Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Развитие информационных технологий в нефтяной и газовой промышленности . 14
1.1 Комплексная экспертная модель залежи углеводородов 14
1.2 Функциональная структура компьютерной технологии 26
1.3 Вывод 29
Глава 2. Компьютерная методология моделирования залежи углеводородов в единой информационной среде . 31
2.1 Создание геолого-технологических моделей залежей углеводородов 31
2.2 Информационная база моделирования 33
2.3 Компьютерная технология построения постоянно действующей геологической модели залежи углеводородов 38
2.3.1 База данных геологической модели 38
2.3.2 Интерпретация сейсморазведки и построение структурной модели 40
2.3.3 Интерпретация ГИС 43
2.3.4 Литофациальное моделирование 44
2.3.5 Построение цифровой геологической модели залежи 44
2.3.6 Параметрическое моделирование 47
2.3.7 Анализ цифровой геологической модели 48
2.3.8 Создание гидродинамической сетки и ремасштабирование параметров 48
2.3.9 Подсчет геологических запасов 49
2.4 Методология компьютерного моделирования залежи углеводородов 49
2.4.1 Методология построения информационной системы описания резервуара 50
2.5 Структурная схема специализированного программного пакета для реализации компьютерной технологии моделирования залежи 56
2.5.1 Основное назначение и функции специализированного программного обеспечения 56
2.5.2 Основные свойства специализированного программного обеспечения 59
2.6 Вывод 68
Глава 3. Четырехмерные многопараметровые модели в геологии и разработке месторождений углеводородов 71
3.1.Четырехмерное пространство 72
3.2. Физическое пространство xyzT=variabic изучения тел объектов 76
3.3. Генеалогическое пространство хуТ изучения тел временных процессов 77
3.3.1 Седиментационный анализ в генеалогическом пространстве хуТ 79
3.3.2 Палеотектонический анализ в генеалогическом пространстве хуТ 81
3.3.3 Динамический анализ напряжённо-деформированного состояния осадочных пород 85
3.4. Генеалогические пространства xzT и yzT изучения временных процессов 87
3.5. Анализ параметров разработки в пространстве xyzT 90
3.6 Вывод 94
Глава 4. Алгоритмическое обеспечение компьютерной технологии моделирования залежей углеводородов 96
4.1 Этапы технологии моделирования залежи углеводородов 96
4.2 Динамическая визуализация многомерных, многопараметровых пространств 98
4.2.1 Объекты визуализации и способы формирования зрительных образов 99
4.2.3 Изучение нестационарных пространственно-временных процессов 102
4.3 Анализ кинематических параметров волнового поля 112
4.3.1 Определение скоростной модели по годографу рефрагированной волны 112
4.4 Коррекция взаимных времен в точках пересечения профилей 120
4.5 Выделение и корреляция сейсмических горизонтов 124
4.5.1 Ручная корреляция 125
4.5.2 Полуавтоматическое прослеживание множества горизонтов по сейсмическим 2D/3D данным 127
4.5.3 Автоматическая корреляция горизонтов 131
4.5.3.1 Расчет куба неоднородности и углов наклонов регулярных волн 131
4.5.3.2 Диффузионный фильтр, сохраняющий структуру волнового поля 132
4.5.3.6 Корреляционный куб 132
4.5.3.7 Сепарированный куб корреляции 133
4.5.3.8 Многолистные поверхности 134
4.5.3.9 Построение структурной многолистной поверхности 135
4.6 Выделение и трассирование нарушений по данным сейсморазведки 139
4.6.1 Технология построения поверхности разлома 140
4.7 Алгоритм построения поверхности 152
4.8 Вычисление атрибутов поверхности 161
4.8.1 Атрибуты первого порядка 161
4.8.2 Атрибуты кривизны поверхности 161
4.8.3 Полуавтоматическое построение характеристических карт выделенных зон 163
4.9 Седиментационный анализ 166
4.10 Палеотектонический анализ 167
4.11 Анализ динамических параметров сейсмических сигналов 171
4.11.1 Разделение факторов искажающих сейсмический сигнал 173
4.11.2 Анализ динамической характеристики сейсмических сигналов 180
4.11.3 Сейсмические атрибуты 183
4.11.4 Сейсмофациальный анализ 191
4.11.5 Сейсмическая инверсия 195
4.12 Вывод 204
Глава 5. Программное обеспечение технологии четырехмерного моделирования залежей углеводородов в единой информационной среде . 205
5.1 Технология построения информационно-аналитической системы для создания и поддержки модели залежи углеводородов 205
5.2 Программное обеспечение построения, поддержки и сопровождения модели залежи 215
5.2.1 База данных месторождения 215
5.2.2 Вычислительные процедуры 217
5.2.3 Построение трехмерной сейсмической модели месторождения 223
5.2.4 Построение трехмерной геологической модели залежи 225
5.2.5 Корреляционный анализ геолого-геофизических данных 226
5.2.6 Седиментационный анализ трехмерных геолого-геофизических данных 227
5.2.7 Редактор сеток для создания гидродинамической модели 227
5.2.8 Графический и текстовый редактор создания твердых копий 227
5.2.9 Математические и логические вычисления с геолого-геофизическими данными 228
5.2.10 Управление базой данных проекта 229
5.3 Информационная связь ПО для геологического моделирования 230
5.4 Основные функциональные возможности программного обеспечения для компьютерного моделирования залежи 234
5.4.1 Обязательные процедуры геологического моделирования 234
5.5 Уникальные и наиболее важные процедуры геологического моделирования 244
5.5.1 Возможности быстрого доступа к большим массивам информации 245
5.5.2 Анализ больших объемов скважинных данных 245
5.5.3. Многопараметровый анализ 251
5.5.4. Построение объемных тел с заданными свойствами 253
5.5.5 Седиментационный и палеотектонический анализ 254
5.5.6 Палеотектонический анализ 256
5.5.7 Анализ геологических моделей в 4D пространствах 257
5.5.8 Динамический анализ порового давления 258
5.6 Инструкции пользования программным пакетом 261
5.7 Вывод 263
Глава 6. Компьютерная технология моделирования залежи углеводородов на основе комплексной интерпретации данных сейсморазведки и ГИС 266
6.1.Создание постоянно-действующей геологической модели 267
6.2 Сопровождение постоянно-действующей цифровой геологической модели залежи углеводородов. 286
6.3. База знаний процесса моделирования залежи 288
6.3.1 Пример использования базы знаний построения геологической модели 289
6.4 Разделение единой крупной модели залежи на локальные модели 295
6.5. Анализ траектории новой бурящийся скважины и прогнозирование кривых ГИС на проектные скважины 305
6.6 Вывод 308
Заключение 310
Список литературы 312
- Комплексная экспертная модель залежи углеводородов
- Изучение нестационарных пространственно-временных процессов
- Обязательные процедуры геологического моделирования
- Разделение единой крупной модели залежи на локальные модели
Введение к работе
Актуальность работы. Моделирование различных процессов и явлений существовало всегда, оно было и остается одним из способов познания мира. В силу закрытости творческих процессов, к сожалению, невозможна работа с информационными потоками «мозг-мозг». С развитием компьютерных технологий творческие процессы в области геологического моделирования все больше воспроизводятся на языке математики, упрощая и объединяя труд многих специалистов разного профиля.
