Оптимизация комплекса геологоразведочных работ на нефть и газ в северном каспии

АЛЕКСЕЕВ Андрей Германович

ОПТИМИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСА

ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

НА НЕФТЬ И ГАЗ В СЕВЕРНОМ КАСПИИ

Специальность 25.00.12 – Геология, поиски и разведка

горючих ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Ростов-на-Дону

2009

Работа выполнена в Государственном образовательном

учреждении высшего профессионального образования

(ГОУ ВПО) «Южный федеральный университет» на кафедре

социально-экономической географии и природопользования

Защита состоится 25 июня 2009 г. в 1300 часов на заседании Дис-сертационного совета Д 212.208.15 (геолого - минералогические науки)

при Южном федеральном университете по адресу: 344090, г. Ростов-на-

Дону, ул. Зорге, 40, геолого-географический факультет ЮФУ, ауд. 201.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пуш-кинская, 148.

Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверен-

ные печатью, просим направлять по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, к. 110 ученому секретарю Диссертационного совета В.Г.Рылову.

Факс 8 (863) 222-57-01, Е-Mail: dek_geo @ sfedu.ru

Автореферат разослан « 19 » мая 2009 г.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Одним из перспективных регионов, способных заметно увеличить нефтегазовый потенциал Российской Федерации, является российский сектор Каспийского моря и сопредельные территории суши. Вместе с тем, проведение геологоразведочных работ в северной части Каспийского моря сопряжено с рядом трудностей природного и экологического характера.

Морские геологоразведочные работы (ГРР) на нефть и газ представляют собой сложный комплекс геолого-геофизических, инженерно-геологических и экологических исследований, включая бурение и опробование скважин. Геологоразведочные работы в Северном Каспии выполняются в сложных природных и геологических условиях, имеют жесткие экологические ограничения, обусловленные непосредственной близостью особо охраняемых природных территорий, наличием ценных биоресурсов.

В связи с этим, актуальной задачей является выбор оптимальных комплексов исследований для всех этапов геологоразведочных работ, которые учитывали бы существующие в Северном Каспии сложные природные и геологические условия и обеспечивали промышленную и экологическую безопасность морского геологоразведочного процесса.

Целью диссертационной работы является оптимизация комплекса геолого-геофизических, инженерно-геологических и экологических исследо-ваний, позволяющая существенно повысить эффективность и безопасность геологоразведочного процесса на нефть и газ в Северном Каспии.

Основные задачи исследований:

1. Анализ проблем, возникающих при проведении нефтегазопоисковых работ в Северном Каспии по стандартной методологии.

2. Оптимизация комплексов геолого-геофизических методов исследований на всех этапах нефтегазопоисковых работ в Северном Каспии.

3. Разработка оптимального комплекса инженерно-геологических изысканий и методики интерпретации полученных результатов при проведении морских ГРР.

4. Экологическая оценка и обоснование мероприятий по обеспечению экологической безопасности нефтегазопоисковых работ в Северном Каспии.

5. Разработка рациональной схемы геологоразведочного процесса на нефть и газ в Северном Каспии.

Объект и предмет исследования. Основными объектами исследований являются залежи углеводородов и природные комплексы Северного Каспия. К предмету исследований относится геологоразведочный процесс на нефть и газ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Впервые для акватории Северного Каспия, выработаны оптимальные комплексы геолого-геофизических методов для всех этапов ГРР, учитывающие существующие сложные природные и геологические условия и позволяющие существенно повысить эффективность нефтегазопоисковых работ.
• Разработаны оптимальный комплекс инженерно-геологических изысканий и новая методика интерпретации инженерно-геологических данных.
• Произведена экологическая оценка ГРР и предложен комплекс мер по обеспечению экологической безопасности нефтегазопоисковых работ в Северном Каспии.
• Морской геологоразведочный процесс представлен в виде системы взаимосвязанных рациональных комплексов геолого-геофизических, инженерно-геологических и экологических исследований на всех этапах ГРР, объединенных определенной логической последовательностью и порядком их выполнения.

