Методика спеціалізованої обробки-інтерпретації сейсмічної інформації із застосуванням AVO-аналізу та інверсії (на прикладі нафтогазопошукових задач)

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

КУЗЬМЕНКО ПАВЛО МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 550.834.05

Методика спеціалізованої обробки-інтерпретації сейсмічної інформації із застосуванням AVO-аналізу та інверсії (на прикладі нафтогазопошукових задач)

04.00.05 - геологічна інформатика

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Київ - 2009

ДИСЕРТАЦІЯ Є РУКОПИС

Робота виконана в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка

Науковий керівник

доктор фізико-математичних наук, професор

Продайвода Георгій Трохимович,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка,

професор кафедри геофізики геологічного факультету

Офіційні опоненти:

доктор геолого-мінералогічних наук, член-кореспондент НАН України, професор, перший заступник директора по науці Митропольський Олексій Юрійович,

Інститут геологічних наук НАН України (м. Київ);

доктор геологічних наук, професор

Федоришин Дмитро Дмитрович,

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу Міністерства освіти і науки України,

завідувач кафедри геофізичних досліджень свердловин

Захист відбудеться «24» вересня 2009 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.42 при Київському національному університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 90.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий “18” серпня 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої ради Д 26.001.42

кандидат геологічних наук І.В. Віршило

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Газова криза в державі засвідчила гостру необхідність розширення пошукових робіт в акваторії Чорного і Азовського морів з метою максимально можливого забезпечення економіки власними енергетичними ресурсами нафти і газу. Забезпечення економіки нашої держави паливно-енергетичними ресурсами є одним із найбільш пріоритетних напрямків досліджень. Основні перспективи нарощування запасів вуглеводнів (ВВ) пов'язані із пошуками в Азово-Чорноморській нафтогазовій провінції. Провідним методом пошуків нафти і газу є морська сейсморозвідка і пошукове буріння свердловин. З кожним роком фінансові витрати на пошуково-розвідувальні роботи, зокрема, на буріння, зростають. У зв'язку з цим, актуальною є задача суттєвого підвищення ефективності морської сейсморозвідки. Одним із напрямків вирішення цієї проблеми є застосування для обробки сейсмічних даних сучасних інформаційно-обчислювальних технологій, які забезпечують не лише високий рівень структурних побудов, але і вирішення задач оцінки фільтраційно-ємнісних властивостей продуктивних горизонтів в умовах обмеженої мережі пошукових свердловин.

Одним із нереалізованих у повній мірі способів підвищення ефективності морської сейсморозвідки, при вирішенні задач прогнозної оцінки продуктивних товщ, є метод, який ґрунтується на використанні AVO-аналізу та розв'язку задач інверсії.

У зв'язку з цим, вкрай актуальною є проблема розробки методики спеціалізованої обробки-інтерпретації даних морської сейсморозвідки із застосуванням сучасних методів AVO-аналізу та інверсії, яка забезпечує високу ефективність пошукових робіт.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка. Основні теоретичні, методичні та алгоритмічні розробки отримані при виконанні теми № 06БФ049-02 «Розробка теорії та методології комплексної інтерпретації геофізичних, гідрогеологічних та інженерно-геологічних даних моніторингу геологічного cередовища» в рамках програми «Надра» фонду фундаментальних досліджень Київського національного університету імені Тараса Шевченка - номер Держреєстрації - 0106U005855. Результати дисертаційної роботи розроблялись та впроваджувались в рамках науково-дослідних тем ДП «Науканафтогаз» НАК «Нафтогаз України»: тема № 6, номер Держреєстрації - 0106U010043 та тема № 11, номер Держреєстрації - 0106U007200, що виконані за безпосередньої участі автора.

Метою роботи є розробка методичних основ суттєвого підвищення ефективності морської сейсморозвідки за рахунок спеціалізованої цифрової обробки даних із застосуванням методів AVO-аналізу та інверсії для прогнозування продуктивності перспективних горизонтів.

Основні завдання досліджень:

1. Проаналізувати стан проблеми: визначити принципи та методи, що використовуються для прогнозування наявності покладів нафти та газу на основі цифрової обробки даних сейсмічних досліджень із застосуванням інверсійних перетворень даних AVO-аналізу; оцінити їх нереалізовані можливості.

2. Дослідити теоретичні основи методики AVO-аналізу сейсмічної інформації та обґрунтувати вибір методів AVO-аналізу та інверсії сейсмічних даних.

3. Розробити методику спеціалізованої обробки-інтерпретації сейсмічної інформації на основі алгоритму збереження «істинних» амплітуд (ЗІА) сейсмічних записів із застосування методів AVO-аналізу та інверсії.

4. Адаптувати розроблену методику в сучасну автоматизовану систему обробки та інтерпретації сейсмічної інформації.

5. Розробити алгоритм інверсії сейсмічних швидкостей і параметрів AVO-аналізу для кількісної оцінки коефіцієнтів гранулярної, тріщинної і кавернозної пористості, типу порового заповнювача.

6. Практична апробація розробленої методики спеціалізованої обробки-інтерпретації сейсмічної інформації на даних морської сейсморозвідки, отриманих в процесі дослідження нафтогазових родовищ акваторії Чорного моря.

7. Оцінка ефективності розробленої методики при вирішенні задач прогнозування вуглеводнів за сейсмічними та свердловинними даними.

Об'єкт наукового дослідження: математичні моделі AVO-аналізу та інверсії, часові і сейсмогеологічні розрізи району пошукових робіт акваторії Чорного моря.

Предмет наукового дослідження: інформаційно-комп'ютерні технології цифрової обробки сейсмічних даних, математичні методи AVO-аналізу та інверсії.

Методи досліджень: методи цифрової обробки сейсмічних даних, AVO-аналізу та інверсії, методи механіки стохастичного середовища.

Наукова новизна одержаних результатів.

1) Розроблено нову методику спеціалізованої обробки-інтерпретації сейсмічних даних на основі алгоритму збереження «істинних» амплітуд сейсмічного сигналу і застосування методів AVO-аналізу та інверсії.