Модель месторождения в общем случае должна адекватно отображать свойства геологических объектов не только в пространственных координатах, но и отражать изменения свойств объектов во времени. Вследствие этого модель и способы ее математического отображения должны быть четырехмерными.
Исходя из изложенного, при разработке четырехмерного моделирования залежи, автором работы были сформулированы следующие основные принципы:
метрика для моделей залежи должна быть четырехмерной [x, y, z, T], где T - астрономическое время, масштаб которого определяется длительностью и скоростью моделируемых процессов;
все результаты моделирования должны визуализироваться в просмотровых окнах с целью анализа и принятия решения;
все действия исследователя должны запоминаться, храниться и воспроизводиться с целью многовариантной интерпретации;
в процессе моделирования должна создаваться, накапливаться база знаний и обеспечиваться ее тиражирование.
Данный подход, на наш взгляд, позволяет создать наиболее дружественный интерфейс между памятью человека и компьютера, а сама система создать дружественный интерфейс между специалистами, одновременно участвующими в процессе моделирования.
Использование мультидисциплинарной информации цифрового описания залежи углеводородов позволяет выделять наиболее значимые элементы ее строения, выявить и изучить закономерности изменения ее свойств, выработать пути решения, стоящих перед исследователями задач. Для принятия решения исследователю требуется соответствующие программно-технические и алгоритмические средства для анализа больших объемов информации описания залежи.
Развитие геофизики и компьютерных технологий постепенно меняет облик геологии, превращая ее из описательной науки в науку, фундаментом которой становятся информационно-технические и математические средства. Прогресс в развитии пространственной сейсморазведки позволяет детально изучать не только строение геологической среды, но и техногенные процессы, возникающие в период разработки залежи, поэтому привлечение таких данных еще более повышает эффективность геолого- технологического моделирования.
Процесс массового моделирования месторождений углеводородов находит все большое применение, и именно оно является наиболее актуальной проблемой научно-технического прогресса в нефтяной отрасли.
В настоящее время на российском рынке информационных технологий в геологии преобладает зарубежное программное обеспечение (GeoFrame, Petrel-Schlumdereger, Geographic - LandMark, Irap RMS -ROXAR, SMT), эффективность которого в первом приближении удовлетворяет бизнес и международные стандарты. Это компьютерные системы моделирования весьма дороги для широкого использования и далеко не всегда обеспечивают гибкость при учете всех особенностей строения месторождения. По этой причине создание и развитие отечественных информационных систем и программных продуктов для широкого круга специалистов, обеспечивающих геолого-геофизические и промысловые услуги при моделировании, подсчете запасов и эффективной эксплуатации нефтегазовых месторождений углеводородов, является исключительно важной народнохозяйственной задачей.
Цель работы. Создание информационно-аналитической системы четырехмерного моделирования залежей углеводородов и протекающих в ней временных процессов по комплексу сейсмических и скважинных данных.
Для достижения поставленных целей решаются следующие основные задачи:
разработка научной концепции единой информационно-аналитической системы четырехмерного многопараметрового моделирования залежи углеводородов на основе комплексного использования сейсмических и скважинных данных;
разработка процедур экспорта-импорта геолого-геофизической наземной и скважинной информации в форматах, рекомендованных Petrotechnical Open Software Corp. (POSC) и в основном используемых большинством предприятий нефтегазовой отрасли;
разработка прикладных вычислительных процедур для комплексной интерпретации сейсмических и скважинных данных для построения модели залежи углеводородов и создание библиотеки прикладных программ;
трехмерное моделирование распределения петрофизических, литофациальных и промысловых характеристик пластов на основе результатов интерпретации скважинной и сейсмической информации с учетом тектонических нарушений;
разработка последовательности процедур моделирования (базы знаний) и воспроизведение их при поддержке модели залежи в актуальном состоянии;
разделение модели крупного месторождения на локальные модели совместно с базой данных и базой знаний.
Методика исследований. Поставленные задачи по созданию четырехмерной модели залежи и протекающих в ней временных процессов решались на основе использования комплексных сейсмических и скважинных данных в единой информационно-аналитической среде с использованием вычислительных методов, применением информационных технологий и средств динамического видения при изучении и цифровом описании параметров залежей. Исследования по проблеме выполнялись при моделировании месторождений в различных нефтегазовых регионах с учетом результатов комплексной интерпретации сейсморазведки 2D и 3D, ГИС и промысловых данных.
Научная новизна.
