Содержание к диссертации
Введение
1. Методы моделирования фаций и фильтрационно-емкостных свойств коллекторских тел 13
1.1. Применение детерминистических методов при моделировании коллекторов 15
1.2. Применение стохастических методов при моделировании коллекторов 19
1.3. .Условия применения фациального моделирования 25
2. Оценка применимости методов моделирования фаций и фильтрационно-емкостных свойств коллекторов для разных типов отложений 28
2.1. Сравнение эффективности применения стохастических и детерминистических методов распространения фаций и свойств для разных типов коллекторов 28
2.2.Оценка применения карт и кубов сейсмических атрибутов при распространении коллекторских свойств в моделях различных типов отложений 48
2.3.Выводы 52
3. Моделирование коллекторских свойств продуктивных пластов Малобалыкского месторождения 54
3.1.Общая информация 54
3.2. Геологическое строение Малобалыкского месторождения 56
3.2.1. Стратиграфия 56
3.2.2. Тектоника
3.3. Этапы моделирования 80
3.4. Определение условий осадконакопления 82
3.3. .Интерпретация результатов геофизических исследований скважин 86-
3.5. Построение структурного каркаса модели и моделирование
фильтрационно-емкостных свойств 87
4. Моделирование коллекторских свойств пласта АС и участка Приобского месторождения 96
Заключение 106
Список использованной литературы 107
Приложение 1. Строение мезозойско-кайнозойского осадочного чехла Западно-Сибирской плиты
Приложение 2. Сводный стратиграфический разрез Малобалыкского месторождения
- Применение детерминистических методов при моделировании коллекторов
- Сравнение эффективности применения стохастических и детерминистических методов распространения фаций и свойств для разных типов коллекторов
- Тектоника
Введение к работе
Тема настоящей диссертации «Оценка методов моделирования фильтрационно-емкостных свойств нефтеносных коллекторов (на примере месторождений Западной Сибири)». Работа выполнена аспирантом кафедры гидрогеологии и инженерной геологии геолого-географического факультета Ростовского государственного университета Степановым Михаилом Анатольевичем. Научный руководитель - Назаренко Владимир Степанович, доктор геолого-минералогических наук.
В данной работе дается описание основных современных методов моделирования фильтрационно-емкостных свойств, применяемых как зарубежными, так и российскими нефтяными компаниями при создании цифровых геологических моделей нефтяных месторождений, дается сравнение эффективности описанных методов на примере моделирования двух месторождений, и описываются методы решения нестандартных задач, возникающих при моделировании этих месторождений.
Актуальность работы.
В настоящее время цифровое моделирование нефтяных месторождений становится все более обычным явлением. Цифровые трехмерные геологические модели создаются в основном для следующих целей: подсчет запасов; выделение залежей;
как основа для последующего цифрового гидродинамического
моделирования: создание схемы разработки месторождения,
анализ существующей схемы разработки, анализ
перспективного бурения, моделирование геолого-
технологических мероприятий, моделирование горизонтальных скважин и т.д.
Точность выполнения этих задач в основном зависит от точности распространения фильтрационно-емкостных свойств внутри модели. Точность распространения этих свойств в модели во многом зависит от методов распространения свойств. В данной работе описываются и сравниваются различные методы распространения коллекторских свойств, оценивается степень их применимости для коллекторов формировавшихся при разных условиях осадконакопления, а также в зависимости от набора исходных данных (количество скважин с ГИС, наличие и тип сейсмических данных, лабораторные испытания керна и т.д.), показан процесс и результаты применения этих методов на примере Малобалыкского месторождения и участка Приобского месторождения (Западно-Сибирский бассейн).
Цель диссертационной работы и основные задачи исследований.
Целью диссертационной работы является научное обоснование методов применяемых при моделировании фильтрационно-емкостных свойств коллекторов различных с седиментологической точки зрения и обоснование методов моделирования продуктивных коллекторов Малобалыкского месторождения.
Основными задачами исследований являлись:
Моделирование коллекторских свойств Малобалыкского месторождения.
Обоснование методов моделирования фаций и фильтрационно-емкостных свойств в различных по происхождению типах коллекторов и сравнение их эффективности и достоверности.
Обоснование условий применения фациального моделировании при моделировании коллекторов.
Научная новизна.
Создана новая геологическая модель Малобалыкского месторождения.
Впервые при исследованиях Малобалыкского месторождения были совместно использованы: данные по скважинам и сейсмические данные, используя стохастические методы моделирования (метод Последовательного Гауссовского моделирования).