2) Вперше проведено спеціалізовану обробку зі збереженням «істинних» амплітуд даних морської 2D сейсморозвідки структури Субботіна та інверсію даних AVO-аналізу.

3) Розроблений метод кількісної оцінки коефіцієнтів гранулярної, тріщинної і кавернозної пористості за даними інверсії результатів AVO-аналізу.

4) Вперше, за результатами даних AVO-аналізу та інверсії, при залученні даних ГДС, підтверджені ймовірно газоносні горизонти структури Субботіна.

Практична цінність і впровадження результатів роботи.

Розроблена методика та результати досліджень використовуються при виконанні цифрової обробки та інтерпретації даних 2D та 3D морської сейсморозвідки у науково-дослідницькому інституті нафтогазової промисловості ДП «Науканафтогаз» НАК «Нафтогаз України».

Головне практичне значення роботи полягає у застосуванні cпеціалізованої обробки сейсмічних даних та аналізі їх на наявність вуглеводнів в досліджуваному геологічному середовищі, як при виконанні обробки нових даних сейсмічних досліджень, так і при виконанні переобробки сейсмічних записів минулих років.

Розроблена методика спеціалізованої обробки сейсмічної інформації включається до матеріалів курсів «Сейсморозвідка», «Сейсмоакустика» на кафедрі геофізики Київського національного університету ім. Тараса Шевченка. За безпосередньої участі автора написаний розділ до підручника (Сейсморозвідка : підручник / Г.Т. Продайвода, О.А. Трипільський, С.С. Чулков - К.: Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2008. - 351 с.).

Особистий внесок здобувача. Автору належить: ідея розробки та адаптації методики спеціалізованої обробки-інтерпретації на основі отримання сейсмічних даних зі збереженням «істинних» амплітуд сигналу із застосуванням сучасних технологій AVO-аналізу та інверсії сейсмічних даних при вирішенні задач пошуків і розвідки покладів ВВ на українському секторі акваторії Азово-Чорноморського регіону; тестування розробленої методики на модельних прикладах та на фактичному матеріалі; спеціалізована обробка та інтерпретація отриманих даних.

Основні теоретичні положення та методичні результати, наведені в дисертаційній роботі, отримані здобувачем особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації та результати досліджень доповідалися на 10 конференціях.

· VIII Міжнародній науковій конференції «Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища» (м. Київ, 2007 р.);

· I-II Міжнародних науково-технічних конференціях молодих вчених «Актуальні проблеми розвитку нафтової галузі» (м. Пуща-Водиця, 2005 р., м. Гурзуф, 2007 р., НАК «Нафтогаз України» ДП «Науканафтогаз»);

· X Ювілейна міжнародна науково-практична конференція «Геомодель-2008» (Росія, м. Геленджик, 2008 р.);

· VII Всеукраїнській науковій конференції «Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища» (м. Київ, 2006 р.);

· VI, VII, VIII Міжнародних конференціях «Геоінформатика: теоретичні та прикладні аспекти» (м. Київ, 2007, 2008, 2009 рр..);

· Міжнародна науково-технічна конференція «Геопетроль-2008» (Польща, м. Закопане, 2008 р.);

· Всеукраїнська конференція молодих вчених «Сучасні проблеми геологічних наук» (м. Київ, 2009 р.).

Публікації. Основні результати, отримані автором, що наведені в дисертаційній роботі, достатньою мірою висвітлені в наукових виданнях. За темою дисертації опубліковано 10 наукових робіт, серед яких 4 статті у наукових журналах та збірниках наукових праць, що належать до списку затверджених ВАК України фахових видань, де мають бути опубліковані матеріали дисертаційних робіт, а також 6 тез та матеріалів конференцій.. Особистий внесок автора в роботи, що написані у співавторстві, визначається наступним чином. У роботі [1] автору належить постановка задачі, виконання математичного моделювання, аналіз та інтерпретація результатів досліджень, які ввійшли до числа основних у дисертаційній роботі. У роботі [2] автору належить адаптація математичного апарату та аналіз отриманих результатів. У роботі [3] висвітлено постановку задачі, виконано математичне моделювання, проведені експериментальні дослідження. У роботі [4] автору належить постановка задачі, розробка методичних основ, математичне моделювання, аналіз та інтерпретація отриманих результатів. Розробку алгоритму обробки сейсмічних даних висвітлено у роботах [5, 6]. У роботі [7] автор дає характеристику найпотужніших систем обробки сейсмічної інформації при вирішенні задач пошуків нафти та газу. В роботах [8, 9, 10] автором здійснюється постановка задач, розробка та випробування методики на фактичних даних, аналіз результатів та формування окремих висновків.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота, загальним обсягом 134 сторінки, складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, що налічує 109 найменувань. Основний текст роботи викладений на 129 сторінках; робота містить 80 рисунків та 1 таблицю.

Роботу виконано на кафедрі геофізики Київського національного університету імені Тараса Шевченка під час навчання в аспірантурі.

Автор висловлює щиру подяку науковому керівнику, доктору фіз.-мат. наук, професору Продайводі Георгію Трохимовичу за постійну допомогу та підтримку при виконанні даної дисертаційної роботи. Автор вдячний керівнику відділу обробки сейсмічних даних ДП «Науканафтогаз» Коровніченку Євгену Євгеновичу за надання матеріалів, консультацій з обробки сейсмічних даних та можливості використання програмних продуктів Focus компанії Paradigm Geophysicаl та ProMAX компанії LandMark.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовується актуальність роботи, формулюються мета та основні завдання досліджень, вказується наукова новизна отриманих результатів, їх практична цінність та особистий внесок здобувача, наведені дані апробації дисертаційної роботи, подана її загальна характеристика та структура.

У першому розділі наведено огляд розвитку та сучасного стану методів і методик спеціалізованої обробки-інтерпретації сейсмічної інформації, таких як AVO-аналіз та інверсія. Висвітлені основні невирішені проблеми застосування цих методів, досліджені та продемонстровані ключові питання підготовки даних для виконання спеціалізованої обробки сейсмічних даних у режимі збереження «істинних» амплітуд.