-
-
Обоснована научная концепция информационно-аналитической системы четырехмерного многопараметрового моделирования залежи углеводородов по комплексу сейсмических и скважинных данных;
-
Разработано программно-алгоритмическое обеспечение постобработки и комплексной интерпретации сейсморазведочных и скважинных данных для построения пространственной модели залежи.
-
Развит аналитический инструментарий палеотектонического и палеоседиментационного анализа трехмерного сейсмического поля в четырехмерном пространстве для детального изучения коллекторов неструктурного типа.
-
Разработана схема разделения модели крупного месторождения на локальные модели совместно с базой данных и базой знаний с целью оперативного сопоставления модельных и реальных параметров залежи и определения различий.
-
Разработана технология подготовки и накопления последовательности процедур моделирования залежи (база знаний) и ее воспроизведения при сопровождении модели и передачи знаний моделирования на новые месторождения.
Защищаемые положения.
-
-
-
Созданная информационно-аналитическая система четырехмерного моделирования залежей углеводородов, позволяющая исследовать и интерпретировать большой объем сейсмических и скважинных данных, расположенных в единой базе месторождения, обеспечивает использование единой библиотеки вычислительных процедур интерпретации и взаимосвязанных смотровых пространств.
-
Разработанная технология подготовки и воспроизведения последовательности процедур моделирования (базы знаний) залежи углеводородов на основе комплекса геолого- геофизических и скважинных данных позволяет использовать знания (опыт) моделирования на других геологических объектах.
-
Предложенная схема разделения модели крупного месторождения на локальные модели совместно с базой данных и базой знаний обеспечивает применение технологии четырехмерного моделирования для детального изучения залежи.
-
Предложенная технология построения модели залежи с граничными значениями ФЕС, обеспечивает пространственный анализ нефтепромысловых объектов и обосновывает подсчет запасов.
Личный вклад. Автор диссертационной работы, начиная с 1977 г. занимался решением прямых и обратных динамических и кинематических задач сейсморазведки с целью изучения скоростных зависимостей и параметров поглощения геологической среды. В течение длительного времени им также выполнялась разработка и совершенствование компьютерных технологий моделирования с использование комплекса данных сейсморазведки и других геофизических методов.
Автор диссертации разрабатывал научную концепцию информационно-аналитической системы моделирования залежи углеводородов и протекающих в них временных процессов на основе интегрированной интерпретации сейсмических и скважинных данных в четырехмерном пространстве. Им лично выполнены исследования по созданию концепции единой информационно-аналитической среды, в которой используется общая структурированная база геолого-геофизических и промысловых данных описания залежи и структурированная библиотека вычислительных процедур. На основе этой концепции под руководством автора и при непосредственном его участии была создана компьютерная технология четырехмерного моделирования, которая нашла широкое применение на производстве.
Практическая значимость. Важным практическим результатом применения созданной автором информационно-аналитической системы моделирования месторождений является возможность детального цифрового описания строения объемных геологических объектов и происходящих в них процессов при решении задач по выявлению зон с выработанными и остаточными запасами, обоснования размещения скважин.
Другим важным выходом диссертационной работы является создание программного обеспечения DV-SeisGeo, реализующего технологию четырехмерного моделирования залежи углеводородов, функционирующего в удобном русскоязычном пользовательском интерфейсе на персональных компьютерах и предназначенного для широкого круга специалистов на производстве и в науке.
Нефтяная секция ЦКР Министерства энергетики Российской Федерации постановила предоставить программное обеспечение DV для практического использования моделирования залежей углеводородов в ведущих институтах и университетах страны (Протокол от 5 февраля 2003 г.).
ГКЗ Министерства природных ресурсов РФ одобрил методику и технологию компьютерного моделирования и подсчета запасов месторождений углеводородов, представленных в основном терригенными коллекторами, и рекомендовал проектным и сервисным организациям, нефтяным и газовым компаниям, проводящим моделирование и подсчет запасов, использовать отечественный программный комплекс DV для подготовки и представления соответствующих разделов отчетов по подсчету запасов в ГКЗ МПР России (Протокол от 03 декабря 2003 г.).
Четырехмерное моделирование залежей на Заседании НТС по твердым полезным ископаемым Министерства Природных ресурсов России рекомендовано к применению и использованию на производстве (Протокол от 25-26 декабря 2010 года).
Разработанная четырехмерная методика построения и анализа сейсмических и геологических моделей в единой информационной среде применялась на лицензионных участках: Чибьюкское, Мусюшорское (Коми), Патымско-Ингинское, Пальяновская, Восточно-Ингинское, Юганское, Ляминское, Красноленинское (Западная Сибирь), Восточный Челекен (Туркмения), Атырау (Казахстан), Украине, месторождениях в КНР и на других объектах.
Основные положения и результаты данной работы докладывались на НТС и заседаниях геологических секций нефтяных и газовых компаний НК «Роснефть», НК «ЛУКОЙЛ», ОАО «Сургутнефтегаз», НК «Северное Сияние», НК «Туркменнефть», «Науканефтегаз Украины», ПО «Укргеофизика», ОАО «Татнефть», ОАО «Хантымансийскгеофизика», Senopec, CNPC, Shell, Tigress, PGS.
Программный комплекс DV-SeisGeo технологии четырехмерного моделирования в единой информационной среде с успехом применяются на этапах поисков, разведки и эксплуатации месторождений в различных нефтегазоносных провинциях, отличающихся своими геолого-техническими условиями. Приведенный ниже список показывает географию практического использования программного обеспечения компьютерной технологии моделирования.
Апробация работы. Результаты научных исследований автора по развитию информационной технологии моделирования месторождений углеводородов докладывались на следующих научно-технических конференциях:
-
-
-
-
Научно-методический Совет по геолого-геофизическим технологиям поисков и разведки твердых полезных ископаемых (НМС ГГТ) МПР России, С.-Петербург, 2526 декабря 2010.