Впервые при моделировании Малобалыкского месторождения применялся метод объектного моделирования (для моделирования аллювиальных фаций пласта АС4).
Впервые дана оценка эффективности применения различных методов моделирования в различных по происхождению типах коллекторов. Для каждого типа коллектора предложены наиболее подходящие группы методов моделирования и указаны их ограничения в применении.
Реализация результатов исследований и практическое значение работы.
Данные исследования и рекомендуемые автором методы моделирования применялись для создания цифровой геологической модели всех продуктивных пластов Малобалыкского месторождения Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна. Применение данных методов позволило повысить достоверность созданной модели, лучше учесть геологическое строение месторождения: учесть особенности седиментологических типов отложений. В дальнейшем, созданная геологическая модель будет использоваться для цифрового гидродинамического моделирования разработки продуктивных пластов.
Апробация работы и публикации.
Методика и результаты моделирования Малобалыкского месторождения обсуждались на научно-технических советах ООО «ЮганскНИПИнефть», ОАО «Юганскнефтегаз» и Московского корпоративного научно-технического центра (НК «Роснефть»), докладывались на научной конференции молодых специалистов (Ханты-Мансийск).
Методики построения геологической модели участка Приобского месторождения докладывались на защите данного проекта в ЦГШСНД ТПУ (г.Томск) в присутствии представителей добывающих предприятий и научно-исследовательских и проектных институтов НК «Юкос» и преподавателей университета Хериот-Ватт (Шотландия).
Результаты проведенных исследований опубликованы в 7 статьях и изложены в 2-х отчетах.
Фактический материал.
В работе использованы результаты лабораторного исследования керна и его описание, данные ГИС (по более, чем 600 скважинам для Малобалыкского месторождения и по 8 скважинам для участка Приобского месторождения), результаты интерпретации кубов ЗО-сейсмических исследований Малобалыкского месторождения и участка Приобского месторождения, результаты определения свойств флюидов и фазовых проницаемостей. Использовались отчеты предыдущих исследований Малобалыкского месторождения. Освоен большой объем зарубежной и русской литературы по методам моделирования нефтеносных коллекторов месторождений.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа содержит 111 страниц текста, состоит из 4-х глав, введения и заключения. В первой главе дается описание основных методов моделирования, применяющихся в настоящее время; вторая глава посвящена оценке применения методов моделирования коллекторов, различных по условиям формирования; в третьей и четвертой главах описывается практическое применение этих методов на примере моделирования продуктивных пластов, соответственно Малобалыкского месторождения и участка Приобского месторождения.
Работа иллюстрирована 41 рисунками и 2 приложениями. Список использованной литературы насчитывает 43 наименования.
Благодарности.
Автор выражает благодарность преподавательскому составу Центра профессиональной переподготовки специалистов нефтегазового дела Томского политехнического университета (ЦППСНД ТПУ) и университета Хериот-Ватт (г.Эдинбург, Великобритания) за помощь в освоении новых методов моделирования нефтеносных коллекторов, а также ценные советы и консультации при моделировании участка Приобского месторождения.
Автор благодарит слушателей ЦППСНД ТПУ Т.Баранова, Е.Гейнрих, ККузина, Д.Подборонова и А.Романова за совместное моделирование участка Приобского месторождения в рамках группового учебного проекта.
Автор признателен коллективу отдела гидродинамического моделирования и баз данных ООО «ЮганскНИПИнефть» за предоставленный материал и содействие в решении теоретических и практических вопросов при моделировании коллекторов Малобалыкского месторождения.
Автор горячо благодарит В.С.Назаренко за общее руководство и консультации при подготовке диссертационной работы.
Применение детерминистических методов при моделировании коллекторов
К детерминистическим методам моделирования относятся различные методы интерполяции, такие как метод наименьших квадратов, кригинг или самый простой метод — метод триангуляции. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, но в настоящее время наиболее совершенным считается кригинг и его вариации. Все эти методы объединяет то, что они распространяют свойства или фации между отдельными, далеко отстоящими точечными объектами, содержащими информацию об этом свойстве. Такими точечными объектами в большинстве случаев являются скважины. В целом, методы интерполяции сильно зависят от количества используемых скважин и равномерности их распределения. Чем дальше от скважины, тем ниже достоверность интерполированных свойств. Также, при неравномерном
распределении скважин (на уже разрабатываемых месторождениях эксплуатационные скважины сгруппированы в определенных зонах), разные части месторождения характеризуются разной достоверностью интерполяции - в разбуренной части изолинии свойства имеют значительно более сложную структуру, чем в неразбуренных частях месторождения (рис. 1.1).
