Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние методики структурных построений по данным сейсморазведки 3D, бурения и ГИС 8
1.1. 3D сейсморазведка - современное средство для решения детальных структурных задач 11
1.1.1. Специфика обработки и интерпретации данных 3D сейсморазведки . 12
1.2. Основные этапы структурных построений 13
1.2.1. Корреляция горизонтов по сейсмическим данным 13
1.2.2. Увязка данных сейсморазведки и ГИС 15
1.2.3. Построение скоростной модели 17
1.2.4. Построение структурных карт 19
1.3. Точность структурных построений 21
Формулировка задач исследований 23
Глава 2. Использование методики и технологии СФИ при структурных построениях 24
2.1. Назначение и возможности пакета программ структурно-формационного анализа - «СФА» 24
2.2. Спектрально-временной анализ - СВАН 26
2.3. Корреляция разрезов на основе СВАН 31
2.4. Увязка данных сейсморазведки и ГИС 37
Глава 3. Модельные исследования точности структурных построений 41
3.1. Исходная сейсмогеологическая модель 42
3.2. Исследование скоростной модели разреза 46
3.2.1. Эксперимент №1 (с различным расположением 15 скважин по площади) 48
3.2.2. Эксперимент №2 (с большим числом (500) скважин) 57
3.3. Оценка точности структурных построений 69
3.3.1. Модельный эксперимент №3 69
3.3.2. Модельное обоснование способа оценки погрешностей структурных построений - способа эталонной скважины (СЭС) 84
Глава 4. Апробация на реальном материале 3D 95
4.1. Геологическое строение участка 95
4.2. Структурные построения 101
4.3. Построение кровли пласта Юі1 И оценка точности этих построений 105
4.4. Построение структурной карты по горизонту III (внутри тюменской свиты) 108
Заключение 116
Литература
- Специфика обработки и интерпретации данных 3D сейсморазведки
- Спектрально-временной анализ - СВАН
- Исследование скоростной модели разреза
- Построение кровли пласта Юі1 И оценка точности этих построений
Введение к работе
Объектами исследований, легших в основу настоящей работы, являются методика и точность структурных построений по данным сейсморазведки 3D и ГИС на стадиях разведки и ввода в эксплуатацию месторождений УВ.
Область практических приложений сейсморазведки 3D все в большей степени охватывает стадии разведки месторождений УВ и ввода их в эксплуатацию, когда объемы бурения на площадях составляют уже десятки и сотни, а порой и многие тысячи скважин (например, Самотлор - 17 000 разведочных и эксплуатационных скважин).
В связи с этим, стало совершенно недостаточным оценивать точность собственно сейсмических структурных построений. Все результативные карты являются сегодня комплексными, построенными по совокупности данных сейсморазведки, бурения и ГИС. И оценка точности именно этих комплексных карт и является сегодня наиболее актуальной задачей.
Исследования этой задачи проводились, конечно, и ранее [46,47,48]. Но только в самое последнее время появились работы, в которых содержатся детально разработанные методы ее решения [45] и рекомендации по их применению [39]. Настоящие диссертационные исследования проводились параллельно с указанными работами. Некоторые ее результаты включены в соответствующие рекомендации [39].
Наряду с этим получены также результаты не вошедшие в [39]. Главные из них обусловлены использованием при исследованиях методологии СФИ данных сейсморазведки и ГИС на важнейших стадиях построения структурных моделей, а именно: при корреляции сейсмических горизонтов и при увязке данных сейсморазведки и ГИС.
Цель исследований состояла в оценке эффективности методологии структурно-формационной интерпретации данных сейсморазведки и ГИС при выявлении и измерении основных видов погрешностей структурных построений.
Основные задачи исследований:
Оценка эффективности использования средств СФИ для повышения надежности корреляции сейсмических горизонтов и их увязки с ГИС;
Модельное исследование основных факторов, влияющих на точность структурных построений.
Анализ графа (последовательности) структурных построений по комплексу ОГТ-ГИС и способов оценки их точности.
Апробация полученных результатов на реальном материале 3D.
Результаты исследований.
