Лекция 3

Месторождение углеводородов Свойства залежи углеводородов

Пористость, проницаемость, закон Дарси

03.10.2017 1

Понятие о месторождении

• коллектор - горная порода (пласт, массив), способная к накоплению и фильтрации воды, нефти и газа;

• покрышка (кровля)– литологическое тело (пласт, пачка, свита и др.), находится над коллектором нефти или газа, мешает фильтрации углеводородов из коллектора наверх;

• нефтяной пласт - горная порода, пропитанная нефтью, газом и водой;

• залежь – скопление углеводородов в ловушке; • месторождение – группа залежей одного типа

(например, сводовых) на единой площади.

03.10.2017 2

Ловушки

03.10.2017 3

03.10.2017 4

Ловушки

Классификация месторождений

03.10.2017 5

Коллекторские свойства горных пород

• Пористость

• Проницаемость

• Гранулометрический состав

• Карбонатность

• Удельная поверхность

03.10.2017 6

Фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) горных пород

• вмещать (ёмкость коллектора, обусловленная пористостью горной породы);

• пропускать (фильтрация флюидов, обусловленная проницаемостью) через себя жидкости и газы.

03.10.2017 7

Пористость

Наличие пустот (пор, каверн, трещин), не заполненных твердым веществом.

03.10.2017 8

Коэффициент просветности

Водонасыщенность и нефтенасыщенность

Обычно связанная вода – 20-30%

03.10.2017 9

Классификация пористых каналов

03.10.2017 10

1. субкапиллярные – размер пор < 0,0002 мм, это практически непроницаемые глины, глинистые сланцы, эвапориты (соль, гипс, ангидрит и др.);

В них пластовые флюиды удерживаются капиллярными силами, силами притяжения стенок каналов. Из-за малого расстояния между стенками каналов жидкость в них находится в сфере действия межмолекулярных сил материала породы. Для перемещения жидкости по субкапиллярным порам требуется чрезмерно высокий перепад давления, отсутствующий в пластовых условиях. Практически никакого движения пластовых флюидов по субкапиллярным порам не происходит. Породы, содержащие только субкапиллярные поры, практически непроницаемы для жидкостей и газов и выполняют функции покрышек.

Классификация пористых каналов

2. капиллярные (каналы и трещины) – размер пор от 0,0002 до 0,5 мм; по ним движение нефти, воды, газа происходит при значительном участии капиллярных сил, как между частицами флюидов, так и между последними и стенками пор. Для перемещения пластовых флюидов по капиллярным порам требуются усилия, значительно превышающие силу тяжести.

3. сверхкапиллярные (каналы и трещины) – размер пор > 0,5 мм. по сверхкапиллярным порам (каналам) и трещинам движение флюидов происходит свободно под действием сил тяжести.

03.10.2017 11

Пористость фиктивного грунта (используется при моделировании)

03.10.2017 12

ПРОНИЦАЕМОСТЬ

параметр, характеризующий проводимость коллектора, т.е. способность пород пропускать сквозь себя жидкость и газ (флюид) при наличии перепада давления

03.10.2017 13

03.10.2017 14

03.10.2017 15

Коэффициент проницаемости

03.10.2017 16

Коэффициент проницаемости

03.10.2017 17

Коэффициент проницаемости

Единицы проницаемости

1 дарси: однофазный флюид с вязкостью в 1 ПА*С, полностью насыщающий пустоты среды, фильтруется через нее в условиях вязкого течения со скоростью 1 см/сек при площади поперечного сечения среды 1 см2 и при давлении или соответствующем гидравлическом градиенте 1 атм/см (76,0 см ртутного столба). Д а р с и, - единица измерения, которая приблизительно в 1012 раз меньше, чем проницаемость в 1 м2. Проницаемость средних пород-коллекторов колеблется в пределах 5-1000 миллидарси.

03.10.2017 19

Единицы проницаемости

Система СИ: единица проницаемости в 1 м2 - проницаемость такой пористой среды, при фильтрации через образец которой площадью 1 м2 и длиной 1 м при перепаде давления 1 н/м2 (1 Па) расход жидкости вязкостью 1 н • сек/м2 составляет 1 м3/сек.

03.10.2017 20

Физический смысл размерности коэффициента проницаемости – это величина площади сечения каналов пористой среды, по которым идет фильтрация.

Основные границы применимости линейного закона Дарси

• инерционные силы при достаточно высоких скоростях фильтрации;

• неньютоновские свойства жидкости, ее взаимодействие с твердым скелетом пористой среды при достаточно малых скоростях фильтрации.

