Библиотека Дамирджана - Геология нефти и газа №1999_07

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ПОИСКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА РАДИОГЕОХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

И.С. Соболев, Л.П. Рихванов (Томский политехнический университет), Н.Г. Ляшенко (ГЭЦ ГП "Березовгеология"), М.С. Паровинчак (ОАО "Томскгаз")

Метод радиометрической съемки для поисков нефтяных месторождений впервые был применен Л.Н. Богоявлинским и А.А. Ломакиным в 1926 г. в Майкопском нефтеносном районе. Использовав ионизационную камеру, они получили аномальное поле радиоактивности над нефтяной залежью, не связанной со структурой (шнурковая залежь).

Начало интенсивных исследований по выявлению возможностей применения радиоактивных методов приходится на 50-60-е гг. Радиометрические методы опробовались, а иногда использовались в СССР, США, Канаде, Франции и других странах. Несмотря на целый ряд положительных результатов, они не получили широкого распространения и их применение носило эпизодичный характер. В первую очередь это было вызвано неоднозначностью интерпретации полученных данных, отсутствием комплексного подхода и техническим уровнем применяемой аппаратуры.

С 1997 г. сотрудниками кафедры полезных ископаемых и геохимии редких элементов Томского политехнического университета ведутся интенсивные работы по разработке методики прогнозирования и поисков УВ-сырья на основе методов радиогеохимии (Соболев И.С., Рихванов Л.П., Цин Да Ди, 1998). Исследования, результаты которых обсуждаются в данной статье, проводились в пределах известных нефтегазоносных структур: Западно-Полуденной, Северо-Васюганский и Мыльджинской (рис. 1). Радиогеохимическая съемка осуществлялась в условиях, типичных для Западно-Сибирского региона, характеризующихся высокой заболоченностью, кислым характером почвенно-грунтовых вод, продолжительной зимой и др.

Теоретические предпосылки возможности применения методов радиогеохимии при прогнозировании и поисках месторождений нефти и газа, сформулированные рядом российских и иностранных ученых (Х. Лаунберг, С. Хаддет, Л. Миллер, У. Кревс, Д.Пирсон, Д. Сикка, А.Ф. Алексеев, Р.П. Готтих и др.), основываются на теории вертикальной миграции УВ из залежей.

Продукты распада УВ – углекислый газ, вода, сероводород и другие мигрирующие в результате диффузии и фильтрации из залежи газы и воды – стимулируют эпигенетические процессы, приводящие к изменению физико-химических параметров среды, что выражается в преобразовании пород надпродуктивного комплекса, возникновении специфичных минеральных ассоциаций, нарушении окислительно-восстановительных обстановок и перераспределении некоторых химических элементов, в том числе радиоактивных.

Под воздействием эпигенетических процессов, вызванных влиянием УВ-залежей, над месторождениями нефти и газа на протяжении длительного геологического времени происходит формирование специфического радиогеохимического поля, характеризующегося своеобразными полями распределения общей радиоактивности, уровнями накопления радиоактивных элементов и характером их взаимосвязи.

Практика показывает, что радиационная производная (мощность экспозиционной дозы) над и вокруг залежей УВ варьирует в незначительном диапазоне по сравнению с фоновыми значениями. В свое время этот факт во многом обусловил ограничение применения радиогеохимических методов. Появление современной лабораторно-аналитической базы и измерительной аппаратуры, новых типов детекторов и методических приемов, позволяющих выявлять слабые изменения радиогеохимического поля, возродило интерес к применению радиогеохимических методов для прогнозирования и поисков месторождений нефти и газа.

Геологический разрез площадей исследований представлен породами двух структурных комплексов: песчано-глинистыми отложениями мезо-кайнозоиского осадочного чехла и метаморфизованными породами палеозойского складчатого фундамента.

Западно-Полуденное месторождение приурочено к одноименной структуре Зайцевского куполовидного поднятия, расположенного в южной части Нижневартовского свода. Северо-Васюганская и Мыльджинская нефтегазоносные структуры представляют собой антиклинальные складки, осложняющие Средне-Васюганский мегавал.

Продуктивность Западно-Полуденного и Мыльджинского месторождений связана с отложениями верхней юры и нижнего мела. Основным газоносным горизонтом Северо-Васюганского месторождения являются верхнеюрские отложения. Общая глубина залегания УВ-залежей в пределах месторождений колеблется от 1600 до 2400 м.

Комплекс радиогеохимического картирования включает термолюминесцентную радиометрическую и гамма-спектрометрическую съемки по поверхности. Плотность измерений выбирается согласно решаемым геологическим задачам, детальности исследований, масштабу объекта.

