Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ геолого-геофизических условий территории исследований 10
1.1 Геолого-геофизическая характеристика разреза 11
1.2 Задачи исследований в связи с перспективами нефтегазоносности 27
Глава 2. Современное состояние и совершенствование методик геологической интерпретации данных сейсморазведки и электроразведки при поисках залежей углеводородов 31
2.1 Сейсморазведка методом общей глубинной точки 31
2.1.1 Совершенствование методики полевых работ 34
2.1.2 Аномалии полей отраженных волн, обусловленные рифовыми постройками 39
2.1.3 Методика и результаты динамического анализа сейсмозаписей
2.1.3.1 История развития, роль и задачи динамической интерпретации сейсмических данных 43
2.1.3.2 Погоризонтный динамический анализ 48
2.1.3.3 Динамический анализ на основе преобразования Гильберта 50
2.1.3.4 Анализ интегральной энергии 65
2.1.3.5 Использование метода полного градиента 69
2.1.3.6 AVO анализ 79
2.1.3.7 Псевдоакустический каротаж и стратиграфическая инверсия 85
2.2 Электроразведка 90
2.3 Методы прогнозирования нефтегазоносности разреза, основанные на активных моделях среды 97
2.4 Комплексирование сейсморазведки и электроразведки 104
Глава 3. Методика, результаты обработки и комплексной интерпретации данных сейсморазведки и электроразведки на основе метода главных компонент 109
3.1 Обзор методов многомерного анализа, использующихся при обработке и интерпретации геолого-геофизических данных 109
3.2 Методика и результаты обработки данных сейсморазведки 122
3.3 Методика и результаты обработки данных электроразведки 129
3.4 Методика и результаты комплексной интерпретации данных с применением интегральных сейсмоэлектрических разрезов 134
Заключение 139
Литература
- Задачи исследований в связи с перспективами нефтегазоносности
- Аномалии полей отраженных волн, обусловленные рифовыми постройками
- Псевдоакустический каротаж и стратиграфическая инверсия
- Методика и результаты обработки данных сейсморазведки
Задачи исследований в связи с перспективами нефтегазоносности
Повышенный интерес многих организаций, проявляемый к рифогенным ловушкам Саратовского Поволжья, в частности расположенным в пределах Ровенского лицензионного участка, объясняется значительными перспективами нефтегазоносности этого участка. Геологическим обоснованием на постановку работ в пределах площади исследований послужило: расположение площади в пределах бассейна франского возраста; открытие внутри этого бассейна южнее территории исследований газонефтяных и нефтяных месторождений, связанных с внутрибассейновым рифом франского возраста (Белокаменное) и структурами облекания над ними (Лиманско-Грачевское); выявление по сейсмическим материалам [87,88,89,94,97] в пределах территории исследований предположительно внутрибассейновых рифов франского возраста и структур облекания-уплотнения над ними; наличие на территории вершин фаменско-турнейского краевого рифа, отраженных в рельефе подошвы упинских отложений; положительные результаты работ, проведенных ОАО «Саратовнефтегеофизика» на Южно-Белогорском участке, где выявленный по сейсморазведке и подтвержденный бурением франский риф нашел свое отражение на разрезе удельной электропроводности в виде высокоомного объекта; положительные результаты электроразведочных работ ЗС, выполненные НВНИИГГ на Лиманско-Грачевском месторождении [94], где были получены аномалии электропроводности в интервале франско-турнейского карбонатного комплекса, обусловленные рифами; положительные результаты по прогнозированию залежей УВ, полученные ОАО «Саратовнефтегеофизика», проводившим работы методом ВП в различных геоэлектрических условиях; необходимость поиска объектов для последующей детализации и подготовки их под поисково-разведочное бурение.
