Автоматизированная интерпретация данных геофизических исследований
..pdfВ дальнейшем распространение получили следующие матери альные и мысленные методы моделирования залежей нефти.
Физическое моделирование - когда на экспериментальных ус тановках в той или иной мере сохраняется природа изучаемых явле ний (исследование фильтрационных процессов на кернах, на про зрачных моделях и др.). Такие модели исследуют важнейшие сторо ны нефтеизвлечения, но далеко не все, а главным образом - глубинные, без выхода на поверхностные показатели разработки и поэтому носят частный характер, в том числе из-за «масштабного эффекта», т.е. несоизмеримости модели с реальным объектом.
Математически-аналоговое моделирование - когда устанавли вается связь между величинами, присущими разным физическим яв лениям, но описываемыми одинаковой формы математическими уравнениями (например, уравнение фильтрации Дарси или уравне ние дебита скважины Дюпюи по форме аналогичны уравнению зако на Ома, и на этой основе широкое распространение получило элек тромоделирование процессов разработки нефтяных месторождений). Основным недостатком такого моделирования является несоизмери мость скоростей электрического тока и скоростей фильтрации жид кости в продуктивных пластах. Поэтому результаты такого модели рования существенно отличаются от реальных.
Натурное моделирование - это различного рода промысловые эксперименты и опытно-промышленные работы, выполняемые на ре альных месторождениях. Результаты натурных экспериментов в прин ципе являются самыми надежными, во всяком случае, должны яв ляться таковыми. Однако на практике зачастую оказывается, что невозможно обеспечить необходимую «чистоту» промыслового эксперимента по ряду причин и поэтому и натурные модели далеко не всегда адекватны оригиналу.
Математико-аналитическое моделирование - выражение зако номерностей процесса разработки месторождений с помощью матема тических уравнений, полученных на основе использования законов физики, механики, гидравлики, экономики и других наук. В результате такого моделирования получается, как правило, сложная система дифференциальных уравнений в частных производных. Решение
таких уравнений возможно лишь частными методами или при таких допущениях, когда об адекватности модели оригиналу уже гово рить не приходится.
Статистическое моделирование. Этот метод широко распро странен. Как правило, получают модели различных процессов, свя занных с разработкой нефтяных месторождений, путем статистиче ской обработки фактического материала, зачастую с использованием законов аналогии или одинаковых предположений. Недостатки этих моделей заключаются в ограничении выборки тех объектов, на кото рых они получены, - нет полной уверенности в том, что эти модели не являются случайными. Модели в значительной степени неопреде ленны и неадекватны реальной залежи.
Графическое моделирование - это построение различного ро да геологических карт, схем, профилей и т.д. - каждая из таких мо делей носит явно выраженный частный характер, так как решает какую-либо одну задачу или, в лучшем случае, несколько, но никак не комплекс задач, связанных с процессами подсчета запасов нефти и разработки нефтяных месторождений.
По содержанию модели можно разделить на две группы: целевые модели, с помощью которых решается комплекс задач,
и в итоге получается более или менее полное описание как самой за лежи, так и процесса ее разработки;
- частные модели, с помощью которых решаются частные зада чи, как правило связанные с глубинными процессами, происходящими
взалежи без выхода на поверхностные показатели разработки.
Впоследнее время появились так называемые динамические геологические модели, которые устанавливают статистические связи между показателями разработки залежей нефти и их физико геологическими и технологическими характеристиками на различ ных стадиях и этапах разработки. Значительный интерес вызывает построение вероятностно-статистических геологических моделей для прог ноза нефтегазоносное™ локальных структур.
Поскольку любая модель является неадекватной реальному моделируемому объекту, всегда можно сказать, что модель непри годна. Тем не менее и такие модели приносят практическую пользу,
так как они отражают какие-то характеристики залежей и происхо дящих в них процессов. Так, на частных моделях изучены многие особенности фильтрации пластовых жидкостей и механизма нефте отдачи. Кроме того, анализ математических моделей процесса разра ботки залежей нефти показал, что ни одна из расчетных моделей не является универсальной, т.е. не обладает способностью с достаточ ной степенью точности определить прогнозные показатели разработ ки. Лишь в некоторых конкретных условиях (свойства продуктивных пластов, физические свойства нефти на определенной стадии разра ботки) такие модели, как показал опыт тюменских геологов [28], мо гут дать удовлетворительную и приемлемую информацию о залежи.
