Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Изучение скоростной модели среды 7
1.1. Метод ВСП: назначение, основные задачи и модификации 7
1.2. Необходимость построения априорной модели среды для управления процессом изучения объекта 13
1.3. Привязка данных всп к временным разрез am опт 22
1.4. Геологические задачи, возможность их решения с использованием данных ВСП 24
ГЛАВА 2. Построение одномерной пластовой сейсмоакустической модели по данным АК 32
2.1. Увязка каротажных и наземных сейсмических данных 32
2.2. Зависимость амплитуды сейсмической трассы от параметров сейсмоакустической модели 33
2.3. Определение вклада пласта в сейсмическую запись при построении сейсмоакустической модели 39
2.4. Пример построения сейсмоакустической модели на скважине усинского месторождения 43
ГЛАВА 3. Методика определения пластовой скорости и угла наклона преломляющей границы при работах НВСП 49
3.1. Подбор скоростной модели среды в методе всп 49
3.2. Исследование однозначности построения скоростной модели среды по данным нвсп 55
3.3. Определение максимального выноса при наблюдениях НВСП 59
3.4. Определение угла подхода сейсмической волны к скважине 69
3.5. Использование поляризациошіьіх диаграммам для определения угла подхода волны к скважине 73
3.6. Определение пластовой скорости по годографу и углу подхода падающей волны 79
3.7. Подбор пластовой скорости и угла наклона преломляющей границы в двухслойной модели среды по падающим волнам 87
ГЛАВА 4. Применение методики определения пластовых скоростей при комплексной интерпретации данных всп на усинском месторождении 92
4.1. Исследование разреза пермско-каменноугольных отложений усинского месторождения по данным ВСП 92
4.2. Определение азимута субвертикальной трещиноватости по результатам комплексной интерпретации данных гис и ВСП 104
4.3. Выявление в продуктивном разрезе нижнепермско-среднекаменноугольной залежи усинского месторождения геологических объектов различного генезиса 106
Заключение 113
Библиографический список
- Необходимость построения априорной модели среды для управления процессом изучения объекта
- Определение вклада пласта в сейсмическую запись при построении сейсмоакустической модели
- Определение максимального выноса при наблюдениях НВСП
- Определение азимута субвертикальной трещиноватости по результатам комплексной интерпретации данных гис и ВСП
Введение к работе
Современное состояние нефтегазодобывающей отрасли нашей страны ставит комплексные задачи перед сейсморазведкой в связи с изучением, как структурных поверхностей, так и внутреннего строения все более сложных геологических объектов. Большие перспективы прироста ресурсов углеводородов связаны с доразведкой крупных и гигантских месторождений. Развитая инфраструктура добычи и транспорта нефти и газа на этих объектах, не позволяет выполнять широкомасштабные наземные сейсмические исследования. Кроме того, этап доразведки отдельных залежей и участков крупных месторождений требует высокого уровня детализации строения геологической среды, который может быть получен лишь в результате проведения работ ВСП.
Основным геологическим объектом, на котором проводилась отработка представленной в работе методики, была пермско-каменноугольная залежь высоковязкой нефти Усинского нефтяного месторождения, расположенного в Печорской нефтегазоносной провинции. Пермско-каменноугольная залежь Усинского месторождения содержит более полумиллиарда тонн высоковязкой нефти с плотностью более 0,9г/смЗ. В результате разработки этой залежи в течение нескольких десятилетий, многие скважины были обводнены, а извлечено менее 10% запасов нефти. Сложность разработки изучаемого объекта связана не только с высокой плотностью и малой подвижностью нефти, но и с резкой неоднородностью коллекторских свойств карбонатных коллекторов. В настоящее время разработка залежи ведется с применением вторичных методов воздействия на пласт - нагнетания перегретого пара в пласты и начато масштабное бурение горизонтальных и наклонных скважин. Высокая эффективность применяемых методов может быть достигнута лишь при наличии адекватной поставленным задачам геологической модели пермско-каменноугольной толщи. Установлено, что неоднородность карбонатных коллекторов обусловлена как факторами седиментации (наличие рифовых построек), так и вторичными факторами - наличием разнонаправленных субвертикальных трещин, а так же процессами выщелачивания и карстообразования. Таким образом, основной задачей стоящей перед сейсморазведкой стало не только выделение и трассирование зон аномальных коллекторских свойств карбонатных пород, но и установление их генезиса. Актуальность разработки методики построения скоростной модели среды на базе применения метода ВСП определяется задачами, стоящими при разработке Усинского месторождения. Кроме этого, сложность строения и наличие практически всех типов карбонатных коллекторов на исследуемой залежи позволяет широко использовать разработанный методический подход при исследовании сложно построенных карбонатных объектов и в других регионах.