Месторождения УВ на территории выявлены и разведаны непосредственно в рифогенном массиве верхнефранского возраста (Белокаменное), а также в карбонатных коллекторах, обогащенных продуктами размыва внутрибассейновых построек (Лимано-Грачевское, Белокаменное). Известны также залежи в структуре облекания органогенной постройки (Прибрежное, Рогожинское). Наиболее представительным месторождением является Белокаменное, приуроченное к внутрибассейновому франскому рифу. Геологическое строение, характер нефтенасыщения, а также проблемы эксплуатации описаны во многих литературных источниках [51,74,76,77,87,88,89,90,92,95,96]. Геологический разрез Белокаменного месторождения показан на рисунке 1.4. Амплитуда двухкупольной рифовой постройки превышает 600 метров, площадь окончательно не установлена, поскольку месторождение большей своей частью находится под акваторией Волги, что затрудняет его изучение. Массивная залежь нефти высотой 162 м размещается в сводовой части рифового тела [51]. И сверху, и с флангов рифовая ловушка ограничена аргиллитовым и глинисто-карбонатным экраном-флюидоупором.
Аналогичный, рядом расположенный двухвершинный Лимано-Грачевский риф не имеет, как Белокаменный, уметовско-линевской аргиллитовой покрышки, поэтому скопления УВ сосредоточены в шести пластах структуры облекания над ним. Эти два месторождения 1000 Геологический профиль Белокаменного месторождения. Данные ОАО "Саратовнефтегаз". 1 - песчано-глинистые отложения;2 - глинистые карбонаты; 3 - глины, аргиллиты; 4 - мелководно-шель-фовые известняки; 5 - глубоководные глинисто-кремнисто-карбонатные битуминозные породы; 6 - рифогенные карбонаты; 7 - доломиты; 8 - ангидриты; 9 - каменная соль; 10 - нефтяная залежь. обеспечивают половину годовой добычи нефти в Саратовской области. Залежи нефти и газа в структурах облекания над франскими рифами разведаны также на Рогожинской и Прибрежной площадях.
В Саратовском Левобережье многими исследователями (В.П. Шебалдин, СВ. Яцкевич, 1993) выделяется Волжский прогиб, генетически родственный Уметовско-Линевской депрессии в Волгоградском Правобережье (рисунок 1.1). Возможности выявления франских рифогенных ловушек бассейнового и шельфового (вершины барьерного рифа) типов далеко не исчерпаны. Есть сейсмические данные об их широком развитии в Волжском прогибе, что позволяет ожидать значительного прироста запасов У В, прежде всего нефти [74,88,93,94,95]. Например, в работе [74] приведена оценка запасов углеводородного сырья для рифов Волжского прогиба (данные на 1999г). По внутрибассейновым рифам франского возраста извлекаемые ресурсы здесь оценены в 58 млн. т. нефтяного эквивалента без учета растворенного газа. Дополнительно по краевым рифам, вдоль франского, фамено-нижнетурнейского и верхневизейско нижнебашкирских бортовых уступов, извлекаемые ресурсы прогнозируются в 22 млн т нефтяного эквивалента. В той же работе отмечено, что направление поисков внутрибассейновых рифов франского (евлано-ливенского) возраста и структур облекания над ними оценивается как первоочередное для проведения сейсморазведочных работ и последующего бурения. При этом эффективность геофизических методов зачастую не удовлетворяет требованиям практики. Это делает задачу совершенствования существующих и разработки новых методик геологической интерпретации данных геофизических методов особенно актуальной.