03.10.2017 21

03.10.2017 22

ПРОНИЦАЕМОСТЬ

03.10.2017 23

Абсолютная проницаемость – это проницаемость пористой среды для однородной жидкости или газа (одной фазы). Фазовая проницаемость – проницаемость пористой среды для данной жидкости или газа в присутствии другой фазы (нефть – вода, нефть – газ, газ — вода). Не путать фазу с агрегатным состоянием!

Относительная проницаемость – это отношение фазовой проницаемости к абсолютной (однофазовой) проницаемости. Измеряется в долях единицы.

Гранулометрический состав породы

• это количественное (массовое) содержание в породах частиц различной величины;

• характеризует степень дисперсности минеральных частиц, слагающих горную породу;

• от него зависят другие коллекторные свойства пористой среды: – пористость, – проницаемость, – удельная поверхность, – силы, капиллярно удерживающие флюиды в пласте – и др.

03.10.2017 24

03.10.2017 25

20-30

Карбонатность Удельная поверхность

03.10.2017 26

Этапы поисково-разведочных работ

1. Выявление и подготовка объектов для поискового бурения.

2. Поиск месторождений нефти и газа. Объект – выявленные на первой стадии ловушки.

03.10.2017 27

Геофизические методы поиска месторождений

• Сейсморазведка

• Электроразведка

• Гравиразведка

• Магниторазведка

03.10.2017 28

Сейсморазведка

• http://www.youtube.com/watch?v=VIDIxBl9l1Q

03.10.2017 29

«Когда я, уже почти 40 лет назад оказался в стане геофизиков, я первый раз услышал, что называется, народное мнение, что геофизик и обманщик - это синонимы. И чем больше я погружаюсь в эту область знаний, тем больше я встречаю доказательств правоты этого мнения. Существуют геофизические методы, пусть не очень эффективные, но основанные на законах физики. Но до чего же объем их ничтожен относительно общего объема геофизики!...»

03.10.2017 30

Геофизические методы поиска месторождений (Адам Гликман, директор

геофизпрогноза, геофизик):

Сейсморазведка

03.10.2017 31

• t - время, которое потребовалось энергии, чтобы пройти сквозь землю, отразиться и затем вернуться к поверхности, его правильно назвать «временем в оба конца».

• Вертикальная шкала обычно измеряется в миллисекундах. • Во время обработки эти трассы комбинируются вместе различными

способами, и изменяются с помощью достаточно сложных математических операций, но они всегда остаются «трассами».

• Вывод большого числа трасс последовательно друг за другом на их точно пространственном месте образует окончательный «сейсмический разрез», который дает геологу структурную картину подповерхностного строения.

Данные, записанные от одного «взрыва» на одну точку приема, -сейсмическая трасса, f(t)

Представление в пакете Petrel

03.10.2017 32

• Для эффективности и дублирования данных, результаты по каждому взрыву записываются во многих местах расположения приемников.

• Приемники помещаются через равные интервалы вокруг или с одной стороны от расположения взрыва, обычно растягиваясь на 3 и более километров.

• Суммарный сбор трасс с одного взрыва обычно записывается вместе и именуется «Полевой записью».

• Положение каждого взрыва нумеруется, а расположение каждого взрыва обычно аккуратно картируется.

• Эта карта показывает расположение сейсмического профиля на поверхности.

03.10.2017 33

Сейсморазведка

• Трассы обычно записываются с временным интервалом в 1 – 2 миллисекунды, при общем времени «в оба конца» в 5 или 6 сек (обычно). Следовательно, каждая трасса состоит из порядка 2 500 – 6 000 чисел

03.10.2017 34

Данные, записанные в течение 6 секунд при шаге дискретизации 2 мсек, причем одна полевая запись содержит 240 трасс, отстрелянных через каждые 25 метров = 115 200 000 байт/км (записанные через каждые 5 – 6 мин в прибрежной зоне – 1,3 ГБт в час!)

Сейсморазведка

Аппаратура для сейсморазведки

• источники возбуждения упругих волн (взрывные и невзрывные);

• устройства, воспринимающие упругие колебания и преобразующие их в электрические сигналы (сейсмоприемники или геофоны при наземных работах, пьезоприемники и гидрофоны при работах на акваториях);

• сейсмостанции, включающие многоканальные усилители и регистраторы (аналоговые или цифровые);

• компьютеры для обработки информации; • вспомогательное оборудование (буровые станки,

автомобили для транспортировки приемных установок, провода и прочее).