Методика термолюминесцентной радиометрической съемки разработана в Институте разведочной геофизики и геохимии (КНР)( Application of thermoluminescence dozimetry in the exploration for oil and gas using Chinese GR-200 LiF (Mg, Сu, Р) TLD / Z. Wang, D. Qin, G. Zhuang et al. // Radiation Protection Dozimetry.- Nuclear Technology Publishing, 1993. - Vol. 47, N 1/4. -P. 323-326.). В качестве измерительных элементов применяются поликристаллические термолюминесцентные дозиметры (ТЛД) на основе LiF, позволяющие фиксировать суммарную составляющую радиоактивности (a,b,g) и обладающие высокой чувствительностью. Применяемые для измерений ТЛД помещаются в водонепроницаемую упаковку. Для получения статистически достоверных результатов число дозиметров на точке измерений равно 10. Все дозиметры предварительно калибруются по чувствительности. Термолюминесцентные дозиметры на точках измерения устанавливаются на глубину 0,5-0,7 м. Время экспозиции измерительных элементов в среднем составляет 15-30 сут.

Гамма-спектрометрическая съемка проводится с применением полевых гаммаспектометров-концентрометров типа РКП-305М, РСП-101М. Измерения осуществляются в точках установки ТЛД с определением содержания К, U (по ²²⁶Ra), Th. Для статистической достоверности на каждой точке опробования производится троекратное измерение параметров.

Пункты исследований привязываются с помощью топографических карт и JPS-приемника. Ведется необходимая геологическая документация.

Полученные в результате радиогеохимической съемки данные проходят многоцелевую статистическую обработку. Значения интенсивности термолюминесценции градуируются и нормализуются. Строятся карты дозовых вариаций поля радиоактивности и распределения радиоактивных элементов, но, как правило, эти карты носят вспомогательный характер.

В качестве основных критериев при выделении прогнозных участков нефтегазоносности используются:

торий-урановое отношение (Th/U);

показатель интенсивности перераспределения естественных радионуклидов;

интенсивность термолюминесценции.

Построение прогнозных схем нефтегазоносности осуществлялось по комплексному радиогеохимическому показателю, рассчитываемому по оригинальной методике. По степени перспективности нефтегазоносности выделяются три типа участков: с высокими, средними и низкими перспективами нефтегазоносности.

Радиогеохимическая съемка проводилась как в летний, так и в зимний период. Радиогеохимическим картированием было покрыто около 900 км² со средней плотностью 0,2-0,5 точки/км². Измерения параметров осуществлялись по сети профилей с шагом опробования 1 км. Время экспозиции ТЛД составило 15 сут. Гамма-спектрометрические исследования на Северо-Васюганской и Мыльджинской площадях были видоизменены применительно к зимним условиям.

Результаты комплексного радиогеохимического картирования показали, что радиогеохимическое поле в пределах исследованных нефтегазоносных структур имеет довольно ярко выраженные специфические особенности распределения анализируемых радиоэлементов и их интегрированного показателя – интенсивности термолюминесценции. Необходимо отметить, что поля анализируемых параметров каждого объекта при наличии ряда общих закономерностей в характере распределения радиогеохимических показателей имеют и отличительные особенности, что в каждом случае требует индивидуального подхода.

В частности, Северо-Васюганская площадь по сравнению с Западно-Полуденной и Мыльджинской характеризуется несколько пониженными уровнями накопления К, Th, U и интенсивностью термолюминесценции. Эти различия в значениях радиогеохимических показателей вызваны как размерами и глубиной залегания залежей, а соответственно и степенью интенсивности эпигенетических преобразований пород надпродуктивного комплекса, так и литолого-ландшафтными особенностями территорий, тектоническим строением, гидродинамическим режимом подземных вод и другими факторами.

Поля концентраций радиоактивных элементов над нефтегазовыми месторождениями характеризуются высокой степенью дифференциации в распределении К, Th, U и имеют более сложное строение, чем за их границами (таблица).

В пределах исследованных площадей четко фиксируются оси, относительно которых намечается радиогеохимическая зональность. Учитывая довольно выдержанный литолого-фациальный состав подпочвенных геологических образований, можно с большой долей уверенности сказать, что строение радиогеохимического поля на участке локализации УВ-залежей в первую очередь обусловлено особенностями глубинного строения (в том числе тектонического) и проявленностью эпигенетических процессов (прежде всего окислительно-восстановительного характера). Тем не менее, анализ только моноэлементных карт не позволяет с высокой степенью достоверности оконтуривать положение УВ-залежей.

