Введение к работе
Разработка программ создания, развития и укрепления топливно-энергетических комплексов крупных регионов, включает задачи текущего и долгосрочного - прогнозирования состояния сырьевой базы углеводородного сырья. В свою очередь, решение этих задач основывается на региональных и глобальных оценках начальных и прогнозных ресурсов нефти, природного газа и конденсата, определении их структуры, прогнозе последовательности выявления месторождений во времени, построении схем оптимального ведения геологоразведочных работ и вероятностном прогнозе уровней добычи нефти и газа. Информация такого рода является результатом решения задачи количественного прогноза перспектив нефтегазоносности рассматриваемой территории.
Решающий вклад в решение этого круга задач внесли многие отечественные и зарубежные ученые, такие как М. Д. Белонин, Н. И. Буялов, В. И.Демин, А. Э. Конторович, Н. А. Крылов, О. С. Краснов, М. Г. Лейбсон, М. С. Моделевский, В. Д. Наливкин, И.И.Нестеров, Ю. В. Подольский, А. А. Трофимук, Э. Э. Фотиади, М. К. Хаберт,
B. И. Шпильман, а также А. Г. Алексин, Ю. А. Арсирий,
К. С. Баймухаметов, В. А. Бакиров, Е. Барух, Ю. Н. Батурин, В. И. Берилко,
П. Г. Бредли, Л. М. Бурштейн, В. А. Волконский, Ю. А. Воронин,
C. В. Гольдин, М. Б. Добровольский, Ф. Ф. Дунаев, Н. Г. Егоров,
А.Н.Истомин, Г.М.Кауфман, С. А. Кимельман, В.И.Китайгородский,
Б. П. Кобышев, И. И. Коржан, Т. А. Косенко, Л. И. Мошкович, П. Р. Оделл,
Г. Б. Острый, В. В. Потеряева, К. Е. Розлинг, М. II. Саттаров,
В. Ф. Свиньин, Ю. В. Симановский, В. А. Смирнов, Р. С. Улер,
И. Я. Файнштейн, Д. И. Чупрынин, и многие другие.
Особенно важным и сложным является решение задачи оценки
структуры ресурсов углеводородов и динамики их выявления для
слабоизученных регионов, поскольку перспективы развития
геологоразведочных работ во всем мире связаны с изучением новых территорий и акваторий.
Особенностью количественного прогноза перспектив
нефтегазоносности слабоизученных территорий, является то обстоятельство, что прогноз должен осуществляться в условиях ограниченной и, чаще всего, весьма ненадежной информации. Вместе с тем, потребности практики требуют разработки такой методики прогноза, которая позволила бы обеспечить достаточно точное и корректное решение этой задачи.
Важность разработки математических моделей для
количественного прогноза перспектив нефтегазоносности и элементов общей теории нафтидогенеза определяет актуальность выполненною
исследования.
В нефтяной геологии, применение математических методов оказалось весьма эффективным при разработке элементов общей теории нафтидогенеза (Трофимук, Конторович, 1965, Конторович, 1991, Конторович, Лившиц, 2000, 2002 и др.), количественных моделей прогноза перспектив нефтегазоносности (Фотиади, Воронин, Конторович, 1965, Воронин, Гольдин, Конторович, 1967, Шпильман, 1972, 1982, Фотиади, Конторович и др., 1973, 1981, Белонин, Подольский, 1976, Конторович, Демин, 1977, 1979, Конторович, Лившиц, 1988, Конторович, Демин, Лившиц, 1989, Белонин, Буялов, Наливкин и др., 1979,1990, Лившиц, 2003, 2004 и др.), а также в задачах перспективного планирования геологоразведочных работ на нефть и газ (Конторович, Краснов, 1982, Конторович, Краснов, Лившиц, 1989).
Объектом исследования являются крупные осадочные бассейны.
Цель исследования - развитие теории и методов количественного прогноза нефтегазоносности с использованием аппарата математической геологии, повышение достоверности и увеличение детальности информации, получаемой в результате количественной оценки перспектив нефтегазоносности, применение математических методов для решения ряда задач теории нафтидогенеза.