-
Международная Конференция «Нефть и Газ Туркменистана» TIOGE-2008 в Ашхабаде, ноябрь 2008 г. «Совместное развитие проекта «Хазар» 2000-2007». Материалы конференции TIOGE-2008. Стратегия развития нефтегазовых ресурсов Туркменистана и перспективы для международного сотрудничества. Сессия 3. Дальнейшая разведка и добыча углеводородов».
-
Научно-методический Совет по геолого-геофизическим технологиям поисков и разведки твердых полезных ископаемых (НМС ГГТ) МПР России, С.-Петербург, 1314 декабря 2007.
-
Новые технические решения при геологическом моделировании месторождений нефти и газа на Восточном Каспии: Геленджик: тез. докл. на Международной конференции «Нефть и газ юга России, Чёрного, Азовского и Каспийского морей», 2007.
-
Научно-техническая конференция «ВСП и трехмерные системы наблюдений в сейсморазведке», М, ЦГЭ, 26-30 ноября 2006.
-
SEG, EAGE, EAGO international Conference & Exhibition 16019 October 2006, Lenexpo, Saint Petersburg, Russia.
-
Разработки нефтегазовых месторождений. Международный технологический симпозиум, М.РАГС при Президенте РФ, 15-17 марта 2005.
-
Седьмая научно-практическая конференция «Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО», Ханты-Мансийск, 2004.
-
«Новые технологии разработки нефтегазовых месторождений» Труды Международный технологический симпозиум, М. РАГС при Президенте РФ, 17-19 марта 2004.
-
Геофизическая научно-практическая конференция: «Проблемы повышения эффективности применения геофизических исследований при поисках, разведке, разработке и эксплуатации месторождений нефти и газа в Западной Сибири», Тюмень, 16-18 сентября, 2003 г.
-
«Интенсификация добычи нефти и газа». Международный технологический симпозиум. Москва, 2003 г.
-
Европейская комиссия по транспорту и энергетике, 25-26 марта 2003 г.
-
Международная геофизическая конференция и выставка SEG - Salt Lake City -2003.
-
Международная геофизическая конференция и выставка ЕАГО, SEG, EAGE, РАЕН - Геофизика XXI века - прорыв в будущее. Москва-2003.
-
XXVI Губкинские чтения «Развитие нефтегазовой геологии - основа укрепления минерально-сырьевой базы» 20-21 ноября 2002, Москва.
-
Научно-практическая конференция «Инновационные технологии в области поисков, разведки и детального изучения месторождений нефти и газа», 20-22 мая 2002 г, Москва.
-
Четвертые геофизические чтения им. В.В. Федынского, 28.02-02.03 2002, Москва, Центр ГЕОН , 2002, с.18.
-
Пятая научно-практическая конференция «Пути реализации нефтегазового потенциала ХМАО», 13-17 ноября 2001, Ханты-Мансийск, 2001.
-
Тюменская геолого-геофизической научно-практической конференции Тюмень ОЕАГО, 16-17 октября 2001, Тюмень, 2001.
-
Науково-практична конференція з проблем розвітку геолого-розвіувальних i видобувних робіт у Захіному регіоні Украіни. м.1вано-Франк1вськ, 1997.
-
Науково-практична конференція «Стан, проблеми 1 перспективи розвитку нафтогазового комплексу зах1дного рег1ону Укра1ни», Льв1в, 1995.
-
Науково-практична конференція з проблем розвітку геолого-розвіувальних і видобувних робіт у Захіному регіоні Украіни. м.1вано-Франк1вськ, 1992.
-
10-ый Всесоюзный научно-технический семинар «Использование новых геофизических методов для решения инженерно-геологических и гидрогеологических задач. ВСЕГИНГЕО, 1989.
-
Вторая научная конференции аспирантов и молодых ученых геологического факультета МГУ. Москва. Секция Геофизика, 1988.
-
Вторая Всесоюзная конференция «Проблемы прогноза, поисков и разведки месторождений неметаллических полезных ископаемых», 25-27 ноября 1986. Казань, 1986.
-
Применение геофизических методов при гидрогеологических и инженерно- геологических исследованиях и охране окружающей среды. Симферополь, 18-19 ноября 1987, 1987.
-
Геофизические методы в гидрогеологии и инженерной геологии. 8-й научно-техн. семинара Армянская ССР, Ереван, 8-10 Августа 1985.
Результаты опубликованы в 77 научных статьях в НТЖ и тезисах докладов.
Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность за сотрудничество, консультации и ценные советы при работе над развитием технологии моделирования залежей углеводородов и программными системами - Кашику А.С., Гогоненкову Г.Н., Билибину С.И., Бондареву В.И., Бадалову А.В., Бандову В.П., Габисиани Г.А., Горбунову В.И., Ганженко А.С., Гутману И.С., Денисову С.Б., Дьяконовой Т.Ф., Жемжуровой З.Н., Кирилловой А.Е., Кобрунову А.И., Лаврику А.С., Петровскому А.Д., Мазаевой И.В., Левянту В.Б., Степанюку В.П., Тарасову Б.Г., Чекуновой В.А., Федорову А.Л., Ческис В.Л., Цой В.Е. и многим другим коллегам.
Автор хотел бы отметить поддержку и ценные советы научного консультанта работы, заслуженного нефтяника, академика, доктора технических наук Кашика А.С.
Настоящая диссертация систематизирует и обобщает многолетние разработки автора. Материалы, которые приводятся в данной работе, получены самим автором или под его непосредственном руководстве при работе в Ивано-Франковском институте нефти и газа и ОАО «Центральная геофизическая экспедиция» Минэнерго России.
