Моделирование геолого-геофизических параметров. Двухмерное моделирование
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Геология
Издательство:
Инфра-Инженерия
Авторы:
Александров Вадим Михайлович, Белкина Валентина Александровна, Санькова Наталья Владимировна, Мазуркевич Варвара Владимировна
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 236
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-9729-1376-3
Артикул: 814963.01.99
Приведены основные методы геологического моделирования, даны определения геологических моделей с соответствующими пояснениями и примерами. Рассмотрены основные виды геологических моделей для разных ситуаций с различными наборами данных. Приводятся примеры построения геологических моделей по конкретным месторождениям. Учебник предназначен для научных работников, преподавателей, аспирантов, магистров и студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям: 21.05.02 «Прикладная геология», 21.04.01 «Нефтегазовое дело», 09.04.02 «Информационные системы и технологии», и аспирантов, обучающихся по направлению 05.06.01 «Науки о Земле», а также инженерно-технических работников, желающих самостоятельно изучить основы обработки и интерпретации первичной геолого-геофизической информации, двухмерного и трёхмерного моделирования.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 09.04.02: Информационные системы и технологии
- 21.04.01: Нефтегазовое дело
- ВО - Специалитет
- 21.05.02: Прикладная геология
- Аспирантура
- 05.06.01: Науки о земле
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ДВУХМЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качествеучебникадля студентов, магистров и аспирантов высшихучебных заведений, обучающихся по направлению 05.06.01 «Науки о Земле», 21.05.02 «Прикладная геология», 21.04.01 «Нефтегазовоедело», 09.04.02 «Информационные системы и технологии»
Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023
УДК 550.8.07
ББК 26.3
М74
Авторы: Александров В. М., Белкина В. А., Санькова Н. В., Мазуркевич В. В.
Рецензенты: кандидат педагогических наук, доцент Г.В. Прозорова; доктор геолого-минералогических наук А. А.Дорошенко
М74 Моделирование геолого-геофизических параметров. Двухмерное моделиро-
вание : учебник / В. М. Александров, В. А. Белкина, Н. В. Санькова, В. В. Мазуркевич. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 236 с. : ил., табл.
ISBN 978-5-9729-1376-3
Приведены основные методы геологического моделирования, даны определения геологических моделей с соответствующими пояснениями и примерами. Рассмотрены основные виды геологических моделей для разных ситуаций с различными наборами данных. Приводятся примеры построения геологических моделей по конкретным месторождениям.
Учебник предназначен для научных работников, преподавателей, аспирантов, магистров и студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям: 21.05.02 «Прикладная геология», 21.04.01 «Нефтегазовое дело», 09.04.02 «Информационные системы и технологии», и аспирантов, обучающихся по направлению 05.06.01 «Науки о Земле», а также инженерно-технических работников, желающих самостоятельно изучить основы обработки и интерпретации первичной геолого-геофизической информации, двухмерного и трёхмерного моделирования.
УДК 550.8.07
ББК 26.3
ISBN 978-5-9729-1376-3
© Александров В. М., Белкина В. А., Санькова Н. В., Мазуркевич В. В., 2023
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ..................................5
ВВЕДЕНИЕ..................................................................8
1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ. ПОНЯТИЕ И ВИДЫ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ..................................................................10
1.1. Общиезамечания....................................................10
1.2. Размерность моделей...............................................20
1.3. Виды геологических моделей........................................21
1.4. Этапы создания геологической модели...............................23
1.4.1. Представление модели..........................................24
1.4.2. Основные этапы построения геологической модели................25
Список использованной литературы.......................................28
2. СБОР, АНАЛИЗ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ........................................30
2.1. Основные определения и понятия....................................30
2.2. Виды исходных данных и источники их получения.....................38
2.3. Перечень исходных данных для создания геологической модели........44
2.4. Оценка качества исходных данных...................................47
Список использованной литературы.......................................48
3. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ................................................50
3.1. Общие положения...................................................50
