Современные технологии нефтегазопоисковых исследований в регионах проявления солянокупольной тектоники

Введение

Соляные структуры в областях без какого-либо видимого складкообразования, однако, озадачили геологов и породили серию гипотез. В настоящее время общепризнано, что соляные структуры (и структуры диапирических структур) развиваются в результате совместного влияния гравитационных сил, тектонических сил или некоторой комбинации этих сил одновременно или с одной силой, следующей за другой. Безотносительно точного обстоятельства развитие диапиров приурочено к породам, которые обладают свойствами текучести.

Хотя течение породы трудно визуализировать из-за медленных скоростей движения, его результаты хорошо видны: каменная кладка, которая провисает, шахты и туннели, которые закрываются, и ледники каменной соляных отложений, которые спускаются в горы со всеми особенностями ледников льда. Учитывая очень длительные периоды времени и относительно высокую температуру и давление из-за глубины захоронения, может произойти значительное перемещение относительно пластичного материала, такого как соль. Например, перемещение на один миллиметр (0,039 дюйма) в год в течение 1 000 000 лет приведет к чистому перемещению в 1 000 м. Наиболее распространенными породами, которые текут, являются галит, сильвин, гипс и сланец высокого давления. Эти породы также имеют плотность ниже, чем у консоляных отложенийдированной породы, такой как песчаник, и если они были засыпаны песчаником, они были бы гравитационно неустойчивыми. Эти породы откладываются в результате нормальных процессов осадконакопления и широко распространены в осадочных толщах.

1 Изучение солянокупольной тектоники
Изучение моделей природных структур соляных отложений привело к реконструкции последовательности событий в развитии соляных куполов (показано на рисунке 1). Сначала плотное соляное вещество откладывается и захоранивается в более плотных осадочных толщах. Соль и вышележащие слои становятся нестабильными, и соль начинает течь из недеформированного слоя в круглую соляную подушку. Поток продолжается в центр подушки, доминируя в вышележащих слоях; в то же время область, из которой вытекала соль, спадает, образуя ободную синклиналь. Слои, покрывающие соляные структуры, претерпевают растяжение и в них развиваются разломы. В конце концов, соль прорывается через центр куполообразной области, в результате чего в центре куполообразных, перевернутых и пробитых пластов образуется солеобразная масса в форме гриба. Восходящий рост соляных отложений продолжается быстро с отложением дополнительных слоев, и масса соляных отложений имеет тенденцию сохранять свое положение на или около поверхности. Если подача соляных отложений к растущему куполу истощается во время роста, развитие прекращается на любой стадии, когда купол достиг, и купол похоронен.

Рис.1 - Распределение соляных структур
Соляные структуры развиваются в любом осадочном бассейне, в котором плотные соляные отложения позднее были перекрыты густыми осадочными толщами или тектонически деформированы или и тем, и другим. За исключением областей щита, соляные структуры широко распространены. По своей природе классические соляные купола, создаваемые только гравитационной нестабильностью, ограничены областями, которые не подвергались значительному тектоническому напряжению. Однако некоторые соляные купола встречаются в районах, подверженных тектоническому стрессу. Три из многих областей соляных структур в мире являются репрезентативными для всех; это регион Северной Америки в Мексиканском заливе, северная часть Германии, северная часть моря и Аравийский полуостров на Ближнем Востоке.

Соляные купола являются отличными ловушками для углеводородов, потому что окружающие осадочные толщи имеют куполообразную форму и перекрыты. Основные скопления нефти и природного газа связаны с куполами в Соединенных Штатах, Мексике, Северном море, Германии и Румынии. На Прибрежной равнине Техаса и Луизианы в течение нескольких лет соляные купола станут важным источником углеводородов. Огромные запасы нефти были обнаружены в соляных купольных районах у побережья Луизианы. Считается, что запасы некоторых отдельных соляных куполов в этом регионе составляют более 500 000 000 баррелей нефти. Соляные купола на севере Германии производили нефть в течение многих лет. Разведка нефти соляного купола в Северном море расширила добычу на шельфе.

