Широкое применение технологий сейсморазведки 3D не принесло ожидаемого результата в смысле необходимого повышения геологической эффективности поисково-разведочного бурения, хотя стоимость работ существенно возросла. Не останавливаясь на преимуществах и недостатках сейсморазведки 3D, отметим, что в настоящее время существует альтернатива – инновационные сейсмоакустические технологии, позволяющие решить проблему 100%-ной продуктивности вновь пробуренных поисково-разведочных скважин.
Для разработки инновационных сейсмоакустических технологий использованы результаты фундаментальных и прикладных экспериментальных (лабораторных и натурных) исследований, проводимых учеными научной школы проф. О.Л. Кузнецова с середины 80-х годов [1]. Результаты исследований позволили выявить закономерности нелинейного взаимодействия упругих волн с многофазной поротрещиноватой средой и оценить возможность использования упругих волн с «инфранизкой» энергетикой для диагностики и управления состоянием и свойствами геологической среды. Полученные результаты стали базовой основой разработок, которые завершились созданием принципиально новых сейсмоакустических технологий, значительно расширяющих (по сравнению с существующими отечественными и зарубежными аналогами) спектр решаемых прикладных задач [2]. Наиболее важные инновационные сейсмоакустические технологии отмечены премией Правительства РФ в 2008 г. в области науки и техники и кратко представлены ниже.
Технология «Сейсмический локатор бокового обзора (СЛБО)» создана в 1990 г. специально для изучения трещиноватости геологической среды на нефтегазовых месторождениях. Технология СЛБО отличается от стандартных тем, что используются рассеянные сейсмические волны, ранее не применявшиеся в сейсморазведке. Рассеянные волны (РВ) являются прямым индикатором трещиноватости геосреды, а энергия сейсмических сигналов этих волн отождествляется с интенсивностью открытой трещиноватости геосреды в области 1-й зоны Френеля.
РВ характеризуются аномально низкой энергией на 1 – 2 порядка ниже, чем у зеркально отраженных волн, широко применяемых в стандартной сейсморазведке. Для выделения РВ используют суперкратное накопление ( ∼104) сейсмических сигналов этих волн.
Для реализации синфазного накопления сигналов рассеянной волны используют разработанное С.И. Шленкиным фокусирующее преобразование сейсмического волнового поля, которое позволяет в регистрируемом сейсмическом поле выделить рассеянные волны, определить их энергию и место возникновения. На основе фокусирующего преобразования осуществляют сканирующий обзор нижнего полупространства и получают объемную матрицу значений энергии рассеянной волны, отождествляемую 3D-полем индекса открытой трещиноватости геосреды (рис. 1). Для исключения областей, где доминантное влияние имеют отраженные волны, при наблюдении реализуют схему локатора бокового обзора.
Рис. 1. Пример 3D-поля трещиноватости по СЛБО
Рис. 2. Примеры сейсмических разрезов трещиноватости по данным СЛБО, на основе которых заложены скважины
Технология акустической низкочастотной разведки (АНЧАР) создана в 1993 г. для прямого обнаружения месторождений нефти и газа. В основе технологии лежит эффект генерации углеводородной залежью собственных когерентных колебаний в диапазоне инфранизких частот (3 – 7 Гц) при возбуждении ее внешним искусственным или естественным полем упругих колебаний [4]. Причем режим генерации собственных волн сохраняется в некотором интервале времени после прекращения действия внешнего источника возбуждения.
Полевые наблюдения проводят с помощью специальных датчиков в инфразвуковом диапазоне частот. Основной процедурой обработки сейсмических сигналов является расчет спектральной мощности сейсмического волнового поля до и после вибровоздействия.
Как показывает опыт промышленного использования, технология АНЧАР позволяет прогнозировать наличие нефти и газа до глубин более 6 км. По технологии АНЧАР изучено около 300 участков на поисково-разведочных площадях, разрабатываемых месторождениях и эксплуатируемых подземных газовых хранилищах. Подтверждение АНЧАР-прогноза бурением составляет 85%. Пример выделения нефтенасыщенных зон по технологии АНЧАР представлен на рис. 3.
Рис. 3. Пример выделения нефтенасыщенных зон по технологии АНЧАР на Нагумановской площади (Оренбургская область)
Необходимо подчеркнуть, что технологию АНЧАР используют в сложных сейсмогеологических условиях (соляно-купольная тектоника, транзитные зоны и др.), что позволяет существенно повысить эффективность сейсморазведки на поисково-разведочном этапе.
Технология «Сейсмолокация очагов эмиссии (СЛОЭ)» создана в 2005 г. для решения важных геологических и промысловых задач (ранее не ставившихся перед сейсморазведкой) на разведуемых и разрабатываемых месторождениях, а также поисковых площадях. В основе лежит изучение микросейсмической эмиссии (МСЭ) упругих волн геологической среды.
В технологии СЛОЭ используют принципы пассивного локатора. Наблюдения волнового поля осуществляют с дневной поверхности площадной системой (апертурой) геофонов (рис. 4). Обработку же проводят на основе фокусирующего преобразования.