3.2. Корреляция разрезов скважин.......................................56
3.3. Концептуальная седиментационная модель............................61
3.4. Концептуальная тектоническая модель...............................70
Список использованной литературы.......................................89
4. ПОСТРОЕНИЕ ДВУХМЕРНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ..........................91
4.1. Предварительные замечания.........................................91
4.2. Методы интерполяции...............................................99
4.2.1. Алгоритмы локальной интерполяции.............................104
4.2.2. Метод среднего арифметического...............................105
4.2.3. Метод средневзвешенного......................................106
4.2.4. Метод обратных расстояний....................................107
4.2.5. Метод кросс-валидации (cross-validation).....................107
4.2.6. Метод Криге (Krige)..........................................109
4.3. Основные понятия геостатистики...................................109
4.4. Изучение геометрии залежи........................................121
4.4.1. Методика моделирования структурных поверхностей методом схождения...................................................123
4.4.2. Методика моделирования структурных поверхностей c использованием базовой поверхности как тренда......................................128
4.4.3. Методики моделирования поверхностей межфлюидных контактов....131
3
4.5. Моделирование внутреннего строения пласта........................149
4.5.1. Алгоритмы построения карт эффективных толщин и карт песчанистости.150
4.5.2. Алгоритмы построения карт эффективных нефтенасыщенных и газонасыщенных толщин..................................................154
4.5.3. Построение карт эффективных нефтенасыщенных (газонасыщенных) толщин с использованием априорной информации.............................155
4.6. Моделирование фильтрационно-ёмкостных свойств геологических объектов..158
4.6.1. Алгоритмы построения цифровых моделей открытой пористости....158
4.6.2. Алгоритмы построения цифровых моделей открытой пористости с косвенной информацией.............................................164
4.6.3. Алгоритмы построения цифровых моделей проницаемости..........169
4.7. Построение карты линейных запасов нефти и подсчёт запасов нефти..177
Список использованной литературы......................................181
5. ОЦЕНКА ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ И НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ...................................................184
5.1. Общиезамечания...................................................184
5.2. Оценка коэффициента геологического риска или успеха.
Возможность его учета при оценке ресурсов и запасов УВ на стадии ГРР..185
5.3. Вероятностная оценка запасов УВ на поздних стадиях разведки и освоения месторождения (перед вводом его в разработку).........................193
5.3.1. Алгоритм оценки неопределенностей геологических параметров...199
5.3.2. Анализ структурных неопределенностей объекта.................201
5.3.3. Анализ неопределенностей эффективных нефтенасыщенных толщин объекта......................................................201
5.3.4. Анализ контактных зон объекта................................203
5.3.5. Этапность вовлечения объекта в разработку....................203
5.3.6. Анализ фактических данных и оценка подтверждения геологической модели объекта......................................................208
5.4. Пример анализа достоверности существующих геологических моделей
залежи пласта Ачз³, использованных при оценке начальных геологических запасов углеводородов и апробированных в ГКЗ РФ.......................209
5.5. Построение концептуальной геологической модели ачимовских отложений...213
5.6. Возможные концептуальные геологические модели залежи в продуктивных отложениях пластаАч3³..................................219
5.7. Вероятностная оценка углеводородного потенциала ачимовских отложений пласта Ач3³ ..........................................................222
5.8. Выводы и рекомендации по минимизации геологических рисков........224
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ ЗНАНИЙ.........................................225
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................................229
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
И СОКРАЩЕНИЙ
1D oднoмepный
2D двухмерный
3D трехмерный
AAPG Американская accounauuM reo-ioion нефтянитов
AIF средняя мг1ювенная частота
ttnc величина oтнocитeльнoй амплитуды 1юте1щиала caмoпoляpизa-
иии
Д1гк двoйнoй разметный параметр гaммa-кapoтaжa
Qieo.'i гeoлoгичecкиe запасы нефти
Qhbbji извлекаемые запасы нефти
Qjihh карта мказателя линей^го нeфтe(гaзo)нacыщeннoгo эффек-
тивнoгo o6ъeмa