Рис.2 - Арктические соляные купола: спутниковое изображение двух соляных куполов, вспыхнувших на поверхности острова Мелвилл, северная Канада. Купола - это круглые белые элементы, окруженные серой скалой. Каждый из них около 2 миль в поперечнике. Остров окружен морским льдом. Соль может сохраняться на поверхности в холодном и сухом климате. Изображение НАСА.
Верхние породы мелких соляных куполов на побережье Мексиканского залива содержит большое количество элементарной серы. Соляные купола являются основными источниками соляных отложений и калия на побережье Мексиканского залива; галит и сильвин извлекаются из куполов подземным способом и посредством извлечения рассола.
Соляные купола также использовались для подземного хранения сжиженного пропанового газа. «Каверны» для хранения изготавливаются путем бурения в соль и последующего образования полости. Такие полости из-за их непроницаемости также считаются площадками для захоронения радиоактивных отходов.


2 Современные технологии нефтегазопоисковых исследований в регионах проявления солянокупольной тектоники
 В последние годы разработано все больше нефтегазовых проектов, связанных с бурением через соль, представлены различными геологоразведочными компаниями. Это важно для финансистов и инженеров, которые должны иметь четкое представление о рисках, связанных с ними, чтобы оценить реальную подверженность. Большинство людей, занятых в нефтедобывающем бизнесе, считают, что эпоха нетрудоемкой разведки нефти закончилась и действительно многие из сегодняшних нефтегазовых резервуаров находятся во все более сложных местах со сложными геологии.
Эти места включают большие нефтегазовые резервуары, связанные с соляными структурами: непроницаемая природа соляных отложений означает, что она может служить ловушкой для углеводородов. Страховой сектор США по-прежнему считает эти проекты чрезвычайно рискованными, но наша цель состоит в том, чтобы эти новые перспективы в наших текущих портфелях как можно более тщательно. Бизнес SCOR Global P & C и отдел решений уже имел дело с несколькими проектами по подсоленному бурению. 
 До 1980 года это была обычная практика для геологоразведчиков не искать углеводороды ниже соляных структур, так как они считали, что резервуары имели плохое качество ниже соляных слоев. В то время изображение геофизики соляных тел было неудовлетворительный. В последние годы компании сделали основные усилия по улучшению понимания этих соляных тел.
Буровые подрядчики все еще ищут улучшения в производительности бурения, для того, чтобы снизить риски. Прогресс в этой области, безусловно, будет продолжаться и приведет к значительным новым инструментам и методы. В настоящее время, однако, бурение через соляные структуры привнесло относительно новую практика, и это сложно и рискованно. 
Соляные структуры и ловушки 
Соль является одним из самых эффективных агентов в природе для улавливания нефти и газа: как пластичный материал, он может перемещаться и деформироваться окружающие отложения, создающие ловушки. Соль также непроницаема для углеводородов и действует как печать. Накопление образуются через испарение морской воды, и может достичь тысяч футов в толщину.
Свойства
Соль в отличие от других осадочных пород способна образовывать быструю скорость оседания и отсутствие сжимаемости. Наиболее важным, однако, является ее способность пластически деформироваться. Если вышележащие отложения оказывают незначительное сопротивление, соль повышается, создавая характерные купола, подушки и клинья, усеченные перевернутыми осадочными слои. Этот процесс текущей и восходящей соляных отложений - галокинез - что может наблюдаться в заливе Мексики. 
Проблемы, возникающие при бурении через соляные отложения
Как объяснено ранее, движение соляных отложений порождает большое количество ловушек. Следовательно, промышленность преуспела в обнаружении больших скоплений углеводородов в этих бассейнах. Но соляные диапиры всегда осторожно изучались эксплуатирующими компаниями из-за их геологической сложности, что создает необычно высокую степень неопределенности с точки зрения прогнозирования литологии и давление. Планирование и бурение скважин осложняется и дорожает. Реальная проблема, возникающая при бурении через соль, связана со свойствами соляных отложений. 
Действительно, пластический поток существует под недрами с высокой температуров и давлением, а также низкой проницаемостью (поэтому соляные тела эффективные углеводородные ловушки)