03.10.2017 35

Проблемы сейсморазведки

03.10.2017 36

• выделение из сотен зарегистрированных волн нескольких полезных;

• подавление множества регулярных и нерегулярных волн-помех;

• определение кинематических (время прихода) и динамических (амплитуда сигналов) характеристик волн.

Сейсморазведка • Глава 4. Сейсморазведка • 10. Физико-геологические основы сейсморазведки

– 10.1. Основы теории распространения упругих волн в геологических средах • 10.1.1. Основы теории упругости • 10.1.2. Упругие волны • 10.1.3. Основы геометрической сейсмики • 10.1.4. Типы сейсмических волн • 10.1.5. Сейсмические среды и границы

– 10.2. Упругие и пьезоэлектрические свойства горных пород и сред • 10.2.1. Скорости распространения упругих волн в различных горных породах • 10.2.2. Поглощение упругих волн в горных породах • 10.2.3. Типы скоростей в слоистых средах • 10.2.4. Сейсмоэлектрические свойства горных пород

– 10.3. Принципы решения прямых и обратных задач сейсморазведки • 10.3.1. Принципы решения прямых задач сейсморазведки • 10.3.2. Прямая и обратная задача отраженной волны для двухслойной среды с наклонной границей раздела • 10.3.3. Прямая и обратная задача головной преломленной волны для двухслойной среды с плоской наклонной

границей раздела • 10.3.4. Принципы решения обратной задачи метода рефрагированных волн

– 10.4. Основы теории сейсмоэлектрического метода • 10.4.1. Пьезоэлектрический эффект • 10.4.2. Сейсмоэлектрический эффект

• 11. Аппаратура и методика сейсморазведки – 11.1. Особенности устройства сейсморазведочной аппаратуры

• 11.1.1. Общая характеристика аппаратуры для сейсморазведки • 11.1.2. Источники упругих волн • 11.1.3. Каналы записи и воспроизведения • 11.1.4. Принципы устройства сейсморазведочных станций и установок

03.10.2017 37

Сейсморазведка – 11.2. Методика и система наблюдений в полевой сейсморазведке

• 11.2.1. Общая характеристика методики полевой сейсморазведки • 11.2.2. Виды сейсморазведки • 11.2.3. Сравнительная характеристика МОВ и МПВ • 11.2.4. Системы наблюдений в МОВ • 11.2.5. Системы наблюдений в МПВ • 11.2.6. Организация наземных сейсморазведочных работ

– 11.3. Методика морских и других видов сейсморазведки • 11.3.1. Неполевые виды сейсморазведки • 11.3.2. Сейсморазведка на акваториях • 11.3.3. Скважинные и подземные сейсмические исследования • 11.3.4. Методика сейсмоэлектрических методов

• 12. Обработка, интерпретация и области применения сейсморазведки – 12.1. Обработка данных сейсморазведки

• 12.1.1. Сущность и конечные результаты обработки данных сейсморазведки • 12.1.2. Обработка сейсмограмм и магнитограмм

– 12.2. Количественная интерпретация данных сейсморазведк • 12.2.1. Сущность и конечные результаты количественной интерпретации • 12.2.2. Определение скоростей упругих волн в многослойных толщах над выявленными отражающими и

преломляющими границами • 12.2.3. Определение геометрии разреза • 12.2.4. Геологическое истолкование данных сейсморазведки

– 12.3. Области применения сейсморазведки • 12.3.1. Глубинная сейсморазведка • 12.3.2. Структурная сейсморазведка • 12.3.3. Нефтегазовая сейсморазведка • 12.3.4. Рудная сейсморазведка • 12.3.5. Инженерно-гидрогеологическая сейсморазведка

03.10.2017 38

Основные методы сейсморазведки

• Метод отраженных волн(МОВ)

• Метод преломленных волн(МПВ)

03.10.2017 39

Математические методы в сейсморазведке

• преобразование Фурье;

• свертка (конволюция) сигналов;

• корреляция.

03.10.2017 40

Математические методы в сейсморазведке

Преобразование Фурье преобразует функции во временной области в функции в

частотной области и обратно. Информация в ходе таких преобразований не

теряется, но ее обработка более удобна и наглядна.

