1859 Г. Американский полковник Дрейк пробурил удачную скважину водной из низин штата Пенсильвания и это дало основание закладывать

нефтегазовые скважины в пониженных частях рельефа местности. Однако

многочисленные неудачи, связанные с этим правилом, привели к появле-

нию прямо противоположного мнения - искать нефть на возвышенностях рельефа. Это был более логичный подход, так как к возвышенностям час­то приурочены антиклинальные складки. Следуя этому правилу, на побе­режье Мексиканского залива в 1901-1905 гг. выявили 17 месторождений

нефти.

Оба метода называли методом «дикой кошки». Однако уже в тот

период были сделаны попытки научно обосновать направление и методы разведочных работ на нефть и газ.

В 1863 г. российский академик Г.В. Абих опубликовал результаты своих исследований на нефтяных месторождениях Апшеронского полу-

острова. Основные выводы: нефтяные месторождения приурочены к ан-

тиклинальным складкам; пластовые флюиды дифференцируются по глу­бине: сверху газ, под ним нефть, ниже вода. Выводы Г.В. Абиха и выска-

занные позже аналогичные идеи американского геолога И.С. Уайта под-

тверждались опытом мексиканских работ и были успешно использованы в 1913 г. при обнаружении Новогрозненского месторождения нефти. По­этому и до сегодняшнего дня стремятся уже на раннем этапе разведки об­наружить прежде всего антиклинали.

Основная задача первого этапа разведки - выполнить геологиче-

скую съемку - метод изучения поверхностной геологии и геоморфологии

местности, на основании чего составляется геологическая карта района. На этом этапе изучают выходящие на дневную поверхность элементы пластов и образцы горных пород, окаменевшие остатки древних живот-

ных и растений, измеряют углы и направление простирания (падения) пластов, выполняют необходимые лабораторные анализы.

Для более детальной структурной геологической съемки бурят

мелкие картировочные и структурные скважины глубиной от 20 до 300 м, которыми «проходят» все наносные современные отложения и достигают

коренных пород, устанавливая структуру их и отбирая пробы коренных пород для описания и последующего лабораторного изучения.

187

По результатам первого этапа работ строят геологическую карту района, на которой условными обозначениями отражают распространение пород различного возраста.

Более детально геология района описывается дополнительно пред­полагаемым сводным стратиграфическим разрезом в виде колонки с по­следовательно изображенными по глубине породами, и структурной кар­той, отражающей поверхность характерного пласта и форму его распро­странения.

На втором этапе используют поверхностные геофизические, гео­химические и биологические методы разведки, позволяющие косвенно установить вероятное местонахождение нефтегазового пласта.

Наибольшее распространение из поверхностных геофизических методов получили сейсмо- и электроразведка, грави- и магниторазведка.

В основе сейсморазведки лежат особенности распространения упру­гих колебаний в земной коре. Сейсмические волны (упругие колебания), вы­званные искусственным путем (например, взрывом), в зависимости от плот­ности пород распространяются в них со скоростью 2-8 км/с. Чем плотнее по­рода, тем выше скорость сейсмической волны в ней. На границе пород раз­личной плотности волны частично отражаются и возвращаются на поверх­ность Земли, а частично преломляются и продолжают распространяться в глубь Земли до новой границы пород разной плотности.

Отраженные сейсмические волны улавливают и регистрируют на земной поверхности приборами сейсмографами, а затем, анализируя вре­мя прохождения волн в горных породах, устанавливают глубину залега­ния пород, образовавших волны, углы падения пластов, относительную плотность пород. По этим данным строят профили и карты глубинного рельефа. Заметим, что метод отраженных волн (MOB) предложен россий­ским геофизиком B.C. Воюцким в 1923 г. и с тех пор и до настоящего времени широко и успешно используется во всем мире.

Помимо MOBв поверхностной геофизике широко распростране­ны: корреляционный метод преломленных волн (КМПВ), основанный на регистрации преломленных волн при встрече их с границей раздела раз­личных пород под так называемым критическим углом; метод регулируе­мого направленного приема (РНП); метод общей глубинной точки (ОГТ).

В последние годы взрыв как источник излучения упругих колеба­ний уходит в прошлое. Стали применять невзрывные методы: падающий груз (Джиограф), вибраторы (Вибросейс), механические излучатели на основе «закрытых» взрывов (Диносейс). Себестоимость этих методов по меньшей мере на 50 % ниже себестоимости взрывных методов.

В морской сейсморазведке в качестве излучателей колебаний чаще других используют пневматические и электроискровые источники.