Разработаны СВАН-ориентированные алгоритмы, реализация которых в рамках пакета программ структурно-формационного анализа позволяет повысить надежность корреляции горизонтов и увязки данных сейсморазведки и ГИС.
На объемной сейсмогеологической модели выполнено исследование основных факторов, влияющих на точность структурных построений.
Количественно обоснованы размеры объектов в плане, при поисках которых экономически целесообразным является переход к поисковым системам 3D.
Выполнено модельное обоснование применяющегося на практике способа эталонной скважины (СЭС), также известного как способ «выколов», «валиодальный» способ [39].
Разработанные методика и технология прошли апробацию в различных регионах России и СНГ. В работе использованы материалы работ по ряду проектов на площадях Западной Сибири, полученные в лаборатории структурно-формационной интерпретации ВНИИГеофизики.
Основные защищаемые положения:
СВАН-ориентированная технология структурных построений обеспечивает повышенную надежность, как при выполнении корреляции сейсмических горизонтов, так и при увязке данных сейсморазведки и ГИС.
При наличии горизонтальных градиентов скоростей, необходимо совместное использование карт скоростей V(x,y), построенных как непосредственно по скважинам, так и по усредненной по всем скважинам зависимости V(t). Раздельное применение этих технологий ведет либо к недостаточной детальности построений карт скоростей V(x,y), либо к неучету латерального градиента скоростей. При этом, наибольшие погрешности определения скоростей отмечаются при использовании только скважин, расположенных в пределах сводовых частей структур.
Структурные построения, выполненные с использованием СВ АН-технологии по данным сейсморазведки, бурения и ГИС в вертикальных разведочных скважинах, достаточны для разбиения совокупности наклонных эксплуатационных скважин на:
пригодные для структурных построений и определения скоростной модели среды;
требующие ревизии параметров проводки скважин и коррекции реально вскрываемых глубин.
4. Широко используемый в практике структурных построений способ
эталонной скважины (СЭС) дает близкие к истинным оценки точности
результативных карт при плотности бурения не менее 1 скважины на 25
кв.км., отвечающей стадии разведки месторождений УВ.
Основные результаты диссертации отражены в 4 публикациях и докладывались на научно-практической конференции «Геомодель-2002».
Автором самостоятельно разработаны алгоритмы и программные блоки пакета «СФА», имеющие непосредственное отношение к тематике диссертационных исследований.
Выполнено проектирование и программная реализация математической морфоструктурной модели, на которой проведен основной цикл теоретико-методических исследований.
Апробация разработанных способов на экспериментальном материале по Ванъеганской площади - также самостоятельно выполнена диссертантом.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Список литературы содержит 53 наименования. Объем диссертации составляет 124 страницы, включая 95 страниц текста и 82 рисунка.
Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю д.т.н., заслуженному деятелю науки РФ И.А.Мушину за руководство и всестороннюю помощь в исследованиях и работе над диссертацией; к.г.-м.н. Э.А.Таратыну за оказанную помощь при работе с данными ГИС; к.т.н. Б.К.Фролову и О.Г.Беляевой за рекомендации и переданный опыт по написанию алгоритмов пакета СФА; к.г.-м.н. С.К.Барыкину за геологическое сопровождение исследований; Г.А.Белоусову за ценные советы при создании моделирующей программы.
Специфика обработки и интерпретации данных 3D сейсморазведки
Обработка данных 3D сейсморазведки существенно отличается от обработки профильных наблюдений. Отличия обусловлены огромным объемом данных, подлежащих совместной обработке (часто на порядок большим, чем при профильной обработке), и заключается: - в появлении некоторых новых процедур; - в специфике алгоритмов всех многоканальных процедур; - в специфике организации процесса обработки; - в коренном изменении и расширении числа видов объемных отображений.
Граф обработки данных 3D сейсморазведки включает в себя в основном те же процедуры, что и при профильной обработке: - препроцессинг (от ввода полевых записей до построения предварительных временных разрезов); - стандартная обработка (получение окончательных временных разрезов, совокупность которых образует так называемый куб данных); - интерполирование поля и миграция; - расширенная обработка (построение пластовой модели скоростного разреза, моделирование трехмерных полей, построение векторных разрезов, карт изохрон и структурных карт).