Объем и структура диссертации
Комплексная экспертная модель залежи углеводородов
Кашиком А.С., Кирилловым С.А. и Горбуновым В.И. показана новая интегральная информационная структура - комплексная экспертная модель (КЭМ) нефтегазопромыслового объекта, которая объединяет функции геолого-геофизического, промыслово-технологического и технико-экономического (геолого-экономического) моделирования на всех этапах и стадиях поисков, разведки, разработки и эксплуатации месторождений углеводородного сырья [81, 82, 107]. КЭМ является адекватным отображением геологического строения объекта, системы разработки, процессов идущих в залежах, экономики. Глобализация проблем обеспечения энергоресурсами требует существенной корректировки механизмов принятия управляющих и инженерных решений. Так в нефтегазовой, отрасли высокими темпами сокращаются легко доступные ресурсы»сырья, усложняются горно-геологические условия добычи, и, как следствие, увеличиваются затраты и риски реализации соответствующих производственных программ.
С момента возникновения первых промыслов и до сегодняшнего дня единственным инструментом выявления и освоения месторождений, углеводородов остаётся бурение поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин. Определенный парадокс состоит в том, что уровень развития буровой техники и технологий, в принципе, соответствует сложности задач, подлежащих решению в процессе поисков залежей или их разработки. В то же время, ошибки при постановке задачи, например, приоритет валовых показателей в управлении, или «экономия» на изысканиях, проектировании, а также научно-техническом сопровождении работ, приводят к тому, что этот уникальный (вместе с тем очень дорогой) инструмент зачастую работает неэффективно. По усреднённым мировым показателям успешность поискового бурения оценивается до 30%; разведочного в пределах 40-60%; а эксплуатационного - 80-95%. Таким образом, существуют значительные резервы в сокращении непродуктивных затрат времени и финансовых средств. Использование этих резервов, принципиально положительно повлияет как на базовые показатели производства, так и на инвестиционную привлекательность соответствующих проектов или предприятий.
Одним из возможных путей решения этой непростой проблемы является развитие принципов и методических приемов моделирования объектов и процессов добычи нефти и газа.
В нефтегазопромысловом деле широко используются геолого-технологические модели (ГТМ) залежей и объектов разработки. Принципиально, методические положения построения и конкретного использования цифровых ГТМ сформулированы Центральной комиссией по разработке нефтяных и газонефтяных месторождений (ЦКР) «Роснедра» и фру "Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых" (ГКЗ) [148, 149, 161]. Компьютерные технологии моделирования развиваются научными и сервисными компаниями в направлениях совершенствования вычислительных технологий анализа геолого-геофизической и промысловой информации, геологического и гидродинамического моделирования технологических процессов разработки и эксплуатации залежей.
Под научным руководством автора, базируясь на научной концепции, разработанной им информационно-аналитической системы четырехмерного многопараметрового моделирования залежи углеводородов по комплексу сейсмических и скважинных данных, коллектив специалистов ОАО «Центральная геофизическая экспедиция» выполнил разработку математического обеспечения компьютерной технологии DV-SeisGeo для производственного сеисмогеологического и геологического моделированиянефтегазовых залежей и процессов разработки нефтегазовых объектов.
Кроме сейсмических и скважинных данных для цифрового описания модели залежи, в новой технологии предусмотрено использование широкого набора промысловой информации, данных ГИС-контроля и других сведений для более полного учета влияния процесса разработки залежи на ее характеристики. Сюда входят сведения о перфорации в скважинах, детальная информация по добыче и закачке жидкости, результаты гидродинамических исследований добывающих и нагнетательных скважин, сведения о пластовых давлениях и т.д.
В результате использования компьютерной технологии моделирования исследователем создается плоская и (или) объемная геологическая модель современного строения месторождения, в том числе и продуктивных пластов. Модели, полученные по совокупности информации 2D/3D сейсморазведки и сети разведочных скважин, являются основой для подсчета запасов углеводородов - заключительной стадии разведки.
Необходимыми элементами компьютерной технологии является визуализация и протоколирование исходных данных для контроля их качества, результатов расчета на произвольном этапе моделирования, подготовка результирующей документации -табличной и графической информации в соответствии с утвержденными регламентирующими документами.
Комплексная экспертная модель (КЭМ) нефтегазопромыслового объекта включает: содержательные параметры резервуара (сейсмические, геологические характеристики, петрофизические свойства пород и флюидов, ресурсы углеводородов);
- структурные и количественные характеристики технологических схем и процессов добычи (технические, гидродинамические, определяющие производительность и т.д.);
- показатели эффективности инвестиций для модельного или реального бизнес -проекта от поисково-разведочных работ, включая опытно промышленную эксплуатацию, вплоть до завершающей стадии разработки месторождения и его ликвидации.
В КЭМ сохраняется унификация формы представления всего комплекса геолого-геофизических и промысловых данных об объекте разработки с операционной поддержкой современными информационно-вычислительными средствами. Сохраняются также функции сопровождения (мониторинга) комплекса моделирования производственных и технологических процессов разработки залежей углеводородов. В то же время имеют место некоторые различия между существующими производственными программными пакетами [23, 24, 28, 160, 171, 181] для создания геолого-технологической модели и пакетами- для подготовки комплексной экспертной модели, которые, в первую очередь, выражаются в следующем [81,82]:
1. В" замене функций обмена данными функциями информационного обмена в процессе осуществления технологии моделирования. При этом наряду с количественными происходят качественные изменения информации. Например, структурно параметрическая модель залежи в совокупности с гидродинамическими построениями преобразуется в систему данных проекта разработки и определяет соответствующие объёмы капитальных затрат на разработку.
При активном вычислительном процессе проектирования разработки, связи в системе данных, находящихся в этом проекте остаются активными и все изменения геологических или фильтрационных модельных представлений автоматически инициируют корректировку положений проекта и соответствующие финансовые оценки.
2. Геологическая модель залежи и модель происходящих в ней процессов всегда сохраняют пространственное изображение исследуемых продуктивных объектов, распределений характеристик пород и флюидов, а также других разнообразных сопутствующих данных. Информация представляется четырехмерном пространстве (в трёх пространственных и одной временной координатах). Координатная система, представление информации и инструментальные средства управления являются едиными и стереотипными для всех вариантов моделирования. В существующих программных пакетах моделирования залежи углеводородов Irap RMS (Roxar), Gocad (Paradigma) Geographies (Landmark) сейсмические, геологические и гидродинамические расчеты выполняются в отдельных программных пакетах, со своими интерфейсными, смотровыми, вычислительными пространствами, со своими правилами управления данными.