Более четко неоднородности строения радиогеохимического поля, вызванные влиянием УВ-залежей, просматриваются при анализе основных компонентов комплексного радиогеохимического показателя – Th/U, интенсивности перераспределения естественных радионуклидов и интенсивности термолюминесценции.

Существование зон, характеризующихся аномальными значениями Th/U, по всей видимости, связано с резкими изменениями физико-химических параметров среды, произошедшими в результате эпигенетического воздействия мигрирующих из залежи жидких и газообразных компонентов. Изменение окислительно-восстановительных об-становок в свою очередь послужило причиной перераспределения урана.

Выявленные зоны высокой интенсивности перераспределения естественных радионуклидов, пространственно совпадающие с полями аномальных значений Th/U, также подтверждают существование геохимических барьеров и, очевидно, фиксируют структуры, вмещающие залежи УВ.

Наиболее контрастно области проявления наложенных процессов, связанных с воздействием нефтегазовых залежей, отразились в полях интенсивности термолюминесценции.

Методические особенности термолюминесцентной радиометрической съемки (длительное экспонирование, интегрированный характер показателя и др.) и оригинальные технические параметры самих ТЛД позволяют уменьшить роль экранирующих факторов (прежде всего микроландшафтных неоднородностей), отрицательно влияющих на результаты гамма-спектрометрической съемки, усилить аномальные эффекты радиогеохимической информации, что дает возможность более четко выделить границы зоны влияния УВ-залежи, обозначить зоны газоводяного, газо- и водонефтяного контактов.

Фиксируемые в пределах нефтегазоносных площадей оси, относительно которых наблюдается радиогеохимическая зональность, трассируют на поверхности положение глубинных нефтегазоносных структур. Выделенные на основании комплексного радиогеохимического показателя прогнозные участки предполагаемой нефтегазоносности с высокой степенью достоверности контролируют положение УВ-залежей.

На Западно-Полуденной площади в область выделяемых радиогеохимических аномалий (рис. 2, А) попадает 91,7 % разведочных скважин, вскрывших УВ-залежи, из которых 45,4 % находятся в контуре участка с высокими перспективами нефтегазоносности. В пределах участков с высокими и средними перспективами нефтегазоносности отсутствуют разведочные скважины, не давшие притока нефти.

На Северо-Васюганской площади практически все разведочные скважины, давшие промышленный приток УВ (исключение составляет одна скважина), находятся внутри контуров участков с высокими и средними перспективами нефтегазоносности. При этом большинство скважин, вскрывших пласт с максимальной мощностью эффективной газонасыщенности, расположены в пределах участков с высокими перспективами нефтегазоносности (см. рис: 2, б). се разведочные скважины на Мыльджинской площади, давшие притоки УВ, находятся в контуре выделяемой радиогеохимической аномалии, причем 69,2 % из них приходится на участок с высокими перспективами нефтегазоносности (см. рис.2, В).

Необходимо отметить, что линейные размеры выделяемых аномалий в некоторых случаях превосходят горизонтальные проекции залежей. Это связано с концентрацией элементов-индикаторов в горизонте опробования, определяемой интенсивностью окислительно-восстановительных реакций в зоне миграции УВ. Размеры нефтегазовой залежи, вещественный состав геохимического горизонта, плотность опробования регламентируют размеры и конфигурацию радиогеохимических аномалий. Кроме того, некоторые несоответствия прогнозных контуров и горизонтальных проекций УВ-залежей могут быть вызваны условностями, неизбежными при оконтуривании места локализации УВ-залежей как по данным сейсморазведки и разведочного бурения, так и по результатам радиогеохимических исследований. При этом необходимо учитывать сравнительно низкую плотность сети радиогеохимических наблюдений, а также наложение многочисленных природных факторов, таких как геологическое и тектоническое строение площади работ, проницаемость и сорбционная емкость перекрывающих отложений, характер гидродинамического режима и др.

Все изученные нефтегазоносные структуры отбились показателями Th/U, интенсивности перераспределения естественных радионуклидов, интенсивности термолюминесценции, а также комплексным радиогеохимическим показателем. На значения радиогеохимических показателей Западно-Полуденного и Мыльджинского месторождений, имеющих сложное, многоуровневое строение, в той или иной мере оказывают влияние все существующие нефтегазоносные пласты с доминирующей ролью продуктивных горизонтов верхней части разреза. Определение числа и качества нефтегазоносных пластов на данном этапе исследований затруднено.

Тем не менее при анализе результатов комплексного радиогеохимического картирования в пределах Северо-Васюганской площади, имеющей более простое геологическое строение, были выявлены зависимости между значениями радиогеохимических показателей и некоторыми характеристиками продуктивного пласта (рис. 3). В частности, существуют довольно высокие коррелятивные связи между глубиной залегания (r = 0,85), эффективной газонасыщенностью продуктивного пласта (r= 0,34) и значениями комплексного радиогеохимического показателя.

