Компьютеризация 3 d отображений нефтяных пластов (тема а)

Применение компьютерной техники в современной жизни стало незаменимым. Огромное количество отраслей используют вычислительные машины для ускорения решения задач. До недавнего времени вся компьютерная техника была лишь вспомогательным устройством для человека. Компьютер проводил различные вычисления, а основная работа лежала всё равно на человеке. Перед человечеством же стояли задачи масштабных строительств, проектов на будущее, испытаний, которых компьютер решить не мог. С появлением мощных графических станций, а так же компьютеров, способных решать не только математические задачи, но и визуализировать сложнейшие технологические процессы на экране, начинается новая эра в компьютерной промышленности. Существует огромное количество областей, где применяется трёхмерное моделирование и анимация.

Общая характеристика 3 D визуализации

В самом названии рассматриваемой области – “трехмерная графика” - заложено указание на то, что нам предстоит иметь дело с тремя пространственными измерениями: шириной, высотой и глубиной. Если взглянуть вокруг: все, что нас окружает, обладает тремя измерениями – стол, стул, жилые здания, промышленные корпуса и даже тела людей. Однако термин “трехмерная графика” все же является искажением истины. На деле трехмерная компьютерная графика имеет дело всего лишь с двумерными проекциями объектов воображаемого трехмерного мира. В компьютерной графике объекты существуют лишь в памяти компьютера. Они не имеют физической формы – это не более чем совокупность математических уравнений и движение электронов в микросхемах. Поскольку объекты, о которых идет речь, не могут существовать вне компьютера, единственным способом увидеть их является добавление новых математических уравнений, описывающих источники света и съемочные камеры. После того как модели всех объектов созданы и должным образом размещены в составе сцены, можно выбрать из библиотеки любые готовые материалы, такие как пластик, дерево, камень и т.д. и применить эти материалы к объектам сцены. Можно создать и собственные материалы, пользуясь средствами редактора материалов, с помощью которых можно управлять цветом, глянцевитостью, прозрачностью и даже применять сканированные фотографии или нарисованные изображения, чтобы поверхность объекта выглядела так, как это было задумано. Применив к объектам материалы, необходимо создать воображаемые съемочные камеры, через объективы которых будет наблюдаться виртуальный трехмерный мир, и производиться съемка наполняющих его объектов. За счет настройки параметров виртуальных камер можно получить широкоугольную панораму сцены или укрупнить план съемки, чтобы сосредоточить свое внимание на отдельных мелких деталях. Чтобы сделать сцену еще более реалистичной, можно добавить в ее состав источники света.

Содержание

Построение 3 D моделей в нефтегазовом деле

Как известно, одним из основных объектов, используемых в нефтегазовом деле, является скважина. Но для того, чтобы построить эксплуатационную скважину и првильно определить место ее нахождения, нужно знать форму продуктивного пласта, породы (флюидоупоры и коллекторы), окружающие его и многие другие факторы, влияющие на процессы разработки, бурения, транспортировки и получения прибыли. Для этого в последние годы и стали практиковать построение 3D изображений пластов, как процесс менее трудоемкий и достаточно высокоэффективный по сравнению с построением разведочных скважин. Этот метод основан на получение изображения по отраженным продольным и поперечным волнам, направленным в направлении продуктивного пласта.

При этом необходимо учитывать, что получаемые разрезы должны быть динамически представительными. Для получения изображения околоскважинного пространства в истинных амплитудах необходимо правильным образом построить обработку волновых полей ВСП.

Важно отметить, что для решения задачи получения разреза в истинных амплитудах

исходные волновые поля должны быть трехкомпонентными. Это накладывает соответствующие требования на методику полевых наблюдений и обработку данных.

Для решения задачи получения истинных амплитуд изображений околоскважинного

пространства разработан метод, использующий лучевые преобразования векторных волновых полей.

Процесс получения динамически обоснованного изображения околоскважинного

пространства по данным ВСП в предлагаемой схеме можно разделить на несколько этапов:

- получение одномерной скоростной модели среды по данным ВСП для продольных и

поперечных волн;

- определение глубин, углов наклона и азимутов отражающих границ, пересекающих

скважину;

- построение априорной трехмерной скоростной модели среды;

- решение прямой кинематической задачи для трехмерной модели с оценкой динамических характеристик отраженных волн;

- получение изображения околоскважинного пространства по однократно отраженным

продольным или обменным волнам после деконволюции.