Практическая значимость. Полученные результаты использованы при проведении геолого-геофизических и инженерно-геологических исследований, постановке буровой платформы, проектировании и бурении скважин, разработке мероприятий по обеспечению экологической безопасности нефтегазопоисковых работ в Северном Каспии. Эффективность бурения составила 90%, исключены случаи аварий и загрязнения морской среды. Даны рекомендации по проведению полевых инженерно-геологических изысканий, комплексной обработке, анализу и интерпретации полученных данных для разных участков геологоразведочных работ. На основании разработанной методики и полученных результатов принимается решение о расположения точки бурения скважины и безопасности места постановки буровой платформы.

Материалы и методы исследований. В основу диссертационной работы положены полученные автором результаты анализа и интер-претации материалов геологоразведочных работ, проводимых ОАО «ЛУКОЙЛ» и ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть» в Северном Каспии в период 2000-2008 гг. За это время проведены геолого-геофизические исследования на 3-х морских и 1-м наземном лицензионных участках, на 12-ти скважинах с глубинами от 1600 до 4 350 м, суммарный объем бурения составил 28122 тыс.  м, инженерно - геологические

изыскания выполнены на 14 площадках, составлены региональные структурные карты, тектонические схемы, схемы инженерно-геологических опасностей, региональные сейсмические разрезы, разрезы межскважинной корреляции верхней части отложений.

В ходе диссертационного исследования применялись логико-математический, структурно-формационный, сейсмостратиграфический, картографический, сравнительно-исторический методы. При составлении картосхем и геологических моделей использовались возможности программных пакетов Landmark: OpenWorks, SeisWorks, GeoGraphix, StrataModel, PowerModel, AssetView, пакетов Data Plus: ArcView, ArcGis, программные пакеты собственной разработки и др.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Разработанные оптимальные комплексы геолого-геофизических методов, учитывающие сложные природные и геологические условия Северного Каспия, включают: на региональном этапе - гравиметрию, магнитометрию, сейсморазведку МОГТ-2Д; на поисково-оценочном этапе - сейсморазведку МОГТ-2Д, электроразведку ДНМЭ, прогнозирование коллекторов и УВ-насыщения, бурение, ГИС, ВСП; на разведочном этапе - 3Д сейсморазведку, бурение, прогнозирование коллекторских свойств пород, геолого-гидродинамическое моделирование, мониторинг бурения скважин.

2. Оптимальный комплекс инженерно-геологических изысканий при проведении морских ГРР включает: сейсмоакустическое профилирование, опробование донных грунтов, бурение инженерно-геологических скважин, статическое зондирование, сейсморазведку высокого разрешения, новую методику интерпретации инженерно-геологических данных и позволяет с высокой точностью производить расчленение осадочных отложений, выявлять инженерно-геологические опасности, осуществлять объемное моделирование геологической среды, минимизировать риски при постановке буровой платформы и бурении скважин.

3. Оптимизированный комплекс ГРР существенно снижает воздействие на окружающую среду Северного Каспия, при соблюдении установленных требований и выполнении предлагаемых природоохранных мероприятий воздействие носит кратковременный, локальный характер и не вызывает коренных изменений экологической обстановки.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались автором на ХI-ХII конкурсах молодежных разработок ТЭК (Москва, 2002, 2003), международных научно-практических конференциях «Инженерная геофизика», (Геленджик, 2005, 2006), VIII–ой международной научно-практической конференции ГЕОМОДЕЛЬ (2006), второй международной научно-практической конференции «Проблемы сохранения экосистемы Каспийского моря в условиях освоения нефтегазовых месторождений» (Астрахань, 2007), международной научно-практической конференции «Прикаспий – 2007». По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАКом.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, объем которых составляет 179 страниц. Текст сопровождается 36 рисунками и 7 таблицами. Список использованной литературы включает 132 наименования.

В первой главе дан краткий обзор и анализ предшествующих исследований, описано геологическое строение района работ.