Материалы трехмерной сейсморазведки предоставляют интерпретатору гораздо более богатые возможности изучения геологического строения среды, чем профильная сейсморазведка. Эти возможности создаются [15]: - построением вертикальных разрезов - изображений волнового поля для изучаемого объема среды - по любым сечениям; - построением горизонтальных сечений на любых уровнях; - построением погоризонтных сечений для любых горизонтов, прослеженных по всей площади или по ее части; - оперативной визуализацией сечений, в том числе комбинаций сечений по пересекающимся (обычно взаимно-ортогональным) плоскостям "встык"; - реализованной в пакетах обработки трехмерной сейсморазведки поддержкой основных интерпретационных процедур - корреляционного прослеживания волн, определения скоростного разреза, структурно-формационного и сейсмофациального анализа, кинематического и динамического моделирования сейсмических полей и т.п.
Тем не менее, пока что известные способы интерпретации ориентированы, как правило, на работу с двумерными отображениями. Корреляция ведется обычно по вертикальным сечениям и по горизонтальным сечениям, гораздо реже используется объемное представление [22].
В соответствии с видами интерпретации корреляция на сейсмических разрезах может быть геофизической и геологической.
Геофизическая корреляция - это корреляция определенных особенностей сейсмической записи: - фазовая корреляция (корреляция фаз); - групповая корреляция (когда фазовая корреляция становится невозможной по ряду причин, и корреляцию осуществляют по группе фаз, переходя с одной фазы на другую, Чтобы достигнуть непрерывности); - условная корреляция (когда групповая корреляция уже не удается и приходится коррелировать всю пачку в условном плане, заполняя пропуски по общим наклонам осей синфазностей).
Геологическая корреляция - это корреляция границ осадочных комплексов, несогласий; поверхностей выклинивания; поверхностей, облекающих определенные геологические тела. То есть коррелируется некая особенность разреза, определенная по геологическому содержанию.
Остановимся на геофизической фазовой корреляции, являющейся главной при решении структурных задач.
Правила фазовой корреляции [26, 37]:
1. Выбор наиболее выразительных, контрастных, динамически выдержанных и прослеживаемых по латерали фаз колебаний;
2. При условии выполнения 1-ого правила, корреляцию желательно проводить по первым вступлениям сейсмических отражений, что улучшает соответствие откоррелированного горизонта с геологическим горизонтом. (К сожалению, обычно первые вступления осложнены помехами, и менее выразительны);
3. При выполнении 1-ого и 2-ого правил надо стараться держаться ближе к геологическим отметкам по скважинам.
Важно, чтобы эти 3 правила выполнялись в названном порядке. 2-ое выполняется только при условии выполнения 1-ого, 3-е - только при условии выполнения 2-ого.
Осложнения корреляции могут быть обусловлены интерференцией регулярных и случайных помех, а также изменениями условий образования и распространения волн, в том числе: поверхностных условий, условий распространения волны в покрывающей толще; физических свойств и геометрии границ [43].
Ошибки в корреляции приводят в дальнейшем к ошибкам в определении параметров среды, глубины и формы сейсмических границ.
При работе с кубом появляются определенные особенности реализации правил фазовой корреляции. Возрастает точность увязки этой корреляции по всем сечениям куба. Современные интерпретационные системы позволяют контролировать корреляцию по всему кубу, делая ее более надежной [22].
Спектрально-временной анализ - СВАН
СФИ базируется на последовательном выделении формационных объектов (ФО) сначала более крупных, переходя к ФО все более мелкого ранга и масштаба [32]. Инструментом для такого выделения служит методика спектрально-временного анализа - СВАН.
Основой технологии СВАН является получение СВАН-колонки -частотной развертки трассы или группы трасс. СВАН-колонка представляет собой совокупность фрагментов временного разреза (1-12 трасс), полученных при различных, закономерным образом изменяющихся фильтрациях. В «канонической» СВАН-колонке исходный фрагмент разреза состоит из 5-12 трасс («5-12-канальная» СВАН-колонка). Если производится частотная развертка лишь одной трассы, то получается одноканальная СВАН-колонка (рис. 2.2.1).