Обработка трехкомпонентных наблюдений ВСП строится на основе трехмерной модели

среды. Модель среды предполагается состоящей из блоков с плоскими разнонаклонными

границами. Параметры наклонов границ на скважине задаются исходя из результатов

поляризационной обработки трехкомпонентных наблюдений ВСП. По своим физическим

свойствам среда предполагается однородной и трансверсально изотропной, при этом оси

симметрии в каждом блоке могут иметь произвольный наклон. Скоростные параметры слоев задаются по результатам решения обратной кинематической задачи определения скоростей и параметров анизотропии, решаемой одновременно для всей совокупности пунктов возбуждения.

Для решения задачи получения изображения разреза в истинных амплитудах используется

метод лучевого проектирования с компенсацией всех кинематических и динамических факторов распространения волн. Решение прямой задачи производится для продольных и поперечных волн. В каждой точке трехкомпонентного модельного волнового поля фиксируется не только наличие или отсутствие отражения, но и параметры поляризации, а также поправочный динамический коэффициент, позволяющие скорректировать динамические характеристики реально наблюденных отраженных волн при их преобразовании в глубинный разрез таким образом, чтобы их интенсивность соответствовала интенсивности при нормальном падении и отражении от границы. В динамический коэффициент должна входить также поправка за лучевое расхождение.

Непосредственно получение изображения околоскважинного пространства технически

можно разделить на два этапа:

- преобразование время-пространство по трехмерной модели;

- трансформация однократно отраженных волн ВСП в изображение околоскважинного

пространства для трехмерной модели;

Содержание

Обсуждение положительных и отрицательных качеств 3 D визуализации.

КПР по ХМАО, НАЦ РН ХМАО, ОАО “Хантымансийскгеофизика”, ОАО “Тюмен-нефтегеофизика” 3-4 июля 2005 провели совместное совещание-семинар. Его целью являлось изучение ситуации с результативностью работ 3D сейсморазведки, обмен наработанными за последние годы методическими приемами, выработка концепции использования 3D сейсморазведки в настоящее время.

С концептуальным докладом, раскрывающим как вопросы эффективности, так и проблемы использования 3D, выступил Цибулин И. Л. (ЦАГГИ, Хантымансийскгеофизика). Он обосновывал необходимость применения 3D сейсморазведки в зонах, характеризующихся сложным строением, контролирующих нефтеносность объектов поиска и разведки. Им были описаны возможные методики по обоснованию применения 3D на стадиях подготовки геологического задания на проведение работ с использованием современных компьютерных средств и программных комплексов.

Несколько докладов было представлено компанией “ЛУКОЙЛ”. В их докладах был освящен широкий круг вопросов от методик прогноза литофациальных характеристик до оценки экономической эффективности работ.

В докладе Шерстнова В. А. (Сургутнефтегаз) приводились стоимостные показатели работ 3D и делался вывод о том, что стоимость “на единицу площади работ 3D примерно в два раза превышает стоимость 2D, а стоимость 100 км² соответствует стоимости разведочной скважины”. В случае прироста запасов в категорию С1 по данным 3D (Биттемское месторождение) сэкономлено до 4 скважин. Такой подход для разведочного этапа позволяет оценить эффективность применения 3D технологий.

Особое внимание на семинаре было уделено вопросам прогноза ФЕС пласта на основании данных 3D сейсморазведки и подтверждаемости этих свойств последующим бурением. Так, в докладе Быкова В.В., Корнеева (ОАО ЮНГ) на примере Средне-Угутского месторождения были показаны и отрицательные результаты прогноза (в дальнейшем не подтвердившиеся бурением). Во многих докладах отмечалось, что некоторые задачи не могут быть решены методами современной сейсморазведки. Это связано и с разрешающей способностью, и, в ряде случаев, с отсутствием найденных достаточно устойчивых связей между физическими характеристиками целевых пластов и характеристиками сигнала. С другой стороны, осуществить прорыв в изучении пока еще “нетрадиционных” объектов и комплексов невозможно без специальных методик обработки на основе ЗD сейсмики. Это одно из серьезных направлений развития 3D технологий.

