Исследование возможностей и разработка методики совместного AVO-анализа на продольных и обменных отраженных волнах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат физико-математических наук Петров, Евгений Игнатьевич

• Петров, Евгений Игнатьевич
• кандидат физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Петров, Евгений Игнатьевич

Содержание работы. з

Список иллюстраций . б

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. История развития и современное состояние многоволновой сейсморазведки МВС с использованием обменных волн

ГЛАВА 2. Сейсморазведка на обменных волнах

2.1 Особенности распространения отраженных обменных волн в упругих средах

2.2 Обработка данных MOB на обменных волнах. Основные проблемы

2.3 Интерпретация данных MOB на обменных волнах

ГЛАВА 3. Основы AVO-анализа данных MOB на продольных и обменных волнах

3.1. Современный уровень развития технологий AVO-анализа данных MOB на продольных волнах.

3.1.1. А VO-анализ данных на продольных волнах. Основные предпосылки использования А VO-анализа на продольных волнах для прогноза физических свойств коллекторов

3.1.2. Теоретические основы «классического» AVO-анализа и метода упругих импедансов

3.2. AVO-анализ данных MOB на обменных PS волнах

3.2.1. Классический AVO-анализ: аппроксимации коэффициента отражения плоской обменной волны и понятие AVO-параметров для обменных волн.

3.2.2. Понятие сдвигового упругого импеданса

ГЛАВА 4. Обоснование и построение сейсмогеологических моделей

4.1 Краткие описания литолого-стратиграфических и геологических характеристик ряда нефте-газоносных провинций

4.2 Основные положения теории Био-Гассмана.

Петрофизическое моделирование по скважинным данным

4.3 Описание петрофизических моделей

ГЛАВА 5 Исследование сравнительных возможностей и ограничений AVO- анализа данных МОГТ на обменных волнах и метода сдвиговых упругих импедансов на синтетических сейсмограммах

5.1. Изучение влияния свойств коллектора на AVO-параметры обменных волн.

5.1.1. Влияние изменения пористости.

5.1.2 Влияние изменения типа флюида и степени насыщения.

5.1.3. Изучение помехоустойчивости А VO-анализа обменных волн.

5.1.4. Возможности и ограничения AVO-анализа обменных волн.

5.2. Изучение влияния свойств коллектора на сдвиговый упругий импеданс.

5.2.1. Влияние изменения пористости.

5.2.2. Влияние изменения типа флюида и степени насыщения.

5.2.3. Изучение помехоустойчивости метода сдвиговых упругих импедансов.

5.2.4. Возможности и ограничения метода сдвиговых упругих импедансов.

5.3 Сравнение различных методик AVO анализа -«классического» подхода при AVO анализе и -SEI, для решения конкретных производственных задач.

5.4 Сопоставление информативности методик AVO анализа для продольных и обменных волн. Комплексная интерпретация продольных и обменных волн

ГЛАВА 6. Опробование метода AVO-анализа и метода сдвиговых упругих импедансов на реальных данных MOB на обменных волнах

6.1 Наземные сейсмические работы 2D-3C.

6.1.1 Полевые работы.

6.1.2 Основные этапы обработки данных.

6.1.3 Результаты опробования методики AVO-анализа.

6.2 Морские сейсмические работы 2D-3C.

6.2.1 Полевые работы.

6.2.2 Основные этапы обработки данных.

6.2.3 Результаты опробования методики AVO-анализа.

6.3 Скважинные сейсмические работы выносного ЗС ВСП

6.3.1 Полевые работы.

6.3.2 Основные этапы обработки данных.

6.3.3 Результаты опробования методики AVO-анализа.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование возможностей и разработка методики совместного AVO-анализа на продольных и обменных отраженных волнах»

Актуальность темы.

Эффективность поисков и разведки углеводородов во многом зависит от количественной оценки коллекторских свойств перспективных интервалов разреза. В настоящее время перед сейсморазведчиками поставлена задача определения не только положения коллектора в разрезе, но и типа флюида-порозаполнителя, количественной оценки пористости, трещиноватости, степени газонасыщенности и т.д. Для этого необходимы сведения о плотности и скоростях распространения как продольных, так и поперечных волн.

Предложенный в 1982 г. метод использования зависимости амплитуд отраженных продольных волн от расстояния «источник-приемник» (метод АУО-анализа) позволил в ряде случаев получать сведения о скоростях поперечных волн по данным, полученным с использованием только продольных волн, но в дальнейшем выяснилось, что это возможно далеко не всегда.

