ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ И ГАЗА ПО ВАРИАЦИЯМ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ

А. И. ВОЛГИНА (ИГиРГИ)

Использование вариаций силы тяжести при прогнозировании залежей нефти и газа основано на различии физических свойств УВ и пластовой воды (плотности и коэффициентов сжимаемости), что проявляется в разном характере временных особенностей гравитационного поля над водонасыщенными и нефтегазонасыщенными структурами.

Экспериментально установлено, что над залежами нефти и газа гравитационное поле характеризуется повышенной изменчивостью во времени. Это явление может быть объяснено нестабильностью термодинамических условий в земной коре под воздействием причин тектонического и техногенного характера, что в случае нефтегазонасыщенных структур приводит к изменению их газонасыщенности и соответственно плотности и гравитационного поля над ними. Причем, изменение газонасыщенности пород происходит не только в самой залежи, но и в вышезалегающих породах, что особенно интенсивно проявляется при прорывах УВ через покрышку.

Внутри залежи возможны два механизма изменения плотности пород. В первом случае, когда масса УВ в залежи остается постоянной, изменение плотности пород в ловушке происходит за счет сжатия и расширения УВ под воздействием термодинамических процессов, что влечет за собой перемещение газонефтеводяных контактов (ГНВК) [3].

При сжатии УВ происходит приток дополнительной массы пластовой воды в ловушку, а при их расширении часть воды вытесняется из ловушки. В первом случае над залежью будет наблюдаться увеличение силы тяжести за счет внедрившейся массы воды, а во втором – уменьшение силы тяжести, определяемое количеством вытесненной воды. Вариации силы тяжести, связанные с этим процессом, характерны практически для всех видов залежей с ГНВК. Их амплитуда и периодичность будут зависеть от интенсивности и периодичности геодинамических процессов и размеров залежи.

Другой механизм изменения плотности пород связан с изменением массы УВ в залежи. Это возможно при поступлении дополнительной порции УВ в залежь или эмиграции их из залежи, например при прорыве газа через покрышку или отборе УВ при эксплуатации месторождения. Здесь изменение плотности связывается с замещением в порах и трещинах пород флюидов одной плотности на другую (более легких газа и нефти на воду или наоборот).

Следует заметить, что при одинаковой величине перемещения ГНВК в залежи амплитуда вариаций силы тяжести будет больше в первом варианте, когда изменение плотности происходит за счет сжимаемости УВ. В этом случае избыточная плотность определяется плотностью пластовой воды s_в. Во втором варианте избыточная плотность равна s_в – s_г при перемещении газоводяного контакта и s_в – s_н при перемещении нефтеводяного контакта, где s_г и s_н – соответственно плотности газа и нефти в пластовых условиях.

Наибольшие по величине вариации силы тяжести над залежью следует ожидать в момент прорыва газа через покрышку при миграции его к земной поверхности, что связано с уменьшением расстояния до источника вариаций силы тяжести и увеличением аномальной массы за счет расширяющегося газа. Модельные расчеты, выполненные для известных нефтегазовых месторождений при первом [3] и втором [2] вариантах изменения плотности пород в залежи, показывают, что амплитуды вариаций силы тяжести могут достигать сотен микрогалл и уверенно фиксироваться современной гравиметрической аппаратурой. Связь вариаций силы тяжести с нефтегазоносностью пород подтверждена результатами повторных гравиметрических наблюдений, выполненных автором в различных нефтегазоносных регионах (Белоруси, Узбекистане, Кыргызстане, Грузии, Прикаспии), а также совместными газометрическими и гравиметрическими исследованиями на Демидовском полигоне (Волгоградская обл.), проведенными с лабораторией газометрии ВолгоградНИПИнефть [1].

На основе выполненных исследований было рекомендовано использовать повторные гравиметрические наблюдения в комплексе с другими методами при прогнозировании залежей нефти и газа. Повышение эффективности поисково-разведочных работ связывается с тем, что предлагаемую методику можно применять в сложных горно-геологических условиях, поскольку влияние этих факторов существенно ослабляется при вычислении вариаций силы тяжести и при поисках залежей УВ в ловушках различного типа (антиклинальных и неантиклинальных), так как гравитационный эффект определяется, в основном, нефтегазоносностью пород.