Існують два підходи до обробки та інтерпретації даних сейсморозвідки. Перший - кінематичний, дозволяє шляхом спостереження за часами приходу сейсмічних хвиль відновити положення окремих сейсмічних границь, вивчити у першому наближенні розподіл швидкостей у середовищі. Цей підхід в Україні є основним і переважаючим. Другий - динамічний, ґрунтується на використанні як часу приходу сейсмічних коливань, так і їх інтенсивності та форми запису. На його основі можливе отримання достовірної інформації про характер розподілу акустичної жорсткості та коефіцієнтів відбиття при різних кутах падіння хвилі на відбиваючу поверхню. Сюди входять такі інструменти аналізу амплітудних аномалій як AVO-аналіз та інверсія сейсмічних записів.

АVО-аналіз амплітуд сейсмічних відбиттів являється відносно новою технологією спеціальної інтерпретаційної обробки. Метою такого аналізу являється отримання якісно нової інформації із сейсмічних сигналів, яка характеризує як фізичні властивості порід, так і літологію, пористість та характер насичення флюїдами. На відміну від традиційних сейсмічних параметрів: швидкостей, акустичної жорсткості геологічного середовища, амплітуд, частот та інших атрибутів хвильового поля, АVО-аналіз (з англ. AVO - amplitude versus offset) передбачає вивчення амплітуд в залежності від віддалення джерело-приймач, тобто їх залежність від кута падіння хвилі на границю відбиття по вхідних сейсмічних трасах.

При вирішенні задач інверсії даних AVO-аналізу, прогнозуванні геологічного розрізу та його флюїдонасичення, невід'ємним атрибутом є виконання обробки сейсмічних даних в режимі ЗІА. Ефективність методик AVO-аналізу та інверсії залежить від впливу багатьох ускладнюючих чинників, які необхідно враховувати: направленість джерел і приймачів, тонку шаруватість геологічного розрізу, що викликає небажані ефекти інтерференції та призводить до зміни форми та амплітуди відбитих сигналів, присутність фону регулярних та нерегулярних хвиль-завад. Існує багато способів врахування вищезгаданих чинників. Серед них слід відзначити роботи Ларса Хуберта, який із групою авторів досліджує моделювання AVO-ефекту, як інструмент зменшення ризиків недостовірного визначення покладів ВВ.

Потрібно відзначити праці таких вітчизняних дослідників, як Мармалевський Н. Я., Роганов Ю. В., Тяпкін Ю. К., Шумлянська Г. А., які на модельних прикладах виконували тестування завадостійкості калібрування AVO-аномалій наземних спостережень за свердловинними даними. Автори показують, що такий підхід дає можливість одночасно визначати не тільки амплітуди сигналів на різних трасах, але й дисперсії завад.

Особливої уваги заслуговує комбінація поздовжніх та обмінних хвиль (PP+PS), яка є економічно найбільш вигідною. Справа в тому, що збудження поперечних хвиль, з точки зору практики, виявляється занадто дорогим. У той же час, комбінація хвиль (PP+PS) дозволяє при використанні одного і того ж симетричного джерела та реєстрації вертикальної та горизонтальної компонент зміщення частинок, суттєво збільшити об'єм інформації, яка отримується в процесі досліджень. У зв'язку з цим, за останні роки у всьому світі значно збільшився інтерес до трьохкомпонентних спостережень. Підхід до вивчення різноманітних комбінацій хвиль при виконанні багатохвильового AVO-аналізу даних трьохкомпонентних наземних спостережень методу спільної серединної точки (МССТ) визначені в дослідженнях Урсіна Б. та його колег.

Вирішенням питання дослідження точності і стійкості рішення задачі інверсії даних AVO-аналізу поздовжніх та обмінних хвиль займалися Нєфедкіна Т.В., Бузлуков В.В. та Воскресенський Ю.М.

Питання визначення AVO-аномалій у тонкошаруватому розрізі не раз підіймали у своїх дослідженнях Мармалевський Н.Я., Роганов Ю.В.,

Костюкевич О.С. Проблемою визначення та усунення факторів, які вносять деструкцію в амплітудні характеристики хвильового поля та виділенням у чистому вигляді коефіцієнтів відбиття займалися російські вчені, зокрема, Гольдін С.В.,

Митрофанов Г.М., які розробили спектрально-статистичний метод. Встановлення точного співвідношення між відбиваючим об'єктом та елементом хвильового поля забезпечуються сучасними методами трасування променів в латерально-неоднорідних середовищах, що відображено в дослідженнях Митрофанова Г.М. та Курдюкової Т.В. Вплив анізотропії на результати AVO-аналізу досліджували Костюкевич О.С., Мармалевський Н.Я. та Горняк З.В.

Існує багато способів аналізу амплітудних варіацій, які згідно досліджень Урупова А.К., можна розділити на дві групи. Перша група ґрунтується на вивченні амплітудних варіацій відбиттів на сейсмічних трасах нульового віддалення джерело-приймач. Друга група, поряд із аналізом амплітудних варіацій, передбачає аналіз амплітуд зі зміною віддалення джерело-приймач та азимуту спостережень - AVO-аналіз та пружна інверсія.

Одним із найбільш розповсюджених способів аналізу амплітудних варіацій відбиттів при нормальному падінні хвиль являється спосіб «яскравої» плями. До групи способів аналізу амплітудних варіацій, що змінюються в залежності від віддалення джерело-приймач, відносяться: спосіб параметричних та динамічних діаграм, які характеризують просторові амплітудні варіації; безпосередньо спосіб AVO-аналізу, призначений для вивчення та інтерпретації амплітудних варіацій в залежності від віддалення джерело-приймач; спосіб пружної інверсії - визначення пружних параметрів середовища; кросплотинг, що широко використовується в AVO-аналізі і дозволяє наглядно ідентифікувати AVO-аномалії; AVO-годограми, як новий спосіб ідентифікації AVO-аномалій, що був запропонований у 2000 році Томасом Кехо.

