Методы и алгоритмы для прогноза геологического разреза на основе информационных свойств фазовых спектров сейсмических волн Нгуен Суан Хунг

Введение к работе

Актуальность темы. Прогнозирование геологического разреза можно рассматривать как программно-алгоритмический комплекс различных средств специальной обработки и интерпретации данных сейсморазведки и геофизических исследований скважин (ГИС) с целью определения вещественного состава осадков, выявления продуктивных толщ и оценки их нефтегазоперспективности.

В настоящее время для прогнозирования геологического разреза (ПГР) в
современных комплексах обработки и интерпретации сейсмических данных в
той или иной степени используются кинематические и динамические
характеристики отраженных волн. На основе этих характеристик в ряде районов
России, прежде всего в Западной Сибири, получены важные результаты по
выявлению продуктивных осадочных толщ и прогнозу их нефтегазоносности,
нашедшие подтверждение на практике. Тем не менее, практический опыт
показывает, что при решении задач прогноза еще велик процент ошибочных
решений и выделяемых ложных аномалий динамических и кинематических
параметров отражений, используемых при прогнозе. Это во многом связано с
тем, что при решении задач ПГР, в том числе прогнозе нефтегазоносности
осадочных толщ по данным сейсмических наблюдений, наиболее широко
используются в качестве диагностических признаков динамические

характеристики отраженных волн, непосредственно связанные с их амплитудой и энергией. Фазочастотные характеристик (ФЧХ) отраженных сейсмических волн в силу различных причин до последнего времени не находили практического применения. Между тем, в фазу сейсмических сигналов, а точнее в сложный закон изменении их фазовых спектров, заложена информация, позволяющая в условиях существенной априорной неопределенности наиболее надежно обнаруживать сигналы на фоне интенсивных помех и производить оценку их параметров. Фазовые спектры несут также информацию о характере напластовании, толщине и акустических свойствах отдельных слоев, неоднородности поглощения и дисперсионности геологических сред, и, следовательно, могут служить эффективными признаками обнаружения углеводородов (УВ).

Таким образом, все вышесказанное подтверждает актуальность

дальнейшего развития работ по изучению взаимосвязей фазовых спектров отраженных волн с параметрами изучаемых геологических объектов, выделения информативных признаков ФЧХ и создания на их основе алгоритмов для ПГР, в том числе прогноза нефтегазоносности осадочных толщ.

Объект исследования.

Сейсмическое волновое поле для многослойных поглощающих сред

Предмет исследования.

Математическая модель слоистых поглощающих сред, методы и алгоритмы прогноза геологического разреза.

Целью диссертационной работы является разработка методов, алгоритмов и программ для прогноза геологического разреза на основе анализа фазовых и

взаимных фазовых спектров отраженных сейсмических волн.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ основных задач ПГР и существующих методов их решения;

2. На основе системного подхода в спектральной области построить математическую модель слоистых поглощающих сред;

3. Путем вычислительного эксперимента на построенной модели исследовать информационные свойства фазовых и взаимных фазовых спектров отраженных сейсмических волн;

4. На основе выделенных информационных свойств фазовых спектров разработать методы и алгоритмы прогноза типов геологического разреза и привести их исследования на моделях поглощающих сред;

5. На основе диагностических признаков взаимных фазовых спектров построить методы и алгоритмы прогноза коллекторских свойств геологического разреза;

6. Реализовать разработанные методы и алгоритмы в виде комплекса программ для прогноза типов геологического разреза в межскважинном и около-скважинном пространствах месторождений Томской области.

Методы исследования. В процессе выполнения работы использовались методы системного анализа, теории случайных функций, вычислительной математики, цифровая обработка сигналов и изображений волновых полей, статистическое моделирование и вычислительный эксперимент, а также методы объектно-ориентированного программирования.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе
теоретических результатов и формулируемых на их основе выводов
обеспечивается строгостью математических выкладок, базирующихся на
аппарате интегрального и дифференциального исчисления, теории вероятностей
и математической статистики. Справедливость выводов относительно
эффективности предложенных методов и алгоритмов подтверждена

вычислительными экспериментами, результатами прогноза и картирования типов геологического разреза на ряде месторождений Томской области, а, также, сопоставлением с общепризнанными результатами.