Рис. 4. Ситуационная схема наблюдения СЛОЭ (Оренбургская область) и рабочее место оператора сейсмостанции «Прогресс-Т2»
Работы по технологии СЛОЭ делятся на кратковременный и долговременный мониторинги МСЭ. В первом случае мониторинг проводится в течение 1 – 2 часов для изучения результатов воздействия на пласт, в основном гидроразрыва пласта (ГРП). Так технология СЛОЭ позволяет контролировать процесс ГРП в реальном времени и оперативно останавливать его, предотвращая его негативное развитие.
По данным длительного мониторинга (не менее 20 дней) получают важную геологическую и промысловую информацию о месторождении: неоднородность нефтесодержания (рис. 5), глинизацию, наряженное состояние продуктивной толщи и ее мини-блоковое строение; схемы потоков нефти и воды в залежи; потенциал текущего дебита скважин и выделение первоочередных скважин для кратного увеличения притоков нефти; обводненность залежи, конфигурацию фронта вытеснения нефти водой, местоположение останцов нефти.
Рис. 5. Неоднородность нефтесодержания пластов на площади 100 км2
Комплекс технологий «Сейсмоакустическое воздействие на продуктивный пласт» создан в 1985 – 2000 гг. для повышения коэффициента нефтеизвлечения (КИН) и темпа отбора нефти на месторождениях с падающей добычей, истощенными и трудноизвлекаемыми запасами.
Комплекс включает 15 комбинированных волновых технологий. Основной физической новизной технологии является дистанционное сейсмоакустическое воздействие на продуктивную среду упругими колебаниями гармонической и импульсной формы самостоятельно или в сочетании с гидродинамическими, химическими и тепловыми воздействиями. Для реализации комплекса технологических процессов создан ряд скважинных гидро- и газодинамических генераторов упругих колебаний различной мощности, струйных насосов и скважинного оборудования, который позволяет проводить работы для любых конструкций скважин и типов геологического разреза.
Технологии сейсмоакустического воздействия позволяют: кратно повысить продуктивность и приемистость добывающих и нагнетательных скважин; реанимировать скважины, находящиеся в длительном простое; подключить к работе низкопроницаемые, неоднородные заглинизированные пропластки; вовлечь в разработку слабодренируемые и застойные зоны; инициировать и интенсифицировать традиционные физико-химические, тепловые, гидродинамические методы увеличения нефтеотдачи; повысить успешность гидроразрыва пласта; эффективность гидроизоляции и др.
Рис. 6. а – принципиальная схема комплексного волнового воздействия на пласт из скважины и с поверхности, где 1 – забойный волновой генератор на постоянной подвеске, 2 – нагнетательная скважина, 3 – платформа для вибросейсмического воздействия на пласт с поверхности, 4 – добывающая скважина, 5 – импульсная насосная установка, 6 – продуктивный пласт; б – показатели прироста дебита скважин на месторождениях ОАО «Татнефть»
По технологии сейсмоакустического воздействия обработано более 3000 скважин. Успешность проведения работ составила около 95% при продолжительности эффекта 6 – 18 месяцев и более.
О масштабах реализации результатов работ свидетельствуют следующие данные. Сейсмические работы по технологии СЛБО, АНЧАР и СЛОЭ широко использованы в нефтедобывающих регионах России: Восточная и Западная Сибирь, Урало-Поволжье, Север Европейской части, Северный Кавказ, Сахалин, шельфы Каспийского и Берингова морей, а также за рубежом: в СНГ, Иране, Бразилии, США, Марокко и др. Изучено более 100 поисково-разведочных объектов и площадей по технологии СЛБО, более 300 – АНЧАР и 6 – СЛОЭ. По сейсмоакустическому воздействию работы выполнены в Западной Сибири, республиках Башкортостан и Татарстан, Удмуртия и др., а также в странах зарубежья (СНГ, Южная Америка, Германия, Сирия и др.) в более 3000 добывающих и нагнетательных скважинах на 95 месторождениях. Годовые объемы работ с применением разработанных технологий продолжают неуклонно увеличиваться.
Разработанные инновационные технологии являются уникальными в мировой практике и защищены патентами РФ, США и др. Опробование этих технологий на нефтяных месторождениях показало их высокую конкурентоспособность с зарубежными аналогами. Обеспечены приоритет на мировом рынке и технологическая безопасность нефтегазового сектора экономики России в данном направлении.
Достигнутый экономический эффект выражен в ускорении поисково-разведочных работ и вводе в эксплуатацию новых территорий нефтедобычи в Восточной Сибири и Дальнем Востоке в связи со строительством ВСТО. Так, внедрение новой разработанной технологии сейсморазведки СЛБО для изучения трещиноватости продуктивной толщи на Куюмбинском месторождении (с площадью около 6000 км2, Красноярский край) позволило значительно ускорить его разведку. Достигнутый экономический эффект к настоящему времени составляет 4,3 млрд рублей. Опыт разведки Куюмбинского месторождения широко распространяется в Восточной Сибири. В старых нефтедобывающих районах Урало-Поволжья, Западной Сибири и др. внедрение сейсмоакустических технологий воздействия на продуктивные пласты позволило дополнительно добыть более 3 млн тонн нефти, что по современным ценам состовляет более 40 млрд рублей.
Интерес представляют, в частности, и сейсмодатчики, использующиеся в технологии АНЧАР, созданные на основе электрохимических диффузионных преобразователей. Такие сейсмодатчики - см., например, известный сайт www.r-sensors.ru - уникальны по совокупности своих характеристик и в настоящее время находят все большее распространение в сейсморазведке.