Кригинг - это метод- интерполяции, использующий обобщенную линейную регрессию и вариограммы, как модель геологического пространства (структуры). Простой кригинг заключается в линейной комбинации значений свойства в соседних точках (Caers, 2001): Ха(и)- это кригинговые весовые коэффициенты. Кригинг обеспечивает простую оценку z (u) настоящего неизвестного значения Z(u) в точке и, поэтому ошибка оценки может быть определена средним значением и вариацией.
Второй способ распространения свойства коллектора в трехмерной модели детерминистически — это использование сейсмических атрибутов, таких как амплитуда, временная структура, когерентность, мгновенная частота, амплитудная оболочка, мгновенная фаза, полярность, сила отражения, сейсмический импеданс и др. Временная структура, когерентность и мгновенные фазы применяются в основном для выявления разрывных нарушений влияющих на структуру коллектора. Акустический импеданс в основном используется для разделения песчаных и глинистых интервалов, глинистости и пористости (объем пор).
Преимущества этого способа - отсутствие необходимости в применении интерполяции, четкое отражение пространственной структуры коллектора, значения свойства имеются не в отдельных точечных объектах (скважинах), а равномерно распределены внутри всей ЗО-модели. Основной недостаток этого способа распространения свойств - степень достоверности рассчитанных из сейсмических атрибутов значений свойств. Каждый атрибут может одновременно коррелировать с несколькими свойствами коллектора, например с пористостью, эффективной толщиной и коэффициентом песчанистости, т.е. значения каждого сейсмического атрибута находятся под влиянием сразу нескольких свойств коллектора. Не может быть прямой корреляции атрибута и коллекторского свойства из-за влияния на атрибут других свойств. Также на точность этого способа влияет точность сейсмических исследований, которая зависит как от качества самой 3D-съемки, так и от глубины и литологии вышележащих пород. В настоящее время точность сейсмической ЗИ-съемки достигает 5-10м, а в среднем — 20м. Но, несмотря на это, в большинстве случаев, достоверность распространенных коллекторских свойств выше, чем при применении методов интерполяции, особенно на расстоянии от скважин.
Третьим и самым точным способом распространения свойств является; совмещение данных из сейсмических атрибутов и скважинных данных. Этого можно достичь методом кокригинга (coknging). Данный метод позволяет совместить сейсмические данные со скважинными данными, которые считаются более точными. В зонах с большим количеством скважин значения распространенного коллекторского свойства будут зависеть в основном от скважинных данных, а в зонах с незначительным количеством скважин - от сейсмических данных.
Сравнение эффективности применения стохастических и детерминистических методов распространения фаций и свойств для разных типов коллекторов
Фуркирующие многорукавные реки. Фуркирующие многорукавные реки характеризуются большим количеством активных каналов, разделенных песчаными и гравийными косами (рис.2.1). Такой тип реки образуется при высокой энергии потока и наличии большого объема песчаного и гравийного материала. Вследствие высокой энергии потока и легкой эродируемости песчаных берегов русла активно мигрируют, размывая и образуя новые косовые тела. Это приводит к образованию комплексных песчаных тел, состоящих из большого числа взаимно эродированных русловых песчаных тел (A.Gardiner, 2003).
Отложения фуркирующих многорукавных рек состоят в основном из слабосортированного песчаного и гравийного материала. Внутри отдельных русловых тел иногда наблюдается слабовыраженное уменьшение зернистости и, соответственно, проницаемости отложений снизу вверх. Но вследствие активной взаимной эрозии русловых тел такой тренд, в масштабах всего комплекса отложений данной фации, не наблюдается: (рис.2.2).
В плане, отложения фуркирующих многорукавных рек составляют вытянутые по течению, сравнительно прямые тела с незначительно более худшими коллекторскими свойствами (косовые отложения) окруженные отложениями с незначительно более хорошими коллекторскими свойствами. В целом отложения слабо отличаются Друг от друга и большая часть из них являются коллекторами.