Можна стверджувати, що нині, AVO-аналіз - у більшості випадків, якісний метод, що дозволяє знаходити границі у геологічному середовищі, на яких відбувається аномальна зміна властивостей. Для кількісних оцінок необхідно, щоб сигнали на ближніх і дальніх каналах сейсмограм були ідентичні по формі і частотному складу. Для цього потрібно розробити більш сучасні способи обробки сейсмічних даних. Саме питання розробки оптимального алгоритму обробки сейсмічних даних є одним із ключових питань даної дисертаційної роботи.

Основою виділення колекторів методами інверсії даних AVO-аналізу є класифікація теригенних колекторів. Якісну класифікацію характеристик амплітудних варіацій можна розглядати як першу ступінь виявлення газонасичених покладів у теригенних відкладах. Перша триступенева AVO-класифікація колекторів була розроблена в 1989 р. Рутерфордом та Уільямсом і доповнена четвертим ступенем завдяки роботам Кастан'ї та Свана у 1995 р. Стандартні технології AVO-аналізу мають обмежену область застосування на вхідних сейсмічних даних, що мають низьке співвідношення сигнал-завада. Підготовка сейсмічних даних - одна із ключових передумов якісного виконання інверсійних перетворень та AVO-аналізу. Ігнорування обробки даних в режимі ЗІА ставить під сумнів однозначність результатів AVO-аналізу та інверсійних перетворень і фактично виключає доцільність та результативність застосування цих методів.

Другий розділ присвячений обґрунтуванню вибору методів і моделей AVO-аналізу та інверсії сейсмічних даних. Розглядаються основні математичні викладки методів та петрофізичне обґрунтування застосування AVO-аналізу та інверсії сейсмічної інформації. Визначаються умови застосування даних методів, висвітлюються основні їх переваги.

В основі AVO-аналізу лежить модель горизонтально-шаруватого геологічного середовища. Співвідношення між віддаленням джерело-приймач і кутом падіння хвилі на границю можливо визначити, якщо відома швидкість поширення хвилі в геологічному середовищі й глибина залягання відбиваючої границі. Коефіцієнти відбиття і проходження хвиль R_PP, R_PS, T_PP, T_PS визначаються як відношення амплітуд відбитих і прохідних хвиль до амплітуди падаючої хвилі. Поведінка коефіцієнтів відбиття Р-хвиль в області невеликих кутів падіння (до 30°) залежить від співвідношення швидкостей V_P/V_S (або коефіцієнтів Пуассона) покриваючої й підстилаючої товщ. Якщо V_P/V_S для контактуючих середовищ різні, то поводження коефіцієнта відбиття може сильно відхилятися від випадку для нормального падіння. Відхилення поводження коефіцієнта відбиття від його значення для нормального падіння визначаються величиною контрасту співвідношення V_P/V_S (або коефіцієнта Пуассона) на границі контактуючих середовищ і можуть бути основою для сейсмічного аналізу літології та ВВ-насичення. В практиці AVO-аналізу застосовуються різні наближені формули Цьопрітца, які зводяться до лінеаризації цих рівнянь по швидкісних і густинних параметрах за умови незначних змін цих параметрів на відбиваючих границях. Акі та Річардсом у 1980 р. було запропоноване наступне наближення, що нині активно впроваджується у практичне використання:

,

де:

ДV_P=V_P2 - V_P1, ДV_S=V_S2 - V_S1, Дс=с₂ - с₁, V_P=(V_P2+V_P1)/2, V_S=(V_S2+V_S1)/2, с =(с₂+с₁₎/2 і i=(i₂+i₁)/2.

Ця формула виведена в припущенні малих величин ДV_P, ДV_S, Дс, що обмежує область її застосування слабко неоднорідними геологічними середовищами.

В основі технології AVO-аналізу лежить наближення Шує:

де А - «AVO-інтерсепт» - величина пропорційна коефіцієнту відбиття при нормальному падінні хвилі; В або G - «AVO-градієнт», тобто кут нахилу згладжуючої лінії значень амплітуд.

Для класифікації газонасичених пісковиків на класи застосовуються різні комбінації атрибутів А х G, які представляються у якості часових розрізів та діаграм їх залежностей, що називається AVO-кросплотинг.

Метод AVO-аналізу, заснований на залежностях G(А), дає можливість ідентифікувати продуктивні пісковики всіх класів.

Якщо відбиття від покрівлі й підошви газонасиченого пісковику вдається розділити, то залежність G від А можна побудувати для кожного із горизонтів окремо. Фоновий тренд на кросплоті визначає пари точок А та G, що відповідають водонасиченим породам вище й нижче продуктивного горизонту. Збільшення пористості, спричиняє зменшення акустичного імпедансу газонасиченого пісковику і значення його інтерсепту для покрівлі стає значно меншою величиною. Якщо зміна пористості мало впливає на відношення V_P/V_S для пісковику, то пара значень А та G буде залишатися на лінії, яка обумовлена первинним контрастом Д(V_P/V_S) із покриваючим середовищем. Якщо збільшення пористості пісковику призводить до зменшення V_P/V_S, то це викликає відхилення значень А та G від вихідної лінії для покрівлі газонасичених пісковиків і тренд, що пов'язаний зі зміною пористості буде мати менший кут нахилу (буде більш від'ємним). Зміна літології через збільшення глинистої фракції в пісковику також зменшує градієнт та інтерсепт. Якщо глиниста компонента у пісковику відрізняється від покриваючої глини, то фоновий (літологічний) тренд може бути навіть зміщений щодо початку координат. Приведений аналіз свідчить, що в загальному випадку не може бути єдиного фонового тренду, існують варіації, обумовлені відносними вкладами пористості та ступеня глинизації розрізу.

Однак, основна складність інтерпретації залежностей, побудованих тільки за сейсмічними даними, обумовлена наявністю шуму на сейсмограмах, що приводить до зменшення точності визначення атрибутів А та G. Тому виникають труднощі, як у визначенні фонової лінії, так і ефектів, пов'язаних з насиченням ВВ.

Флюїд-фактор. Підхід, що має практичне застосування у AVO-інверсії, запропонований Смітом та Гідлоу, використовує поняття псевдо Пуассонівської відбиваючої здатності:

PR = ДV_P/V_P - ДV_S/V_S.

