В.Е. ХАИН (МГУ), К.А. КЛЕЩЕВ (ВНИГНИ), В.И. ШПИЛЬМАН (ЗапСибНИГНИ)
Конференция в Лисбурге (США), состоявшаяся 26-29 апреля 1988 г., была посвящена методам, технике и подходам к оценке нефтяного потенциала осадочных бассейнов. Целью совещания было сопоставить различные подходы к этой оценке - тектонический (геодинамический), геохимический и статистический, которые до настоящего времени применяются в значительной степени независимо. Совещание было организовано Американской ассоциацией геологов-нефтяников совместно с Геологической службой США; конвинерами совещания были Н. Шнайдерман (компания «Шеврон») и Ч. Мастерс (Геологическая служба США). Получили приглашения и семь ученых из СССР, но только трое смогли ими воспользоваться. Всего было 100 участников совещания из 18 стран. Помимо профессоров университетов, научных сотрудников исследовательских лабораторий нефтяных компаний, присутствовали и выступали руководящие деятели самих этих компаний («Шелл», «Бритиш петролеум», «Шеврон» и др.), подчеркнувшие тем самым свою заинтересованность в проблематике совещания с точки зрения повышения эффективности и снижения стоимости поисково-разведочных работ. Таким образом, совещание имело совершенно четкую практическую направленность.
В соответствии с тремя главными направлениями в оценке бассейнов доклады на конференции могут быть разбиты на три группы.
К первой относятся доклады, темой которых являлось совершенствование плитно-тектонической классификации НГБ и анализ стадий их развития. Непосредственно этой темы касались пять докладов, наглядно продемонстрировавших разные подходы к такой классификации. Так, в докладе Д.-Р. Кингстона, К.П. Диштуна и П.А. Вилльямса из Хьюстона в основу классификации положено выделение трех стадий в развитии бассейнов, на каждой из которых преобладает определенный процесс: на ранней - это тектонические деформации, определяющие формирование бассейнов, на средней - осадконакопление, на заключительной - снова тектонические деформации, модифицирующие структуру бассейна.
В генетической классификации Ж. Демезона из Калифорнии было подчеркнуто, что она должна быть основана на представлении о НГБ как физико-химической системе (заметим, что такой системный подход к бассейну применяется и в советских работах), в которой происходят процессы генерации и концентрации нефти. Эта система состоит из двух подсистем: генерационной («углеводородная кухня» - очаг нефтегазогенерации, по Б.А. Соколову) и миграционно-аккумуляционной. Главными факторами, определяющими скопление нефти, являются «нагрузка» (отношение объема активных нефтематеринских пород ко всему объему осадков), миграционно-дренажный и аккумулятивный, прямо пропорциональный степени сопротивления (импеданса) рассеянию нефти и зависящий от характера тектонических деформаций и распространения региональных покрышек.
Подход Ж. Демезона к классификации бассейнов, несомненно, интересен, ибо учет перечисленных им факторов необходим, но его практическая применимость сомнительна в связи с трудностью объективной оценки каждого из этих факторов.
Наиболее близок к развиваемому у нас в стране направлению классификации НГБ был доклад профессора Иллинойского университета Дж. де В. Клейна. В его геодинамической классификации выделены типы НГБ, различающиеся по своему положению по отношению к литосферным плитам и геодинамическим процессам их образования.
В этом докладе, пожалуй, наиболее интересна была попытка связать образование и развитие бассейнов с глобальной эволюцией литосферы - с формированием и распадом суперконтинентов (Пангея 1, Пангея II).
Геодинамические типы нефтегазоносных бассейнов СССР явились предметом доклада В.Е. Хаина и К.А. Клещева, подготовленного совместно с Б.А. Соколовым и В.С. Шеиным. Авторами выделены внутриконтинентальные рифтовые (авлакогенные) и надрифтовые (синеклизные) бассейны, бассейны современных и древних (коллизионных) пассивных континентальных окраин, коллизионные бассейны эпигеосинклинальных и эпиплатформенных орогенов. Доклад вызвал многочисленные вопросы.
Во многом аналогичный доклад, но по нефтегазоносным бассейнам КНР был прочитан Ли Дешенем (Пекин). Главная идея доклада: западно-китайские бассейны, расположенные в области новейшего горообразования Центрально-Азиатского пояса (Джунгарский, Цайдамский и др.), образованы в условиях тангенциального сжатия, восточно-китайские (Сунляо, Северо-Китайский) - в условиях растяжения, рифтообразования.
