Использование гравиметров CASCA в нефтегазовой отрасли

Гравиметры — это приборы для высокоточного измерения ускорения силы тяжести, которое может изменяться в зависимости от времени и географического положения. На величину ускорения в конкретной точке Земли влияют такие факторы, как широта, высота над уровнем моря, рельеф местности, плотность подземных пород и атмосферное давление. Изменения в ускорении свободного падения могут отражать особенности этих параметров. Гравиметрические измерения играют ключевую роль в таких областях, как геофизика, разведка природных ресурсов, гидрология, вулканология, инерциальная навигация и метрология.

В нефтегазовой отрасли они применяются для геологоразведки и детального изучения месторождений полезных ископаемых. Эти измерения помогают геофизикам оценивать плотностные различия в подземных породах, что позволяет точнее определять местоположение нефти и газа.

Общий принцип гравиметрических измерений

Гравиметрические измерения основаны на точном измерении ускорения силы тяжести. Гравитационное поле Земли зависит от массы и плотности подземных пород. Разные геологические структуры имеют разную плотность, что вызывает незначительные колебания гравитационного поля, которые могут быть зафиксированы чувствительными приборами — гравиметрами.

При наличии менее плотных пород, таких как нефтеносные слои или газовые резервуары, сила тяжести в этой области будет незначительно снижаться. Гравиметры фиксируют эти колебания, что позволяет определить зоны с аномалиями плотности. Важно отметить, что гравиметры измеряют изменения силы тяжести с чрезвычайно высокой точностью — вплоть до мкГал.

Преимущества гравиметрической разведки

1. Возможность обнаружения крупных подземных структур

Гравиметры, особенно при использовании с авиационными и навигационными средствами, позволяют эффективно выявлять крупные подземные структуры. Они помогают определить перспективные зоны для добычи нефти и газа, анализируя изменения гравитационного поля, которые указывают на наличие плотностных аномалий в земной коре. Это позволяет сузить поиск месторождений и более точно определить местоположение ресурсов, снижая затраты на дальнейшую разведку.

2. Неразрушающие методы измерений

Гравиметрическая разведка использует неинвазивные методы — гравиметры и градиентометры измеряют гравитационное поле без физического воздействия на поверхность Земли. Они не требуют бурения скважин, создания вибраций или забора проб, что существенно снижает воздействие на окружающую среду. Это делает гравиметрические методы экологически безопасными и минимизирует риск ущерба природным экосистемам.

3. Простая и интуитивно понятная интерпретация данных

Полученные с помощью гравиметров и градиентометров данные относительно легко интерпретировать, что упрощает анализ и ускоряет процесс принятия решений. Визуализация плотностных аномалий и их картирование помогают геофизикам быстро оценить потенциальные нефтегазовые ресурсы. Современные программные решения позволяют автоматизировать обработку данных, делая их анализ более эффективным и доступным.

4. Высокая точность и надежность результатов

Гравиметрические исследования обеспечивают высокую точность измерений, позволяя обнаруживать даже малозаметные изменения плотности пород. Это помогает точно идентифицировать и локализовать потенциальные залежи нефти и газа на ранних стадиях разведки, что снижает риски и повышает эффективность последующих этапов добычи.

5. Высокая производительность полевых наблюдений

Современные гравиметрические приборы отличаются высокой скоростью работы и удобством эксплуатации, что позволяет оперативно проводить исследования на больших территориях. Автоматизация измерений и возможность интеграции с другими геофизическими методами делают гравиметрическую разведку высокоэффективным инструментом для изучения подземных структур.

Текущее состояние исследований в области гравиметрической разведки нефтяных и газовых месторождений

В последние годы гравиметрическая разведка активно используется для изучения месторождений нефти и газа, что значительно повысило эффективность геологоразведочных работ. Так, Го Пейхун и его коллеги (2018) исследовали распределение нефтегазовых месторождений в западной части бассейна Цайдам, анализируя данные гравитационного поля. Их работа позволила уточнить методы прогнозирования потенциальных месторождений углеводородов на основе особенностей гравитационных аномалий.

Характеристики гравитационного поля известных нефтяных и газовых месторождений:

1. Низкие аномалии Буге. Все исследованные залежи углеводородов расположены в районах, характеризующихся низкими аномалиями Буге, которые отражают главным образом влияние плотностных неоднородностей литосферы.
2. Локальные повышения в области низких гравитационных аномалий. Открытые нефтяные месторождения часто находятся в зонах локальных высоких гравитационных аномалий на краю (или в центре) низких гравитационных аномалий. Эти локальные повышения связаны с плотными породами, окружающими менее плотные залежи углеводородов.
3. Связь с разломными структурами. Нефтяные и газовые месторождения часто привязаны к разломам, которые легко распознаются по изменению гравитационного поля.

Принципы прогнозирования потенциальных месторождений нефти и газа:

1. Низкие гравитационные аномалии. Потенциальные участки расположены в зонах низких гравитационных аномалий, которые указывают на наличие благоприятных условий для добычи углеводородов. В таких зонах часто встречаются нефтегазоносные формации.
2. Локальные аномалии как индикаторы поднятий. Наличие большого количества локальных гравитационных аномалий указывает на возможные приподнятые участки, которые могут свидетельствовать о присутствии структурных ловушек для углеводородов.
3. Развитая пористость и трещиноватость. Зоны с развитой системой пор, трещин и разломов в горных породах имеют лучшие условия для миграции нефти и газа, что делает их приоритетными для дальнейшей разведки.