Достижение этой цели потребовало решения следующих основных задач:
дать математическое описание отдельных сторон процесса
нафтидогенеза в стратисфере Земли и крупных осадочных бассейнах,
приводящих к амодальному, степенному (Парето) распределению
месторождений и залежей по запасам;
выявить, случайный или детерминированный характер носит
эволюция нафтидогенеза в истории Земли;
построить имитационную модель для оценки структуры ресурсов нефтегазоносного бассейна;
разработать новые модификации метода оценки структуры ресурсов (распределения месторождений и залежей по запасам) нефтегазоносного бассейна;
разработать математическую модель динамики выявления ресурсов нефтегазоносного бассейна;
построить имитационную модель динамики выявления ресурсов нефтегазоносного бассейна;
показать возможность применения разработанных моделей для расчета показателей эффективности программ геологоразведочных работ и оценке добывных возможностей крупных регионов.
Фактический материал и методы исследования. Отправным, принципиально важным моментом для разработки новых методов
количественного прогноза нефтегазоносности, описанных ниже, формирования круга задач, подлежащих решению, явились следующие эмпирические закономерности, установленные А. Э. Конторовичем, В. И. Шпильманом, М. Д. Белониным, Н. А. Крыловым, М. С. Моделевским и др. на основе статистической обработки огромной информации:
распределение месторождений по крупности в осадочных бассейнах может быть описано усеченным распределением Парето;
геологоразведочный процесс выявления месторождений нефти и газа в осадочных бассейнах представляет собой выборку с пристрастием;
реально формируемые выборки при выявлении месторождений нефти и газа могут быть описаны математически как закон геологоразведочного фильтра.
Теоретической основой решения поставленной проблемы являются методы теории вероятностей, математической статистики, теории информации, вычислительного эксперимента и имитационного моделирования. Фактическую основу для применения этих методов составляют величины запасов месторождений нефти и газа и последовательности их вьшвления в хорошо изученных нефтегазоносных бассейнах мира.
Основной метод исследования - математическое и имитационное моделирование с программной реализацией рассматриваемых алгоритмов и оценкой точности получаемых решений.
В диссертационной работе автор защищает следующие основные положения и научные результаты:
-
Нефтеобразование в истории Земли представляет собой детерминированный процесс, количественные характеристики которого могут быть определены методами современной нелинейной динамики.
-
Имитационную стохастическую модель оценки структуры ресурсов углеводородов нефтегазоносного бассейна.
-
Алгоритмы оценки параметров распределения скоплений углеводородов по крупности, числа скоплений в нефтегазоносном бассейне и величин запасов невыявленных скоплений.
-
Математическую модель процесса вьшвления ресурсов углеводородов в нефтегазоносном бассейне.
-
Имитационную модель для прогноза динамики выявления ресурсов углеводородов в нефтегазоносном бассейне.
Научная новизна, личный вклад:
впервые строго показано, что процесс нефтеобразования в
стратисфере носит детерминированный характер и определены
количественные характеристики этого процесса;
разработана имитационная модель оценки структуры ресурсов углеводородов;
предложены новые методы оценки параметров усеченного распределения Парето, обеспечивающие большую точность оценивания, по сравнению с существующими;
впервые предложены алгоритмы оценки количества и величины запасов невыявленных скоплений, учитывающие индивидуальность бассейна;
построена математическая модель динамики выявления месторождений нефти и газа;
разработана имитационная модель динамики выявления месторождений нефти и газа;
разработаны методы расчета основных показателей программы геологоразведочных работ и прогноза уровней добычи углеводородного сырья, использующие имитационную последовательность открытий.
Важно подчеркнуть, что традиционными методами геологических исследований без использования аппарата современной математики, методов компьютерного вычислительного эксперимента, эти результаты получены быть не могут.
Достоверность научных выводов и заключений определяется:
-
Теоретическим анализом процессов формирования, распределения и выявления скоплений углеводородов в стратисфере Земли и крупных нефтегазоносных бассейнах, основанном на идеях И. М. Губкина, А. А. Бакирова, М. Д. Белонина, И. О. Брода, Н. Б. Вассоевича, Ф. Г. Гурари, А. Н. Дмитриевского, Н. А. Еременко, А. Э. Конторовича, С. П. Максимова, И. И. Нестерова, В. И. Шпильмана и др.