Якщо визначена залежність між швидкостями V_P та V_S, обумовлена, наприклад, «аргіліто-глинистою лінією» Кастан'ї

V_P = qV_S,

де q - її нахил, то можна одержати розріз параметра ДF, що називається флюїд-фактором:

,

який характеризує ступінь відхилення від лінії, що відповідає водонасиченим породам і відображає ВВ-насиченість тих або інших інтервалів розрізу. Параметр ДF пов'язаний з параметрами А та G рівняння Шуе в такий спосіб:

,

Де

k = qV_S/V_P

- коефіцієнт, що мінімізує локальні властивості порід.

Отже, флюїд-фактор придатний для прогнозування газонасичених пісковиків будь-якого класу. На практиці, замість петрофізичних залежностей типу «аргіліто-глинистої лінії», часто користуються локальними функціями k(t).

Акустична інверсія. При обробці сейсмічної інформації застосовують різні методи інверсії. У багатьох випадках, методи інверсії забезпечують більш високу роздільну здатність традиційної сейсморозвідки та підвищують ефективність сейсмічної інтерпретації.

При виконанні акустичної інверсії сейсмічна хвиля представляється у вигляді ступінчастого відгуку, що відповідає акустичному імпедансу шаруватої товщі для нормального падіння хвилі на відбиваючу границю. В ідеалі, сейсмічна границя, обумовлена різницею акустичних імпедансів, повинна бути представлена на сейсмічній трасі одним піком. Їхній контраст описується формулою для коефіцієнта відбиття R:

),

де - густина у першому та другому шарі; швидкості у першому та другому шарі.

Щоб послабити негативний вплив інтерференції необхідно виконати сейсмічну інверсію. Сигнатура сигналу заміняється на ступінчатий відгук, що відповідає набору сейсмічних імпедансів досліджуваних шарів. У результаті інверсії прості імпульси відбиттів «прив'язуються» до геологічних границь (літологічних змін) і до основних границь колектора (контакт флюїдів за даними ГДС). Зв'язуючою ланкою між кубом сейсмічних даних і кубом акустичного імпедансу (AI) є сейсмічний імпульс. Імпульс одержують за допомогою сейсмічних та наявних свердловинних даних. Свердловинні дані - акустичний каротаж та криві густини, дозволяють розраховувати відгук AI.

Одним із ключових та принципових кроків виконання інверсійних перетворень є підготовка вхідних даних. Дана дисертаційна робота також має на меті вирішити питання коректної підготовки даних до виконання процедур інверсійних перетворень та AVO-аналізу. Для цього розроблений спеціалізований алгоритм обробки сейсмічної інформації зі збереженням «істинних» амплітуд сейсмічного сигналу.

При виконанні даної роботи буде застосовуватися інверсія на основі заданої моделі. Даний алгоритм розроблявся багатьма дослідниками, зокрема, спирається на роботи Браяна Рассела та Вікена П.С.Х. За допомогою цього методу задається проста початкова модель (AI), розраховується синтетична траса із використанням сейсмічного імпульсу та визначається різниця між синтетичною і реальною сейсмічною трасою. Результатом являється модель (AI) з мінімальною нев'язкою. Застосовується технологія алгоритму модельного наближення із використанням статистичного методу Монте-Карло.

Початкова модель (AI) складається з макрошарів, які визначаються формою закартованих сейсмічних горизонтів. Мікрошари автоматично вводяться в макромодель. Використання мікрошарів гарантує, що в моделюванні братимуть участь адекватне число імпульсів.

Потужність таких шарів складає 5-7 мілісекунд подвійного часу пробігу. Для підвищення стійкості розв'язку алгоритму інверсії використовують коридори меж, що визначають їх варіації. Цей метод достатньо стійкий, і застосовується в алгоритмах 2D та 3D-інверсії сейсмічних даних.

Пружна інверсія. При виконанні пружної інверсії визначається пружний імпеданс. Він обчислюється на відміну від АІ для ненульових віддалень джерело-приймач та при використанні оцінок відбиваючої здатності для будь-якого кута падіння:

.

Пружний імпеданс фактично є узагальненням поняття АІ для випадку косого падіння хвилі на границю. Параметр пружного імпедансу EI(i) знаходять на підставі рівняння Шуе, яке справедливе для незначних кутів падіння хвилі та незначних змін імпедансу і має такий вигляд:

,

де r - осереднене значення V_S/V_P для контактуючих шарів, а кожний зі співмножників залежить від кута падіння i. При i = 0°, пружний імпеданс дорівнює АІ. Пружний імпеданс є основою сейсмічної інверсії та калібрування сейсмічних даних для ненульових віддалень джерело-приймач, а акустичний імпеданс, відповідно, для нульових віддалень. Синтетичні криві пружного імпедансу можна одержати для будь-якого кута падіння хвилі на відбиваючу поверхню за даними акустичного каротажу та при відомій густині, що визначаються за даними ГДС та керну.

Виконання пружної інверсії даних AVO-аналізу суттєво розширює межі застосування методу і надає можливість більш повно вивчати петрофізичні властивості сейсмогеологічного розрізу.

У третьому розділі наводиться блок-схема розробленого алгоритму спеціалізованої обробки сейсмічної інформації в режимі ЗІА сейсмічного запису, процедур AVO-аналізу та інверсії (рис. 1).

В основі алгоритму спеціалізованої обробки сейсмічних даних лежать процедури ЗІА корисного сейсмічного сигналу та підвищення роздільної здатності. В якості вхідних даних використовують сейсмограми спільного пункту збудження сейсмічних коливань, на яких виконується послаблення впливу на корисний сигнал різних типів хвиль-завад, шумів та реверберацій. Процедури ЗІА забезпечують збереження в записах сейсмограм інформації про літологічний склад, флюїдо-газонасиченість продуктивних горизонтів завдяки корекції амплітуди сигналу за сферичне розходження фронту хвилі, непружне поглинання сейсмічної хвилі та корекції амплітудних, частотних і фазових характеристик сейсмічного запису.