В 90-х годах прошлого века были начаты попытки привлечения для этих целей информации о динамических и кинематических характеристиках получаемых одновременно с монотипными отраженными продольными волнами обменных отраженных волн. В последние годы были разработаны теоретические основы АУО-анализа для обменных волн, но при этом еще не существует ни ясных представлений обо всем диапазоне дополнительной информации, которую может предоставить применение методик АУО к обменным волнам, ни отработанных методических приемов для АУО на обменных волнах.

Цель работы.

Целью работы является исследование возможностей и разработка методики АУО-анализа для данных многокомпонентной сейсморазведки, оценка ее устойчивости и информативности.

Основные задачи исследований:

1. Изучение современного состояния АУО-анализа на обменных волнах (АУО-Р5) для целей оценки свойств коллекторов.

2. Исследование путем математического моделирования влияния различных коллекторских свойств на динамику отраженных от пласта-коллектора продольных и обменных волн.

3. Разработка на основе проведенных оценок методических приемов АУО-Р5 анализа и АУО-Р5 инверсии, оценка их помехоустойчивости на математических моделях.

4. Опробование разработанных методик для оценки свойств коллекторов на реальных сейсмических данных наземной и морской многокомпонентной сейсморазведки, а также данных многокомпонентного выносного ВСП.

5. Анализ эффективности методики совместной динамической интерпретации результатов AVO-Р и AVO-PS анализа.

Основные защищаемые положения:

Для практических целей при исследовании песчаных коллекторов в терригенных отложениях в AWO-PS анализе правомерно использование одночленной линейной аппроксимации коэффициента отражения обменной волны от синуса угла падения в диапазоне углов 0-30°, поскольку ошибки, связанные с недоучетом нелинейности значительно меньше ошибок, связанных с наличием нерегулярного шума.

На основе математического моделирования показана высокая эффективность использования AVO-параметров обменных волн для прогнозирования пористости коллектора независимо от типа насыщения.

Предложенная методика определения сдвигового упругого импеданса SEI позволяет прослеживать относительные изменения градиента амплитуды обменной волны по профилю, используя фиксированный угловой диапазон. Методика может использоваться для целей определения пористости пласта-коллектора при соотношениях сигнал/шум не менее 5.

Предложенная методика совместной интерпретации результатов AVO-анализа данных продольных и обменных волн позволяет разделять эффекты флюидонасыщения и изменения упругих свойств коллектора.

Научная новизна.

1. Определена количественная связь AVO-параметров обменных волн с конкретными коллекторскими свойствами.

2. Предложена оригинальная методика определения упругого сдвигового импеданса при AVO-PS инверсии обменных волн.

3. Предложена методика совместной интерпретации AVO-параметров данных сейсмических наблюдений на продольных и обменных волнах, позволяющая оценивать влияние различных факторов на динамику отраженной продольной и обменной волны.

Практическая значимость.

В рамках данной работы исследованы возможности и ограничения совместного применения динамической интерпретации продольных и обменных волн. По результатам исследования разработана технология, позволяющая прогнозировать более широкий набор коллекторских свойств, чем AVO-анализ на продольных волнах. Предложенные методики использовались при изучении петрофизических свойств продуктивных пластов в терригенных разрезах по данным многокомпонентной наземной сейсморазведки, морской сейсморазведки и выносного ВСП.

Внедрение результатов работы.

Разработанные в ходе исследования методология и программные средства применяются Сервисной Компанией «ПетроАльянс» при обработке и интерпретации многокомпонентных сейсморазведочных работах, и использованы в трех производственных отчетах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и 9 тезисов докладов. Апробация работы.

Основные положения работы докладывались на следующих конференциях: Молодежная секция конференции "ГЕОМОДЕЛЬ Москва, 2002; V-я научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Москва 2003; Молодежная секция конференции "ГЕОМОДЕЛЬ", Москва, 2004; VI-я Международная научно-практическая конференция. ГЕОМОДЕЛЬ, Геленджик, 2004 г; Гальперинские чтения, Москва, 2004; «Геофизические и нефтепромысловые методы исследования скважин в комплексе с сейсморазведкой для построения и сопровождения геологических моделей залежей нефти и газа», Научно-практическая конференция АИС и ЕАГО, Москва, 2004; VII-я научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Москва, 2005.