Потенциальные месторождения нефти и газа (Guo Peihong et al., 2018).
1 – границы бассейна; 2 – известные нефтяные месторождения; 3 – области активной разведки.

Примеры применения гравитационных измерений для разведки месторождений нефти и газа

Методы микрогравитационного мониторинга нефтегазовых месторождений

В последние годы значительное повышение точности гравиметрических приборов до уровня мкГал, совершенствование методов наблюдения, таких как высокоточные GPS-системы, и улучшение обработки гравитационных данных сделали микрогравиметрические измерения важным инструментом в нефтегазовой отрасли. Эти методы применяются для исследования локальных структур нефтяных залежей и разведки новых месторождений.

• Периодический мониторинг нефтяных и газовых пластов предполагает регулярные измерения силы тяжести и её градиентов для отслеживания изменений в гравитационном поле. Это позволяет наблюдать динамику на границе газ (нефть) - вода и контролировать распределение остаточных запасов углеводородов в процессе разработки месторождения.
• Преимущества гравиметрического мониторинга включают возможность работы на сложных рельефах, простоту внедрения, низкие затраты, отсутствие разрушительных воздействий и минимальное вмешательство в процесс добычи. Эти методы эффективны для динамического мониторинга перемещения нефти, газа и воды, контроля подземных вод, инъекции газа, оценки состояния истощённых зон и изучения гидрогеологических процессов.
• Чувствительность к мелким изменениям гравитационного поля является ключевым аспектом микрогравиметрических исследований. Изменения, связанные с разработкой нефтяных и газовых пластов, обычно не превышают 100 мкГал, что значительно меньше общего гравитационного поля Земли (около 10⁹ мкГал). Поэтому такие измерения требуют приборов с очень высокой точностью и чувствительностью, чтобы эффективно отслеживать даже незначительные колебания.

Результаты микрогравитационного мониторинга используются для точного анализа распределения остаточного газа в резервуаре, позволяя определить наилучшие участки для бурения эксплуатационных скважин. Эти данные помогают оценить потенциал дальнейшей добычи остаточного газа, минимизируя геологические риски и повышая эффективность разработки месторождений.

Абсолютные квантовые гравиметры

По сравнению с классическими гравиметрами, работающими на основе лазерной интерферометрии со свободно падающим уголковым отражателем, абсолютные квантовые гравиметры, использующие свободно падающие атомы для регистрации гравитационных сил, обладают рядом преимуществ:

• Повышенная чувствительность.
• Автоматизированная калибровка.
• Продолжительные непрерывные наблюдения.
• Отсутствие механических повреждений.
• Низкая стоимость обслуживания.

Эти преимущества делают абсолютные квантовые гравиметры идеальным выбором для длительных и точных гравитационных измерений в таких отраслях, как нефтегазовая разведка, мониторинг геологических процессов и научные исследования.

В нашем онлайн-каталоге вы сможете найти оптимальное решение для применения в нефтегазовой отрасли – абсолютные квантовые гравиметры WCAG-H5-2  от компании CASCA.

CAS Cold Atom Technology (Wuhan) Co., Ltd. (CASCA) — первая компания в Китае с датчиками квантовой точности и возможностями разработки квантовых компьютеров с нейтральными атомами. Команда учёных из Китайской Академии Наук занимается исследованиями в области квантовых технологий. CASCA продвигает квантовые решения и предлагает передовые технологии, высокое качество и доступные продукты для научно-исследовательских организаций, корпораций, промышленности и образования.

Особенности гравиметров WCAG-H5-2:

• Быстрый отклик: отлично подходит для непрерывных измерений без перестройки механической части.
• Долгий срок службы: подходит для длительной работы поскольку не имеет механических движущихся частей.
• Высокая точность: отклонение абсолютного значения измерения силы тяжести лучше 10 мкГал.
• Хорошая долговременная стабильность: долгосрочная стабильность измерения абсолютной гравитации лучше, чем 2 мкГал.
• Адаптируемость к условиям окружающей среды: транспортабельность и простота в регулировке.

Основные характеристики:

• Чувствительность: от 10 мкГал/Гц^1/2.
• Частота выборки: 1 Гц.
• Стабильность: 1 мкГал.
• Встроенные датчики: сейсмометр, пьезометр, инклинометр, датчик температуры, GPS.

Примеры измерений:

Больше о квантовых приборах и системах > >

Таким образом, гравиметры стали важными инструментами в нефтегазовой отрасли благодаря своей точности и способности выявлять перспективные участки с минимальными затратами. Использование гравиметрии позволяет снижать риски и эффективно планировать добычу полезных ископаемых, что особенно важно в условиях высокой конкуренции и стремления к экологически безопасным методам разведки. Однако это далеко не весь спектр применения гравиметров, и в дальнейшем мы расскажем о других сферах использования гравиметрии.

Компания «Специальные Системы. Фотоника» является эксклюзивным дистрибьютором CAS Cold Atom и оказывает техническую поддержку на территории России и ЕАЭС. Вы можете получить любую дополнительную информацию, обратившись к специалистам нашей компании.