. Соляное бурение становится технически очень сложным и трудоемким процессом.
Бурение скважин
Бурение через соляные зоны активизирует силы растяжения, сжатия, разрыва и нагрузки, которые должны быть включены в проектные скважинные расчеты. Также очень важно предложить решение для предотвращения обрушения скважины и увеличить прочность защитной трубы. 
Смещение ствола скважины 
Проблемы подсолевого извлечения, связана с «невидимость» отложений под соляным диапиром , что сложно из-за пластических свойств соляных отложений. Верхняя часть соляной структуры почти всегда заслоняет ловушку, по сути, помещая их в «теневую зону», особенно под соляными бочками. Соль действует как барьер и рассеивает сейсмические волны, используемые для построения изображения под ее отложениями. 
В настоящее время нефтяные компании развернули ряд передовых методов, которые доступны по всей цепочке геофизики экспертиза. Эти новые технологии, а также с их связанными проблемами, будет обсуждается в следующей главе. Технологии и проблемы, связанные с исследованием структуры соляных отложений. Промышленность, похоже, делает шаг назад и пересматривает способы исследования под сложными соляными бассейнами. Достижения в области визуализации и бурения действительно изменят взгляд исследователей на соляные тела. Рассматриваемые как непроницаемые барьеры, многие структуры сейчас оказываются с богатыми запасами.
Инновационные решения для правильной визуализации соляных тел 
Для поддержания целостности скважин, буровой раствор должен минимизировать закрытие отверстия. В дополнение к этому, бурение через соляные отложения быстро происходят, но при выходе из соляных отложений, погружаясь ниже, может осложнено действием давления. Бурильщики должны быть очень осторожными: бурение через соляное сечение требует, чтобы конкретные свойства соляных отложений, ее поведение ползучести и высокой растворимость, были включенным в плане бурения. Не так давно операторы и подрядчики рассматривали бурение через соль как операцию с чрезвычайно высоким риском. В настоящее время, однако, бурение через соль можно безопасно выполнить, применяя знание стрессового давления и поведения материала, используя простые модели, которые фиксируют критические аспекты скважинных процессов, таких как как ползучесть, тепловой поток, температурная чувствительность, и так далее. 
3. Объекты сейсмических исследований
Поверхность соляных отложений - это граница со значительной разницей в скоростях с обеих сторон; следовательно, годографы OGT и OTB могут иметь сложную форму, которая значительно отличается от гиперболы. Это может привести к заметным временным и амплитудным искажениям синфазных осей в зоне контакта. Кроме того, положение крутого наклона соляных отложений может быть определено с большой ошибкой, особенно при использовании принципа остановки устойчивой корреляции надсолевых отражений, поскольку последнее можно объяснить сложной волновой картиной в ближней контактной области., в том числе с использованием дифрагированных и боковых волн. Кроме того, мы отмечаем, что в таких сложных ситуациях метод множественного перекрытия с длинными годографами и последующее суммирование трасс с использованием метода общей точки глубины не всегда можно рассматривать как оптимальный вариант MOB, который обеспечивает наиболее надежное решение целевой задачи.
Как известно, соляные диапиры могут иметь очень разнообразную форму, в том числе от «зрелости» развития соляной тектоники. Антиклинальные арки, которые при определенных условиях могут содержать углеводородные ловушки.
Соляно-купольные структуры были одними из первых объектов применения сейсморазведки, и длительное время основной задачей было изучение надсолевых отложений и обнаружение в них ловушек нефти и газа. Только в конце 40-х годов было установлено наличие устойчивых отражающих границ на глубине 5 км и более, залегающих под подошвой соляной толщи кунгурского яруса. В последние приблизительно 25 лет подсолевые отложения стали основным объектом поисков углеводородов, а также более полного представления об особенностях строения Прикаспийской впадины. Как и следовало ожидать, подсолевые горизонты П; в региональном плане залегают весьма полого, т. е. фактически так же, как горизонты соответствующего возраста (в верхней перми, карбоне и девоне) в восточных районах Русской платформы. Обычно прослеживается от 2 до 4 подсолевых горизонтов, наиболее устойчивым из которых следует считать П, причем часто отношение сигнал/помеха на временах регистрации П, достаточно велико и они отчетливо видны на исходных сейсмограммах ОТВ.