Для підвищення роздільної здатності виконується процедура сейсмічної деконволюції, яка забезпечує відновлення частотного спектру корисного сейсмічного сигналу та послаблення багатократних відбиттів та реверберацій. Завершує процедуру ЗІА широкосмугова фільтрація, корекція частотного спектру вхідних сейсмограм та процедура формування контрольного сумарного часового розрізу. Граничні частоти широкосмугового фільтру вибирались шляхом чисельних розрахунків частотно-амплітудних спектрів сейсмограм. Для уникнення ослаблення корисних відбиттів, нижня гранична частота була прийнята від 4 Герц, а верхня частота - 120 Герц.

спеціалізований обробка сейсмічний інформація

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для послаблення багатократних відбиттів, застосовувалися процедури корекції спектру швидкостей, це спричиняє переспрямлення годографів відбитих хвиль, а багатократні відбиття відповідно ослаблюються. Ця процедура забезпечує побудову макросу, що дозволяє здійснити аналіз позірних швидкостей ССТ та обнуління FK-області, що відповідає багатократним відбиттям. Для послаблення залишкових короткоперіодних багатократних відбиттів застосовують високороздільне перетворення Радона в ф-р області. На цьому етапі проводиться додатковий аналіз спектру швидкостей багатократних відбиттів за сейсмограмами ССТ для розділення спектрів багатократних відбиттів з однократними шляхом переспрямлення годографів однократно-відбитих хвиль. Спрямлені та недоспрямлені годографи хвиль-завад трансформуються в ф-р область, де відбувається обнуління за рахунок зворотного м'ютинга та із залученням вискороздільного апарату фільтру Радона, а потім відбувається зворотне перетворення в t-x область. На даному етапі зворотний м'ютинг в ф-р області є дуже важливий у плані ослаблення залишкових короткоперіодних багатократних відбиттів, які не були ослаблені шляхом застосування попередніх процедур обробки і мають кінематичні характеристики, що близькі до характеристик однократно відбитих хвиль. Відповідно, для контролю формується сумарний часовий розріз.

Процедура DMO-перетворення забезпечує врахування часових зсувів, що зумовлені негоризонтальним положенням відбиваючої границі та формування фінального немігрованого часового розрізу і підвищення динамічної виразності та покращення співвідношення сигнал-завада при побудові часового розрізу. Ця процедура дозволяє здійснити вибір швидкостей підсумовування та DMO-перетворення за набором рівновіддалених трас.

Наступною процедурою є міграція в режимі ЗІА та формування мігрованого часового зображення. Для побудови зображення відбиваючих елементів використовувався алгоритм міграції Кірхгофа до підсумовування в режимі ЗІА. Міграція в часовій області до підсумовування призводить до кращого розподілу сейсмічної енергії, а також дозволяє проводити більш точний аналіз швидкостей для побудови мігрованого сейсмічного зображення.

Висока ефективність запропонованого алгоритму обробки сейсмічних записів підтверджується результатами математичного моделювання.

Модулі процедур AVO-аналізу, акустичної та пружної інверсії. Для реалізації процедур акустичної і пружної інверсії здійснюється: контроль якості та попередня підготовка вхідних даних; прив'язка сейсмічних даних до даних ГДС, приведення сейсмічних даних до нуль-фазового виду в зоні досліджень і вилучення елементарного сигналу; реалізація алгоритму інверсії з генеруванням кубів акустичної жорсткості для нормального і похилого падіння хвилі на границю та одержання атрибутів інверсійних перетворень. За результатами AVO-аналізу будуються розрізи «інтерсепт-градієнту», флюїд-фактору, псевдокоефіцієнтів Пуассона. Для оцінки AVO-ефекту від продуктивних горизонтів застосовується метод математичного моделювання синтетичних сейсмограм із використанням рівняння Акі-Річардса та калібрування реальних сейсмограм за допомогою даних ГДС. За результатами AVO-аналізу будується кросплот і здійснюється чотириступенева класифікація AVO-аномалій. Виконання пружної інверсії зводиться до відновлення пружних параметрів, швидкості повздовжніх і поперечних хвиль та густини за даними розподілу амплітуд на сейсмограмах. При реалізації процедури пружної інверсії здійснюють: кореляцію сейсмічних даних із даними ГДС; оцінку елементарного сигналу для різних кутів падіння (ближніх і дальніх); побудову синтетичних сейсмограм для різних кутів падіння; побудову фонової моделі пружних імпедансів; пружну інверсію - побудова розрізів Vp, Vs, імпедансів повздовжніх та поперечних хвиль, побудова розрізів співвідношення Vp/Vs при різних кутах падіння та розрізів лс, мс; аналіз отриманих розрізів.

Модуль інверсії сейсмічних швидкостей і параметрів AVO-аналізу забезпечує кількісну оцінку продуктивності перспективних горизонтів. Він забезпечує оцінку літології, коефіцієнту глинистості, ємнісно-фільтраційних властивостей та флюїдо-газонасиченості перспективних горизонтів шляхом інверсії параметрів AVO-аналізу.

В основі алгоритму інверсії при оцінці продуктивності лежить багатокомпонентна флюїдонасичена, тріщинно-каверно-порова модель колектора, ефективні пружні параметри (K^*, G^*) і сейсмічні швидкості та коефіцієнти проникності якої визначаються методом умовних моментних функцій із застосуванням розрахункової схеми Морі-Танака:

, , ,

де с_r - концентрація сухих або насичених газом або нафтою пустот формату б_r; K^*, G^* - модуль стиснення і зсуву включень; м_r - проникливість включень; K_Ar, m_Ar, A_мr - алгебраїчні компоненти матриці, які визначаються в результаті визначення напружено-деформованого стану в r-му включенні. Форма включень була прийнята у вигляді сфероїда, величина формату якого б визначалась із співвідношення

б = с/а

(с - мала і а - довга півосі сфероїда). Ефективна густина (с*) моделі розраховувалась за формулою:

;

с_r - густина компоненти. Далі виконувалась оптимізація цільового функціоналу:

;

де , -експериментальні та обчислені на r-му кроці ітерації значення ефективних швидкостей пружних хвиль; - вектор невідомих параметрів. Для розв'язку задачі нелінійної інверсії застосовується квазін'ютоновський метод Бройдена-Флетчера-Гольдфаба-Шано. Для параметризації багатокомпонентної моделі залучаються результати петрографічних і петрофізичних досліджень зразків керну та даних ГДС.