Вторая глава посвящена оптимизации комплекса геолого-геофизических исследований на разных этапах геологоразведочных работ. Рассмотрены методы и результаты проведенных геологоразведочных работ, проанализированы проблемы стандартной методологии геолого-геофизических исследований в Северном Каспии, выполнена оптимизация комплекса геолого-геофизических исследований на разных этапах геологоразведочных работ и проведено технико-экономическое и экологическое обоснование предложенного оптимального комплекса геолого-геофизических исследований.

В третьей главе произведена оптимизация комплекса инженерно-геологических изысканий и представлены результаты сейсмострати-графического расчленения осадочных отложений, построения разрезов физико-механических свойств осадков, определения компонентов геологической среды, опасных для строительства поисково-оценочных скважин, полученные на основе разработанной методики комплексной интерпретации данных инженерно-геологических изысканий.

В четвертой главе представлены результаты экологических исследований при проведении геологоразведочных работ в Северном Каспии. Определены основные факторы воздействия ГРР на окружающую среду, выполнена оценка состояния окружающей среды в зоне воздействия, предложены мероприятия по обеспечению экологической безопасности ГРР.

В пятой главе дается обоснование рационального комплекса и последовательности морского геологоразведочного процесса на нефть и газ в Северном Каспии.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность и благодарность своему научному руководителю д.г.н., зав. кафедрой социально-экономической географии и природопользования ЮФУ А.Д. Хованскому.

В процессе выполнения исследований автор пользовался советами и рекомендациями кандидата геолого-минералогических наук С.В. Делии, кандидата геолого-минералогических наук Г.Н. Алексеева, доктора биологических наук А.А. Курапова, доктора геолого-минералогических наук А.В. Бочкарева, кандидата геолого-минералогических наук Ю.П. Безродных и многих других. Всем им диссертант считает приятным долгом выразить свою благодарность.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

1. Разработанные оптимальные комплексы геолого-геофизических методов, учитывающие сложные природные и геологические условия Северного Каспия включают: на региональном этапе - гравиметрию, магнитометрию, сейсморазведку МОГТ-2Д; на поисково-оценочном этапе - сейсморазведку МОГТ-2Д, электроразведку ДНМЭ, прогнозирование коллекторов и УВ-насыщения, бурение, ГИС, ВСП; на разведочном этапе - 3Д сейсморазведку, бурение, прогнозирование коллекторских свойств пород, геолого-гидродинамическое моделирование, мониторинг бурения скважин.

Проведенный анализ показал, что существующие в Северном Каспии природные, геологические и экологические условия значительно осложняют проведение геологоразведочных работ по стандартной методике.

Основными проблемами проведения ГРР на региональном этапе являются: неблагоприятные гидрографические условия, обильные заросли камыша и тростника, большие площади особо охраняемых водно-болотных угодий, жесткие экологические ограничения. Данные условия существенно осложняют и увеличивают стоимость работ и практически не позволяют покрыть исследуемый район регулярной сетью сейсмических профилей.

На поисково-оценочном этапе к проблемам проведения ГРР относятся: сложная тектоника, неопределенность скоростей распространения упругих волн, необходимость проведения работ по опережающему прогнозу коллекторов и УВ-насыщения для опоискования и разбраковки перспективных объектов до поисково-оценочного бурения.

На разведочном этапе проблемы заключаются в низкой степени изученности месторождений бурением, невозможности проведения опытно-промышленной эксплуатации, необходимости оптимального расположения скважин, минимизации риска бурения непроизво-дительных скважин.

В настоящее время, в Северном Каспии подготовлены к бурению структуры со сложными условиями опоискования, которые находятся в зонах предельного мелководья или на участках с глубиной моря свыше 40 м, где в связи с отсутствием самоподъемных буровых установок (СПБУ) нужного типа, затраты на освоение объектов кратно возрастают. Глубина продуктивных отложений на ряде структур превышает 5000 м. Серьезное значение приобретает опоискование неструктурных, литологически-, стратиграфически экранированных ловушек.