Объем и структура работы:

Диссертация состоит из введения, 6-ти глав, заключения и 1-го приложения общим объемом 195 страниц, включая 99 рисунков и 5 таблиц. Список литературы включает 101 наименование, в том числе 67 на иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Петров, Евгений Игнатьевич

Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом.

1. На основе математического моделирования рассмотрено влияние изменения свойств коллектора на динамику обменной волны, при этом установлены следующие особенности:

• Восстановленные по результатам анализа кинематики отражений продольных и обменных волн - А1рзШрр - значения Ур/Уз описывают поведение толщи пород - интервала разреза между выделенными реперами в волновых полях различных типов волн. Получение информации о распределении Ур/Уз в конкретном пласте коллекторе малой мощности (515 метров), становится невозможным в силу интегрального характера поведения функции Ур/Уз.

Ключом к информации о свойствах коллектора является динамика отраженной обменной волны. Наиболее информативными методиками динамического анализа являются АУО методики.

• Любые изменения свойств в пласте-коллекторе вызывают только изменение градиента амплитуды отражения в зависимости от угла подхода. Наибольшие изменения градиента вызывает изменение модуля сдвига.

• Влияние изменения насыщения практически не оказывает влияния на АУО-характеристики обменной волны. В случае изменения насыщения нефть-вода, градиент амплитуды отраженной обменной волны не меняется. В случае газонасыщения, изменение градиента можно проследить лишь при соотношении сигнал/шум не менее 10.

• Изменение пористости коллектора оказывает сильный эффект на изменение градиента амплитуды отражения: увеличение пористости вызывает уменьшение амплитуды отражения и градиента вплоть до инверсии фазы, с последующим возрастанием при уменьшении скорости. По результатам анализа сейсмограмм для случая изменения пористости, общий тренд поведения амплитуды с выносом даже при низком соотношении сигнал/шум (<5) сохраняется.

2. Исследованы теоретические основы АУО-анализа на обменных волнах. Рассмотрены различные аппроксимации коэффициента отражения обменной волны. Двухчленная аппроксимация представленная выражением (4) с необходимой точностью аппроксимирует поведение коэффициента отражения обменной волн до углов падения 40-50°. Коэффициент А описывает поведение градиента в линейной части зависимости коэффициента отражения от угла подхода (5-30°). Коэффициент В описывает поведение градиента в нелинейной части на больших углах падения (3560°). В случае если градиент линеен в рабочем диапазоне углов падения, то коэффициенты будут равны.

• Показано, что для практических целей, при исследовании песчаных коллекторов в терригенных отложениях, правомерно использование одночленной линейной аппроксимации коэффициента отражения обменной волны от синуса угла падения в пределах 0-30°. В рамках данной аппроксимации зависимость коэффициента отражения обменной волны от синуса угла падения - возрастающая линейная функция, имеющая 0-пересечение. Так как изменения свойств в пласте вызывают только изменение градиента, то в рамках линейной аппроксимации коэффициента отражения обменной волны от синуса угла, любые изменения скоростей и плотности сводятся только к изменению множителя при аргументе, пропорционального изменению градиента.

• Показано, что при соотношении сигнал/шум <15 определение коэффициента В не представляется возможным. Ошибки, связанные с недоучетом нелинейности градиента, при использовании одночленной аппроксимации вместо 2-х или 3-х членной для рассматриваемых моделей, значительно меньше ошибок, связанных с наличием нерегулярного шума.

Предложена методика AVO-PS инверсии -расчета сдвигового упругого импеданса SEI. Показано, что в рамках линейной аппроксимации коэффициента отражения обменной волны отношение угловых сумм соседних угловых диапазонов с одинаковым количеством сейсмотрасс, включенных в суммирование, будет всегда отличаться на константу. Такая особенность поведения угловых сумм обменных волн для рассматриваемых типов коллекторов позволяет рассчитывать SEI для одного широкого диапазона углов. Изменения SEI, рассчитанного по данной сумме по профилю, пропорциональны изменениям градиента.

Совместная интерпретация РР и PS -волн позволяет, используя кинематические особенности волн, построить модель распределения соотношения скоростей Vp и Vs. Кроме того, используя кроссплотинг значений упругого El и сдвигового упругого SEI импедансов, либо непосредственно градиентов продольных и обменных волн, можно разделять эффекты насыщения и изменения упругих свойств коллектора.

Рассмотренные и предложенные АУО-методики, и разработанные для них автором программные средства опробованы на реальных сейсмических примерах, обладающих практической значимостью:

• Наземные сейсмические работы 2И-ЗС.