Аномалии полей отраженных волн, обусловленные рифовыми постройками
Основную роль в комплексе геологоразведочных работ при поисках залежей углеводородов в рифогенных ловушках играет сейсморазведка методом общей глубинной точки (ОГТ). Метод ОГТ был предложен Г. Мейном как эффективное средство борьбы с высокоскоростными волнами помехами, каковыми являются многократные отражения [44]. Благодаря действию мощной интерференционной системы в значительной степени удается подавить регулярные и нерегулярные волны помехи. Проблема подавления волн-помех, связаная с многократными отражениями, является одним из важных направлений на пути повышения качества цифровой обработки данных сейсморазведки в сложных сеисмогеологических условиях Саратовского Поволжья. Для рассматриваемой территории характерно наличие интенсивных многократных отражений, обязанных своему существованию, главным образом, наличию в разрезе жесткой отражающей (и преломляющей) границы, связанной с поверхностью карбонатных палеозойских отложений. Отражения различной кратности от этой границы формируют высокоскоростные волны-помехи, которые интерферируют с однократно отраженными волнами, в большинстве случаев деструктивно, тем самым существенно понижая соотношение сигнал/помеха и затрудняя корреляцию осей синфазности однократно отраженных волн на временных разрезах. Интенсивность волн-помех такова, что простого суммирования по ОГТ обычно недостаточно. Сложность подавления волн помех этого класса обусловлена их слабым отличием по кинематическим характеристикам от полезных однократных отражений. Среднескоростные волны помехи, связанные с явлениями перераспределения сейсмической энергии на границах раздела упругих свойств (обменные волны), за критически отраженные (головные волны) и т.д. достаточно эффективно ослабляются путем многоканальной веерной фильтрации в области частота - волновое число. Веерные режекторные и пропускающие фильтры подробно описаны в многочисленных литературных источниках [16,31,33,37,50,75]. Они представляют собой линейные обрабатывающие системы, позволяющие осуществлять фильтрацию сейсмических записей по параметру кажущейся скорости, а также по временной и пространственной частотам. Что касается многократных волн, то возможности применения веерной фильтрации для их подавления ограничены, поскольку их годографы нередко очень мало отличаются по кривизне от годографов однократно отраженных волн, а различия в спектральном составе недостаточны для использования частотной селекции. Предложено много алгоритмов для борьбы с помехами этого класса. В настоящее время наиболее употребительны многоканальные фильтры, основанные на линейном и параболическом преобразовании Радона в (т,ж) область. Эти способы требуют знания кинематических характеристик кратных волн, однако, на практике применяются кинематические законы, полученные путем занижения скоростей ОГТ однократно-отраженных волн на 5-10%. Наиболее простой алгоритм вычитания кратных волн схематично можно представить следующим образом. Вводятся кинематические поправки, соответствующие кратным волнам, этим достигается спрямление годографов кратных и переспрямление годографов многократных волн. Затем вырезаются все волны с прямолинейными годографами, включая зону интерференции полезных волн и волн-помех. Однако, этот алгоритм хорошо работает только в случае "хороших" кратных волн, для которых можно выделить гиперболический годограф на исходной сейсмограмме. Из последних разработок следует отметить предложенный O.K. Кондратьевым логический фильтр, который, подобно вышеописанному алгоритму, вырезает помеху вместе с зоной интерференции полезной волны и помехи. По данным O.K. Кондратьева при обработке сейсмограмм ОГТ из 60 каналов остается всего 12-16 каналов.
Автором разработан статистический алгоритм многоканальной фильтрации, основанный на методе главных компонент, позволяющий разделять поля сигналов полезных волн, регулярных и нерегулярных волн помех [4,6]. Достоинством алгоритма является то, что он не требует задания скоростной кривой, соответствующей кратным волнам, а является самонастраивающимся по определенным статистическим критериям. Этот алгоритм будет подробно описан в третьей главе настоящей диссертационной работы.
Основным результатом суммирования записей по методу ОГТ является динамический временной разрез по сейсмическому профилю. Временные разрезы ОГТ позволяют получать значительную информацию, используемую для углубленного анализа изменений скорости распространения волн в горизонтальном и вертикальном направлениях, их частотного состава, затухания и т.п. Возможность получения именно этой информации, интерпретируемой в плане получения вещественных характеристик разреза, делает метод ОГТ действенным методом разведочной геофизики. Существует множество публикаций, иллюстрирующих возможности этого метода при поисках ловушек углеводородов в зонах биогермообразования.