Нгл толщина глинистой перемычки
hoceBc карта o6щих толщин между кpoвлeй кoллeктopa и кpoвлeй
oтpaжaющeгo ropизoнтa
^кров структурная карта кpoвли
hKpoBKoi карта кpoвли пopoд-кoллeктopoв
ho6 o6щaя толщина
ho6HH o6щaя толщина нефтенасыщенмй части пласта
ho64H3 o6щaя толщина нефтенасыщенмй части пласта в чисто нефтя-
мй зoнe
honBC“ o6щaя толщина нефтенасыщенмй части пласта вo всей зoнe
тефте^смого
h[,o;i. структурная карта пoдoшвы
V.nofl карта пoдoшвы пopoд-кoллeктopoв
H koi эффективная толщина
Аф эффективная гaзoнacыщeннaя толщина
Itoh эффективная нефтенасыщенная толщина
h3$HH ^эффиими- вoдoнacыщeннocти
кв ^эффиими! oтcтaтoчнoй вoдoнacыщeннocти
kBo ^эффиими' начальюй гaзoнacыщeннocти
кгн ^эффиими- нeфтeгaзoнacыщeннocти
кнг ^эффиими! начальюй нeфтeнacыщeннocти
кнн
5
kn кoэффициeнт nopneToe’n knee кoэффициeнт песчанистости kno кoэффициeнт oTKpbiToi'i nopneToe’n knP кoэффициeнт npoRnpaeMoeTH кпэф кoэффициeнт эффектов^й nopneToeTH kpaen кoэффициeнт paeiieiieiiiioeTn MPA MiaKenMia.ibiiaM aMii.inTycia GIS genetic increment of strata GSS genetic sequence of strata MPS метод мнoгoтoчeчнoй eTaTneTiKn NTG куб nee4anneToeTn PK Kaiin.LiMpiioe дaвлenne r ^эффиц^и' Koppe.iMiinn R2 ^эффиц^и' дeтepмnnaцnn S2oeT oeraToiiiaM дnenepenя S2nop iioporonaM дnenepenя SIS noeлeдoвaтeльnoe rayeeoBo мoдeлnpoвanne SoeT epeдneквaдpaтnчnoe oTiKioiieiine TGS yeeчennoe rayeeoBo мoдeлnpoвanne TI oбyчaющee nзoбpaжenne V niaeTOBbie eiopoe’n a. o. aбeoлютnaя oTMeTKa АК aкyeтnчeeкnй KapoTa7i< AObhk a. o. вoдoneфтяnoro KoinaKTa AOKpB a. o. KpoBin вoдonaeыщennoro KoiieKTopa БК бoкoвoй KapoTa7i< bhk вoдoneфтяnoй KoinaKT BH3 вoдoneфтяnaя soiia ГВК raзoвoдяnoй KoinaKT ГГКп raMMa-raMMa KapoTa7i< nлoтnoeтnoй ГДИС rnдpoдnnaмnчeeкne neeлeдoвannя eквaжnn ГИС reoфnзnчeeкne neeлeдoвannя eквaжnn ГК raммa-кapoтaж ГМ reo.ioiTH-ieeKaM мoдeль ГНК raзoneфтяnoй KoinaiKT ГРП rnдpaвлnчeeкnй paspibB niae’a ГРР reoлoropaзвeдoчnыe pa6oTbi ГСР reoлoro-eтaтneтnчeeкnй paspes 6
гтм геолого-технологические мероприятия ДМ детерминистские методы днм дискретно-непрерывные модели ИК индукционный каротаж кгп карты геологических параметров кин коэффициент извлечения нефти КСА карты сейсмических атрибутов КС кажущееся сопротивление ЛФМ литолого-фациальная модель МБК микробоковой каротаж мг методы геостатистики мк метод криге мнк метод наименьших квадратов могт метод общей глубинной точки нгк нейтронный гамма-каротаж ог отражающий горизонт откв фации основного тела конуса выноса ОФП относительная фазовая проницаемость пдгтм постоянно действующая геолого-технологическая модель пзкв фации периферийной зоны конуса выноса по программное обеспечение пк персональный компьютер ПС метод потенциалов собственной поляризации ригис результаты интерпретации гИС роп фации русел обломочных потоков сгк спектральный гамма-каротаж Скв. скважина тэо технико-экономическое обоснование ув углеводороды УВС углеводородное сырье упк фация устья подводящего канала УЭС удельное электрическое сопротивление ФЕС фильтрационно-емкостные свойства хмао Ханты-Мансийский автономный округ чнз чисто нефтяная зона ЯНАо Ямало-ненецкий автономный округ
ВВЕДЕНИЕ
В последнюю четверть века произошло коренное изменение методов изучения геологических объектов. Изменения столь велики, что коснулись практически всех отраслей геологической науки. Традиционная ориентация геологов на полевой характер работ является справедливой только для небольшой части специалистов. Современный геолог, как правило, - это специалист, владеющий методами геологического моделирования.
Для эффективной работы необходимо глубокое понимание возможностей программного обеспечения, включающего современные программные комплексы по ведению баз данных, моделированию геологического строения и разработки залежей углеводородов. Все большую роль в геологии играют специалисты с математическим мышлением. Существующая система обучения геологов ориентирована на подготовку специалистов традиционных специальностей без углубленной математической подготовки. Содержательная часть соответствующих курсов остается неизменной уже несколько десятков лет. Между тем трудно не заметить, что в геологических дисциплинах произошли значительные изменения. Появились новые научные дисциплины, такие как электронная картография, компьютерные методы обработки сейсмических материалов, интерпретация промысловой геофизики, моделирование геологического строения и разработки залежей углеводородов. Для понимания сути проводимых расчетов, выполняемых в программе, недостаточно математических знаний, которые даются в вузах на геологических специальностях. Слепая ориентировка на готовое программное обеспечение отучает геолога размышлять над фактическим материалом, приводит к непониманию физической сущности применяемых алгоритмов. В конечном счете такое положение дел приводит к превращению геологов в простых пользователей информации.