На основании вышеизложенного системно-структурное моде лирование нефтяных и газовых залежей предлагается реализовать по схеме (рис. 3), в которой указывается последовательный и связный переход от частных (простых) моделей к целевым (сложным) в соот ветствии с иерархией геолого-технического комплекса (FI'K) [19].
М и к р о
|
с т р у к т у р а |
|
Ai pciuTHUH |
[ / О б р а з е ц |
/ |
структур!» |
Iу п о р о д ы |
\ |
Ультра-
микро- к» / X v X v X cTjiyicTvjja [* п о р о д ы /'
*Минер. ! зерно
|
Эконом. |
|
1схполог, |
h Залежь |
; |
сгрук.ура |
|< нефтиним |
| |
И и гра-
стр у к ту р а
• Л л а с т - *
\к о л л е к т о р
ч ч ч ч ч ч ч *
X v X v X v X v X v
V» V » V » V
<< < < < < < <
<< < < < < < <
« « « « |
< |
|
|
|
> З а л е ж ь % н с и с т е м е • |
||||
|
М а к р о |
\ н е ф т я н а я / р ы н о ч н о й ! |
|||||
|
с т р у к т у р а |
> п р о ц е с с е / |
JKOIIOM. |
|
|||
|
> П о д с ч е т .* V р а з р а б о т - *! I v X s v V |
||||||
Ф лю идо- |
[ о б ъ е к т |
‘ v |
к и |
\ |
X v X v «/ |
||
структурп |
/► S V S S S V 4 <;< «v«v«v«v v X v X |
|
|||||
|| П р о д у к т / |
« < < « < < « < |
X |
|
|
|
*» |
|
********* |
|
|
|
|
|||
|
;v X *!v!v /»*» *»*>*►* V |
||||||
\> п л а с т ы > |
|
|
x |
||||
< < « < « « < |
|
|
*►V > V > V .% |
:«хХ:£ |
V |
||
< С С < < < < |
|
|
|
|
|
X v X v |
|
< < < < < < < |
v« v«v. v« |
у |
|
|
|
||
« « « t « 4 С |
|
> '/> > ►► |
X |
||||
««<*«*€*<*«* |
X v X / X v |
X c* |
|
|
v |
||
|
» V » V ,V > V |
|
|
|
|||
i t « « • « « |
v X v X v ! X « « « « < i t |
i |
; X ; X ; X X |
||||
««<<!«*<*«* |
! v ! v ! v ! v |
v |
< ( ( ( ( ( < ( |
|
*** * * * * * * * * |
X |
|
|
< < < < < < < < |
|
|
> > ►> > > |
|||
|
« € « < « « |
C< |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
< << < < « < * < |
» k > » » > |
; / |
|
|
|
|
|
|
|
< < < < < < < <
а л J. jL.i-1-
Р и с. 3. Схема иерархических уровней исследований модели нефтегазовой залежи
Математические модели, описывающие процессы на различ ных уровнях, отличаются масштабом осреднения. В связи с этим, например, исследования фазовых проницаемостей на кернах носят качественный характер, так как получены на малых объектах и приме нение их к блокам размерами в несколько десятков и сотен метров неправомерно. Что же касается процесса нефтеизвлечения, то он явля ется одним из основных процессов функционирования ГТК, кото рый представляет собой большую систему. Поэтому целью систем но-структурного анализа процесса нефтеизвлечения является по строение структурной модели ГТК - нефтегазовой залежи. Процесс нефтеизвлечения как функционирование материальной системы ГТК обладает целостностью, это означает, что все его элементы объеди нены в одно целое посредством существующих между ними связей и взаимоотношений. Связи - силы, удерживающие элемент в преде лах системы и обеспечивающие существование системы как органич ной целостности; отношения - взаимное пространственное положение и соотношение элементов, обладающих разными собственными свой ствами. Рассматриваемая модель весьма громоздка и поэтому наибо лее наглядно воспринимается в виде схемы (табл. 2). С помощью такой иерархической схемы можно проследить связи между свойст вами различных уровней [16].
