Геологические основы разработки нефтяных и газовых месторождений

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ  МЕСТОРОЖДЕНИЙ

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Дисциплина "Геологические основы разработки нефтяных и газовых месторождений" базируется на науке нефтегазопромысловая геология, являясь неразрывной ее составляющей. Поэтому сначала рассматриваются методологические аспекты науки нефтегазопромысловая геология, а уже во второй части  более тесная ее связь с задачами разработки залежей углеводородов.

 

Развитие  нефтяной и газовой промышленности в последние десятилетия характеризуется рядом новых тенденций.

 

Для нефтяной промышленности характерно последовательное вступление многих залежей нефти  в сложную позднюю фазу разработки, когда более половины запасов  из них уже отобрано и извлечение оставшихся запасов требует значительно  больших усилий. Объективно становится все менее благоприятной геологопромысловая характеристика вводимых в разработку новых залежей нефти. Среди них возрастает удельный вес залежей с высокой вязкостью нефти, с весьма сложным геологических строением, с низкой фильтрующей способностью продуктивных пород, а также приуроченных к большим глубинам с усложненными термодинамическими условиями, к шельфам морей и т. д. Таким образом, и на старых и на новых залежах возрастает доля так называемых трудноизвлекаемых запасов нефти. Соответственно расширяется арсенал методов разработки нефтяных залежей. Если в последние четыре десятилетия в качестве агента, вытесняющего нефть из пластов к скважинам, применялась вода и искусственное заводнение пластов было традиционным методом разработки, то в настоящее время необходимо применение и других методов на иной физико-химической основе.

 

По  мере «старения» нефтегазовой промышленности страны и расширения ее географии  задачи промыслово-геологической службы, как и родственных служб, все  более усложняются; соответственно развиваются и совершенствуются методы исследований. Поэтому требования к этой службе непрерывно возрастают. Специалисты в области промысловой геологии должны; обладать большой  научно-технической эрудицией, достаточными знаниями в областях геологии, подземной механики жидкостей и газа, бурения скважин, технологии и техники разработки  месторождении, геофизических и гидродинамических методов  исследования скважин и пластов, подсчета запасов нефти и газа, экономики, математических методов обработки геологических данных и др.

 

1. НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВАЯ  ГЕОЛОГИЯ КАК НАУКА И ЕЁ  ЗАДАЧИ

1.1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ  НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОЙ ГЕОЛОГИИ

 

Нефтегазопромысловая  геология — отрасль геологии, занимающаяся детальным изучением месторождений  и залежей нефти и газа в начальном (естественном) состоянии и в процессе разработки для определения их народнохозяйственного значения и рационального использования недр.

 

Таким образом, значение нефтегазопромысловой геологии состоит в обобщении  и анализе всесторонней информации о месторождениях и залежах нефти и газа как объектах народнохозяйственной деятельности с целью геологического обоснования наиболее эффективных способов организации этой деятельности, обеспечения рационального использования и охраны недр и окружающей среды.

1.2.СВЯЗЬ  НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОИ ГЕОЛОГИИ  С ДРУГИМИ ГЕОЛОГИЧЕСКИМИ И  СМЕЖНЫМИ НАУКАМИ

 

С точки  зрения промыслового геолога залежь нефти или газа следует рассматривать  как некоторую часть пространства, в которой накладываются друг на друга результаты различных геологических, физических, гидродинамических и других процессов, действовавших ранее и происходящих во время ее разработки. Поэтому залежь вследствие многообразия процессов, приведших к ее образованию и протекающих при ее разработке, можно изучать во многих аспектах.

 

Существуют  различные науки, как геологические, так и негеологические, которые  изучают те или иные из упомянутых выше процессов. Отсюда следует особенность  нефтегазопромысловой геологии, заключающаяся  в том, что она широко использует теоретические представления и фактические данные, получаемые методами других наук, и в своих выводах и обобщениях очень часто опирается на закономерности, установленные в рамках других наук.

 

Например, данные об условиях залегания продуктивных пластов в первую очередь поступают в результате полевых сейсмических исследований. При вскрытии залежи скважинами эти данные могут быть уточнены - методами структурной геологии.

 

Поднятые  из скважин керн, пробы нефти, газа, воды исследуются методами физики пласта. Другим источником информации о свойствах пород служат данные промысловой геофизики, а также результаты гидродинамических исследований скважин. Теоретической основой этих методов являются подземная гидравлика и скважинная геофизика, играющие наиболее важную роль в решении задач нефтегазопромысловой геологии, так как с их помощью получают около 90 % информации, необходимой промысловому геологу.