В данном учебнике приводится современная методология геологического моделирования, т. е. показывается то, что обычно называют «ноу-хау» и что является тайной за семью печатями.
Наиболее важным и емким понятием всей современной геологии является понятие геологического моделирования. Под геологическим моделированием следует понимать способ представления геологического строения объекта, его геометрии, стратиграфии, литолого-фациальной характеристики пластов-коллекторов, изменения их эффективных толщин и коллекторских свойств - пористости и проницаемости по площади и разрезу, газонефтена-сыщенности отдельных пропластков, гидрогеологической характеристики, величины запасов нефти и газа.
За последнее десять-пятнадцать лет трёхмерное моделирование стало неотъемлемой частью производственного процесса в нефтегазовых компа
8
ниях, в связи с чем растет спрос на специалистов, обладающих соответствующими навыками. Большое число инновационных методов и алгоритмов появилось в области двухмерного моделирования.
Статические геологические модели месторождений в настоящее время являются основой для подсчета запасов углеводородов, проектирования скважин и моделирования фильтрации флюидов в породах-коллекторах месторождения (гидродинамическая модель). Гидродинамические модели в свою очередь являются основой проектирования и управления разработкой залежей и месторождений и обоснования коэффициентов извлечения УВ.
Геологическая модель строится на основе прямой, косвенной и априорной информации. Прямую информацию о строении и свойствах пласта можно получить только по скважинным данным (в первую очередь при исследовании керна), которые охватывают незначительно малую часть залежи. Соответственно представление об остальной части месторождения может быть получено только на предположениях об обстановке осадконакопления по результатам седиментационного анализа керна, а также набора косвенных данных, полученных дистанционными методами исследований (сейсмические атрибуты и др.).
Современные методы геологического моделирования позволяют оценить и учесть в модели неопределенности, обусловленные недостатком знаний о строении и свойствах пласта. При оценке неопределённостей геологических моделей используются методы геостатистики.
Построение и практическое использование моделей необходимо на всех стадиях изучения, начиная от процесса поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений и заканчивая выработкой остаточных запасов. При этом модель выполняет функцию интеграции геологических и технологических знаний об объекте. Геологическая модель включает в себя различные зависимости, карты, схемы корреляции, трехмерные модели ФЕС и др.
В результате изучения предлагаемого учебника и дисциплин «Компьютерные технологии решения геологических задач» и «Геологическое 3D моделирование» обучающиеся должны овладеть современными методами создания адекватных моделей, программными компьютерными комплексами геологического моделирования залежей УВ, навыками построения геологических 2D и 3D моделей с привлечением всей имеющейся априорной и косвенной информации, контроля и анализа точности построенной геологической модели.
1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ. ПОНЯТИЕ И ВИДЫ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
1.1. Общие замечания
Понятие геологической модели до настоящего времени не формализовано. Информационные составляющие модели, по мнению А.В. Шпильмана, часто отражают лишь современное состояние геологической науки, ее технических средств и возможности дистанционных методов.
Понятия и термины «модель», «моделирование» в последнее время в геологии применяются очень широко и в различных контекстах. Моделями стали называть практически любые построения, схемы и даже гипотезы.
Геология как наука занимается изучением природных объектов. Объект исследуется на предмет выявления тех или иных свойств (строения, состава), характеризующих данный объект, определяются их значения, полезность и прочее. С целью понимания сути (или сущности) объекта создаются модели или применяется так называемый прием моделирования. Модель создается с целью поиска ответов на те или иные вопросы, т. е. моделирование есть научный способ получения новой информации.
В конечном счете, модель - это образ любой природы (предметный, мысленный, текстовый, графический и т. п.) какого-либо объекта (процесса, явления), призванный его представлять [1].
Модель создается для отображения реальных объектов, чтобы описать определенные их свойства.
Формализация - как отражение содержания модели и интерпретация - как перенос результатов моделирования на объект исследования имеют решающее значение для получения новых знаний об объекте моделирования (Рис. 1.1).