3. Информационная поддержка анализа геолого-экономических и технико экономических показателей, которые вытекают из объёмов используемых ресурсов, технологической схемы разведки или разработки месторождения, а также нормативно законодательной базы управления бизнес - процессами осуществляется постоянно. В настоящее время информационная поддержка анализа геолого-экономических и технико экономических показателей осуществляется периодически, в сроки указанные регламентными документами [148, 149, 161] или в ситуации, когда вновь полученные фактические данные о месторождении, отличаются от модельных параметров залежи на заданную граничную величину.
Изучение нестационарных пространственно-временных процессов
Рассмотрим некоторый нестационарный параметр ft, заданный на объектном пространстве XYT: ft: XYZ - Р [70, 96,97].
Это может быть изменяющееся в течение геологического времени распределение в пространстве порового давления, или нефтенасыщенность, изменяющаяся в процессе разработки месторождения. Такой параметр, как правило, задаётся в виде конечного набора кубов данных, соответствующих различным моментам времени- Т = tv...,tk.
Динамическая визуализация такого параметра возможна «традиционными методами» - в визуальных подпространствах XYZ при меняющимся времени, но более полную картину дает выход в пространство большей размерности.
Действительно, данный параметр ft (x,y,z) можно рассматривать как стационарный в пространстве XYZT: /, (х, у, z) з f(x, у, z, t): XYZT - P.
Это даёт дополнительные возможности динамической визуализации (так, динамика объектного сечения теперь является лишь одним из возможных вариантов просмотра). Кроме того, в генеалогических (содержащих ось Т) смотровых пространствах появляется возможность изучения процессов в статике. Это особенно важно с точки зрения документирования результата, должен стать статический документ (некоторая карта или профиль).
Аналогично, изменяющийся во времени пространственный объект (поверхность горизонта, тектонического нарушения, продуктивный пласт или линия скважины), может быть рассмотрен как стационарный в пространстве XYZT.
Компьютерная технология моделирования обладает совокупностью визуализационных пространств (окон), которые являются визуальным языком перевода набора цифровых данных описания залежи в визуальные образы понятные исследователю.
Визуальные пространства: 4-х мерные (рис.3.3), 3-х мерные (рис.4.2), 2-х мерные (рис.4.16, рис.4.3в) и 1-но мерные (рис.4.4) обладают набором программных инструментов, позволяющих исследователю[89]:
- синхронизировать визуальные окна, например, перемещение сечения в одном окне 4-х мерного пространства приводит к перемещению вдоль той же оси в других пространствах или если данной оси нет в одном из пространств, то в нем изменяется внутренне содержание (рис.3.3). Место положения смещения вертикального сечения в трехмерном пространстве, отмечается на горизонтальном сечении;
- объединять данные в наборы (например, сейсмический временной разрез и разрез пласта-коллектора, структурная карта кровли пласта и диаграммы добычи жидкости, нефти и воды, давление и температура) и комбинировать результаты 2D и 3D сейсморазведки в одном проекте, одной базе данных, анализировать в одном окне визуализации 2D/3D (рис.4.6). На рис.4.1 [214] и 4.6 данные 3D разделены цветом;
- рассекать массивы данных, проникать вовнутрь данных, регулярные и произвольные сечения сейсмических 3D данных, пространственной геологической или гидродинамической модели. Одновременно анализировать временные поля разных вариантов обработки - суммирования, миграции по сумме, миграции по сейсмограммам, деконволюции и т.д., что дает возможность сравнивать и анализировать форму волновой картины после различных преобразований сейсмического поля (рис.4.2). Выделять, строить и сохранять произвольные временные сечения по сейсмическим данным 3D (рис.4.3)[212];
- исследовать условия осадконакопления на территории путем анализа сейсмической записи вдоль набора седиментационных поверхностей, пропорционально распределенных между двумя ближайшими изохронными поверхностями. С помощью такого вида анализа можно выявлять такие сложные для картирования геологические элементы как врезы, палеорусла, в том числе по ярким пятнам выявлять газовые залежи. В интервале верхнедевонских отложений на палеоседиментационном слайсе отчетливо видны контуры рифовых построек на юге и севере площади (рис.4.5) [214];
- извлекать аномальные, уникальные данные из массива в новый набор, например, выделить коллектор с заданной пористостью, нефтенасыщенностью, проницаемостью из пласта (рис.4.8) или выделить набор скважин с кривыми АК и ГК на месторождении из всей совокупности скважин.
По набору данных строятся диаграммы графики (рис.4.9), и таблицы.
Использование в технологии моделирования залежи единого интерактивного аппарата визуального анализа исходных данных, результатов интерпретации и создания отчетных результатов в виде твердых копий обеспечивает легкий доступ к сейсмическим данным и отображение их в различных, взаимосвязанных просмотровых окнах. Отображение сейсмических данных осуществляется в пространственном и плоском окне в виде переменной амплитуды и переменной плотности произвольной цветовой палитры.
На рис.4.10 [211] в пространственном просмотровом окне отображены временные разрезы по пересекающимся профилям, пространственный горизонт, построенный по профильным горизонтам и траектории скважин. Изменяя размеры окна, и вращая его можно детально анализировать результаты кинематической интерпретации (временной горизонт, его форму).