В докладе В.И. Шпильмана и И.И. Нестерова основное внимание было уделено механизму формирования осадочных бассейнов. История формирования бассейна описывается волновыми уравнениями. Причинами, обусловливающими волновые процессы формирования бассейнов, являются напряжения, возникающие при столкновении и раскалывании плит, термическая эволюция подкорового вещества, динамика Земли как планеты. С определенными фазами в формировании осадочных бассейнов связано преимущественное угле-, нефте- и газонакопление.
К первой группе примыкают еще два доклада, затрагивающие общие закономерности нефтегазообразования в истории Земли. Один из них принадлежал Г.Д. Клемме и Г.Ф. Ульмишеку (Геологическая служба США) и касался контроля осадконакопления, распределения и продуктивности нефтематеринских пород. Отмечено, что нефтематеринские отложения, продуцировавшие около 90 % открытых запасов нефти и газа, сосредоточены в шести стратиграфических интервалах, отвечающих 34 % фанерозойского времени, а именно в силуре, верхнем девоне, нижней перми, верхней юре, среднем мелу (апт-турон), верхнем олигоцене-миоцене. Анализ этого распределения показал, что оно обусловливается климатом (наиболее благоприятны экваториальные и умеренные широты), тектоническими условиями (сначала это были платформы, затем герцинские передовые прогибы, потом рифты континентальных окраин, эпигерцинские, потом альпийские передовые прогибы и крупные дельты на континентальных окраинах), развитием органического мира, приведшим к смещению осадков, богатых ОВ, во все более глубокие бассейны с затрудненной циркуляцией. Лучшим примером действия указанных факторов авторы считают область Тетиса.
Другой доклад «Распределение нефти и газа во времени и пространстве» был заявлен А. Перродоном, Д. Комби, Ф. Эритье (Франция). Они отмечают, что глобальные тектонические события влияют на накопление УВ через изменения уровня океана, климат, состав пород и структурные деформации. Главным из этих событий было формирование и распад Пангей, дважды повторявшиеся в фанерозое (два мегацикла). Авторы данного доклада различают два главных типа НГП: платформенные, с которыми связано основное число месторождений-гигантов, и орогенические, не столь крупные и с очень большим числом мелких месторождений.
Дополнением к докладам первой группы послужил доклад А.М. Зиглера (Чикаго) о текущих результатах работ возглавляемой им бригады по проекту «Палеогеографический атлас Мира». Было сообщено, что бригада заканчивает работу над глобальными мезозойско-кайнозойскими реконструкциями.
В заключение обзора этой части докладов отметим, что при сопоставлении разработок зарубежных и отечественных исследований в области изучения и классификации бассейнов наблюдается некоторый дефицит внимания наших авторов, изучающих конкретные бассейны, к тектонике плит, к той роли, которую играет эта теория в реконструкции истории бассейнов, их нефтегазоносности. В то же время возрастает роль изучения различных аспектов цикличности геологических процессов. Ряд выводов советских и зарубежных исследователей в этой области часто совпадает.
Вторую группу докладов составляют сообщения, анализирующие и моделирующие процессы генерации, миграции и аккумуляции УВ с целью оценки нефтегазового потенциала осадочных бассейнов. Ведущую роль в этой группе играли доклады французских ученых.
В общем виде можно выделить следующие характерные черты в генетических разработках:
широкое внедрение геохимических исследований, базирующихся на термодеструкции керогена с использованием аппаратуры рокэвал, привело к тому, что ни одна серьезная генетическая разработка сейчас не обходится без учета этих данных;
пионерные исследования, выполненные в лабораториях Франции и ФРГ, показали возможность определения в конкретном керогене доли вещества с различной энергией активации, что существенно продвинуло теоретические расчеты генерационного потенциала различных толщ;
большое внимание уделяется описанию процессов эмиграции и миграции УВ.
В докладах Б. Тиссо, Б. Дуранда, Р. Шене отмечены следующие новые концепции нефтеобразования:
на микроуровне исследован переход процесса генерации УВ в процессе их первичной миграции: вокруг частичек РОВ в породе зарождаются каемки генерированных УВ, по мере нарастания генерации каемки расширяются и, наконец, наступает этап, когда отдельные каемочки микронефти соприкасаются, т. е. образуется непрерывная фаза жидкой нефти в породе (очень сложной конфигурации), которая и выполняет роль канала для эмиграции УВ;
на макроуровне предложена уточненная схема процесса нефтегазообразования в катагенезе: из керогена образуются неуглеводородные компоненты (СО2, Н2О), нефть и остаточный кероген; затем из нефти при термическом воздействии на нее образуются неуглеводородные компоненты (СО2, Н2О, Н2), УВ-газы, углерод;
детальное исследование энергетики ОВ позволило для различных его типов выявить распределение составляющих его структур по энергии активации; детальное знание этого дает возможность производить расчет генерированных компонент сразу прямыми аналитическими методами, без предварительной адаптации моделей на материалах хорошо изученных эталонов и приступить к созданию машинных моделей, описывающих генерацию и эмиграцию УВ.