Целью настоящей работы является разработка и опробование методики экспериментального подбора параметров геологической среды - скоростных характеристик, толщины пластов, углов наклона границ по данным ВСП. В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:
- Построение сейсмической пластовой скоростной модели среды по данным АК на основе моделирования и изучения амплитуды сейсмического сигнала.
- Решение вопроса однозначности построения скоростной модели при установлении зон изменений коллекторских свойств пород различного генезиса.
- Оптимизация полевых наблюдений для повышения качества материалов ВСП.
- Разработка методики подбора скорости и угла наклона преломляющей границы в двухслойной модели.
Методы исследования:
1) Анализ информативности работ ВСП при изучении неоднородностей строения карбонатных отложений; 2) Теоретическое моделирование основных параметров среды и разработка новых методических подходов при решении кинематических задач в методе ВСП;
3) Обработка и интерпретация экспериментальных данных, полученных в результате применения новых методических приемов;
4) Анализ результатов применения разработанных методик на конкретных геологических объектах.
Разработана методика построения скоростной модели среды в методе ВСП на основе учета информации об изменении направления распространения продольной падающей волны.
Разработан комплексный подход к интерпретации данных ВСП при изучении строения сложно построенных карбонатных толщ, включающий в себя:
- повышение надежности определения скоростной модели среды по данным АК-ВСП на основе оценки изменений амплитуд трасс при переходе от тонкослоистой модели к толстослоистой;
- использование угла подхода волны к скважине, измеренного по поляризационным диаграмм, для построения скоростной модели, адекватной изменениям физических свойств геологической среды.
Разработан эффективный вариант подбора скоростей, заключающийся в пошаговом переходе от максимально загрубленной модели средних скоростей к пластовой тонкослоистой, путем дробления среды на более тонкие пласты.
В работе был выполнен комплекс исследований базирующихся на изучении амплитудных характеристик единичного пласта в целях привязки разномасштабных исследований АК-ВСП-ОГТ. Разработана и применена на практике методика исследований вклада пласта и учета угла подхода волны в изменение волновой картины. Разработана методика определения максимально допустимого выноса для правильного планирования наблюдений НВСП (непродолыюго вертикального сейсмического профилирования). На основе проведенных исследований уточнена геологическая модель пермско-каменноугольной залежи на центральном участке разработки Усинского месторождения по восьми скважинам наблюдений НВСП.
Основные методические результаты настоящей работы были внедрены в практику проведения работ ВСП СК «ПетроАльянс». Полученные на их основе геологические результаты вошли в производственные отчеты по работам ВСП на различных объектах.
Основные результаты работ представлялись:
Молодежная секция научно-практической конференции «Геомодель -2002», ЦГЭ, Москва, 15-16 апреля, 2002г.; 5-я научная конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, Москва, 23-24 января, 2003г.; «Гальперинские чтения - 2004», ЦГЭ, Москва, 25-27 октября, 2004г; Молодежная наука - нефтегазовому комплексу, РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, Москва, 30-31 марта 2004г.; VII международная научно-практическая конференция "ГЕОМОДЕЛЬ", Геленджик, 2005г.; Совещание «Технооснощение - 2006», ОАО НПФ Геофизика, Уфа, 16-17 ноября, 2005г.
Работа состоит из введения, четырех глав и заключения общим объемом 119 страниц, проиллюстрирована 57 рисунками и 5 таблицами. Список литературы включает 55 наименований.