Таким образом, конкретные условия Северного Каспия требуют существенной оптимизации комплекса геолого-геофизических исследований на всех этапах геологоразведочных работ. Оптимизация геологоразведочных работ подразумевает разработку такого комплекса методов ведения ГРР, который учитывал бы условия и ограничения Северного Каспия, позволял объединять и совмещать этапы ГРР, и в конечном итоге был бы направлен на повышение эффективности работ и минимизацию затрат на их проведение.

Региональный этап ГРР. Для решения указанных выше проблем автором была разработана принципиально новая методика комплексной интерпретации данных гравиметрии, магниторазведки и сейсморазведки, позволяющая без существенной потери информативности снизить объемы сейсморазведки, за счет повышения роли гравиметрии и магниторазведки при подготовке структурных карт и схем.

Сопоставление структурных построений по отражающим горизонтам K1 и PT с картами аномалий силы тяжести и аномалий магнитного поля показало высокую степень сходимости расположения крупных структурных элементов палеорельефа: антиклинальных и валообразных поднятий и прогибов с положительными и отрицательными аномалиями гравиметрического и магнитных полей.

Для выявления структурных элементов юрско-мелового палеорельефа установлены следующие критерии: положительные аномалии силы тяжести 34-39 мГал характеризуют антиклинальные поднятия в диапазоне глубин по пермотриасу 1000 - 2500 м, по нижнему мелу 500 - 2000 м; отрицательные аномалии 20-30 мГал связаны с синклинальными прогибами и депрессиями в диапазоне глубин 2000 - 4000 м по РТ и 1100 - 3500 м по К1.

В результате сопоставления данных гравиметрии и магниторазведки с данными сейсморазведки и проведенного ранее бурения, установлены зависимость между аномальными значениями силы тяжести в редукции Буге и глубиной залегания пермо-триасовых отложений, а также зависимость аномалий магнитного поля, от двойного времени пробега волны до горизонта Р? в толще пермо-триасового комплекса (рис. 1, 2).

На основании установленных зависимостей и критериев автором произведено тектоническое районирование северной части исследуемого района, выявлен ряд новых структурно-тектонических элементов, выделены перспективные на нефть и газ площади.

Таким образом, оптимальным для решения задач регионального этапа ГРР является комплекс методов, включающий гравиметрию, магнитометрию, сейсморазведку МОВ (МОГТ) и принципиально новую для данного района методику комплексной интерпретации данных гравиметрии, магниторазведки и сейсморазведки.

Реализация предложенного автором оптимального комплекса методов на региональном этапе ГРР позволила: снизить объемы сейсморазведки в транзитной зоне Северного Каспия на 40-50% и сэкономить более 10 млн.$; получить очень высокую информативность комплекса геолого-геофизических исследований; минимизировать вредное влияние сейсморазведочных работ на гидробионты Каспийского моря.

На поисково-оценочном этапе ГРР оптимизация проводилась с учетом выявленных проблем проведения ГРР. Наиболее значительным достижением геологов Компании в последние годы стало открытие высокопродуктивного месторождения им. В. Филановского, которое относится к группе поднятий Ракушечная. Открытое ранее газовое месторождение Ракушечное по данным

технико-экономической оценки имело низкую рентабельность, что не позволяло надеяться на наличие перспективных нефтяных залежей на площади работ.

С другой стороны выгодное положение в качестве первого барьера на пути миграции углеводородов, соседство с нефтегазоконденсатным месторождением им. Ю. Корчагина, являющимся восточным продолжением Южно-Ракушечного вала, позволяло надеяться на достаточно значительные перспективы площади.

Сейсморазведочными работами высокого разрешения была детализирована восточная часть поднятия, автором протрассированы разрывные нарушения, выделяемые в сводовой части. Это позволило отказаться от господствующей ранее теории о наличии осевого грабена и определить ориентацию нарушений под углом приблизительно в 45 градусов к оси поднятия. Аналогичная картина наблюдалась на востоке от Ракушечного вала – месторождении им. Ю. Корчагина. Используя метод аналогии, удалось разобраться с разломной тектоникой исследуемого участка, спрогнозировать пути миграции углеводородов и условия формирования залежей нефти и газа.