• Морские сейсмические работы 2Э-ЗС.

• Скважинные сейсмические работы выносного ЗС ВСП.

Сформулированы рекомендации по использованию АУО-методик динамической интерпретации обменных волн и совместной интерпретации результатов АУО-анализа по продольным и обменным волнам при решении поставленных задач.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Параметры сред УР1 скорость продольной волны в /-ом слое Ух1 скорость поперечной волны, в /-ом слое

Уш V гтз

Уср

Р У м> интервальная скорость среднеквадратичная скорость средняя скорость отношение скоростей поперечных волн на границе отношение скоростей продольных волн на границе отношение скоростей поперечных и продольных волн на границе отношение скоростей продольных и поперечных волн на границе

Характеристики волн Т период волны 9

V-А двойное время при нулевом удалении угол падения продольной волны угол отражения поперечной волны амплитуда волны длина продольной волны в преломляющем слое время пробега продольной волны в преломляющем слое

Коэффициенты коэффициенты преломления соответственно продольной и поперечной волн на ¡-й границе

Прочие обозначения х удаление записанная сейсмоприемником сейсмическая трасса

Р*-А,/ X, ц

1а ь

СТ

Ф Я

УтРЗ УгР,Уг ъ о /

I / м> Г щ г

ПЛОТНОСТЬ 1-ОГО слоя МОЩНОСТЬ /-ОГО слоя, константы Ламэ среднее значение Р-импеданса среднее значение ¿"-импеданса отношение плотностей угол наклона отражающей границы глубина отражающей границы эффективная скорость обменной волны граничные скорости поперечных и продольных волн общее время пробега для луча г доминирующая частота частота спектра падающей волны интенсивность отраженной волны на поверхности время прихода волны круговая частота длина пути пробега волны

Ярр, коэффициенты отражения ЯгеЛ соответствующих типов волн

1У(() импульс источника Б

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Петров, Евгений Игнатьевич, 2005 год

1. Аки К. и Ричарде Я., Количественная сейсмология, М, Изд. «Мир», 1983.

2. Берзон И. С., Динамические характеристики сейсмических волн в реальных средах, Изд. АН СССР, 1963.

3. Гальперин Е.И., Поляризационный метод сейсмических исследований. М.: Изд. «Недра», 1977.

4. Гальперин Е.И., Вертикальное сейсмическое профилирование, М.: Изд. «Недра», 1982.

5. Горшкалев С.Б., Карстен В.В., Изучение анизотропии горных пород по данным обменных волн. Технологии Сейсморазведки, №1 2004.

6. Гурвич И.И., Боганик Г.Н., Сейсмическая разведка, изд. третье, М.: Изд. «Недра», 1980.

7. Ивакин Б.Н., Карус Е.В., Кузнецов О.Л., Акустический метод исследования скважин. М.: Изд. «Недра», 1978.

8. Клаербоут Дж. Ф., Теоретические основы обработки геофизической информации с приложением к разведке нефти. М.: Изд. «Недра», 1981.

9. Луценко Б.Н., Интерпретация сейсмических волн в сложных средах. М.: Изд. «Недра», 1987.

10. Ляховицкий Ф.М., Невский М. В., Анализ анизотропии скоростей сейсмических волн в тонкослоистых периодических средах, Изд. АН СССР, Физика Земли №9,1970

11. Мешбей В. И., Методика многократных перекрытий в сейсморазведке. М.: Изд. «Недра», 1985.

12. Молотков Л.А., О распространении упругих волн в средах, содержащих тонкие плоско-параллельные слои. В кн.¡Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн. Т.У.Л., Изд. ЛГУ, 1961.

13. Петрашень Г. И. Распространение волн в анизотропных упругих средах. -Л.: «Наука», 1980.

14. Петрашень Г. И., Каштан Б. М., Ковтун А. А. Распространение объемных волн и методы расчета волновых полей в анизотропных упругих средах. Л.: «Наука», 1984.

15. Пузырев H.H. и др.у Сейсморазведка методом обменных и поперечных волн, Издательство «Недра», 1985.

16. Пузырев H.H., Становление и развитие многоволновой сейсморазведки в России. Интерпретация данных и результаты// Геология и геофизика Т. 44, № 5,2003.

17. Пузырев Н. Н., Бродов Л. Ю., Ведерников Г. В. Развитие метода поперечных волн и проблемы многоволновой сейсморазведки, Геология и геофизика № 10, 198018