Четвертий розділ присвячений результатам практичного застосування отриманих сейсмічних даних із збереженою інформацією про сейсмогеологічні характеристики геологічного середовища з метою прогнозування газонасичених покладів за допомогою інверсійних перетворень та AVO-аналізу на площі Субботіна, що розташована в акваторії Чорного моря. Зазначаються перспективи використання розробленої автором методики обробки сейсмічної інформації в режимі ЗІА із подальшим виконанням AVO-аналізу та інверсії з метою пошуків нових газонасичених покладів та зменшення ризиків непродуктивного буріння при розвідці та видобутку.

Для апробації розробленої методики на реальних даних були використані результати морської двовимірної (2D) сейсморозвідки в районі структури Субботіна (акваторія Чорного моря). Обробка сейсмічних даних структури Субботіна виконувалася із залученням спеціалізованої обробки в режимі збереження "істинних" амплітуд. У зонах амплітудних аномалій (перспективних на поклади вуглеводнів зон) проводилося калібрування сейсмічних даних до даних ГДС за допомогою даних сейсмокаротажу та побудови синтетичних сейсмограм. Для виявлення AVO-аномалій застосовувався метод математичного моделювання з метою побудови синтетичних сейсмограм за рівнянням Акі-Річардса та калібрування із реальною сейсмограмою.

За результатами AVO-аналізу були виділені перспективні зони згідно із чотириступеневою класифікацією AVO-аномалій, зокрема ймовірний газонасичений колектор та покришка. За даними дослідників Д. О. Єгера, І.В.Попадюка, С.М. Стовби та ін., у верхньомайкопських відкладах прогнозуються газонасичені товщі. Продуктивний горизонт локалізований у верхній частині майкопських відкладів у вигляді AVO-аномалії в інтервалах глибин від 1300 до 1500 метрів. Ця амплітудна аномалія, згідно чотири-ступеневої класифікації AVO-аномалій, являється газонасиченим пісковиком третього класу.

За результатами досліджень встановлено, що найбільш інформативними параметрами пружної інверсії є часові розрізи співвідношень Vp/Vs при значних кутах падіння в межах 22,5 - 27,5 градусів. Це можна пояснити тим, що коефіцієнт Пуассона в газонасичених пісковиках значно нижчий, ніж у водонасичених пісковиках і сланцях. Отже, газонасичені пісковики краще виділяються на кутових розрізах для значних кутів падіння хвилі.

На інвертованому розрізі Vp/Vs для кутів падіння хвилі в межах 22,5 - 27,5 градусів у розрізі опорної свердловини Субботіна № 403 у межах прогнозних продуктивних інтервалів газонасичений пісковик третього класу добре виділяється пониженими значенням співвідношення Vp/Vs.

Проведений атрибутний аналіз дозволив виділити структурну складову хвильового поля. Виконані AVO-аналіз та три різновиди інверсій сейсмічних даних - акустична, пружна (еластична) та інверсія сейсмічних швидкостей, визначені атрибути лс і мс, які суттєво розширили можливості сейсмічних досліджень покладів нафти та газу. Слід наголосити, що в процесі досліджень площі Субботіна при застосуванні AVO-аналізу були певні труднощі, які обумовлені літологічними особливостями геологічного розрізу об'єкту.

Максимально інформативними виявилися співвідношення V_P/V_s та пружні імпеданси, отримані при різних кутах падіння хвилі. Як уже зазначалося, продуктивні газоносні горизонти добре виділяються на часових розрізах при кутах падіння хвилі від 20⁰ до 30⁰. Пониження співвідношення V_P/V_s та значна диференціація їх величини при різних кутах падіння притаманна лише газонасиченим пісковикам. Наявність продуктивних колекторів підтверджується на рис. 2. Фактично такі результати слід вважати прямими ознаками ВВ-насичення, що може слугувати підтвердженням геологічних уявлень про досліджуваний розріз щодо наявності перспективних газонасичених товщ.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Для реалізації алгоритму інверсії сейсмічних швидкостей будувалася модель багатокомпонентної нафто-газо-водонасиченої глинистої породи-колектора, структура пустотного простору якої включає міжзернові (гранулярні) пори, перехідні пори і мікротріщини та глинисті включення із водонасиченими мікропорами.

Для параметризації багатокомпонентної моделі залучаються результати петрографічних і петрофізичних досліджень зразків кернового матеріалу, що отримані по свердловині Субботіна № 403.

Наведені дані (рис. 3) добре узгоджуються із даними петрографії щодо переважного кварц-польовошпатового складу скелету пісковиків.

Размещено на http://www.allbest.ru/

За даними інверсії були визначені і модулі пружності твердого скелету глин та параметри його мікропористості. Величина модулів пружності твердого скелету глин була прийнята наступною:

K_ГЛ = 64.77 ± 0.004 ГПа,

G_ГЛ= 39.79 ± 0.007 ГПа,

с_ГЛ = 2937 ± 5 кг/м³.

При інверсії були прийняті наступні формати пустот скелету пісковиків:

б₁ = 0.693 ± 0.011;

б₂ = 0.047 ± 0.007;

б₃ = 0.008 ± 0.002.

Модулі пружності мінералізованої води при інверсії були прийняті наступними К_В = 2.17 ГПа, с_В = 1040 кг/м³, а для нафти - К_НАФТИ = 1.91 ГПа, с_НАФТИ = 850 кг/м³ і газу - К_ГАЗУ = 0.054 ГПа, с_ГАЗУ = 4 кг/м³.

Основні результати інверсії сейсмічних швидкостей показані на рис. 3, де отримані петрофізичні параметри, які узгоджуються із результатами випробувань.

В результаті інверсії сейсмічних швидкостей визначені петрофізичні параметри, які забезпечують кількісну оцінку продуктивності: Кгл, Кв, Wсум, Кг, Кн, Кп (рис. 3), що добре узгоджуються із результатами випробувань.