СВАН-анализ проводится на наиболее характерных участках разреза, подверженных наименьшим искажениям при обработке. Желательно использовать сейсмические материалы с высоким соотношением сигнал/помеха (более 5) и, что совершенно необходимо, обладающие широким частотным диапазоном. Ширина спектра должна быть не менее 40 Гц. Практика показала, что оптимальным вариантом при выборе фильтров являются двухоктавные нульфазовые фильтры с треугольной частотной характеристикой, например, 5-10-20, 10-20-40 0-40-80 Гц и т.п. [32].
В чем же состоит главная особенность СВАН-колонки, отличающая ее от сейсмотрассы, по которой она рассчитана? Для иллюстрации этой особенности выполним следующий натурный эксперимент [33]. Возьмем реальную сейсмическую трассу (рис. 2.2.2в) и профильтруем ее произвольным фильтром (рис. 2.2.2г). Эта фильтрация может моделировать самые разные процессы: влияние поверхностных и глубинных условий, ошибку в определении формы импульса при построении синтетической трассы по данным ГИС, наконец, реальные различия геофизических методов (сейсморазведка, ГИС, электроразведка и др.) по собственным процессам и разрешенности. Оценка подобия сейсмотрасс и их СВАН-колонок. а - СВАН-колонка по исходной трассе, б - СВАН-колонка по фильтрованной трассе, в - исходная трасса, г - фильтрованная трасса, д - функция взаимной корреляции между СВАН-колонками, е - функция взаимной корреляции между трассами.
Визуальное сопоставление трасс на рисунках 2.2.2в и 2.2.2г свидетельствует о слабом их подобии. Этому соответствует и количественная оценка коэффициента их взаимной корреляции - 0.38 (рис. 2.2.2е). При таких оценках можно заключить, что сравниваются очень разные трассы, с разных участков профиля, или площадей, или даже разных регионов.
Между тем, мы знаем, что на самом деле трассам строго отвечает один и тот же геологический разрез. Визуальное сопоставление СВАН-колонок 2.2.2я (для трассы 2.2.2в) и 2.2.26 (для трассы 2.2.2г) однозначно убеждает экспериментатора, что по степени подобия им, несомненно, отвечает один и тот же разрез, с единой внутренней структурой, которая и проявляется на СВАН-колонках. Для количественной оценки подобия СВАН-колонок введем формальное представление о взаимной корреляции между многоканальными СВАН-колонками. Зададим функцию взаимной корреляции Rxy(6) между двумя рассматриваемыми трассами x(t) ny(t) в традиционном виде: М О = І?Е ( ,М і-0) Л. ,=1 Соответственно, простейшее выражение для функции взаимной корреляции двух СВАН-колонок, построенных по этим трассам, может быть записано, как: Здесь взаимная корреляция определяется, как взвешенная сумма попарных корреляций трасс СВАН-колонки, полученных при одной фильтрации.
Исследование скоростной модели разреза
Решаемые в настоящем разделе задачи ограничены следующим кругом вопросов.
В рамках весьма простой двуслойной структурной модели (описание модели в предыдущем разделе) получены статистические оценки точности определения скоростной модели для следующих ситуаций: - ситуации, отвечающие начальной стадии ГРР - поисков структурных объектов на изучаемой территории; (задавалось 15 скважин на 400 кв.км); - вторая группа ситуаций отвечает уже стадиям разведки и эксплуатации выявленных объектов, при плотности бурения порядка 1 и более скв./кв.км. (задавалось 500 скважин на 400 кв.км).
Для всех рассмотренных случаев оценка достигаемой точности скоростной модели определялась на основе статистических распределений (гистограмм) отличий (разностей) получаемых в экспериментах скоростных моделей с истинным распределением скоростей, заданных в исходной модели в 160 000 точках. При этом считалось, что получаемые распределения близки к нормальному, соответственно оценивались величины математического ожидания и дисперсии. В особых случаях получаемые распределения были далеки от нормального, однако их характеристики (математическое ожидание и дисперсия) все равно рассчитывались в предположении нормального закона распределения.
