразделочную и образцы, намеченные на исследование комплексом лабораторных методов, разрезают вдоль оси на три части, каждая из которых имеет определенное назначение. Большая по величине «горбушка» керна является эталонной. Она поступает на долговременное хранение как неприкосновенный фонд коллекции керна. Из средней, наибольшей по объему части вырезают кубик (30x30x30 мм) для изучения коллекторских и физических свойств пород и пластинки для изготовления петрографического и люминесцентного шлифов, а остатки керна дробят для изучения геохимических и других свойств пород. Меньшая «горбушка» керна хранится в кернохранилище как обменный фонд для заинтересованных сторонних организаций.

В АО ВНИГНИ при изучении литолого-минералогических, коллекторских, физических и геохимических свойств пород эталонных коллекций керна определяют до 25 параметров.

Результаты геолого-геофизического изучения разреза и лабораторных исследований керна наносят на принятую форму графической документации, представляющей типовой разрез литолого-фациальной зоны района, области.

Типовые разрезы состоят из трех частей. В левой части показана общая геолого-геофизическая характеристика разреза, в средней - литолого-петрографическая и геохимическая характеристики конкретных образцов, в правой - обобщение аналитических данных в виде гистограмм, классификационных треугольников, кумулятивных кривых по отдельным стратиграфическим подразделениям (пачки, свиты и т. д.), что позволяет нанести на типовые разрезы большое количество информации [2].

После проведения комплекса лабораторных исследований весь аналитический материал вместе со шлифами, фракциями, вытяжками битумоидов, а также коллекцией керна поступает на длительное хранение в механизированное кернохранилище.

Общесоюзное кернохранилище типовых эталонных разрезов НГТ в Апрелевке находится в высоком, светлом помещении площадью 1290 м². В нем смонтированы два ряда железных каркасов, именуемых секторами А и В. Каждый сектор разделен на блоки (I-XXVI), которые, в свою очередь, состоят из секций (а-п), разделенных на 18 ячеек для керновых ящиков. Всего здесь насчитывается 13 100 ячеек, в которых можно разместить 72 тыс. м керна. В кернохранилище построена камнерезная и дробильная мастерская. Рядом расположена рабочая комната геологов, оборудованная столами-стеллажами для разборки каменного материала. Помещение кернохранилища примыкает к двухэтажному зданию, на первом этаже которого размещены лаборатории, а на втором располагаются геологические подразделения.

Керн укладывают в деревянные ящики размером 100x50x10 см, обитые снизу по скрепляющим планкам полоской листового железа для более удобного передвижения ящиков в ячейках при помощи электрических кранов-штабелеров.

Для оперативного поиска образцов в кернохранилище была разработана система индексации ящиков и керна. К торцовой стороне ящика прибивается бирка, где указано:

Левая половина этой индексации соответствует положению ящика в кернохранилище: А обозначает сектор, I - блок, в - секцию, 17 - номер ячейки (ящика). Вторая половина индексации, заключенная в квадратные скобки, дает информацию об образцах. Первые две заглавные буквы - сокращенное наименование нефтегазоносной провинции [3], рядом стоящая цифра соответствует площади, указанной в списках, составленных геологами отделения. Затем следуют возраст керна (до яруса) и номера образцов, уложенных в данном ящике. В качестве разделяющего знака между отдельными частями этой «формулы» принят символ знака умножения. Если эталонный разрез из ненефтеносного района, то во второй половине индексации вместо буквенных обозначений провинции перед номером площади ставят два нуля, буквы Н, Д, Ф обозначают соответственно неприкосновенный фонд, лабораторные дубликаты, обменный фонд.

Индексация каждого эталонного образца, находящегося в ящике, значительно сокращается и сводится к следующему: ВУ1-C₁tX532 или 001-C₁tX532 (соответственно для нефтеносных и ненефтеносных провинций).