Одним из важнейших принципов, следование которым очень способствует построению моделей, обладающих высокой «живуче стью», является использование рациональных схем выделения структурных уровней процесса нефтеизвлечения. Рекомендуется различать 8 структурных уровней, каждому из которых соответст вуют конкретные материальные объекты или совокупности техноло гических показателей разработки залежи.
Первый уровень - ультрамикроструктура - минеральное зер но, которое, если речь идет о шарообразных зернах горной породы (фиктивный грунт), может обладать только одним показателем - радиусом зерна г.
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
Схематическая структурная модель залежи, ее свойства и их взаимосвязи |
|||||
|
|
|
на разных иерархических уровнях |
|
|||
№ |
Название |
Объект |
Агрегатное |
Физические |
Методы |
Участие |
|
п/п |
свойства, |
в исследованиях |
|||||
структуры |
исследования |
состояние |
исследований |
||||
1 |
Ультрамик- |
|
|
параметры |
|
методов ГИС |
|
Минеральное |
Одно зерно |
Радиус зерна т |
Микроскопиче |
|
|||
|
рострукгура |
зерно |
|
|
ские исследования |
|
|
2 |
Агрегатная |
Зерновые |
Совокуп |
Упаковка зерен, |
Микроскопиче |
|
|
|
структура |
образования |
ность мине |
окатанность |
ские исследования |
|
|
|
|
(шлиф) |
ральных |
|
|
|
|
|
|
|
зерен одного |
|
|
|
|
3 |
Микро |
Образец |
состава |
Форма и размеры |
Лабораторные |
Построение петро |
|
Природная |
|||||||
|
структура |
породы |
совокупность |
пор; пористость К„, |
работы по оценке |
физических зави |
|
|
|
|
(множество) |
проницаемость Кщ>, |
физических |
симостей вида: |
|
|
|
|
минеральных |
глинистость Сщ, |
свойств образцов |
геофизический |
|
|
|
|
зерен |
извилистость 4, |
керна. Построение |
параметр как функ |
|
|
|
|
|
удельная поверх |
петрофизических |
ция физических |
|
|
Интра- |
|
|
ность S0и т. п. |
зависимостей |
свойств по керну |
|
4 |
Пласт горной |
Интервал |
Толщина К литоло |
Геологические |
Построение лито- |
||
|
структура |
породы по |
разреза сква |
гический состав |
построения по |
лого-стратиграфи- |
|
|
|
одной сква |
жины, пред |
|
керновым и па |
ческой колонки по |
|
|
|
жине |
ставленный |
|
леонтологиче |
одной скважине |
|
|
|
|
определен |
|
ским данным |
|
|
|
|
|
ным литоло |
|
|
|
гическим
составом
4^
00
№
Название п/г структуры
5Флюидо-
;структура
i1 |
i |
i |
1 |
1 |
1 |
1 |
j1 |
6Макро
структура
7Технологи
ческая
структура
8Экономиче ская струк тура
|
Объект |
А |
{ |
Физические |
1 |
Агрегатное |
1 |
свойства, |
|
|
r |
I |
||
| исследования |
состояние |
1 |
параметры |
|
|
|
|
1 |
|
(Пласты- |
Интервалы в |
! Нефтенасыщенная |
||
! коллекторы |
разрезах |
! толщина Лэ<ь, водо- |
||
по скважи |
скважин, |
! насыщенная толши- |
||
нам |
содержащие |
I на kg. Площадь F, |
||
|
|
флюиды |
объем Vn, вязкость |
|
|
|
|
ц, газ. фактор Г, |
|
1 |
|
|
плотность у, объем |
|
|
|
ный коэффициент |
||
|
|
нефти Ъ ит.п. |
||
Подсчетный |
Продуктив |
Балансовые запасы |
||
объект (сово |
ная толща |
V6, коэффициент |
||
купность |
|
нефтеизвлечения rj, |
||
продуктив |
|
удельный дебит q и |
||
ных пластов) |
|
т.п. |
|
|
Залежь как |
Совокуп |
Промышленные |
||
совокупность |
ность про |
(извлекаемые) Уюв |
||
подсчетных |
дуктивных |
запасы УВ |
||
объектов |
толщ |
Экономическая |
||
|
|
|
оценка запасов УВ: оптовая цена Ц, за траты 3, рентабель ность Р, себестои мость С и т.п.