Псевдоакустический каротаж и стратиграфическая инверсия
Этот вид преобразования сейсмического разреза оказался весьма эффективным средством детального изучения геологических разрезов. Он позволяет обнаруживать литологические изменения пород разреза, получать данные о величине коэффициентов пористости, обнаруживать скопления углеводородов и др. Поскольку задача восстановления детальной акустической характеристики среды по сейсмическим записям противоположна процедуре, используемой для построения синтетических сейсмограмм по данным акустического каротажа, то можно говорить о решении обратной динамической задачи сейсморазведки. Псевдоакустический каротаж служит мощным инструментом для обнаружения стратиграфических изменений и скоплений углеводородов. Акустические разрезы после ПАК могут быть затем трансформированы в литофизические разрезы. Например, по технологии ПАРМ, разработанной во ВНИИ Геофизике. В основе этой методики лежат алгоритмы комплексной обработки сейсмических и промыслово-геофизических данных, реализованные в виде комплекса программ.
Принципиальным ограничением псевдоакустического каротажа является допущение о линейной связи между коэффициентом отражения и амплитудой, которая предполагает отсутствие помех на сейсмической записи.
Это направление динамического анализа наряду с AVO анализом получило бурное развитие и за рубежом. В настоящее время существует множество специализированных программных комплексов, позволяющих осуществить псевдоакустическое преобразование, а также стратиграфическую инверсию, которая отличается учетом формы сейсмического сигнала. Приведем наиболее известные системы. Geovecteur Plus - обрабатывающий комплекс разработанный кампанией CGG (Франция), алгоритмы стратиграфической инверсии оформлены в виде самостоятельного пакета Strata Vista, позволяющего выполнять трехмерное стратиграфическое обращение, а также производить такие необходимы операции, как расчет оптимальной формы импульса, калибровку сейсмических данных в соответствии со скважинными наблюдениями, операции контроля качества и т.д. Аналогичными возможностями обладает программный продукт французской фирмы Beicip Franlab под названием mterwell. Этот программный комплекс, также как и программные продукты CGG, содержит широкий набор функций, позволяющих извлекать максимум информации из сейсмических данных. В ОАО «Саратовнефтегеофизика» применяется и Geovecteur Plus и Interwell, как для обработки данных 2D, так и для 3D. Вычисляются такие атрибуты сейсмической записи, как разрезы мгновенных параметров, атрибуты AVO, производится стратиграфическая инверсия. Кроме перечисленных получила распространение еще продукция таких фирм как Landmark и Paradigm Geophysical. По вопросам, посвященным стратиграфической инверсии, существует множество публикаций, но, как и в случае с AVO анализом, в большинстве случаев, это работы на английском языке.
Завершая обзор способов динамического анализа сейсмических волновых полей, необходимо отметить, что практическая реализация вышеописанных способов не во всех случаях приводит к положительному результату. Это является следствием того факта, что изменение динамики отраженных волн контролируется рядом факторов, к которым можно отнести определенные условия возбуждения и приема колебаний, параметры и методику обработки, а также особенности волнового поля для конкретной территории. Несмотря на успехи динамической обработки в устранении влияния различных помех, добиться полного исключения искажающего воздействия всех факторов на динамику отраженных волн пока не удалось. Кроме того, по мнению автора, сейсмическое волновое поле, имея наилучшие возможности изучения детального структурного строения среды, уступает электромагнитным полям в изучении вещественного состава пород и прогноза их нефтегазоносности. Отсюда следует необходимость включения электромагнитных методов разведки в комплекс нефтегазопоисковых работ.
Методика и результаты обработки данных сейсморазведки
Как было отмечено в соответствующей главе настоящего исследования, в настоящее время наиболее употребительной методикой комплексирования данных сейсморазведки и электроразведки является методика совмещения в едином координатном пространстве. Выше была рассмотрена методика обработки данных сейсморазведки и электроразведки с применением метода главных компонент. На рисунке 3.7 показан сейсмоэлектроразведочный разрез в системе координат (х, h), иллюстрирующий возможности метода главных компонент применительно к обработке сейсмоэлектроразведочных данных.