Применение современной компьютерной техники позволило суще­ственно улучшить сейсморазведку до возможности обнаружения залежей

188

нефти и газа, которые выявляются по рассеиванию упругих колебаний в виде «яркого пятна» (так называемая АТЗ - аномалия типа залежь).

В основе электроразведки, разработанной французом Шлюмберже в 1923 г., лежит различие в удельном электрическом сопротивлении гор­ных пород. Хорошо проводят электрический ток кристаллические породы, осадочные породы, насыщенные минерализированной водой; плохо про­водят электрический ток пористые осадочные породы, насыщенные неф­тью и газом. Поэтому по характеру искусственно создаваемого в земной коре электрического поля можно определить последовательность и усло­вия залегания горных пород.

Технически электроразведка осуществляется так: через заглублен­ные в грунт металлические стержни - электроды создают в земной коре искусственное электрическое поле, а при помощи других стержней, рас­положенных между электродами, исследуют различные аномалии искус­ственно созданного электрического поля земной коры. Сравнивая нор­мальное поле с аномальным, устанавливают литологическую характери­стику разреза и наличие скоплений УВ.

Гравиметрический метод основан на неоднородности гравитаци­онного поля земной поверхности, обусловленной различной плотностью горных пород. В зонах распространения пород с низкой плотностью (на­пример, каменной соли) ускорение силы тяжести меньше, чем в зоне рас­пространения более плотных пород (например, гранита). Измеряя силу тяжести в разных точках земной поверхности, можно обнаружить ано­мальные отклонения в ту или иную сторону от нормальной силы тяжести и по этим данным дифференцировать распространение пород с различной плотностью. Прибор, фиксирующий аномалии силы тяжести, называют гравиметром.

В последние годы гравиметрический метод стал распознавать флюидонасыщенные пористые породы (коллекторы), причем дифферен­цировать водоносные коллекторы от нефтеносных и газоносных, так как разница в плотности флюидов значительная (для нефти 60-80 кг/м³, для газа 160-220 кг/м в сравнении с водой). В комплексе с гравиразведкой применяется магниторазведка, основанная на исследовании неоднородно­сти магнитного поля на поверхности Земли, обусловленной неодинаковой магнитоактивностью горных пород (например, магматические породы бо­лее магнитоактивны, чем осадочные). Используемые приборы (магнито­метры) способны фиксировать магнитные аномалии даже с самолета или вертолета, что существенно ускоряет и облегчает магниторазведку. Карта магнитных аномалий уточняет результаты гравиразведки.

Среди геохимических методов следует отметить газовую, люми-несцентно-битуминологическую, радиоактивную съемку, а также гидро­химический метод.

189

Газовая съемка, впервые предложенная В.А. Соколовым в 1929- I1930 гг.. основана на возникновении на поверхности Земли над нефтегазовыми залежами ореола повышенной концентрации УВ за счет фильтрации, диффузии и проникновения по трещинам глубокозалегающих УВ к дневной поверхности. Исследуя пробы грунтов и грунтовых вод при по­мощи чувствительных анализаторов, устанавливают области повышенных концентраций УВ, под которыми наиболее вероятны залежи нефти и газа.

Люминесцентно-битуминологическая съемка исследует ореол рас­сеяния битумов. Над нефтегазовыми залежами содержание битума в грун­те повышенное, что устанавливается путем отбора образцов грунта с по­следующим определением их люминесцентной характеристики в ультра­фиолетовом свете.

Радиоактивная съемка обнаруживает пониженное распределение радиоактивных элементов в породах в зоне распространения нефтегазо­вых залежей. Однако из-за неуверенности расшифровки метод пока ши­роко не применяется.

Гидрохимическим методом исследуют химический состав подзем­ных вод. содержание в них растворенных газов и УВ (аренов). По мере приближения к нефтегазовым залежам концентрация этих компонентов в водах увеличивается, что является признаком скопления УВ.

Геохимические методы расширяют возможности поиска месторо­ждений нефти и газа, позволяют не только устанавливать нефтегазоносность антиклинальных складок, выявленных геологической съемкой и графическими методами, но и обнаруживать скопления УВ в ловушках неструктурного типа, обнаружение которых другими методами практиче­ски невозможно.

Нельзя обойти вниманием так называемую бактериологическую съем­ку, основанную на поиске бактерий, развивающихся в среде УВ. Путем иссле­дования почв изучаемой площади обнаруживают места скопления этих бакте­рий и, следовательно, проникновение из глубин УВ. Бактериологический ана­лиз почв является хорошим подспорьем в обнаружении нефтяных и газовых залежей.