Методы
исследований
Выделение пла стов-коллекторов и межскважинная корреляция
Геологические построения и рас четные работы по методике
Технологические расчеты и по строения
Экономические
расчеты
Окончание табл. 2
Участие |
| |
в исследованиях |
j |
методов ГИС |
j |
Выделение пла- |
j |
стов-коллекторов, |
; |
их характера насы- |
! |
щения, физических |
| |
характеристик. По |
|
строение корреля |
|
ционных схем и |
|
геологических про |
|
филей |
|
Построение карт |
|
различного назна |
|
чения, статистиче |
|
ской модели залежи |
|
Построение'дина |
|
мической модели |
|
залежи |
|
Второй уровень - агрегатная структура зерновых образова-. ний одного состава, которые характеризуются таким свойством, как, например, упаковка.
Третий уровень - микроструктура - образец керна, природная совокупность минеральных зерен (горная порода), которая обладает поровым пространством, удельной поверхностью, проницаемостью, глинистостью, извилистостью поровых каналов.
Четвертый уровен ь- интраструктура- пласт, пропласток, слой горной породы в конкретном интервале разреза скважины, ко торые обладают определенной толщиной на определенной площади и занимают какой-то объем.
Пятый уровень - флюидоструктура - нефтеводоносный коллектор (продуктивный пласт, представляющий собой интервал горных пород в разрезе скважины, насыщенный нефтью, газом или водой). Такие пласты характеризуются меняющимися по пло щади и объему залежи нефте-, газоили водонасыщенными толщина ми, вязкостью и плотностью нефти, газовым фактором, объемным ко эффициентом нефти.
Шестой уровень - макроструктура - подсчетный объект (со вокупность пластов, составляющих продуктивную толщу) как объект разработки (залежи или ее части), в результате изучения которого возможно получение сведений о балансовых запасах, удельном деби те, коэффициенте нефтеизвлечения.
Седьмой уровень - технологическая структура - залежь или месторождение нефти или газа как совокупность подсчетных объек тов. На этом уровне определяются промышленные (извлекаемые) запасы углеводородного сырья и технологические параметры залежи.
Восьмой уровень - экономическая ст рукт ура- представляет собой текущие и конечные результаты эксплуатации месторождения (залежи) в денежном выражении.
Сведения о залежи, поступающие с каждого из уровней орга низации геологических объектов или ГТК в отдельности, будут да вать одностороннюю характеристику залежи и только совместное
их использование может привести к получению обоснованной моде ли залежи [16]. На схеме показаны все стадии построения модели залежи по промыслово-геофизическим даннымКак правило, такое совместное использование обеспечивается надлежащим учетом ре зультатов промыслово-геофизических исследований, как основы для построения геологических моделей, каждая из которых отвечает сво ему, все более высокому уровню (литолого-стратиграфическая колон ка по отдельно взятой скважине -> корреляционная схема сопоставле ния разрезов скважин —» геологический профиль -» гидродинамиче ский профиль -> полно определенные горно-геометрические модели залежи и так называемые дифференцированные модели). Конечной целью такого многоступенчатого моделирования являются подсчет запасов УВ, обоснование технологических схем и проектов разра ботки залежей, решений по регулированию разработки, включая со ставление программ системного воздействия на залежь с целью по вышения нефтеотдачи [2, 59].