Предложенная индексация позволяет обеспечить достаточно четкую привязку каждого образца к разрезу, а в дальнейшем может служить базой для разработки автоматизированной системы «Керн».

На начало 1987 г. в АО ВНИГНИ укомплектовано на долговременное хранение 114 эталонных коллекций керна по различным НГП (Волго-Уральская, Днепровско-Припятская, Амударьинская), Надым-Пурской НГО, Астраханскому своду и по осадочным комплексам центральных районов Русской платформы общим объемом 4690 м. На основе этих коллекций составлены типовые разрезы, всесторонне характеризующие состав и свойства пород. Упорядочено хранение керна 17 опорных и параметрических скважин по Русской платформе, пробуренных в 40-50-е годы, общим объемом 6343 м. Резерв блока хранения составляет около 64 тыс. м.

Указанный керн представляет огромную ценность и нередко повторно исследуется сотрудниками заинтересованных организаций, в том числе ВНИГНИ, ЛОПИ, Института геохимии и геофизики АН БССР, Союзморгео, МГУ и др. С оборудованием кернохранилища, его механизацией, системой первичной обработки керна и его документацией были ознакомлены работники Среднеуральской КГПЭ, Свердловского горного института, СевКавНИПИнефти, Союзгеолразведки, ЛитНИГРИ, Березовского ПГО и других организаций, которые высказали свои пожелания.

Проблема долговременного хранения и обработки каменного материала имеет большое значение не только в СССР, но и за рубежом. Очень серьезно изучают этот вопрос американские, канадские, шведские, чешские и финские геологи. Чешские геологи (И. Зашек, Я. Жежулка, 1963 г.) попытались рассчитать зависимость качества образцов от срока хранения и типа складирования. На графике (рис. 2) отчетливо видно, что за 50 лет легковыветривающиеся породы (группа III) во временных складских помещениях полностью разрушаются, в то время как в благоустроенных хранилищах они сохраняются на 30 %. Лучшие результаты получены для средне- (группа II) и трудновыветривающихся (группа I) пород. Качество керна ухудшается во временных хранилищах соответственно до 5 и 40 %, а в благоустроенных примерно до 60 и 85 %. Причем следует отметить, что во временных складах качество керна резко ухудшается в первые годы и продолжает снижаться в течение всего срока хранения, в то время как в благоустроенных хранилищах на определенном этапе (первые 10-20 лет) происходит как бы консервация образцов и разрушение пород практически прекращается (почти горизонтальная линия на графике).

Обработка керна в геологической службе Финляндии сводится к следующему. Извлеченный керн транспортируется на центральную базу фирмы с целью постоянного хранения без сокращения. Здесь он подвергается всестороннему обследованию. Весь цикл работ предельно стандартизирован, что позволяет снизить их стоимость. Документация скважины оформляется на одной твердой карточке размером 20x30 см и имеет графическое приложение. Учетная карточка заполняется по специальному коду, затем в нее вносятся данные опробования и исследований. При выполнении анализов первостепенное значение придают экспресс-методам и массовости отбора проб. Ящик с керном, передвигаясь, последовательно всесторонне обследуется. С помощью автоматических установок производят фотографирование, флюоресцентный и радиоактивный анализы, изучают остаточную намагниченность, объемную массу, электропроводность и т. д. Отмечается высокое качество аналитических работ при использовании новейшей техники. Между отбором пробы и выдачей результатов проходит не более 3-7 дней. Окончательное обобщение материалов занимает не более 1 мес, отчет не превышает 20-30 страниц.