03.10.2017 41

,)sin()cos()(t

n

1kikk

n

1kikki

etf2tf2xtx

,)2sin()(2

, )2cos()(2

1

1

N

i

ikik

N

i

ikik

tftxN

b

tftxN

a

Свертка сигналов - это математическое

решение задачи фильтрации, т.е. операция

замещения каждого элемента входного

сигнала некоторым выходным с

определенной весовой функцией. Один из

этих сигналов берется перевернутым, т.е. в

противофазе.

03.10.2017 42

Математические методы в сейсморазведке

• Корреляция выявляет меру сходства двух

последовательностей (выборок каких-то данных). Она

аналогична свертке, только без переворота одной из

функций. Например, с помощью метода взаимной

корреляции определяется сходство сигналов двух трасс

записей сейсмоприемников. Для улучшения сходства в

один из каналов можно ввести временной сдвиг.

Коэффициент корреляции

03.10.2017 43

Математические методы в сейсморазведке

n

i

i

n

i

i

i

n

i

i

xy

YYXX

YYXX

r

1

22

1

1

)()(

))((

Электроразведка

Основана на различной проводимости гранитов, известняков, песчаников, насыщенных (соленой) водой и нефтесодержащих пород.

03.10.2017 44

Электроразведка

03.10.2017 45

• Геофизический метод разведки, изучает естественные и искусственно созданные в недрах электрические (электромагнитные) поля постоянного и переменного тока.

• Основан на различии горных пород по электрическим свойствам (электрическому сопротивлению, диэлектрической проницаемости и др. ).

График кажущегося сопротивления по данным симметричного электропрофилирования

Методы электроразведки

Важнейшую роль в развитии прикладной электроразведки сыграли исследования, проведенные группой французских ученых под руководством Конрада Шлюмберже. В 1912 - 1914 гг. он создал и практически опробовал один из основных методов электроразведки - метод вертикальных электрических зондирований (ВОЗ).

Электроразведка

Классификация методов электроразведки (1932 г.)

• уравнения Максвелла - постулаты макроскопической электродинамики. Они включают в себя все основные законы электромагнетизма (законы Ома, Ампера, Кирхгофа и др.) и описывают поля в разных средах.

• из уравнений Максвелла получается телеграфное уравнение. Решая его, можно получить электрическую (E) компоненту поля в средах вдали от источника с электромагнитными параметрами ρ (удельное электрическое сопротивление), ε (диэлектрическая проницаемость среды), μ (магнитная проницаемость среды):

(1)

Дифференцирование ведется по декартовым координатам (х, у, z) и времени (t). Уравнение для магнитной (H) компоненты поля аналогично.

Электроразведка Основная математическая модель теории геоэлектрики

• прямые задачи электроразведки: геоэлектрический разрез известен, с помощью уравнения (1) и физических условий задачи, (условия сопряжения), находятся аналитические или численные значения E и H );

• в теории электроразведки прямые задачи решаются для разных геофизических моделей (ГМ) сред. ГМ - абстрактные геоэлектрические разрезы простой геометрической формы, которыми аппроксимируются реальные геолого-геофизические разрезы.

Электроразведка прямые задачи

Принципы решения обратных задач геоэлектрики

• обращение причинно-следственных связей, • определение тех или иных параметров

геоэлектрического разреза по наблюденным графикам • решение обратных задач неоднозначно в силу их

некорректности, свойственной обратным задачам математической физики (А.Н. Тихонов, М.М. Лаврентьев, В.К. Иванов).

• некорректность проявляется в том, что малым изменениям наблюденных параметров поля могут соответствовать большие изменения определяемых параметров разреза.

• возникающие здесь проблема входит в число основных проблем геофизики.

Гравиразведка

Гравиразведка

03.10.2017 53

• сводится к определению характера аномалий гравитационного поля в зависимости от заданных параметров (формы, глубины, размеров, физических свойств) геологического объекта.

• всегда решается однозначно.

Гравиразведка. Прямая задача

• нахождение по заданным значениям аномалий силы тяжести глубины залегания и конфигурации возмущающих тел (месторождений, ловушек);

• обратная задача не имеет однозначного решения, возникают математические проблемы.

Гравиразведка. Обратная задача

• старейшая полевая отрасль геофизики;

• основана на различии магнитных свойств горных пород.

Магниторазведка (магнитометрия)

Гидрогеохимические методы

• Газовая съемка (достоинства и недостатки).

• Люминесцентно – битумологическая.

• Радиоактивная съемка.

• Гидрохимический метод (изучение состава подземных вод, содержание газа и органики).

03.10.2017 57

Спасибо за внимание!

03.10.2017 58