Научная новизна:

7. Построена математическая модель слоистых поглощающих сред, отличающаяся от традиционных моделей комплексным расчетом параметров волнового поля в спектральной области на основе системного подхода;

8. Разработан фазочастотный метод прослеживания сейсмических сигналов с управляемой протяженностью функции качества, обеспечивающий разрешающую способность порядка четверти длины волны;

9. На основе анализа функции качества фазочастотного прослеживания, предложен и реализован численный метод оценки взаимных фазовых спектров сейсмических волн, позволяющий повысить точность получаемых оценок при интенсивных помехах и интерференции волн (погрешность вычислений не более 5%);

10. Построены алгоритмы и созданы программные средства с параллельной

обработкой сейсмических трасс для прогноза геологического разреза на основе принципиально новых диагностических признаков – фазовых и взаимно-фазовых спектров отраженных сейсмических волн.

Практическая значимость работы. Результаты обработки и интерпретации сейсмических материалов межскважинного и околоскважинного пространств на месторождениях Томской области показали, что применение разработанных в диссертационной работе алгоритмов, позволило повысить достоверность прогноза геологического разреза на 15-20%.

Основные положения, выносимые на защиту:

11. Математическая модель слоистых поглощающих сред, исследование на которой позволило показать, что изменение петрофизических параметров геологических сред непосредственно влияет на свойства фазочастотных характеристик сейсмических волн;

12. Фазочастотный метод прослеживания сейсмических сигналов с управляемой протяженностью функции качества, обеспечивающий разрешающую способность порядка четверти длины волны;

13. Численный метод определения взаимных фазовых спектров сейсмических волн на основе функции качества алгоритмов фазочастотного прослеживания, который позволяет получать оценки взаимных фазовых спектров в условиях тонкослоистых геологических сред с погрешностью не более 5%;

14. Алгоритмы прогноза геологического разреза на основе фазовременного анализа и диагностических признаков взаимных фазовых спектров, позволяющие повысить достоверность прогноза геологического разреза на 15-20%;

15. Комплекс программ с параллельной обработкой данных, предназначенный для проведения вычислительного эксперимента, обработки и интерпретации реальных сейсмических материалов, реализующий разработанные методы и алгоритмы прогноза геологического разреза.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на XI и XII
Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и
молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии»
(Томск, 2013г., 2014г.), Международной научной конференции

«Информационные технологии в науке, управлении, социальной сфере и
медицине» (Томск, 2014 г.), XI и XII Всероссийских научно-практических
конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Технологии Microsoft
в теории и практике программирования» (Томск, 2014г., 2015г.), VII
Всероссийской конференции «Научная инициатива иностранных студентов и
аспирантов российских вузов» (Томск, 2014г.), Международной научно-
практической конференции «Актуальные задачи математического
моделирования и информационных технологий» (Сочи, 2015г.), XIX и XX
Международных симпозиумах имени академика М.А. Усова (Томск, 2014г.,
2015г.), VI Всероссийской научно-технической конференции «Технические
проблемы освоения мирового океана» (Владивосток, 2015г.), International
Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems (MEACS)
(Томск, 2015г.), VIII Международной межвузовской научной конференции

студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодые - наукам о Земле» (Москва, 2016г.), III Научно-практической конференции «Сейсмические технологии -2016» (Москва, 2016г.).

Публикации. Полученные автором результаты достаточно полно изложены в 17 научных работах, 4 из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК (3 из них одновременно проиндексированы в Scopus), 1 работа опубликована в трудах международной конференции, проиндексированных в Scopus.

Реализация результатов исследований. Результаты диссертационной работы внедрены в компании ООО НАЦ «Недра», г. Томск в виде комплекса программ для прогноза геологического разреза и картирования типов разреза в межскважинном и около-скважинном пространствах исследуемых месторождений с целью выделения перспективных зон для последующего бурения скважин. Также результаты диссертационной работы используются при проведении учебных занятий для магистров ТПУ в курсе «Цифровая обработка сигналов и изображений волновых полей».

Личный вклад автора. Все результаты, составляющие основное содержание диссертации, получены автором самостоятельно, а именно:

построена математическая модель слоистых поглощающих сред;

исследована взаимосвязь петрофизических параметров поглощающих сред с динамическими характеристиками отраженных сейсмических волн;

путем проведения вычислительного эксперимента научно обоснован выбор диагностических параметров взаимных фазовых спектров;

предложен и программно реализован новый метод определения взаимных фазовых спектров сейсмических волн на основе функции качества алгоритмов фазочастотного прослеживания;

разработаны алгоритмы прогноза геологического разреза на основе фазовременного анализа и диагностических признаков взаимных фазовых спектров;

создан комплекс программ, реализующий алгоритмы прогноза типов геологического разреза для проведения вычислительного эксперимента и обработки и интерпретации реальных сейсмических данных.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения; изложена на 143 страницах текста, включая 5 таблиц и проиллюстрирована 59 рисунками. Библиографический справочник содержит 121 наименование.