Рис. 1.1. Схема изучения природныхобъектов методами моделирования
10
В общей теории познания, а также в геологии, в частности, существует достаточно широкое толкование понятия «модель». Различные его интерпретации объясняются так называемым функциональным подходом, позволяющим рассматривать в роли модели любой объект.
Модели используются достаточно давно, но в основном как объемное средство наглядности, главное назначение которого - способствовать созданию эмпирического образа у исследователя. Однако такого понимания понятия «модель» становится явно недостаточно.
Дальнейшее развитие методов моделирования невозможно без четкого определения этого термина. Это позволит избежать многих недоразумений. Определение должно быть простым и по возможности не содержать таких понятий, которые могут привести к путанице с уже существующими.
Этимологически «модель» (от франц. «modelе» - аналог, образец) - это схема, изображение или описание некоего природного, естественного или искусственного процесса, явления или объекта. В настоящее время существует некий устоявшийся стереотип, когда под моделью понимается система объектов или знаков, воспроизводящих некоторые существенные свойства системы-оригинала. Например, интуиция и опыт - это модель реальности, построенная конкретным человеком. Когнитивная модель - это модель восприятия информации и знаний человеком. Формулы и компьютерные алгоритмы - это модели, построенные на основе физических законов и математической логики.
В геологии наступило такое время, когда необходимо сделать строгую классификацию имеющихся понятий, пересмотреть существующие мнения. Рассмотрим более детально основные понятия:
1. Модель как общее понятие (от лат. «modulus» - образ) - это мысленно представляемая или материально реализованная структура (система), которая воспроизводит объект исследования и позволяет изучать его свойства и прогнозировать их изменение.
В этом определении содержатся две основных функции модели:
а) функция отображения объекта, характеризующая степень сходства предмета моделирования и его модели;
b) информационная (познавательная) функция.
R. J. Chorley и Р. Haggett писали: «.. .постоянной целью научных поисков ученых..., идущих в ногу со временем, является построение одной или нескольких моделей в области своего исследования.» [2].
В этой связи стоит привести получившее широкую известность утверждение Я. И. Френкеля, которое прозвучало в его докладе о физике металлов на Первом Курнаковском чтении в Москве в 1946 г.: «Хорошая теория (модель) сложных систем должна представлять лишь хорошую «карикатуру» на эти системы (процессы), утрирующую те свойства их, которые являются наиболее типическими, и умышленно игнорирующую все остальные - несущественные свойства».
В основе модели, как сказано выше, лежат две ключевые операции: формализация - как отражение содержания модели и интерпретация - как перенос
11
результатов моделирования на объект исследования. Такая структура модели позволяет либо верифицировать, либо опровергнуть выдвигаемую в научном исследовании гипотезу.
Развитие моделирования при геологических исследованиях происходило в несколько этапов:
а) описание аппарата, применяющегося в геологических исследованиях;
b) расширение методов описания природных объектов и явлений;
с) увеличение числа формализованных геологических объектов и их параметров;
d) классификация моделей;
е) развитие систем динамического моделирования - бассейновое, гео-динамическое, тектонофизическое и др.
Геологическое моделирование основано на следующих принципах:
• выделение главных свойств объекта, необходимых для решения задачи;
• обоснование сложности модели на основе «принципа Оккама». Детальность модели в значительной степени обусловлена плотностью сети наблюдений, которая существенно разная на различных стадиях изучения месторождения Повышение детальности модели при недостаточном объеме данных приведет к загрублению модели такими значимыми погрешностями, что модель может стать непригодной для решения задачи;
• разумная точность вычислений, точность модели не может быть выше точности исходных данных (замеров);
• проверка чувствительности и устойчивости модели и решений. Чувствительность модели означает, что при небольших вариациях исходных данных модель изменяется существенно. Следовательно, и решения задачи на чувствительных моделях значимо разные (решения неустойчивые) при относительно небольшом изменении данных;
• системный подход - «видеть не только деревья, но и лес». В системном подходе геологические объекты рассматриваются как совокупность взаимосвязанных элементов (компонентов), имеющих выход (цель) и вход (ресурсы). Пока этот подход не получил широкого применения;
• использование иерархий моделей - «от простого - к сложному».
Главные критерии качества геологических моделей: низкая неопределенность и достаточно высокие прогнозные свойства. Это означает высокую вероятность подтверждения параметров модели при появлении новой фактической информации. Такие модели обеспечивают получение достаточно эффективных решений геологических задач (Рис. 1.2).
12