Решение совещания «Геологическая результативность 3D сейсмических работ в ХМАО» Присутствовало 115 представителей: от 18 нефтяных компаний, 7 геофизических компаний, научных организаций, КПР по ХМАО, НАЦ РН ХМАО, КНГ и МР ХМАО, Минтопэнерго. Заслушано 32 доклада. Рассмотрены результаты ЗD сейсмических работ по 15 площадям. Обсужден большой круг вопросов:

текущее состояние, роль и место ЗD сейсмических работ при реализации нефтяных проектов в ХМАО; достигнутые результаты; проблемы при проектировании; постановка геологического задания; особенности интерпретации; запасы, оценка; дальнейшее использование информации в геологических моделях; эффективность.

Основные объемы 3D сейсмических работ проведены за счет ставок на ВМСБ, оставляемых в распоряжении предприятий, и составляют более 70% объемов России. В целом отмечается высокий профессиональный уровень применяемых техники и технологии полевых работ, обработки и интерпретации данных, отвечающих мировому уровню.

Наиболее эффективны 3D сейсмические работы на этапах:

1. разведочный (известны геологические особенности) – объектный уровень. Подготовка локализованных ресурсов С₃ в сложно-построенных неструктурных ловушках, обоснование перевода запасов в более высокие категории;

2. этап освоения залежи - резервуарный уровень. Количественный прогноз внутреннего строения с распределением ФЕС в пределах разрешающей способности методик. Комплексная геологическая интерпретация с прогнозом литофациальной изменчивости на качественном уровне, что в конечном итоге ведет к повышению КИН и рациональной разработке. Совещание отмечает необходимость формулирования поисковых задач на нижележащие отложения (как правило, неизученные) - зону контакта осадочного чехла и фундамента и доюрские образования. Эффективность для разведочного этапа определяется в большей степени сопоставлением затрат на 3D сейсмические работы и на бурение разведочных скважин с учетом изменения структуры запасов.

В целом полученные результаты не однозначны. С одной стороны, надежность картирования разрывных нарушений, русловых отложений, неструктурных элементов ловушек, изучение резервуаров с высокой литофациальной изменчивостью невозможно без применения методик 3D сейсморазведки, с другой - в ряде случаев не подтверждаются последующим бурением прогнозное геологическое строение пласта, ФЕС.

В ряде компаний получены существенные результаты:

организованы центры моделирования для мониторингового использования данных; осуществляется пересчет запасов с изменением структуры в сторону более высоких промышленных категорий; уменьшены разведочные буровые работы сопоставимо с затратами на 3D; уточняются технологические документы с учетом новых геологических данных.

Наметившиеся негативные тенденции по отдельным площадям:

задержки до 2 лет этапа обработки и интерпретации; неиспользование в той или иной мере сейсмических данных нефтяными компаниями для геологического изучения недр, оценки ресурсов и запасов, проектирования освоения месторождений и последующего мониторинга на модельном уровне.

Применение достаточно дорогостоящих сейсмических 3D работ дает значительный прирост геологической информации о строении объектов и нефтяных резервуаров.

Содержание

Практический пример использования трехмерного моделирования на основе изучения геологических объектов Урненского месторождения