Необходимость построения априорной модели среды для управления процессом изучения объекта
Сейсмические наблюдения в скважинах всегда были и остаются основным источником сведений о скоростях. Поэтому очень важно тщательно выполнить процедуру выбора априорной модели и определить возможность решения поставленных задач.
Моделирование сейсмического волнового поля можно рассматривать как один из этапов интерпретации сейсмических данных, позволяющий подтвердить или опровергнуть построенную модель среды. На созданной модели можно изучать зависимость между физическими параметрами модели и сейсмическим волновым полем. То есть наблюдать за изменениями волнового поля, обусловленными изменением параметров исходной модели среды [27].
Существует три различных способа построения скоростной модели среды: на основе интерпретации данных акустического каротажа, ВСП и метода ОГТ. Совокупность трех методов измерений АК, ВСП и ОГТ дает возможность сравнивать и корректировать данные о скоростях распространения упругих волн в разрезе. Все три метода обладают различной разрешающей способностью и точностью, при этом, метод ВСП позволяет соотнести между собой разномасштабные данные АК и ОГТ не только без потерь полезной информации, но и с привнесением дополнительных данных о геологической среде в области наблюдений. Метод ВСП одновременно позволяет решать две обратные задачи: обратную кинематическую задачу -подбор пластовой скоростной модели среды (геометрии отражающих границ и законов скоростей) по наблюденным данным и обратную динамическую задачу подбора модели среды (ПМС) по сейсмической трассе, которая сводится к построению изображения (поля отраженных волн) временного или глубинного [43]. Настоящая работа сосредоточена на решении первой задачи, а именно исследовании кинематических характеристик среды.
Основой для построения скоростной модели среды в методе ОГТ служит скорость суммирования ОГТ. Эта скорость определяется посредством регулируемого направленного анализа и соответствует среднеквадратической аппроксимации годографа ОГТ. Для первого слоя с постоянной скоростью и горизонтальной отражающей границей скорость ОГТ равна скорости в слое.
Для горизонтально слоистой модели существует параметрическое описание годографа отраженной волны Рис. 1.2. [2,19,44]:
При восстановлении скоростной модели среды следует учитывать имеющиеся данные измерений АК, ВСП и ОГТ. Наряду со всеми преимуществами скважинной сейсморазведки по сравнению с наземной, существует ряд сложностей, таких как несимметричность системы наблюдений, отсутствие вертикального выхода луча на поверхность, ограниченность зоны освещения и др.
Отличие скважинной системы наблюдений от стандартных поверхностных систем наблюдения приводит к существенным различиям в использовании программ построения изображений. Наиболее существенное различие затрагивает понятие кратности наблюдений или кратности построения разреза ВСП-ОГТ. Общая кратность отражений при отработке выносных пунктов возбуждения велика. В то же время ход лучей отраженной волны, приходящие в два соседних по глубине сейсмоприемника практически не отличаются друг от друга. При таком распределении лучей в пространстве кратность суммирования ОГТ не увеличивается и близка к единице.
Осадочные породы обычно обладают тонкослоистой структурой, возникающей вследствие часто изменяющихся условий осадконакопления.
Наличие тонкой слоистости геологического разреза подтверждается многими прямыми исследованиями скорости в глубоких скважинах [54]. Огромное число тонких слоев, слагающих осадочную толщу, не отображается на сейсмическом материале. Частотный состав сейсмической записи диктует необходимость затрублять тонкослоистую среду, объединяя реальные тонкие слои в некоторый эффективный пласт [17]. Скоростная модель, построенная в сейсмическом диапазоне частот, может быть основой для построения алгоритмов решения обратной задачи.
Определение вклада пласта в сейсмическую запись при построении сейсмоакустической модели
Тонкая слоистость осадочной толщи, изменчивость литологического состава и упругих свойств горных пород в вертикальном направлении, определяет положение и свойства сейсмических границ [6]. Обычно границы раздела упругих свойств залегают согласно с литологическими и стратиграфическими границами и часто совпадают с ними. Это обстоятельство имеет важное значение для обоснования сейсморазведки как метода изучения геологического строения.