Так как отложения фуркирующих многорукавньгх рек характеризуются слабой выраженностью фаций (косы и русла) и внутренней структуры, то наиболее эффективно моделирование свойств в один этап, т.е. без распространения в модели седиментологических фаций - необходимо только отделить отложения фуркирующих рек от окружающих отложений. Распространение непосредственно коллекторских свойств будет в значительной мере отражать неоднородность коллектора, приуроченной к различным фациям отложений фуркирующих многорукавных рек. Наиболее применимым методом моделирования является метод Последовательного
Гауссовского моделирования. При моделировании коллекторских свойств, например, пористости необходимо задавать параметры вариограмм (range -расстояние, до которого свойство коррелируется, и азимуты осей) отражающие размеры, форму и направление вытянутости косовых коллекторских тел. При наличии большого количества скважин и их равномерном распределении по площади эффективно применение кригинга. Но для успешного применения кригинга необходимо чтобы расстояние между скважинами было не больше двойной ширины косовых коллекторских тел вдоль их самой короткой оси (рис.2.3), иначе при моделировании могут быть не учтены косовые тела, расположенные между скважинами. Такое условие может быть выполнено только в зонах разбуренных сеткой эксплуатационных скважин.
Тектоника
В тектоническом отношении район исследований расположен в центральной части Западно-Сибирской плиты, входящей в состав молодой Уральско-Сибирской платформы и приурочен к Малобалыкской мегаседловине. Малобалыкская мегаседловина находится в зоне сочленения Усть-Балык-Мамонтовского вала и Салымского мегавала. На юге граничит с Юганской мегавпадиной, на севере с Тундринской котловиной (Приложение 1).
В фанерозойской толще в пределах исследуемого района, так же как и в целом по всей Западно-Сибирской плите, можно выделить три структурно-тектонических яруса:
протерозой-палеозойский фундамент;
пермско-триасовый промежуточный структурный ярус;
мезо-кайнозойский осадочный чехол. Первые два объединяются в доюрское основание.
Изученность перечисленных комплексов неравнозначна. Слабо изучены доюрские образования, представления о геологии которых складываются в большей части по данным геофизических методов. Наиболее полно изучен верхний структурный этаж, контролирующий основные известные в пределах Западно-Сибирского региона скопления углеводородов.
Нижний структурно-тектонический: ярус сложен палеозойскими и допалеозойскими образованиями преимущественно магматическими, метаморфическими и сильно измененными осадочными породами. Их формирование происходило в доплитный (геосинклинальный) этап развития территории. В этом комплексе наблюдается наличие значительной дифференцированности поверхностей объектов и большого количества дизъюнктивных нарушений. Еще в 80-х. годах по результатам работ сейсморазведки 2Д было известно, что район Малобалыкской площади занимает наиболее высокое гипсометрическое положение среди окружающих площадей. Центральное поднятие Малобалыкского месторождения приурочено к горстообразному выступу фундамента, формирование которого происходило в условиях сильного бокового сжатия. Мобильные блоки фундамента в центральной части Малобалыкского выступа сформировались в области разгрузки сжимающих тектонических напряжений. В породах фундамента здесь широко развиты зоны разуплотнения. Вследствии этого в присводовой части Малобалыкского палеоподнятия сформировалась. область дробления. Многочисленны разломы, плоскости которых в значительной степени наклонены. По обрамлению горстообразного выступа фундамента формировались зоны грабенообразных прогибов, отличавшиеся устойчивым прогибанием на протяжении длительного времени и формированием мощных толщ осадочного чехла. Кроме того, само центральное поднятие по горизонту «А» осложнено многочисленными более мелкими горстами и грабенами с амплитудой от нескольких десятков метров до 600м. По периферии лицензионного участка, на неразбуренной эксплуатационным бурением части территории разломов с такими амплитудами нет. Наиболее приподнятым участкам фундамента в районе скв.ір и скв. 51р соответствуют отметки—2870-3150м. Центральный купол оконтуривается изогапсой -3320м на севере и западе, и -3400м на юге. По данным бурения скв.бр фундамент вскрыт на отметке -2988 (Бабурин А.Н., Бакуев О.В., 1999).
Промежуточный структурно-тектонический этаж, пермско-триасового возраста, представлен измененными осадочными отложениями и в меньшей степени метаморфическими и магматическими породами - (лавы, туфы, туффиты) мощностью более 1000м. Формирование и развитие этого структурного этажа происходило в условиях более спокойного тектонического режима. Данный структурный этаж характеризует собой парагеосинклинальный этап в истории формирования плиты. Его породы в меньшей степени подвергались различного вида деформациям и метаморфизму. В пределах Широтного Приобья описываемый структурный этаж характеризуется наличием древней коры выветривания, толщина которой на Малобалыкской площади в разрезе скважины 6 составляет 9м.
Верхний структурный этаж сложен мощной толщей мезозойских и кайнозойских осадочных образований, накопившихся в условиях длительного стабильного прогибания фундамента. Он характеризуется слабой дислоцированностью и полным отсутствием метаморфизма пород, слагающих осадочный чехол плиты (Пелюшенко А.М., 2004).