Эта методика может использоваться на разных стадиях геологоразведочных работ: на региональном этапе с целью локализации участков для детальных сейсмических исследований; для прогнозирования нефтегазоносности структур, подготовленных к бурению другими методами; при выборе местоположения разведочных скважин на площадях с выявленной нефтегазоносностью.

Весьма важно, что при решении этих задач можно использовать короткопериодные (за интервал времени менее месяца) вариации силы тяжести, что сокращает сроки проведения полевых работ и повышает надежность информации, ослабляя влияние аппаратурных погрешностей и геологических факторов-помех [4]. Но следует иметь в виду, что гравитационное поле над месторождениями нефти и газа характеризуется повышенной нестабильностью во времени, однако обратные утверждения не всегда однозначны, поэтому повторные гравиметрические наблюдения необходимо использовать в комплексе с другими геолого-геофизическими методами, более рационально с газометрией и сейсморазведкой.

Использование вариаций силы тяжести расширяет возможности гравиразведки в нефтегазовой геологии, так как кроме информации о геологическом строении района исследований, получаемой из анализа аномалий силы тяжести в редукции Буге, мы имеем независимую информацию о газоносности пород. Среди других геодинамических методов (современные движения и др.) повторные гравиметрические наблюдения имеют преимущества по затратам, производительности и возможности фиксировать геодинамические процессы, не отражающиеся на земной поверхности.

Опробование и совершенствование разрабатываемой методики осуществлялось, в основном, на известных месторождениях нефти и газа, однако повторные гравиметрические наблюдения проводились и на разведочных площадях. В частности, в 1990 г. они были выполнены на площади Центральный Тузлук (Киргизия). Район исследований выбран оптимальным по сложности горно-геологических условий, которые снижают эффективность сейсморазведки, а также и гравиразведки, использующей для решения геологических задач аномалии силы тяжести в редукции Буге, так как здесь трудно с достаточной точностью вычислить поправки за рельеф окружающей местности.

Повторные гравиметрические наблюдения на этой площади проводились по трем профилям, центральный из которых проходил через скв. 1 и 5, выявившие нефтегазоносность палеогеновых отложений (рисунок). Остальные четыре скважины, пробуренные на этой площади, оказались непродуктивными.

По вариациям силы тяжести перспективный участок расположен приблизительно в 700 м юго-восточнее скв. 5. Амплитуды вариаций силы тяжести здесь достигают десятых долей миллигалла, что в несколько раз больше, чем в северной части исследуемой площади, где расположены непродуктивные скважины.

Результаты повторных гравиметрических наблюдений, проведенных здесь, подтверждают эффективность их использования при разведочных работах. Если бы повторные измерения силы тяжести были выполнены после бурения первой скважины, выявившей нефтегазоносность, то, возможно, удалось бы избежать затрат на бурение ряда непродуктивных скважин. Стоимость же гравиметрических исследований по предлагаемой методике в десятки раз меньше сейсмических затрат на подготовку структур.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Акимова А.А., Волгина А.И. О результатах совместных гравиметрических и газометрических наблюдений // Изв. АН СССР. Физика земли.–1990.–№ 3.–С. 82–85.
2. Буланже Ю.Д., Волгина А.И., Демьянова Т. Е. О влиянии газоносности пород на изменение силы тяжести // Изв. АН СССР. Физика земли.–1992.–№ 1.–С. 102–107.
3. Волгина А.И., Комиков В.Ф., Сидоров В.А. Особенности изменений силы тяжести во времени над нефтегазовыми месторождениями // Геология и геофизика.– 1987.– № 7.–С. 138–142.
4. Волгина А.И. Результаты исследований временных изменений гравитационного поля // Геология нефти и газа.– 1990.– № 3.– С. 36–37.

ABSTRACT

Method of oil and gas pools prediction is preposed. It is based on the difference of hydrocarbons and bed-water phisical features, shown under conflitions of non-stability of thermo-dynamic field in the Earth's crust in different character of gravity variations over water-saturated and hydrocarbon-saturated structures. Low price of preposed method, possibility of its use in difficult mountain-geological conditions for oil and gas pools prediction in traps of different types will allow to increase prospecting works effectiveness when it is used in complex of geological-geophisical methods.

ВАРИАЦИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ НА ПЛОЩАДИ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ТУЗЛУК

1 – пункты гравиметрических наблюдений; 2 – скважина и ее номер; 3 – изолинии вариаций силы тяжести, мкГал; 4 – участок, перспективный по вариации силы тяжести