Согласно вышеизложенному, высшим видом модели разрабаты ваемой конкретной залежи является ее системно-структурная модель, в наглядной форме отражающая совокупность связей и отношений между элементами системы, отражающая таким образом, что на осно ве этого отображения можно принимать конкретные технологические и технические решения по определенным вопросам, например, по ме роприятиям, направленным на повышение нефтеизвлечения.
Залежь нефти и газа, как геолого-технический комплекс (ГТК), является большой сложной системой, которой необходимо управлять по мере ее развития (динамика ГТК). Справиться с этой задачей поможет наличие достоверной модели залежи, при по строении которой возникают следующие функциональные пробле мы управления ею [19]:
- проблема языка, т.е. терминологии, которая должна быть четкой, содержательной и однозначной, исключающей синонимы и омонимы; необходимо иметь сводку хотя бы основных терминов -
старых и новы х- «пласт», «пластик», «пропласток», «слой», «слоек»,
..., «литмит», «партиапит», «виртуалит», ..., «скважина-эталон», «псев достатистика», «системный алгоритм» и прочие термины;
-проблем а модели включает в себя все задачи построения идеализированных (упрощенных) моделей, пригодных для теоретиче ского и экспериментального изучения их свойств; главная трудность состоит в следующем: создаваемые модели должны быть достаточно сложными, чтобы их свойства соответствовали в нужной мере свойст вам оригиналов, и в то же время настолько простыми, чтобы можно было описать эти оригиналы и решить нужные задачи, пользуясь со ставленными описаниями; необходимо найти компромиссное решение этого противоречия;
- проблема декомпозиции - расчленение исходной системы (нефтегазовой залежи) на относительно обособленные части; главная трудность здесь - выбор способа декомпозиции, который бы обеспе чивал необходимое упрощение процедуры решения, но не вызывал бы слишком больших погрешностей из-за отбрасывания некоторых важ ных связей при расчленении системы на части, обосновать оптималь ный шаг осреднения геофизических параметров и многое другое;
- проблема агрегатирования - объединение нескольких показа телей в один сводный - с целью упрощения решения задач управления большой системой; так же как и декомпозиция, агрегатирование имеет цель - преодоление барьера многомерности. Решение этой проблемы заключается в выборе такого объединения показателей, которое существенно облегчило бы решение задач управления большой систе мой, но не приводило бы к недопустимым ошибкам, возникающим из-за уменьшения детальности описания системы; здесь важное место занимает использование псевдостатистических представлений ре зультатов промыслово-геофизических исследований;
- проблема стратегии - прогнозирование изменений в поведе нии системы и преодоление барьера временной неустойчивости моде ли системы.
ГЛАВА 4. Практика и перспективы использования
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЭВМ ПРИ
ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ ГИС
Ввиду больших объемов информации, получаемой в результате проведения геофизических исследований скважин, ее геологическая интерпретация требует больших трудовых и временных затрат. Для ускорения процесса интерпретации данных ГИС и повышения надеж ности ее результатов раньше широко использовались электронновычислительные машины (ЭВМ), а в настоящее время - персональные компьютеры (ПЭВМ) и разнообразные сервисные устройства.
Деятельность геолога и геофизика направлена на решение сле дующих геологических задач, связанных с анализом промыслово геофизических данных:
-расчленение разрезов, определение литологического состава
ихарактера насыщения выделенных слоев и оценка их геолого-физи ческих свойств;
-корреляция разрезов;
-выделение геологических тел;
-построение моделей нефтегазовых залежей (в том числе с уче том неоднородности их свойств);
-комплексная интерпретация скважинных и площадных про мыслово-геологических, геофизических и гидродинамических данных;
-подсчет балансовых запасов объемным методом;
-подсчет одной из основных составляющих КИН (коэффици ента извлечения нефти) - коэффициента сетки скважины (коэффици ента воздействия).
Впроцессе решения вышеперечисленных задач последова тельно реализуются следующие этапы:
-постановка задачи;
-конструирование описания исследуемого объекта непосред ственно по данным ГИС;
-задание априорной промыслово-геологической информации;