-
Применением совокупности современных научных методов, таких как: методы нелинейной динамики, теории вероятностей и математической статистики, теории информации, имитационного стохастического моделирования;
-
Сопоставлением результатов, получаемых с помощью разработанных моделей и алгоритмов, с известными характеристиками распределения месторождений углеводородов по крупности и последовательностями их открытий в хорошо изученных нефтегазоносных бассейнах мира;
-
Опытом практического применения, начиная с 1986 г., разработанных методов при работе в СНИИГГиМСе и ИГНГ СО РАН и последующей проверки геологоразведочной практикой при оценке перспектив нефтегазоносности и проектировании геологоразведочных работ во многих регионах Сибири.
Теоретическая и практическая значимость:
1. Полученные результаты расширяют существующие представления
о механизмах реализации процессов нафтидогенеза в стратисфере
и в крупных осадочных бассейнах.
-
Разработанные математические и имитационные модели позволяют прогнозировать структуру ресурсов и динамику их выявления в слабоизученных нефтегазоносных бассейнах.
-
Методика расчета основных показателей программ геологоразведочных работ и прогноза уровней добычи нефти и газа, может явиться основой при разработке планов социально-экономического развития крупных регионов.
Апробация работы. Основные положения и разделы выполненной работы докладывались на 12 международных (Kyoto, 1992; Санкт-Петербург, 1995-2; Новосибирск, 1999; Москва, 2000; Новосибирск, 2000; Shanghai, 2001; Санкт-Петербург, 2002-2; Иркутск, 2002; Rio de Janeiro, 2002; Prague, 2004), 8 Всеросийских (Санкт-Петербург, 1998;' Санкт-Петербург, 1999-2; Томск, 2000-2, Санкт-Петербург, 2000; Иркутск, 2001; Надым, 2003), 7 региональных (Красноярск, 1999; Барнаул, 2000; Томск, 2001; Новосибирск, 2001; Ханты-Мансийск, 2003; Новосибирск, 2003; Гомель, 2003) симпозиумах, конференциях и совещаниях.
Материалы по применению программного комплекса выставлялись на ВДНХ СССР в 1987 г. и были защищены лицензией в ЧССР.
Результаты диссертационной работы использовались при прогнозе структуры ресурсов Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции (Восточная Сибирь и Республика Саха - Якутия), ряда районов Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции (Ямало-Ненецкий автономный округ, Томская область), при разработке планов социально-экономического развития Томской области и Ямало-Ненецкого автономного округа, а также при разработке стратегии развития газовой промышленности России. В составе коллектива исполнителей последней работы автор удостоен премии Правительства Российской Федерации за 2002 г. в области науки и техники.
По теме диссертации опубликовано 63 работы, в том числе: 9 монографий, 1 методическое руководство, 15 статей в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК, 3 статьи в ведущих иностранных журналах, 5 статей в прочих отечественных журналах, 10 статей в сборниках научных трудов, 20 работ опубликованы в виде материалов международных и всероссийских симпозиумах, конференциях и совещаниях.
Структура работы. Структура диссертации обусловлена последовательностью решаемых задач. Диссертационная работа состоит из
введения, 5 глав и заключения, содержит 331 страниц, 61 рисунок, 36 таблиц. Список литературы включает 216 наименований.
Работа была начата в СНИИГГиМСе и продолжена в Институте геологии нефти и газа СО РАН. Она является результатом многолетних исследований автора в области математического моделирования в задачах количественного прогноза перспектив нефтегазоносности.
В ходе проведенных исследований были очень полезны советы и консультации, творческое содружество и обмен мнениями с членом-корр. РАН К. К. Валыухом, д.г.-м.н. В. И. Деминым, д.э.н. О. С. Красновым, к.г.-м.н. Л. М. Бурштейном, к.э.н. А Г. Коржубаевым, к.ф.-м.н. В. О. Красавчиковым. Автор выражает им глубокую признательность.
Особую благодарность автор выражает академику РАН, А. Э. Конторовичу за постановку многих задач, постоянное внимание, поддержку и создание условий, без которых, эта работа не могла бы бьпь выполнена. Автор считает себя членом его научной школы.
Похожие диссертации на Математические модели распределения и выявления ресурсов углеводородов в крупных осадочных бассейнах