 

Обобщая различную  информацию об условиях залегания и  свойствах нефтегазонасыщенных  пород, промысловый геолог очень часто не создает какие-то новые принципы, законы, методы, а в значительной степени опирается на теоретические представления, законы и правила, установленные в рамках смежных наук: тектоники, стратиграфии, петрографии, гидрогеологии, подземной гидравлики и ряда других. Анализируя и обобщая количественные и качественные данные, современный промысловый геолог широко использует математические методы и ЭВМ, без чего результаты обобщения не могут считаться достаточно надежными.

 

Таким образом, науки, изучающие залежи нефти и газа в аспектах, отличных от тех, которыми занимается нефтегазопромысловая геология, составляют значительную часть теоретического и методического фундамента нефтегазопромысловой геологии.

 

Вместе  с тем нефтегазопромысловая геология, имея самостоятельный объект — залежь нефти или газа, подготавливаемую к разработке или находящуюся в разработке, т. е. геолого-технологический комплекс, решает и собственные задачи, связанные с созданием методов получения, анализа и обобщения информации о строении нефтегазоносных пластов, о путях движения нефти, газа, воды внутри залежи при ее эксплуатации о текущих и конечных коэффициентах нефтеотдачи и т. п. Поэтому указанная выше связь нефтегазопромысловой геологии с другими науками не является односторонней.

 

Результаты  промыслово-геологических исследований оказывают существенное влияние  на смежные науки, способствуя их обогащению и дальнейшему развитию. На промышленно нефтегазоносных  площадях всегда бурится большое  количество скважин, ведутся отбор  и анализ образцов пород, проб жидкостей и газа, проводятся всевозможные наблюдения и исследования. Разнообразные виды исследовательской и производственной деятельности, а также промыслово-геологический научный анализ ее результатов обязательно и в большом количестве доставляют новые факты, служащие для подтверждения и дальнейшего развития взглядов и теорий, составляющих содержание смежных наук. При этом нефтегазопромысловая геология ставит перед смежными науками новые задачи, тем самым в еще большей степени способствуя их развитию. Таковы, например, требования более углубленного петрографического изучения глинистого материала коллекторов, который может менять свой объем при контакте с водой; изучения физико-химических явлений, протекающих на контактах нефти, воды и породы; количественной интерпретации результатов геофизических исследований скважин и др.

1.3.ЦЕЛИ  И ЗАДАЧИ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОЙ  ГЕОЛОГИИ

 

Цели  нефтегазопромысловой геологии заключаются  в геологическом обосновании  наиболее эффективных способов организации народнохозяйственной деятельности по добыче нефти и газа, обеспечению рационального использования и охраны недр и окружающей среды. Эта основная цель достигается путем изучения внутренней структуры залежи нефти и газа и закономерностей ее изменения в процессе разработки.

 

Основная  цель разбивается на ряд компонент, выступающих в виде частных целей  нефтегазопромысловой геологии, к которым  относятся:

 

—    промыслово-геологическое моделирование  залежей

 

—    подсчет запасов нефти, газа и  конденсата;

 

—    геологическое обоснование системы разработки нефтяных и газовых месторождений;

 

—    геологическое обоснование мероприятий  по повышению эффективности разработки и нефте-, газо- или конденсатоотдачи;

 

—    обоснование комплекса наблюдений в процессе разведки и разработки.

 

Другой  вид компонент— сопутствующие цели, которые направлены на более эффективное  достижение основной цели. К ним  относятся:

 

—1)     охрана недр нефтяных и газовых месторождений;

 

—2)     геологическое обслуживание процесса бурения скважин;

 

—3)     совершенствование собственной  методологии и методической базы.

 

Задачи  нефтегазопромысловой геологии состоят  в решении различных вопросов, связанных: с получением информации об объекте исследований; с поисками закономерностей, объединяющих наблюденные разрозненные факты о строении и функционировании залежи в единое целое; с выработкой правил рационального проведения исследований и созданием нормативов, которым должны удовлетворять, результаты наблюдений и исследований; с созданием методов обработки, обобщения и анализа результатов наблюдений и исследований; с оценкой эффективности этих методов в различных геологических условиях и т. д.

 

Среди этого множества могут быть выделены задачи трех типов:

 

1)      конкретно-научные задачи нефтегазопромысловой геологии, направленные на объект познания;

 

2)       методические задачи;

 

3)       методологические задачи.

 

Все множество конкретно-научных задач, можно подразделить на следующие  группы.