Среди огромного количества границ, разделяющих слои в осадочной толще, лишь небольшое число их имеет значение для сейсморазведки. Это хорошо выдержанные по простиранию границы, на которых образуются интенсивные отраженные волны. Для каждого геологического пласта его отображение в сейсмической трассе зависит от акустической контрастности кровли и подошвы пласта, времени пробега волны в пласте и формы сейсмического сигнала. Самый простой подход к изучению связи сейсмической записи и акустической модели сводится к измерению значений коэффициентов отражения границ, формирующих интерференционное волновое поле на сейсмической трассе. При таком подходе нет возможности ответить на вопрос, как меняется волновая картина в случае изменения мощности или свойств одного пласта. При изменении мощности пласта будет меняться интерференционная картина на сейсмической трассе, а вклады границ, оцененные по акустической контрастности кровли и подошвы пласта, не изменятся. Оценка контрастности границ не может дать ответа на вопрос, что будет происходить с амплитудой отражения на сейсмической трассе при изменении скорости в сейсмическом пласте.
Обычно при анализе сейсмической записи необходимо знать, какой возможной причиной обусловлено изменение динамики сейсмической записи. Оценка вклада пласта должна ранжировать пласты в заданной модели по их влиянию на волновое поле. Допуская предположение, что каждый отдельный пласт может рассматриваться как фильтр мы хотим оценить вклад пласта в сейсмическую запись. Задав априорные изменения параметров модели (скорости и мощности), проследим изменение амплитудной характеристики. Перебор скорости пласта это изменение контрастности его кровли и подошвы и изменение временной мощности, а перебор мощности пласта влечет за собой изменение временной составляющей чье влияние немногим меньше.
Рассмотрим формирование амплитуды сейсмического сигнала для одного геологического пласта. Воспользуемся одномерной сверточной моделью сейсмической трассы (2.9). Выберем некоторую модель пласта (Н=20м, V=2500M/C) И фиксируем форму сигнала. Рассчитаем набор сейсмических трасс, меняя значения скорости и мощности в заданном пласте. На Рис. 2.1 задан набор моделей и соответствующих им трасс для одного фиксированного значения мощности пласта (10м) и ряда скоростей (от 1800м/с до 3200м/с). Общий набор модельных трасс представляет собой многомерное распределение амплитуды сейсмического сигнала в зависимости от трех параметров (время, мощность пласта, скорость пласта). Двумерные сечения отражают перебор мощности пласта с шагом в 5 метров и перераспределением скоростей (Рис. 2.2 а,б,в). На трехмерном графике по вертикали показана зависимость амплитуды сигнала от изменения скорости, по горизонтали - изменение мощности пласта (Рис. 2.2 д). При рассмотрении интерференционной волновой картины пласта будем контролировать изменение амплитуды максимума сейсмического сигнала на трассе. При использовании такой оценки из общего распределения амплитуд можно выделить множество моделей, для которых выбранная оценка совпадает со значением амплитуды априорной модели. На (Рис. 2.2 г) класс эквивалентных моделей обозначен пунктирной кривой, а заданная априорная модель выделена точкой.
При одинаковых амплитудах максимума отраженного сигнала существует различие между моделями, принадлежащими одному классу (расположенными на пунктирной кривой). Для каждой модели можно рассмотреть параметр устойчивости интерференционной картины. Устойчивость интерференции определяется тем, насколько сильно изменится форма интерференционной картины при небольшой вариации модели пласта. Представим себе, что отражение от отдельного пласта достаточно сильное, но при небольшом изменении мощности или скорости в пласте амплитуда отражения от пласта резко уменьшается. Тогда в реальном геологическом разрезе отражение от такого пласта не будет стабильным, форма отражения будет переменной. Таким образом, даже при сильном отраженном сигнале такой пласт не может быть реперным сейсмическим пластом.
Оценкой устойчивости интерференционного сигнала являются изменения (производные) амплитуды отражения от пласта при изменении мощности или скорости в нем. Для оценки изменения величины максимума интерференционного сигнала при изменении параметров модели пласта, рассчитаем значения соответствующих частных производных. На Рис. 2.3 представлены сечения общего распределения, вдоль которых рассчитаются частные производные. Оценка производных выполняется в точке, соответствующей априорной модели пласта (Н=20м, V=2500M/C), на графиках она обозначена жирной точкой.