Урненское месторождение нефти находится в центральной части Демьянского нефтегазоносного района Каймысовской нефтегазоносной области на землях со средней плотностью потенциальных ресурсов углеводородов. Месторождение расположено в пределах структуры III порядка – Усановско-Урненского куполовидного поднятия, которое включает Урненскую, Усановскую, Северо-Усановскую и Западно-Усановскую структуры. Основные перспективы нефтеносности связаны с юрскими отложениями. На Урненском месторождении выявлены две залежи нефти структурно-стратиграфического типа, приуроченные к Урненской и Усановской структурам. В сводовых частях структур отмечаются зоны, где отсутствует пласт Ю₁ . В 2001 г. на Урненском месторождении были начаты сейсморазведочные работы МОВ ОГТ с плотностью 3D. Цель работ – детальное изучение геологического строения этого месторождения нефти по отражающим горизонтам, приуроченным к поверхности доюрского основания, юрским и нижнемеловым отложениям, уточнение строения залежей в верхнеюрских отложениях, выявление и подготовка новых объектов для постановки разведочного и поискового бурения. На первом этапе предусматривалась отработка участка на западном и юго-западном склонах Усановской структуры. Возникла необходимость создать цифровую геологическую модель, которая стала бы основой сейсмогеологической интерпретации сейсморазведочных материалов и уточнялась при получении новых данных. Для этого были проанализированы результаты региональных геолого-геофизических исследований по Урненскому месторождению: стратиграфия, тектоника, палеогеоморфология, палеогеография, литология, нефтегазоносность. Была сформирована локальная база данных геологической, геофизической и промысловой информации. Проведена интерпретация скважинных данных и выделены реперные горизонты, продуктивные пласты; определено их флюидонасыщение. На втором этапе была выполнена стратиграфическая привязка геологических границ к отражающим горизонтам, проведены интерпретация сейсмических материалов, геоакустическое моделирование, построена скоростная модель. При детальном анализе волнового поля и прослеживании отражающих горизонтов были выделены тектонические нарушения и создана объемная разломно -блоковая модель участка работ. Динамическая обработка сейсмических данных, статистический анализ связей сейсмических атрибутов с промыслово-геофизическими параметрами позволили создать модель литологической неоднородности пластов и выделить зоны разуплотнения в отложениях доюрского основания и баженовской свиты. В результате комплексного анализа полученной информации охарактеризовано геологическое строение и структурно-тектонические особенности площади работ, создана геолого-геофизическая модель строения усановской залежи нефти. Геологический разрез Урненского месторождения сложен толщей осадочных терригенных пород мезозойско-кайнозойского возраста (мощностью 2300-2600 м), породами промежуточного структурного этажа и образованиями складчатого фундамента. Доюрские образования в пределах площади сейсмических исследований вскрыты скважинами на абсолютной отметке от –2270 до –2309м и представлены метаморфизованными эффузивными породами, андезит-дацитовыми порфиритами, диабазовыми порфиритами, кварцевыми порфиритами, туфами (скв.19,28,29) и выветрелыми гранитами (скв.25). В результате комплексирования данных сейсморазведки 3D и данных бурения в сводовой части Усановской структуры, в разрезе доюрского основания оконтурена интрузия гранитов, которая прорывает эффузивно-осадочные отложения, заполняющие пониженные заливообразные области палеозойского рельефа. Динамика волнового поля в гранитах резко отличается от динамики волн в эффузивно-осадочном комплексе пород. Вулканогенно-осадочные породы на контакте с интрузивным гранитоидным массивом были подвержены сильнейшей переработке, дроблению, что способствовало формированию трещинной пористости. В породах доюрского основания на Усановской структуре развиты коры выветривания, которые представлены продуктами переработки гранитов и эффузивных пород и туфов андезит-дацитового состава (структурный элювий). Изменения верхней части доюрских образований происходили под воздействием гидротермальных процессов, гидролиза и выщелачивания в зонах повышенной трещиноватости, связанных с тектоническими разломами. Наличие массива гранитов и кварцевых порфиров в своде Усановского купола способствовало формированию гранулярных порово-кавернозных коллекторов коры выветривания. На контакте коры выветривания и пород кристаллического фундамента выделяются проницаемые разности, представленные сильно брекчированными породами, катаклазированными до щебня, брекчии, конгломераты (скв.25,26,28) и др. По данным бурения разведочных скважин Урненского месторождения кора выветривания представлена сильно трещиноватыми, рыхлыми породами, выветрелым гранитом, гравелито-конгломератом. По данным сейсмических исследований участки разуплотненных пород фундамента хорошо фиксируются на разрезах псевдоскоростей и на схемах распределения амплитуд ОГ А. Процессы выветривания, формировавшие структурный элювий в своде Усановской структуры, способствовали образованию делювиально-пролювиальных шлейфов базальных слоев осадочного чехла. Эти процессы, протекавшие синхронно во времени на различных палеовысотах Усановской