В этом случае, метод главных компонент применялся по отдельности к сейсмическому и геоэлектрическому разрезам. При этом комплексирование сводится к простому графическому наложению геоэлектрического разреза на сейсмический разрез. Во времена бурного развития средств вычислительной техники , методов вычислительной математики и математической статистики назрела необходимость разработки новых более эффективных технологий комплексной интерпретации геофизических данных.
В настоящее время ведутся теоретические исследования и проводятся натурные эксперименты по изучению взаимодействия упругих и электромагнитных полей. Доказано влияние электромагнитного поля на характер сейсмической записи [36,55]. Однако, до сих пор не предложено методики, основанной на каком-либо сейсмоэлектрическом явлении, позволяющей получить единый сейсмоэлектрический разрез.
В настоящей работе предлагается достаточно простой алгоритм получения единого разреза, на котором присутствуют как сейсморазведочные, так и электроразведочные признаки рифогенных объектов. Поскольку запись кривой кажущейся электропроводности по своим характеристикам существенно отличается от сейсмической трассы, то автором предложена технология, предусматривающая ряд преобразований, основными из которых являются следующие:
Для реализации разработанной методики было создано соответствующее программное обеспечение, позволяющее вычислять интегральные сейсмоэлектрические разрезы. Разработанные программы применялись для анализа комплекса данных, полученных ОАО «Саратовнефтегеофизика» на Рябиновской структуре, представляющей собой бассейновый риф франского возраста и генетически родственный Белокаменному месторождению. На рисунке 3.8, представлен ИСЭР, на котором отчетливо проявляются оси синфазности опорных отражающих горизонтов. Тело рифа (пк 3500-5500 м, глубины от 2800 до 3200 м) вырисовывается также четко, как и на исходном геоэлектрическом разрезе. Таким образом, при интерпретации сейсмоэлектроразведочных данных, представленных в виде ИСЭР, можно использовать как сейсморазведочные признаки рифовых построек как, например, на рисунке 3.8, так и электроразведочные. Преимуществом использования ИСЭР перед сейсмоэлектроразведочным разрезом, полученным в результате совмещения исходных сейсмического и геоэлектрического разрезов в едином координатном пространстве, является возможность использовать общие методы обработки и способы выделения аномалий.
Для улучшения качества обработки сейсмоэлектрических данных, как и в предыдущих случаях сейсморазведки и электроразведки, применялся метод главных компонент. В результате получены разрезы сейсмоэлектрических компонент. Разрез первой сейсмоэлектрической компоненты, вычисленный по интегральному сейсмоэлектрическому разрезу, приведен на рисунке 3.9. На этом разрезе хорошо просматривается аномалия, обусловленная рифовой постройкой (пк 3500-5500, глубины от 2800 до 3200 м). В отличие от сейсмоэлектроразведочного разреза (рисунок 3.8), здесь отсутствуют многочисленные аномалии, связанные с геоэлектрическими неоднородностями в верхней части разреза. Это повышает надежность выделения рифовой постройки на разрезе сейсмоэлектрической компоненты.
Кроме разрезов главных компонент можно вычислять и интерпретировать собственные значения Хл корреляционных матриц Sy.
На графиках собственных значений, вычисленных по разрезу кажущейся проводимости, отчетливо проявляется аномалия, связанная с рифом (пк 3500-5500 м). Аномалия имеет отрицательный знак на графике первого собственного значения и положительный знак на графиках остальных собственных значений. Отметим, что использование графиков собственных значений, вычисленных по данным сейсморазведки, менее эффективно. В верхней части рисунка 3.9 показан график первого собственного значения корреляционной матрицы, вычисленного по геоэлектрическому разрезу. На этом графике высокоомная аномалия, соответствующая положению рифового тела, выражается в виде зоны пониженных величин собственных значений.
Приведенные материалы свидетельствуют о целесообразности использования метода главных компонент, во-первых, как средства обработки сейсмических и электроразведочных данных, а во-вторых, для расширения возможностей комплексной интерпретации геофизических данных за счет вычисления разрезов интегральных сейсмоэлектрических компонент.