Определение максимального выноса при наблюдениях НВСП
При достаточном удалении пункта взрыва от скважины система наблюдений ВСП перестает быть одномерной и позволяет изучать геологический разрез в окрестности скважины. Возможность изучения окрестности скважины основывается на получении отражений от геологических границ. Положение точек отражений и кратность наблюдений существенно зависит от геометрии системы наблюдений. Но вместе с возможностью получения дополнительной информации существенно возрастает сложность обработки материалов. Если объектом изучения является скоростная модель среды в окрестности скважины, то решение может быть формализовано как решение обратной кинематической задачи [39].
Под скоростной моделью обычно понимают пластовые скорости, заданные с наибольшей детальностью расчленения разреза на пласты. Годограф ВСП, приведенный к вертикали, определяет средние скорости распространения волн в разрезе. Для построения пластовой скорости нужна оценка наклона годографа или производной годографа по глубине. Определение производной от любой функции, наблюденной пусть даже с небольшой помехой, приводит к существенным ошибкам. Ошибки определения пластовой скорости возрастают при уменьшении мощности пласта, для которого определяется скорость. Для пластов большой мощности ошибки определения пластовой скорости несущественны, однако в таком случае, определяемая величина скорости фактически является средней скоростью пробега волны в пласте, а не интервальной. Построение пластовой скоростной модели среды по годографам падающей волны ВСП можно рассматривать как последовательное разбиение пластов большой мощности на части. Переход от толстослоистой модели к тонкослоистой путем дробления среды на более тонкие пласты, по сути, является переходом от модели средних скоростей к пластовым [30,43].
Для того чтобы построить скоростную модель будем исходить из модели средних скоростей, последовательно разбивая модель (пласты в модели) на части. Рассмотрим Рис. 3.4 на котором задан пласт с мощностью Я=100м и скоростью F=2000M/C ПО которому подобрали годографы с ближнего (SP0) и удаленного (SP1) на 500м пикетов. Дальше ставится задача, разделить это пласт на два, для перехода к тонкослоистой модели. Разбив пласт на две части, начали перебирать мощности (Н Нг) и скорости (Vi,V2) слоев таким образом, чтобы сумма времен годографов оставалась такой же, как и до разбиения выбранного нами пласта (H,V).
Зафиксировав положение пласта скоростью 2000м/с изменили мощность первого слоя с шагом в 10м в скоростном диапазоне изменения от 0-6000м/с в предположении того, что для любой скорости 1-ого пласта найдется скорость второго пласта и положение разделяющей границы, такие чтобы общее время пробега было равным заданному. На Рис. 3.5 представлено семейство кривых, задающих графики скоростей V2(V1) при фиксированных положениях границы, разделяющей пласт на две части.
По полученным зависимостям построили годографы сильно отличающиеся друг от друга по форме, что обусловлено большим различием в скоростях и положении границы, но в то же время, имеющих одни и те же заданные начальную и конечную точки годографа т.е., одинаковые по кинематике Рис. 3.6.
Затем, выбрав необходимый интервал акустического каротажа, предварительно осредненный по методике вклада пласта и задав любую, в реально возможную, среднюю скорость, можно выполнять процедуру подбора скоростной модели. Проследив значения первых вступлений падающей волны на Z компоненте, мы получили информацию о распределении скоростей по разрезу. Предположив, что весь разрез двухслойный, в месте наибольшего излома установили границу, зафиксировав лежащую ближе всего к исходному годографу скорость тем самым, определив составляющие его части. Затем, полученные доли разреза разбили таким же образом еще на несколько частей, до достижения необходимой степени детальности скоростной модели.
Определение азимута субвертикальной трещиноватости по результатам комплексной интерпретации данных гис и ВСП
Использование особенностей геологического строения иногда позволяет ставить и решать весьма некорректные интерпретационные задачи, такие, например, как использование лучевых скоростей для выявления направления трещинноватости. Эта информация становится важной при проектировании направления горизонтальных участков стволов скважин, проектировании схемы паротеплового воздействия и т.п.