Собственно структурные построения для описанных выше вариантов скоростных моделей выполнялись по методикам, максимально приближенным к используемым на практике: - при относительно небольшом количестве скважин (15) определенные по ним пары V выносились на кроссплот, по которому определялась единая кривая Vcp.(t), используемая далее как для построения структурной карты, так и карты Vcp (х,у,Н); необходимо особо отметить, что в данном случае построение этих карт проводится с использованием карт изохрон, построенных по данным в каждой точке площади, т.е. в 160000 точках; при таких построениях, разумеется, горизонтальный градиент скорости, если таковой имеется,- не учитывается; эта ситуация реально отвечает практике, т.к. по 15 точкам построение детальной карты скоростей проблематично; - для стадий разведки и эксплуатации (500 «скважин») наряду с описанной выше методикой построения единой кривой Vcp.(t) выполнялось также построение карты скоростей по всей совокупности точек (500) с учетом планового положения каждой «скважины» в координатах х-у; в этом варианте карты изохрон не используются, учитываются только времена t в точках скважин; на построенных при этом картах имеющийся в исходной модели горизонтальный градиент скорости получает свое отображение и, тем самым, их отличие от карт, построенных по единой кривой Vcp(t), предопределено.
Анализ ошибок, получаемых при реализации каждой из вышеописанных методик, а также и их соотношений, составляет главное содержание выполненных модельных экспериментов, результаты которых изложены далее. В первом эксперименте выполняется построение карт скоростей с помощью корреляционной зависимости, получаемой по разным наборам скважин и, таким образом, исследуется влияние распределения по площади небольшого числа скважин (15) на точность получаемой карты скоростей. Сначала рассматривается модель без горизонтального градиента скорости, а затем модель с горизонтальным градиентом.
Во втором эксперименте задана большая выборка скважин (500). Аналогичные построения скоростных карт проводятся по получаемым корреляционным зависимостям; а также непосредственно по всем точкам выборки путем интерполяции значений скоростей на площади. В эксперименте делается сравнение точностей получаемых обоими способами карт скоростей.
Существуют разнообразные источники данных о скоростях в среде, однако наиболее достоверными и точными являются скорости, полученные при
увязке данных сейсморазведки и скважин (см. предыдущую главу). Поэтому на практике довольно часто обходятся только этим источником информации о скоростях при построении карты средних скоростей.
Проведем эксперимент, моделирующий данную ситуацию. Пусть на площади имеется 15 скважин, расположение которых задано в следующих вариантах: 1) Все скважины расположены вне карбонатных структур; 2) Скважины случайным образом заданы по площади; 3) Все скважины располагаются на карбонатных структурах.
На рисунке 3.2.1 показана истинная карта средних скоростей, на которой показаны варианты распределения скважин по площади. Соответствующие наборы скважин показаны красным, синим и зеленым цветами. Для набора со случайным распределением скважин видно, что 3 скважины попало в области структур.
По каждой группе скважин строится кроссплот V(T) и рассчитывается корреляционная зависимость, одна из которых приведена на рисунке 3.2.2. Далее с использованием полученных зависимостей по карте изохрон рассчитываются карты средних скоростей. Затем были построены карты разности с истинной картой скоростей (рис. 3.2.3 - 3.2.4). Рисунки позволяют получить представление об ошибках определения скоростной модели по различным группам скважин.
Построение кровли пласта Юі1 И оценка точности этих построений
Геологический разрез месторождения сложен мощной толщей песчано-глинистых пород мезозойско-кайнозойского возраста, залегающих на размытой поверхности доюрских образований (рис. 4.1.1).
Отложения юрской системы несогласно залегают на породах доюрского фундамента и представлены всеми тремя отделами: нижним, средним и верхним.
Нижний и средний отделы юры представлены континентальной толщей тюменской свиты; верхний отдел - преимущественно морского происхождения, подразделяется на васюганскую, георгиевскую и баженовскую свиты.