Глубокий анализ и расчет экономической эффективности внедрения системы хранения каменного материала проведены геологами Уральского ТГУ на основе экспериментальных работ. Они установили, что экономический эффект в базовых механизированных хранилищах зависит от емкости блока хранения: чем больше емкость, тем выше эффективность. Для увеличения емкости хранилища на 15 % были предложены стеллажи, которые могут двигаться по рельсам в любом направлении. При этом на 1 м² размещается 486 м керна, тогда как в Финляндии, где кернохранение находится на высоком уровне, - всего 182 м керна. Кроме того, экономический эффект дает и занимаемая площадь механизированного кернохранилища. Так, для размещения 280 тыс. м керна потребовалось базовое хранилище площадью всего 576 м², в то время как для этого необходимо было бы построить 35 временных помещений общей площадью 113,2 тыс. м². Подсчитано, что внедрение системы хранения в условиях Уральского ТГУ дает годовой экономический эффект 360 тыс. руб.

Проблема хранения керна в настоящее время решается во многих ПГО. Так, в ПГО Полтавнефтегазгеология и Черниговнефтегазгеология созданы центральные кернохранилища, где принимают лишь сокращенный керн структурных скважин и там же планомерно систематизируют и упорядочивают керн поисковых и разведочных скважин, пробуренных на ДДВ (около 100 тыс. м) и в 1948-1953 гг. на территории Белоруссии, в Причерноморье и Молдавии. Однако эти кернохранилища перегружены и технически не оснащены [1].

Таким образом, организация централизованного хранения кернового материала, анализ опыта работы кернохранилищ в различных районах нашей страны и за рубежом убедительно показывают, что это не только способствует продолжительному сохранению ценного, а порой и уникального материала, но и экономически более рационально. Дороговизна буровых работ, нередко необходимость пересмотра перспективности многих площадей и повторного изучения материала - все это требует хранения в едином центре эталонных коллекций и аналитического материала.

Методика составления, исследования и хранения типовых эталонных геологических разрезов, разработанная в АО ВНИГНИ, принята и внедряется в Башнефти, Узбекнефтегазгеологии, Волгокамскгеологии, Полтавнефтегазгеологии, Туркменгазпроме, БелНИГРИ, Актюбинскгеологии. Этим организациям переданы 18 различных рекомендаций для внедрения.

Многолетнее и многоплановое использование эталонных коллекций керна, типовых разрезов и всесторонней аналитической информации к ним требует создания информационно-поисковой системы.

Применение недорогих серийно выпускаемых микроЭВМ, позволяющих хранить и оперативно обрабатывать информацию, дает возможность создать банк данных автоматизированной системы «Керн».

Рациональная обработка керна, унификация методики его исследований, систематизация аналитической информации и ее обобщение в виде типовых разрезов необходимы для изучения всех НГТ. Реализация этих работ будет способствовать повышению эффективности поисково-разведочных работ на нефть и газ, в том числе улучшению качества геолого-геофизических исследований при изучении направленности изменения параметров горных пород с глубиной залегания, что позволит прогнозировать свойства пород в глубокозалегающих горизонтах и решать ряд геологических и технологических вопросов при бурении глубоких и сверхглубоких скважин.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бланк М.И. Проблема хранения керна Днепровско-Донецкой впадины. - Геология нефти и газа, 1985, № 1, с. 56-57.

2. Методические указания по составлению типовых геолого-геофизических разрезов нефтегазоносных территории. М., ВНИГНИ, 1985.

3. Объяснительная записка к карте нефтегазоносности СССР масштаба 1:2 600 000 М., Мингео СССР, 1976.

4. Отбор, механизированная обработка и долгосрочное хранение каменного материала / В.Л. Челышев, С.Г. Эйнгорн, А.М. Сухоруков, Н.Н. Старцев.- Разведка и охрана недр, 1975, № 4, с. 60-52.

5. Трофимук А.А., Карогодин Ю.Н. О необходимости создания Всесоюзного фонда геологических разрезов.- Геология и геофизика, 1978, № 7, с. 3-8.

Рис. 1. Схема комплексного изучения керна типовых геологических разрезов (составила В.М. Лазарева)

Рис. 2. График снижения качества образцов в зависимости от срока и условий хранения.

Складское помещение: С - благоустроенное, Р - временное, неблагоустроенное; I- III-породы соответственно трудно-, средне- и легковыветривающиеся