структуры, сформировали сложно построенную толщу на границе пород фундамента и осадочного чехла, состоящую из обломков пород фундамента. Часто базальные слои осадочного чехла, структурный элювий доюрских пород, гравелито-конгломераты, кора выветривания имеют много общего по керну и ГИС. Невозможно их различить и по временным разрезам. Но при комплексировании сейсмических исследований и материалов бурения можно выделить участки разуплотнения доюрских пород, наиболее перспективные участки в пределах площади исследований по доюрским отложениям – структурные носы, их склоны, разделенные грабенообразными заливами – фиордами. В заливообразных погружениях могли накапливаться продукты переотложенной коры выветривания, представленные брекчированной породой, щебнем, гравелитом из обломков пород фундамента. Анализ и интерпретация волнового поля прифундаментной и юрской частей разреза показывают, что Усановская структура длительное время находилась в тектонически активной зоне. Многочисленные разрывные нарушения различной амплитуды и протяженности сопровождали формирование палеозойского рельефа и влияли на распределение песчано-глинистого материала при последующей седиментации. Палеотектонический анализ материалов сейсморазведки и бурения позволил изучить историю геологического развития Усановской структуры, создать разломно-блоковую модель тектонического строения площади, выявить и протрассировать разрывные нарушения. Установлено влияние тектонических процессов на формирование терригенных отложений базальной части осадочного чехла и формирование залежей нефти. Для построения разломно-блоковой модели были использованы: схемы поверхностей когерентности, рассчитанные при трансформации временного куба данных в «куб когерентности» (неоднородности волнового поля), схемы тангенсов углов наклона ОГ А и ОГ Б, схемы амплитуд ОГ А, Б. Использовались цветокодированные изображения амплитудных характеристик отражающих горизонтов, которые дают однозначное положение линий разломов в сечении куба. Наибольший интерес для поисков нефти и газа представляют отложения юрской системы, в составе которой выделяются осадки двух отделов: среднего и верхнего. Отложения среднего отдела объединяются в тюменскую свиту, отложения верхнего отдела – в васюганскую, георгиевскую и баженовскую свиты. Отложения тюменской свиты непосредственно на площади сейсмических исследований не вскрыты, они развиты лишь на участках значительного погружения (скв.30). Осадочные образования тюменской свиты с угловым несогласием и размывом перекрывают доюрские породы. В сводовой части Усановской структуры отложения тюменской свиты отсутствуют. Континентальные отложения тюменской свиты накапливались в условиях постоянно расширяющегося бассейна седиментации, заполняя собой все неровности сильно расчлененного доюрского рельефа. Район Урненско-Усановского холмогорья в среднеюрское время и в значительной части позднеюрского периода был зоной активной денудации – возвышенностью, которая являлась источником сноса обломочного материала. Подножие Усановского палеоподнятия заполнялось делювиально-пролювиальными осадками континентальной юры. В зоне выклинивания пластов Ю₄ , Ю₃ , Ю₂ на склоне Усановской структуры, согласно геологической модели, возможны ловушки структурно-стратиграфического типа. Толщина отложений тюменской свиты на склонах Усановской структуры достигает 100 м. В результате изучения материалов объемной сейсморазведки была детализирована структура западного и юго-западного склонов Усановской структуры по поверхности основного нефтесодержащего горизонта Ю₁ . Склоны осложнены структурными носами, которые разделены радиально-расходящимися от свода структурными заливами. В сводовой части Усановской складки отмечается зона выклинивания отложений васюганской свиты. Мощные пачки грубообломочных, плохо отсортированных и плохо окатанных осадков могли накапливаться у подножия Усановской структуры, здесь происходил свал продуктов разрушения доюрских образований Усановского купола. В результате детализации геологического строения Усановской структуры и выявления основных особенностей строения продуктивного пласта Ю1 васюганской свиты по данным сейсморазведки 3D были уточнены: контур нефтеносности залежи нефти, границы выклинивания пласта; подготовлены новые объекты для постановки разведочного бурения. По результатам сейсмогеологических исследований и выданным рекомендациям на Урненском месторождении в 2003 г. была пробурена скв.32-бис, вскрывшая пласт Ю₁ с эффективной толщиной 40 м, из которых 20 м насыщены нефтью. Результаты бурения полностью подтвердили геолого-геофизическую модель строения основного нефтесодержащего пласта Урненского месторождения. Особенностью геологического строения Урненской площади является то, что расположенный в центре Усановский купол занимал по сравнению с близлежащими территориями относительно высокое положение на протяжении всей истории формирования осадочного чехла. В пределах сводовой части Усановской складки, а также локальных поднятий, расположенных на отрогах этой складки, возможно развитие зон дезинтегрированного туфа, отложений структурного элювия, которые вместе с базальными горизонтами осадочного чехла, в данном случае с пластом Ю₁ , вероятнее всего, будут образовывать единый резервуар для углеводородов.