Тюменская свита (нижняя, средняя юра + низы келловея). Цитологически разрез свиты представлен ритмичным чередованием аргиллитов, алевролитов и песчаников. Аргиллиты - темно-серые, почти черные, плотные, крепкие, иногда окременелые. Алевролиты - глинистые, мелкозернистые. Песчаники - серые полимиктовые с глинистым и кремнистым цементом. Породы отличаются обилием обугленных растительных остатков. Для пород свиты характерна обильная слюдистость, углистость, прослои сидеритизированных аргиллитов, конкреции сидерита.
Отложения васюганской свиты (келовейский + оксфордский ярусы) по литологическои характеристике делятся на две подсвиты: нижняя глинистая и верхняя - глинисто-песчаная. Нижняя, глинистая подсвита, сложена аргиллитами темно-серыми, плотными, массивными с редкими прослоями алевролитов. Верхняя подсвита сложена переслаиванием песчаников, алевролитов и аргиллитов. Песчаники - светло-серые иногда с зеленоватым оттенком преимущественно мелкозернистые, часто переходящие в серые алевролиты. Породы глинистые, слюдистые, отдельные прослои - глинисто-карбонатные. Песчаники верхней части васюганской свиты - промышленно нефтеносны.
Георгиевская свита (киммеридж). Сложена темно-серыми почти черными иногда с зеленоватым оттенком аргиллитами тонкоотмученными плитчатыми с включениями глауконита, карбонатными за счет включения многочисленных мелких обломков фауны. Отложения залегают несогласно на песчаных породах Васюганской свиты. Толщина свиты колеблется от 1 до 7м.
Баженовская свита (волжский ярус + низы бериаса). Является хорошо выдержанным региональным репером. Свита сложена аргиллитами черными и буровато-черными, битуминозными тонкоотмученными, листоватыми и тонкоплитчатыми обогащенными органическим веществом с большим количеством рассеянного пирита.
Породы баженовской свиты четко выделяются как по керну, так и по ГИС. На диаграммах электро- и радиоактивного каротажа они характеризуются высокими кажущимися сопротивлениями, повышенными значениями естественной радиоактивности. В силу таких литологических особенностей битуминозные аргиллиты баженовской свиты служат выдержанным в разрезе региональным репером и отражающим горизонтом при сейсмических работах. Толщина баженовской свиты 11- 26 м.
Отложения баженовской свиты согласно перекрываются отложениями меловой системы.
Тектоника.
В тектоническом отношении район работ тяготеет к центральной части Западно-Сибирской плиты. В структурно-тектоническом отношении рассматриваемого месторождения и района в целом принимают участие три структурно-тектонических этажа: геосинклинальный складчатый фундамент, промежуточный комплекс отложений Триасового возраста и осадочный чехол мезозойско-кайнозойского возраста.
Складчатый фундамент отвечает геосинклинальному этапу развития современной плиты и представлен эффузивными, изверженными, сильно дислоцированными осадочными и метаморфическими породами. Для фундамента характерно блоковое строение и нарушенность разломами. Предполагается, что отложения среднего промежуточного комплекса на исследуемых структурах имеют небольшую толщину (105 м).
Объектом детального изучения на современном этапе является верхний структурно-тектонический этаж, с которым связаны все основные запасы углеводородов Западной Сибири.
Тектонической особенностью исследуемого района является расположение его в пределах Варьеганского мегавала - области молодой тектоники. Согласно тектонической карте мезозойско-кайнозойского платформенного чехла Западно-Сибирской геосинеклизы площадь рассматриваемых структур расположена в пределах Варьеганского мегавала и Восточно-Варьеганского мегапрогиба (Эй-Еганская структура), имеющих меридиональной простирание и являющихся северным продолжением Нижневартовского свода, отделяясь от основной его территории Ампутинским прогибом. Варьеганский мегавал осложнен положительными структурами второго порядка: Варьеганским валом - на севере и на юге -Малочерногорским куполовидным поднятием и отдельными структурами третьего порядка: Верхне-Айеганской, Гунъеганской, Южно-югорской, Щербаковской и другими.