Близкий вариант машинного моделирования процессов нефтегазогенерации был продемонстрирован на конкретных примерах бассейнов США в докладе Ф.Ф. Майснера из Колорадо.
Сопоставление этих работ с отечественными исследованиями позволяет отметить, что расчет баланса преобразования ОВ и углей производится в нашей стране давно и весьма успешно (В.А. Соколовым, Н.Б. Вассоевичем, А.Э. Конторовичем, С.Н. Неручевым и многими другими), получен ряд интересных выводов, которые еще не нашли широкой известности за рубежом. В то же время применение рокэвала, определение энергии активации ОВ позволило иностранным коллегам продвинуться вперед, особенно в области практического использования тонких генетических исследований при оценке реальных нефтегазоносных толщ.
Модель слияния первичных микролинз нефти и образование ими непрерывной жидкой фазы положена Дж.С. Стейнфортом (Нидерланды) в основу разработанной им модели первичной миграции, описываемой уравнением термодиффузии.
Это исследование показывает, что описание динамики первичной миграции может заменить описание процесса генерации. Возможно, мы вообще имеем дело с единым процессом. Ведь для образования нефти необходимо, чтобы она хоть на доли миллиметра отделилась от исходного субстрата, а это уже первичная миграция.
Важным элементом механизма миграции Дж.М. Хант (США) считает зоны АВПД. На глубинах свыше 3 км широко развиты изолированные запечатанные системы с АВПД. При дальнейшем нарастании давления нефть и газ прорывают такие системы и формируют залежи, а система вновь изолируется и в ней вновь нарастает давление. Нефть и газ двигаются в пористой среде, когда градиент давления превышает 150 МПа/м. В бассейнах Мексиканского побережья, Северного моря и других, по мнению автора, нефть и газ генерируются в зонах АВПД.
Т.Т. Шовелтер из Колорадо в своем докладе рассмотрел процессы миграции УВ в пористой среде. В частности показано, что высота залежи в литологической ловушке должна изменяться в зависимости от гранулометрического состава коллекторов, их типа, перепада давления.
Делается общий вывод о сложности и даже невозможности учета всех потерь при миграции УВ, особенно захвата нефти непромышленными микроловушками. Предлагается этот вопрос решать с позиции оценки общего риска, в том числе и вероятности наличия ловушки.
При оценке ресурсов нас интересует весь механизм формирования залежей в целом (от генерации УВ до разрушения сформировавшихся залежей), поскольку любой блок в этой цепочке может оказаться определяющим. Такую комплексную схему, основанную на компьютерном моделировании, представили в своем докладе М.Н. Ялцин и Д.Г. Вельте из ФРГ. Их модель состоит из семи последовательно работающих блоков (осадконакопления, тектоники, отжатия воды, температурной истории, неотектоники с влиянием последней на температуру, генерации УВ, миграции), каждый из которых описывается соответствующими уравнениями.
Третья группа докладов содержала изложение различных методов прогноза нефтегазоносности и оценки запасов.
Главное направление в совершенствовании методов прогноза - это интеграция генетических и статистических его методов с анализом динамики выявления ресурсов, распределения залежей. Объединение генезиса УВ с динамикой геологоразведочного процесса лежало в частности в основе доклада Дж.Д. Грейса из Техаса, в котором разработана обобщенная структура интеграции данных эффективности бурения, динамики выявления залежей разного размера, параметров генерации, миграции и аккумуляции УВ. Задачи решаются различными операциями с картами. Карты плотности генерированных УВ совмещаются с картами количества резервуаров, на основании чего выделяются зоны различной перспективности. Совмещение с картой перспективности карт разведанности территории приводит к выделению зон с различной эффективностью геологоразведочных работ и динамики выявления залежей разного размера.
Компания «Шелл» (доклад X.Дж. Нихуса и П.Е. Биннса) ознакомила со своими системами оценки перспектив нефтегазоносности районов и локальных объектов. В них описывается (упрощенно) функционирование генетических блоков генерации, эмиграции, вторичной миграции, аккумуляции и сохранности. Преимущество таких прогнозирующих систем - в вероятностном подходе, в оценке степени риска, в построении вероятностных кривых и интервальных оценок для прогнозируемой величины ресурсов. Априорные вероятности вычисляются на материалах международного банка данных, уточняются на основании параметров по конкретной площади. Эксплуатируются две системы: PAQC (оценка перспективной площади на основе количественного анализа и PADE (оценка перспективной площади на основании прямых измерений). Последняя в качестве исходной информации использует данные по геохимическим параметрам разреза в пределах оцениваемой площади, структурные построения по сейсморазведке и другие прямые измерения свойств прогнозируемого объекта. В нашем понимании, первая система оценивает прогнозные ресурсы (Д1, Д2), вторая перспективные (С3).