В плоском просмотровом окне возможен одновременный анализ исходных сейсмических разрезов вдоль профиля, выделенных горизонтов, сейсмических атрибутов и скважинной информации (каротажные, петрофизические и промысловые кривые, геологические маркеры и т.д.). Удобный пользовательский интерфейс позволяет легко переносить геолого-геофизические объекты из базы данных проекта в просмотровые окна, т.е. захватить курсором с нажатой правой клавишей имя объекта и перенести в его окно. Например, на рис.4.12 [213] приведены фрагмент временного разреза, мгновенные амплитуда, фаза, и частота, траектории стволов скважин и каротажные кривые ПС, ИК и два сейсмических горизонта. Пользователь сам задает граничное расстояние проектирования скважин на сейсмический профиль.
Нажатие правой клавиши мышки на любом геолого-геофизическом объекте, отображенном в просмотровом окне, выдает его имя, координаты и параметры в точке курсора.
Компьютерная технология четырехмерного моделирования залежи позволяет связывать просмотровые окна. Так при корреляции сейсмических горизонтов объединение двух временных разрезов по пересекающимся профилям со схемой расположения профилей повышает технологичность интерпретационного процесса. На схеме профилей (рис.4.13) синим цветом отмечены пересекающиеся профиля, временные разрезы, которых анализируются в плоских просмоттзовых окнах (рис.4.14, рис. 4.15).
Синей вертикальной линией на обоих временных разрезах отмечено место их пересечения. Точками на горизонтах показано положение выделенного горизонта на пересекающем профиле. Захватив мышкой за синюю линию на любом временном разрезе и можно переместить ее на пересечения с другими профилями схемы наблюдений. При этом в связанное окно автоматически подгружается новый профиль со всеми данными, которые были в него загружены из базы, например, горизонты, скважинные данные (ГИС и добычные параметры). В системе создаются композиционные искусственные разрезы, состоящие из фрагментов пересекающихся профилей и позволяющие обеспечить контроль качества временных разрезов и результатов корреляции сейсмических горизонтов в местах пересечения профилей. Данные инструменты визуализации и просмотра позволяют сократить время на кинематическую интерпретацию сейсмических 2D данных.
По пространственным горизонтам, строятся карты изохрон, структурные карты, карты изопахит, проводится палеоседиментационный и палеотектонический анализ, с вычислением атрибутов карт (рис.4.16) [211].
Обязательные процедуры геологического моделирования
Инструментальные средства вычислительного пакета включают известные и ставшие стандартными во многих интерпретационных пакетах процедуры: загрузка геолого-геофизической информации, в базу данных, кинематическая и динамическая интерпретация сейсмических 2D/3D данных, стратиграфическая привязка отражений на основе расчета синтетических сейсмограмм, корреляционный анализ сейсмических атрибутов и данных по скважинам, корреляция каротажных кривых на фоне сейсмических данных и построение 3D структурной геологической модели, трехмерное моделирование распределения петрофизических, литофациальных и промысловых свойств пласта на основе результатов интерпретации скважинных и сейсмических данных, анализ свойств продуктивной толщи, расчет объема коллектора, подготовка геологической модели для гидродинамических расчетов, создание твердых копий.
Кратко охарактеризуем стандартные процедуры с минимальными иллюстрациями.
Ввод и использование разнообразных данных в базе проекта. Программный пакет использует на входе и выходе стандартные, рекомендованные POSC, форматы геофизической информации (например, загрузка скважинных данных в форматах LAS, LST, RCI, ASCII, сейсмических 8, 16 и 32 разрядных данных в SEGY формате) и имеет в своем составе специальные средства, позволяющие генерировать дополнительные форматы (обменные), если это требуется. Обеспечена возможность выдачи твердых копий карт отчетных форм.
Ввод данных для построения сейсмогеологической и геологической модели:
1. Ввод сейсмической информации:
- сейсмические данные 3D/2D;
- сейсмические профили;
- скоростной закон время-глубина по скважинам (годограф) и куб скоростей.
2. Скважинные данные:
- альтитуды;
- координаты устьев скважин;
- инклинометрия;
- кривые и результаты интерпретации кривых ГИС;
- контура (лицензионного участка, ВНК, ГНК, выклинивания и т.д.);
- результаты интерпретации керна по скважинам;
- маркеры геологические;
- интервалы перфорации;
- данные ГИС-контроль;
- параметры на скважинах;
- промысловые замеры (добыча, закачка и т.д.).
3. Замкнутые (регионы) и незамкнутые линии на плоскости.
Ввод (импорт) данных из пакета интерпретации данных ГИС. Они могут повторяться и совпадать с данными из пункта доступа внешней файловой базы. Т.е. данные по скважине могут загружаться в пакет, как из внешних файлов, так и из пакета интерпретации данных ГИС: альтитуды, координаты устьев скважин, инклинометрия, кривые и результаты интерпретации кривых ГИС, результаты интерпретации керна по скважинам, маркеры геологические, интервалы перфорации.
Ввод (импорт) данных из пакета корреляции скважинных разрезов:
- координаты устьев скважин или пластопересечения;
- маркеры геологические.
Вывод (экспорт) данных для гидродинамического моделирования непосредственно в пакет гидродинамического моделирования:
- сетка геологической модели;
- фильтрационно-емкостные свойства;
- свойства флюидов;
-ООП;
- регионы, контура;
- распределение насыщенности;
- распределение давления.
Результаты интерпретации сейсмических данных (рис.5.11) [213], комплекса сейсмических и каротажных данных (рис. 5.12) и геологические модели (рис. 5.13 и рис. 5.14) имеют разнообразные формы визуализации. Инструменты визуализации позволяют рассекать куб данных в произвольном направлении, изменять прозрачность любого сечения или горизонта, с целью просмотра данных сквозь исследуемый объект, анализировать свойства внутри куба и т.д.
На нижнем правом рисунке (рис. 5.11) демонстрируются два сейсмических горизонта с различной степенью прозрачности, что дает возможность анализа их формы одновременно, т.е. позволяет просматривать и анализировать сейсмические горизонты через другие с назначенной меньшей прозрачностью.