 

1. Изучение  состава и свойств горных пород,  слагающих продуктивные отложения, как содержащие, так и не содержащие нефть и газ; изучение состава и свойств .нефти, газа и воды, геологических и термодинамических условий их залегания. Особое внимание должно уделяться вопросам изменчивости состава, свойств и условий залегания горных пород и насыщающих их флюидов, а также закономерностям, которым эта изменчивость подчиняется.

 

2. Задачи  выделения (на основе решения  задач первой группы) естественных  геологических тел, определения  их формы, размеров, положения  в пространстве и т. п. При этом выделяются слои, пласты, горизонты, зоны замещения коллекторов и т. д. Сюда же относятся задачи изучения пликативных, дизъюнктивных и инъективных дислокаций. В общем эта группа объединяет задачи, направленные на выявление первичной структуры залежи или месторождения.

 

3. Задачи  расчленения естественных геологических  тел на условные с учетом  требований и возможностей техники,  технологии и экономики нефтегазодобывающей  промышленности. Важнейшими здесь  будут задачи установления кондиций  и других граничных значений естественных геологических тел (например, для разделения высоко-, средне- и низкопродуктивных пород). В совокупности с задачами второй группы данная группа задач позволяет оценить запасы нефти и газа и их размещение в пространстве залежи. Суть задач данной группы состоит в изучении того, как изменится представление о структуре залежи, если учесть требования и возможности техники, технологии и экономики.

 

4. Задачи, связанные с построением классификации  ГТК по множеству признаков,  и в первую очередь по типам внутренних структур залежей и месторождений. Следует подчеркнуть, что имеющиеся многочисленные генетические классификации залежей и месторождений нефти и газа недостаточны для решения задач нефтегазопромысловой геологии. Здесь приобретают первостепенное значение вопросы использования при построении классификаций множества собственно геологопромысловых признаков, раскрытия механизма перестройки структур на разных уровнях иерархии в процессе разработки, явлений переноса свойств вещества с одного уровня на другой, связи структуры и функции, взаимосвязей между различными представлениями системы (множественным, функциональным, процессуальным) и т. п.

 

5. Задачи, связанные с изучением характера,  особенностей, закономерностей взаимосвязи  структуры и функции ГТК, т.е. влияния строения и свойств залежи на показатели процесса разработки и характеристику структуры и параметров технической компоненты, а также на показатели эффективности

1.4.МЕТОДЫ  ПОЛУЧЕНИЯ ПРОМЫСЛОВО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ  ИНФОРМАЦИИ

 

Источниками первичной информации в нефтегазопромысловой геологии служат исследования разными методами, объединенные общей решаемой задачей.

 

Изучение  керна, шлама, проб нефти, газа и воды в лабораториях с помощью специальных  приборов — основной источник прямой информации о геолого-физических свойствах пород и физико-химических свойствах УВ и пластовой воды. Получение этой информации затруднено тем, что пластовые условия (давление, температура и др.) отличаются от лабораторных и поэтому свойства образцов пород и флюидов, определенные в лабораторных условиях, существенно отличаются от тех же свойств в пластовых условиях. Отбор проб с сохранением пластовых условий весьма затруднителен. В настоящее время существуют герметичные пробоотборники только для пластовых нефтей и вод. Пересчет результатов лабораторного определения на пластовые условия может производиться с помощью графиков, построенных на основе данных специальных исследований.

 

Исследование  скважин геофизическими методами (ГИС) осуществляется в целях изучения геологических разрезов скважин, исследования технического состояния скважин, контроля за изменением нефтегазонасыщенности пластов в процессе разработки.

 

Для изучения геологических разрезов скважин  используются электрические, магнитные, радиоактивные, термические, акустические, механические, геохимические и другие методы, основанные на изучении физических естественных и искусственных полей различной природы. Результаты исследования скважин фиксируются в виде диаграмм либо точечной характеристики геофизических параметров: кажущегося электрического сопротивления, потенциалов собственной и вызванной поляризации пород,  интенсивности гамма-излучения, плотности тепловых и надтепловых нейтронов, температуры и др. Теория геофизических методов и выявленные петрофизические зависимости позволяют проводить интерпретацию результатов исследований. В итоге решаются следующие задачи: определения литолого-петрографической характеристики пород; расчленения разреза и выявления геофизических реперов; выделения коллекторов и установления условий их залегания, толщины и коллекторских свойств; определения характера насыщения пород — нефтью, газом, водой; количественной оценки нефтегазонасыщения и др.