Д.А. Уайт из Техаса изложил основы плей-анализа, используемого при прогнозе нефтегазоносности геологических объектов. Объектами такого анализа, иерархическими уровнями прогноза являются: 1) ловушки в перспективном комплексе; 2) plays - зоны нефтегазонакопления, подсчетные участки - термины, используемые у нас в практике нефтегазогеологического районирования и подсчета прогнозных ресурсов; 3) бассейны и 4) регионы. Каждый уровень прогноза, кроме первого, может быть осуществлен либо на основании специфических моделей, описывающих данный объект в целом, либо как суммирование с использованием вероятностных алгоритмов, результатов оценок предыдущего уровня. Оценка ловушки предполагает расчет ожидаемой величины массы УВ в ней и степень риска (коэффициент успешности). Последний рассчитывается как вероятность сложного события, заключающегося в том, что здесь окажется коллектор, покрышка, благоприятные фации и т. п. (т. е. произведение вероятностей этих частных событий).
Методы статистической оценки ресурсов УВ были рассмотрены в докладе Л.Дж. Дрю и Дж.Г. Шюнемейера из Геологической службы США. Было показано, что такая оценка лучше всего должна проявляться на уровне зон нефтегазонакопления, а наиболее оптимальным методом должны быть модели процесса открытия новых месторождений, которые отражают темп прошлых открытий как функцию размера месторождений и эффективности разведки. Аналогичный подход применяется, как отметил в своем докладе Р.М. Проктер, геологической службой Канады. При этом используется статистический метод моделирования прогноза открытий Ли-Ванга.
В основе этих разработок лежит теория, согласно которой выявленные залежи отбираются из их генеральной, природной совокупности геологоразведочными работами не случайным образом. Зная закономерности геологоразведочного процесса, можно по результатам его оценить потенциал. При этом строятся вероятностные кривые ресурсных оценок региона.
Сопоставляя эти методы с практикой оценки ресурсов в СССР, можно отметить, что в отечественной литературе мы найдем прототипы для каждого из описанных подходов.
Многие из этих подходов отражены в докладах советских геологов на XXVII Международном Геологическом конгрессе и вошли в общесоюзные методические руководства.
И в этой ситуации, когда, казалось бы, отечественный прогноз нефтегазоносности обеспечен всем комплексом современных методических разработок, намечается его общее отставание от уровня зарубежных исследований. Оно обусловлено низкой скоростью освоения новых идей и методов во многих научных организациях и регионах страны, где применяются устаревшие, не оправдавшие себя расчеты на среднюю структуру, используются среднеарифметические запасы месторождений. Очень медленно внедряются в практику прогноза вероятностные методы оценки. В связи с этим подчеркнем, что для зарубежных коллег оценка риска (вероятности подтверждения или неподтверждения прогнозов) стала таким же важным параметром, как оценка самих ресурсов. И разработки советских исследователей, и опыт работы зарубежных ученых доказывают необходимость перехода на интервальную оценку ресурсов, на «вероятностные кривые» запасов и ресурсов (вместо одного детерминированного числа), что требует выработки нового мышления в ресурсной политике, мышления, которое пока очень медленно распространяется как в научных, так и в управленческих организациях.
В докладе Ч. Мастерса содержались интересные сведения о потенциальных и разведанных ресурсах всех регионов мира, цифры, которые уже сообщались на 12 Международном нефтяном конгрессе и частично опубликованы в журнале «Геология нефти и газа» в 1987 г. Конкретные оценки ресурсной базы содержались также в докладах, посвященных Китаю и Венесуэле.
Рассмотрением названного доклада мы заканчиваем обзор работ, представленных на конференции. Небольшая часть из прочитанных докладов не попала в обзор из-за ограниченных размеров журнальной статьи. В их числе те, которые имеют либо узкую научную направленность, либо излагают новые данные о результатах геологоразведочных работ в конкретных регионах.
На заключительном заседании выступили и представители руководства ряда нефтяных компаний. Представитель компании «Шелл» подчеркнул, что успехи в разведке нефти и газа в последние десятилетия были обусловлены применением новых геохимических методик, связанных с использованием рокэвала, сейсмостратиграфии и тектоники плит. К этому следует добавить и компьютеризацию - использование ЭВМ пронизывало практически все доклады. В целом конференция оказалась очень содержательной, оживленной и, несмотря на относительно узкий круг участников, наглядно отражала положение дел на главных направлениях учения о НГБ.