Однако наблюдения в настоящее время практически всегда проводятся по системе многократных перекрытий с обработкой информации по способу ОГТ.
Главнаяьтрудность выявления локальных структур в подсолевых отложениях состоит в учете неоднородности вышележащей среды, вызванной, в первую очередь, наличием соляных куполов с большой мощностью соляных отложений, обладающей повышенными, но не везде одинаковыми скоростями, изменяющимися в среднем в пределах 4,5—5,0 км/с. Средние скорости в прилегающих к куполу мульдах приблизительно на 30 % меньше, чем в сводовых частях соляных штоков.
По этой причине горизонты П, в местах расположения соляных диапиров образуют на временных разрезах ложные антиклинальные поднятия. В связи с этим возникают значительные трудности в построении глубинных разрезов и структурных карт по глубокозалегающим горизонтам. Кроме того, в процессе обработки при суммировании трасс по способу ОГТ в предположении о гиперболичности годографов возникают большие искажения, вплоть до потери сигналов. Преодоление указанных трудностей представляет собой весьма непростую задачу, и успешное решение ее возможно при выполнении ряда условий: достаточно полное представление о соляном диапире; знание трехмерного распределения скоростей в надсолевой толще; надежные сведения о величинах средних скоростей в соляном штоке. Внутренние возможности решения указанных задач в сейсморазведке MOB весьма ограничены, так как обычно отношение тангенса меньше единицы, вследствие чего стрела прогиба годографа невелика. Кроме того, определение эффективных скоростей в условиях больших латеральных неоднородностей требует нестандартных подходов к решению обратной задачи. Тем не менее рассматриваемую трудную задачу в большинстве случаев удается решать с удовлетворительной точностью, имеется большой объем априорной информации об общих закономерностях геологического строения, в том числе о распределении скоростей распространения упругих волн. Помогают также разнообразные способы математического моделирования при использовании современной вычислительной техники, дающей возможность перебора различных вариантов решения прямых и обратных кинематических и динамических задач.
Гравиразведка - это геофизический метод исследования земной коры и разведки полезных ископаемых, основанный на изучении распределения аномалий поля силы тяжести Земли. Поле силы тяжести обусловлено в основном Ньютоновским притяжением Землей всех тел, обладающих массой. Так как Земля сферически неоднородна, да еще вращается, то поле силы тяжести на земной поверхности непостоянно. Изменения эти малы и требуют высокочувствительных приборов для их изучения. Основными измеряемыми параметрами гравитационного поля являются ускорение силы тяжести и градиенты (изменения ускорения по разным направлениям). Величины параметров поля силы тяжести зависят, с одной стороны, от причин, обусловленных притяжением и вращением Земли (нормальное поле), а с другой стороны - от неравномерности изменения плотности пород, слагающих земную кору (аномальное поле). Эти две основные причины изменения силы тяжести на Земле послужили основой для двух направлений гравиметрии: геодезической гравиметрии и гравитационной разведки.
Гравиразведка отличается возможностью изучать горизонтальную (латеральную) неоднородность Земли и характеризуется сравнительно большой производительностью полевых наблюдений. Гравиразведка применяется для решения самых различных геологических задач с глубинностью исследований от нескольких метров (например, при разведке окрестностей горных выработок) до 200 километров (например, при изучении мантии).
Гравиметрическая съемка практикуется для выявления соляных куполов, антиклиналей, погребенных хребтов, разломов, неглубоко залегающих коренных пород, интрузий, рудных тел, погребенных вулканических кратеров и проч.
Ускорение силы тяжести определяется либо абсолютно, либо относительно. При абсолютных измерениях получают полное (наблюденное) значение ускорения, при относительных - его приращение относительно некоторой исходной точки В процессе гравиметрической съемки при относительных измерениях фиксируются горизонтальные изменения гравитационного поля, обусловленные различиями в составе и плотности горных пород