Использование трехмерных сейсмических материалов высокой плотности, качественных полевых работ, применение современных технологий регистрации полевых наблюдений телеметрической системой SN-388, обрабатывающего пакета «ProMAX», пакета интерпретационных программ фирмы «Landmark», комплексирование сейсмофациального, палеогеоморфологического, палеотектонического и динамического анализов сейсмических материалов с бурением на Урненском месторождении позволили получить информативные сейсмические данные и обеспечить высокий уровень геологической интерпретации. В результате были получены: детальная геолого-геофизическая модель залежи УВ в пласте Ю₁ и новые данные о геологическом строении Урненского месторождения. Геологическая модель подтверждена материалами бурения. Однако вероятностный характер распределения динамических характеристик основных продуктивных и потенциально продуктивных горизонтов свидетельствует о том, что необходимо уточнять и корректировать полученную модель при дальнейшем комплексировании данных бурения, сейсморазведки и расширении площади съемки 3D. Обработка и интерпретация сейсморазведочных материалов выполнена в ОАО «Тюменнефтегеофизика» по заказу ОАО «Тюменская нефтяная компания».

Рассмотренная в данном реферате тема, говорит о необходимости использовании различного рода визуализации в нефтегазовом деле и геологии, а также о расширении сфер влияния компьютеризации в современной энергетической промышленности. На наш взгляд какую бы не терпела 3D-визуализация критику, её необходимо использовать в нефтегазовом деле, тем более существуют такие ситуации, в которых без неё не обойтись. Следует учесть, что применение информационных технологий существенно облегчает труд работников энергетической промышленности.

Содержание

Перечень использованных источников

Журнал “Вестник недроиспользователя ХМАО” № 16/2005
Брагин П.Е. Проблемы неотектоники Западно-Сибирской низменности.//Уральский геологический журнал. - 2001. - №1. Екатеринбург. - 2001.
Брагин П. Е. Методологические подходы к решению проблем неотектоники и геологического картирования западно-Сибирской равнины.//Журнал “Вестник недроиспользователя ”.-2005. - № 16. ХМАО.-2005
Личагина Л.А., Судакова В.В., Хасанов Р.Н. Моделирование геологических объектов Урненского месторождения нефти на основе комплексного анализа материалов сейсморазведки и бурения.//Журнал “Вестник недроиспользователя ”.-2005. - № 16. ХМАО.-2005
Шпильман А.В., Шутько С.Ю. О семинаре “Геологическая результативность рабод 3D сейсморазведки в ХМАО”.//Журнал “Вестник недроиспользователя ”.-2005. - № 16. ХМАО.-2005
Волков А.М. Решение практических задач геологии на ЭВМ. -М.:- Недра.- 1980. -224 с.
Гришкевич В.Ф. Динамическое обоснование рабочего объема нефтегазоносных резервуаров./ Молекулярная геохимия нефтегазоносных отложений Западной Сибири. // Тр. ЗапСибНИГНИ. -Тюмень.-1982. -Вып.174.- С.109-113.
Сидоров А.Н., Хорошев Н.Г. Метод восстановления трехмерных моделей геолого-геофизических полей. // Геология и геофизика. - Новосибирск.- 1987.- №1.- С.135-139.
Судат Л.Г. Методика подсчета перспективных запасов нефти, газа и конденсата. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени канд. геол.-мин. наук.-Тюмень.- ТИИ.- 1980.-16 с.
Шпильман В.И., Мясникова Г.П., Плавник Г.И. и др. Метод количественной оценки потенциальных, прогнозных и перспективных ресурсов. ГУП НАЦ РН ХМАО, -Тюмень. -1999. -99 с.
http://hw.tpu.ru
http://ogbus.ru

Содержание

Приложения

Далее представлены результаты визуализации различных типов, примененные в различных отраслях нефтегазового дела, с помощью современных технологий.

Седиментология: Структурная геология:

Геологическое моделирование:

Результаты трехмерной сейсморазведки:

Специальная комната визуализации в Томском политехническом университете:

Содержание

Скачать архив с текстом документа