Третий, заключительный этап поисков и разведки нефтяных и га­зовых залежей состоит в бурении одной или нескольких разведочных скважин с целью уточнения геологического строения площади, отбора и подробного анализа образцов глубоко залегающих горных пород (кернов). вскрытия нефтегазоносных коллекторов и их исследования на предмет промышленного использования нефтегазовой залежи. В разведочных скважинах проводят разнообразные геофизические исследования, испы­тания пластов на приток флюида, термодинамические измерения и т.д. Разведочные скважины должны дать конкретный ответ: имеется ли неф­тяное или газовое месторождение на разведываемой площади, каково его промышленное значение, каковы свойства УВ.

190

Все разведочные данные обобщают в виде геологических профи­лей и карт. Для отображения литологической характеристики пород в раз­резах используют условные знаки (см. рис. 4.4).

Составление геологического разреза скважины

Бурение скважин предполагает по первым скважинам представить геологический разрез, но в ряде случаев его приходится уточнять.

Разрезом скважины называется графическое изображение показа­телей, устанавливаемых на основании данных бурения скважины и опре­деляющих характер проходимых пород. Разрез скважины должен иметь указания характерных особенностей конкретного нефтяного месторожде­ния и мест осложнений, наличия газа, высоких и низких аномальных пла­стовых давлений.

Основным методом изучения и корректировки разрезов является изучение образцов пород, поднятых из скважины на поверхность в про­цессе бурения.

Комплекс наблюдений при бурении для составления нового или уточнения существующего разреза сводится к следующему: проведение исследований и наблюдений, необходимых для составления детального комплексного разреза скважин, в том числе комплекса геофизических ра­бот, лабораторное и промысловое изучение образцов кернов, шлама, флюида пласта, выходящего с буровым раствором из скважины, исследо­вание физико-химических свойств воды, нефти и газа и т.д.

В настоящее время используют следующие методы для составле­ния представления о разрезе пород, проходимых скважиной: изучение внешнего вида кернового материала и шлама, анализ срабатываемости долот, изменение механической скорости бурения и проходки на долото, геофизические методы (каверно- и профилеметрия, электрокаротаж, газо­вый каротаж), физико-химические методы анализа пород, отобранных при бурении скважин.

Изучение разреза скважины по внешним признакам подразумевает определение литологического состава пород (по керну) с последующим сопоставлением их с кернами других близко расположенных скважин для установления наиболее характерных (опорных) горизонтов, литологическая характеристика которых постоянна, а мощность часто фиксирована. По кернам нескольких скважин удается установить тектонические нару­шения.

По анализу шлама предположительно определяют породы, прохо­димые в процессе бурения. В основе этого анализа лежат определение гранулометрического состава шлама в буровом растворе и установление его минералогической характеристики. Для проведения указанного анали­за применяют емкость с сетками размером 1; 0,25 и 0,1 мм.

Анализ времени и характера срабатываемости буровых долот, изме­нения механической скорости бурения и проходки на долото (механиче­ский каротаж) предусматривает учет твердости проходимых пород и изме­нение в связи с этим технологических параметров. В практике за оценоч­ный параметр принимают крепость горных пород, что применительно к бу-

192

рению пока еще недостаточно уточнено. Считается, что при прочих равных условиях время бурения 1 м скважины прямо пропорционально коэффици­енту крепости пород. Общепринятой качественной оценкой крепости гор­ных пород считается следующая. Породы делят на крепкие, твердые, сред­ние, слабые, мягкие. На разрезе скважины породы установленной крепости окрашиваются в различные цвета.

Наиболее полно геологический разрез скважины изучается с помо­щью геофизических методов. Они основаны на измерении некоторых физи­ческих параметров горных пород, прямо или косвенно связанных с их лито­логией, коллекторскими свойствами и водонефтегазонасыщенностью.

При вскрытии пласта установившиеся условия нарушаются, изме­няются свойства пластовых флюидов, движение и перераспределение в пористой среде. Вода, нефть и газ располагаются в пласте обычно в соот­ветствии с их плотностью. В газовой залежи при отсутствии нефти газ за­легает непосредственно над водой. Однако полного гравитационного раз­деления газа, нефти и воды не происходит. Это остаточная (связная) вода. Ее количество может изменяться от долей процента до 70 % объема пор; в порах пласта «зеркала вод» не существует, и содержание воды по верти­кали постепенно изменяется от 100 % до значения содержания связной воды в повышенных частях залежи.