На рис. 5.12 демонстрируется возможность одновременного анализа сейсмических и скважинных данных (каротажные кривые, геологические маркеры, законы средней, пластовой скорости и т.д.) как в трехмерном пространстве, так и произвольном сечении. Разрешенное расстояние проекции скважинных данных на сечение задается пользователем. Такой режим визуализации важен при геологической корреляции каротажных данных на фоне сейсмической информации. На рис. 5.13 в различных пространствах и сечениях демонстрируется возможность трассировки и отображения зон потери корреляции, которые отождествляются с тектоническими нарушениями.
Пространственная геологическая модель продуктивного пласта представлена на рис. 5.14. На вертикальном сечении геологической модели отображается петрофизический параметр вдоль сечения. На рис. 5.14 [212] показано распределение коэффициента пористости, по верхнему горизонту и на вертикальном сечении литология (песчаник (желтый цвет) - глина (зеленый цвет).
В общем случае реализуются известные, испытанные интерпретаторами и разработанные с участием автора алгоритмы корреляции и стратиграфической привязки сейсмических горизонтов 2D/3D [212] (рис. 5.15), построения и представления временных и структурных карт (рис. 5.16).
Разделение единой крупной модели залежи на локальные модели
Новый вариант модели, построенный в обязательном порядке по всему месторождению или залежи, может сегментироваться на части и передаваться конкретным исследователям на местах.
В технологии заложена возможность разделения единой геологической и гидродинами-ческой модели залежи на лицензионные участки, участки работы низовых добычных организаций, отдельные участки кустов бурения. Полученные сегменты передаются со всей базой геолого-геофизических и промысловых данных, базой вычислительных процедур и параметров технологического процесса моделирования (база знаний) участковым геологам вместе с вычислительным пакетом DV-SeisGeo на Notebook. Переданные сегменты модели удобны для визуального анализа геологической модели участка, заложения новых эксплуатационных скважин, планирования ГТМ, контроля за параметрами разработки и т.д., что позволяет активно использовать такие геологические модели весь период их жизни на всех уровнях геологических служб: от научно-технических центров моделирования до участковых геологов компаний.
Данный подход (разделение модели на части использования) позволит вовлечь максимальное количество специалистов разного уровня ответственности для решения различного рода геологических и нефтяных задач, а значит работающих на общую идею детального уточнения модели залежи.
Площадь полной исходной модели и возможные ее деления на участки представлена на рис. 6.32. Данная территория делится на лицензионные участки, в т.ч. и на участок соответствующий букве «Н». Общая геологическая модель и база данных по модели будет представлена в контурах буквы «Н» (рис. 6.33).
На рис. 6.34-6.41 показано сегментирование общей модели залежи углеводородов для участка, охваченного одним кустом скважин. Деление крупной модели залежи, базы данных месторождения на локальную модель, сохранение и базы знаний моделирования позволит геологу участка постоянно работать с моделью залежи для внесения новых данных о месторождении во время бурения скважин, выбора направления наклонной скважины, определения несоответствия скважинных данных и модели продуктивного пласта.
На рис.6.34 и рис.6.35 показан участок локальной модели, на который будет делиться база данных крупного месторождения. В диапазон локальной модели (рис.6.35в) входит только один куст скважин, в котором планируется бурение бокового ствола.
На рис.6.36 показаны сейсмические данные 3D и структурные карты по опорным горизонтам в диапазоне локальной модели. По ним геолог определяет отметки по скважинам (рис.6.37) с отметками полученным по структурным картам, и определять ошибки сейсмических построений.
Ключевыми особенностями информационно-аналитической системы для мониторинга являются возможности интеграции информации, получаемой из различных источников, компьютерная технология обработки информации, создание динамических визуальных образов для принятия решений.
Рассмотрены основные функции системы, позволяющие осуществлять мониторинг процесса разработки нефтяных месторождений на основе геолого-фильтрационных моделей.
Технология четырехмерного моделирования поддерживает проектную базу данных, реализующую различные варианты работы с базами данных. Варианты выбираются геологом исходя из достоверности исходной геолого-промысловой информации. Такое строение базы данных позволяет вносить коррективы в информацию по скважинам, имеющим неправильные замеры кривизны ствола, отбивки ВНК, а также проверять правильность отбивок положения кровли и подошвы ствола, и других характеристик. Это дает возможность интегрировать и проверять информацию, получаемую из различных структурных подразделений НГДУ и сервисных организаций (уровни цеха: добыча нефти и газа, ЦНИПРа, геофизической партии, АСУ и т.п.).
3 База данных интегрирует в себя все операции с данными, выполняемые при эксплуатации системы. Она содержит набор возможностей, обеспечивающих движение информации от исходных данных через последовательную обработку до конечного результата. База обеспечивает согласование разнообразных потоков данных в системе в целом, ведение версий информационных ресурсов, преобразование форматов і информации, контроль доступа к информации и ряд других операций.
Информация в системе претерпевает в целом качественные изменения и включает возможности приема данных каротажа, инклинометрии, сейсморазведки, промысловые данные по закачке, добыче и результатам исследования скважин, информацию по датам и видам геолого-технических мероприятий и т.п.
Задачи мониторинга нефтегазовой залежи можно разделить на пять основных групп: создание и ведение базы данных, построение сейсмической, геологической и фильтрационной моделей.
Технические проблемы состоят в необходимости использования доступных вычислительных средств соответствующего уровня, а также организации оперативного обмена данными.
Организационные проблемы — это формирование регламентных документов сопровождения модели, организация технологического процесса моделирования и сопровождения на всех уровнях, способы хранения и обновления данных, структуры выходной информации.
Следует выделить важный этап - подготовку персонала к использованию вычислительных систем для мониторинга постоянно действующей геологической модели. На этом этапе осуществляется обучение геофизиков, геологов и специалистов сопровождения инструментарию используемого программного обеспечения, технологии и методологии моделирования.
Похожие диссертации на Информационно-аналитическая система для четырехмерного моделирования залежей углеводородов по комплексу сейсмических и скважинных данных
-
-
-
-
-
-