Одержані оцінки коефіцієнтів глинистості - Кгл, коефіцієнтів газонасиченості - Кг, і нафтонасиченості - Кн, які свідчать про перспективність досліджуваного горизонту.

Пунктиром виділені продуктивні інтервали, що підтверджені даними випробувань (рис. 3). У цих інтервалах отримані промислові притоки нафти. Підвищені значення Кп - коефіцієнта пористості, узгоджуються із результатами нафтонасиченості і характеризуються підвищеними значеннями цих параметрів. Продуктивні інтервали характеризуються підвищеними значеннями Кн, а саме до 0,23. Прямопропорційна залежність до Кн спостерігається для сумарної водонасиченості - Wсум. Нижче 2555 метрів отриманий приток газу, за результатами інверсії він проявляється у вигляді підвищених значень кривої Кг відносно загального фону.

За даними інверсійних перетворень чітко прослідковується підвищений вміст глинистої компоненти, що також узгоджується із даними ГДС. Досліджуваний розріз є досить складний з точки зору літології, спостерігається перешарування пісковиків і глин.

ВИСНОВКИ

У дисертації на основі теоретичних і алгоритмічних розробок, сучасних інформаційних технологій цифрової обробки та інтерпретації сейсмічної інформації:

1. Вперше розроблена і реалізована методика спеціалізованої цифрової обробки-інтерпретації сейсмічних даних на основі алгоритму зі збереженням «істинних» амплітуд із застосуванням AVO-аналізу та інверсії сейсмічної інформації, яка забезпечує суттєве підвищення ефективності сейсмічних досліджень при пошуках вуглеводнів в акваторії Чорного моря.

2. Розроблений алгоритм спеціалізованої обробки адаптований в сучасну автоматизовану систему обробки і інтерпретації сейсмічної інформації.

3. Ефективність розробленої методики підтверджується результатами як сейсмічного моделювання на тестових прикладах, так і результатами геофізичних досліджень свердловини площі Субботіна.

4. Вперше розроблений і реалізований алгоритм інверсії сейсмічних швидкостей для кількісної оцінки коефіцієнтів гранулярної, тріщинної і кавернозної пористості, типу порового заповнювача.

5. Вперше виконано апробацію розробленої методики спеціалізованої обробки-інтерпретації даних на основі даних AVO-аналізу та інверсії даних 2D морської сейсморозвідки.

6. Вперше на реальному нафтовому родовищі Субботіна завдяки застосуванню розробленої методики виділені і оконтурені перспективні газоносні горизонти у верхній частині майкопських відкладів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кузьменко П. М. Моделювання ефекту яскравої плями за сейсмічними та свердловинними даними / П. М. Кузьменко, А. П. Тищенко, Є. Є. Коровніченко // Проблеми нафтогазової промисловості. - К., 2007. - С. 196-200.

2. Тищенко А.П. Способи побудови сейсмічних моделей геологічних середовищ / А.П. Тищенко, П. М. Кузьменко, Є. Є. Коровніченко // Проблеми нафтогазової промисловості: зб. наук. праць. - Вип. 5. - К., 2007. - С. 182-186.

3. Кузьменко П. М. Побудова 3D - швидкісних моделей за сейсмічними даними 2D / П. М. Кузьменко, А. П. Тищенко, В. І. Мироненко та ін. // Теоретичні та прикладні аспекти геоінформатики. - К., 2008. - С. 108-115.

4. Тищенко А. П. Дослідження неоднозначності виділення колекторів за амплітудними характеристиками хвильового поля / А. П. Тищенко,

П. М. Кузьменко, А. М. Жадан // Геоінформатика. - 2009. - № 1. - С. 54-61.

5. Кузьменко П. М., Тищенко А. П., Коровніченко Є. Є. Оптимальна методика послаблення кратних хвиль у системі обробки сейсмічних даних «FOCUS» на прикладі площі Шмідта : матеріали VІ міжнар. наук. конф. [«Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища»], (Київ, 6-8 жовтня 2005 р.). - K.: ВЛГ ОБРІЙ, 2005. - С. 57-58.

6. Тищенко А. П., Кузьменко П. М., Коровніченко Є. Є. Розробка та оптимізація графа обробки 2-D сейсморозвідки в системі «FOCUS» (на прикладі Олімпійської площі) : матеріали VІ міжнар. наук. конф. [«Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища»], (Київ, 6-8 жовтня 2005 р.). - K.: ВЛГ ОБРІЙ, 2005. - С. 56-57.

7. Кузьменко П. М., Тищенко А. П., Коровніченко Є. Є. Найпотужніші системи обробки сейсмічних даних (FOCUS, ProMAX) переваги і недоліки при рішенні різного роду задач обробки : матеріали VІ всеукр. наук. конф. [«Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища»], (Київ, 21-24 вересня 2006 р.). - К.: ВЛГ Обрій, 2006. - C. 89-90.

8. Кузьменко П.М. Використання методики AVO-аналізу при обробці сейсмічних матеріалів акваторії Азово-Чорноморського регіону : матеріали VІІІ міжнар. наук. конф. [«Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища»], (Київ, 20-23 вересня 2007 р.). - K.: ВЛГ ОБРІЙ, 2007. - C. 48-50.

9. Кузьменко П.Н. Разработка методики углубленной обработки сейсмических данных для дальнейшего прогнозирования геологического разреза с использованием AVO-анализа и инверсии [Электронный ресурс] : сб. докладов междунар. науч.-техн. конф. «Геопетроль 2008», г. Закопанэ, 15-18 сентября, 2008. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) : цветн. ; 12 см. - Название с титул. экрана.

10. Кузьменко П.Н., Cлишинский С. Б., Тищенко А. П., Жадан А. Н. Устранение неоднозначности выделения продуктивных зон по сейсмическими и скважинным данным на Кобзевском ГКМ с применением современных интерпретационных методик [Электронный ресурс] : тезисы докладов десятой юбилейной междунар. науч.-практ. конф. «Геомодель-2008». - ГНЦ «Южморгеология», г. Геленджик, 21-26 сентября, 2008. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); 12 см. - Название с контейнера.

...