Такие исследования проводились в ряде скважин на одном из месторождений Тимано-Печорской провинции. Где в ряде скважин были выполнены замеры аппаратурой (ХМАК) кросдипольного многоволнового акустического каротажа, позволяющего по разнице времен ортогональных поперечных волн определять параметры анизотропии (трещиноватости) и азимут ее ориентации. Этот принцип был использован для решения этой задачи в частотном диапазоне метода НВСП (непродольного вертикального сейсмического профилирования). Данные об азимутальном изменении скоростей продольных волн были приведены в графическом виде на Рис. 4.8. Так, на одной из скважин, разница интервальной скорости вдоль и поперек направления субвертикальной трещиноватости по продольной падающей волне в интервале верхнего карбона составляет более 1000 м/с, что позволяет с высокой степенью достоверности определить преобладающий азимут направления трещин.
Была также изучена и зависимость пластовой скорости поперечных волн в этом же интервале продуктивных карбонатов среднего объекта эксплуатации.
Анализ всех полученных материалов позволил выявить следующие закономерности: существенное различие скоростей продольных и поперечных волн по данным ВСП наблюдается в интервале, соответствующем среднему объекту разработки (С3 (6+7+8)); азимутальное изменение скорости падающих продольных волн в скважинах 1163, 618 и 1 Оценочной дает направление субвертикальной трещинноватости с азимутами - 310-320 градусов. Полученное направление соответствует азимуту простирания Колвинского разлома и согласуется с данными ХМАК в скважине 1163 и 1 Оценочной. В скважине 618 азимут направления анизотропии по данным кросдипольной полноволновой акустики также составляет 300-310; в скважинах 1596 и 4276, где не было проведено исследований аппаратурой ХМАК, определение направления трещиноватости выполнено по азимутальному изменению скоростей продольных и поперечных волн на сейсмограммах ВСП и составило 310-315 градусов.
Таким образом, выявленные направления трещиноватости как при исследовании в акустическом диапазоне частот (1кГц), так и в сейсмическом (60-100 Гц) довольно хорошо соответствуют друг другу и геологической модели. На рисунке 4.8 представлены результаты определения направления трещиноватости по данным ВСП во всех исследованных скважинах. Наблюдается устойчивая корреляция выявленного направления трещиноватости с направлением Колвинского разлома во всех скважинах, за исключением 1192 и 1207. Определение скоростей в скважине 1192 не удалось провести из-за того, что ее забой находится в среднем объекте разработки. В скважине 1207 волновое поле с северного и восточного ПВ осложнено влиянием эрозионного вреза, связанного с каверно-карстовыми образованиями. Поэтому влияние латеральных неоднородностей не позволяет выделить и изучить отдельно поведение трещин в карбонатах среднего объекта эксплуатации.
Комплексирование работ ГИС (ХМАК) и НВСП позволило выявить информативность достаточно высокую достоверность параметра интервальной скорости продольных и поперечных волн для решения задачи определения направления субвертикальной трещиноватости в нижнеперско-среднекаменноугольной залежи Усинского месторождения.
На структурной карте по кровле эродированной поверхности карбонатного комплекса нижней перми Рис. 4.1 отображены ареалы распространения геологических объектов различного генезиса с которыми связаны резкие изменения фильтрационно-емкостных свойств карбонатных пород, выделенные в результате комплексной интерпретации на основе данных НВСП.
1. Геологические объекты, сформировавшиеся под воздействием экзогенных процессов. По данным НВСП установлены два типа проявления процессов эрозии: первый тип эрозионных объектов выделяется в кровле нижнепермских карбонатов по смене положительной фазы на отрицательную фазу или по снижению амплитуды положительной фазы, приуроченной к кровле нижнепермских карбонатов. Это явление отражает процесс эрозии и денудации верхней части разреза. Ниже в волновом поле наблюдается осложнение сейсмической записи, соответствующее разуплотненной области каверно- и карстообразования. Такого рода объекты установлены на профилях ПВ5, ПВ4 скважины № 1163, и на профилях ПВ2, ПВ4 скважины №1192 Рис. 4.10.