Данные радиогеохимические исследования проводились в пределах месторождений, связанных с антиклинальными структурами. Учитывая эпигенетическую природу радиогеохимических аномалий, формирующихся над местами локализации УВ-залежей, можно говорить, что по значениям радиоактивной производной будут фиксироваться нефтегазоносные залежи любого типа (в том числе литологически и тектонически экранированные).

Выполненные исследования показали, что в условиях Западной Сибири комплексное радиогеохимическое картирование с применением методов полевой термолюминесцентной радиометрии и гамма-спектрометрии позволяет с высокой степенью вероятности выявлять нефтегазоносные структуры.

Радиогеохимическое поле над нефтегазовыми месторождениями характеризуется высокой степенью неоднородности. Максимальные вариации содержаний анализируемых радиоэлементов и значений комплексных показателей в большинстве случаев фиксируются в пределах ГВК, ГНК, ВНК и областях локализации основных запасов УВ.

Анализ моноэлементных карт не позволяет четко выделять границы зон влияния УВ-залежей. Для обнаружения участков скоплений УВ с максимальной вероятностью их выявления (>= 0,7) целесообразно применять комплексные радиогеохимические показатели, учитывающие поведение всех радиоэлементов.

Отмечена высокая сходимость выделенных прогнозных участков с фактическим распределением нефтегазоносности. Проведение радиогеохимического картирования возможно как в летний, так и в зимний период, что имеет большое значение для Западно-Сибирского региона.

При интерпретации результатов необходимо учитывать различные особенности ландшафтов (в частности, условия заболоченности и др.). Наличие локальных вариаций значений содержаний элементов и интенсивности термолюминесценции, совпадающих с профилями исследований, позволяет говорить о том, что в более крупном масштабе радиогеохимическое поле имеет более сложный характер. Локальные дифференциации значений различных показателей, на наш взгляд, вызваны неоднородностями строения залежи УВ и различной проницаемостью экранирующих пород. По-видимому, при проведении крупномасштабных работ 1:25 000 – 1:10000 возможен более локальный прогноз, более точное выделение ГВК, ГНК, ВНК и ориентировочное определение глубины залегания залежей. Материалы радиогеохимического картирования показывают, что благоприятные предпосылки для получения положительных результатов существуют и в варианте аэрогаммаспектрометрической съемки, которая могла бы быть поставлена на стадии средне- и мелкомасштабных поисково-прогнозных работ.

Таким образом, полученные результаты радиогеохимических исследований в пределах изученных площадей позволяют говорить о целесообразности применения методов радиогеохимии при прогнозировании и поисках нефтегазовых месторождений в комплексе с опережающими методами структурной геофизики.

Коэффициент вариации распределения радиоактивных элементов в различных частях нефтегазоносных площадей, %

Площадь	Контур месторождения			Фоновая часть площади
Площадь	К	Th	U	К	Th	U
Западно-Полуденная	34	32	36	26	23	22
Северо-Васюганская	64	53	63	56	45	51
Мыльджинская	48	46	49	33	42	36

Рис. 1. СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Месторождения: 1 – нефтяное Западно-Полуденное, 2 – газоконденсатное Северо-Васюганское, 3 – нефтегазоконденсатное Мыльджинское

Рис. 2. ПРОГНОЗНАЯ СХЕМА НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ ПО ДАННЫМ РАДИОГЕОХИМИЧЕСКОГО КАРТИРОВАНИЯ ЗАПАДНО-ПОЛУДЕННОЙ (А), СЕВЕРО-ВАСЮГАНСКОЙ (Б) И МЫЛЬДЖИНСКОЙ (В) ПЛОЩАДЕЙ

1 – перспективность нефтегазоносности: а – высокая, б – средняя, в – низкая; 2 – газо- (а) и водонефтяной (б) контакты по данным геолого-геофизических исследований; 3 – разведочная скважина и ее номер; 4 – точка комплексного радиогеохимического исследования

Рис. 3. ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ РАДИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПО ПРОФИЛЮ СЕВЕРО-ВАСЮГАНСКОГО ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (геологический разрез по Шарабуровой В.И., 1988)

1 – продуктивный пласт Ю₁; 2 – кора выветривания; 3 – палеозойский фундамент; В – отражающий горизонт; ИТЛ – интенсивность термолюминесценции; КРП – комплексный радиогеохимический показатель

Сайт создан в системе uCoz