Методы обработки данных скважинной сейсморазведки для прямых поисков нефти и газа и их программная реализация тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Тащилкин, Антон Викторович

• Тащилкин, Антон Викторович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тащилкин, Антон Викторович

Введение.

1. Роль и место изучения поглощения в исследовании геологического разреза методами ВСП - ОВСПб.

1.1. Методы изучения поглощения сейсмических волн.

1.2. Краткий обзор метода вертикального сейсмического профилирования (ВСП).

1.3. Краткий обзор метода ОВСПб.

2. Алгоритмы и способы расчета декремента поглощения сейсмических волн.

2.1. Модели сейсмической записи для исследования алгоритмов.

2.2. Спектральные алгоритмы.

2.3. Корреляционные алгоритмы.

2.4. Амплитудный алгоритм.

3. Обоснование выбора алгоритмической основы для реализации программного комплекса обработки данных ВСП - ВСПб.

3.1. Процедурное программирование и объектно-ориентированный подход.

3.2. Базовая программная реализация алгоритмов.

3.3. Использование паттернов проектирования для оптимизации разработки и функционирования программного комплекса.

4. Описание программного комплекса.

4.1. Исходные данные.

4.2. Граф обработки.

4.3. Модули обработки.

4.3.1. Модуль визуализации данных ВСП - ВСПб.

4.3.2. Модуль построения вертикального годографа.

4.3.3. Модуль вычисления декремента поглощения.

5. Результаты тестирования и обработки полевых материалов, полученных методами ВСП и ВСПб.

5.1. Построение вертикального годографа и скоростной модели.

5.2. Обработка данных различными методиками вычисления декремента поглощения.

5.3. Дополнительный корреляционный и спектральный анализ данных.

5.4. Построение литологической пластовой модели.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы обработки данных скважинной сейсморазведки для прямых поисков нефти и газа и их программная реализация»

На современном этапе развития прямых поисков нефти и газа по сейсмическим данным основное внимание уделяется совершенствованию способов извлечения из наблюдаемого волнового поля информации, связанной с нефтегазоносностью. Разработано много алгоритмов и программ для обработки сейсмических данных, в результате чего можно получить большое число параметров, главную роль среди которых играют амплитуды, скорости распространения сейсмических волн и поглощение их энергии.

До сих пор полностью не решена задача прямого прогноза углеводородного насыщения пласта. Нескважинные методы сейсморазведки не позволяют в полной мере оценить физические свойства пород. Например, ГИС-методы имеют малый радиус действия. В основном, только акустические методы, такие как ВСП (вертикальное сейсмическое профилирование) и ОВСПб (обращенное вертикальное сейсмическое профилирование в процессе бурения) позволяют получить адекватные результаты.

Одним из главных способов повышения точности и эффективности решения задач прогноза геологического разреза в окрестностях скважины в настоящее время является совершенствование программ обработки данных ВСП и ОВСПб. Достаточно результативно на данном направлении - и это доказано многочисленными теоретическими и полевыми исследованиями -изучение поглощения сейсмических волн для прямых поисков нефти и газа. В частности вычисление декремента поглощения упругих волн -классический, по некоторым причинам «полузабытый» метод, но в последнее время вновь находит применение.

Успешное, экономически целесообразное использование современных технологий добычи нефти и повышения нефтеизвлечения базируется на создании и использовании детальных цифровых трехмерных геологических моделей залежей углеводородов и моделировании протекающих в них процессов. Для детального подсчета начальных балансовых запасов, локализации остаточных запасов в разрабатываемых залежах, проектирования разработки необходимо создание математической трехмерной сеточной геолого-технологической модели, которая базируется на геологической модели залежи.

Геологическая модель - это сконцентрированная система знаний о геологическом объекте, согласованная с набором геолого-геофизических и промысловых данных, полученных к определенному моменту времени.

Построение геологических моделей месторождений нефти и газа стало неотъемлемой частью работ по подсчету геологических и извлекаемых запасов, составлению проектных документов по разработке, выбору обоснованных решений по бурению конкретной скважины, проведению конкретного геолого-технологического мероприятия.

Практический выход из результатов пространственного геологического моделирования очевиден - это более детальное и адекватное представление геологических объектов для выполнения гидродинамических расчетов и выбора оптимальных режимов эксплуатации объекта. Увязка геологической модели и истории разработки является важнейшим элементом технологии моделирования месторождения (резервуара). Наличие достоверных данных по истории разведки и разработки месторождения также способствует уточнению геологического строения. В свою очередь это обуславливает необходимость использования существенно большего набора геофизических и промысловых данных, учета фактической работы пластов и отдельных прослоев уже на этапе геологического моделирования.

Геологическая модель является основой для проектирования технологических показателей разработки и расчета уровней добычи по годам, то есть в конечном итоге определяет эффективность инвестиций и уровень дохода от вложенных в обустройство месторождения средств. Следовательно, точность прогноза этих показателей зависит от степени соответствия геологической модели реальному строению месторождения.

Построение геологических моделей месторождений одновременно с бурением новых скважин, проведением геолого-технологических мероприятий в существующем эксплуатационном фонде показывает, что процесс построения и, что более существенно, сопровождения геологической модели должен проводиться на всех этапах эксплуатации месторождения.

Как показывает опыт моделирования, степень несоответствия модели и действительного строения месторождения, определяемая сопоставлением с вновь полученными данными, в общем случае зависит от сложности геологического строения залежи. В простых геологических условиях строение залежей и запасы подтверждаются с погрешностью в диапазоне ±15%, а на месторождениях со сложным геологическим строением - в диапазоне ±50%.

Цифровая геологическая модель должна быть единой для всего месторождения или для всего продуктивного пласта на определенный момент времени и использоваться на всех уровнях геологических служб добывающих предприятий, также как ранее использовались карты параметров месторождения, с целью:

- проектирования геологоразведочных работ;

- корректировки ковра бурения;

- подготовки и технико-экономического обоснования инвестиционных проектов;

- планирования прироста запасов;

- планирования изменения категорийности запасов.

Являясь основой непрерывного мониторинга разработки, цифровая геологическая модель должна периодически актуализироваться на определенный момент времени, т.е. должна быть постоянно действующей [5,57].

С другой стороны существующее программное обеспечение представлено либо дорогостоящими малодоступными большими вычислительными комплексами, в основном зарубежных разработчиков, или несвязными пакетами прикладных программ, большинство которых написано для старых компьютеров, под ОС DOS и в большинстве своем не проходили промышленную эксплуатацию [58,59].

Нефтяные и газовые месторождения залегают на большой глубине и недоступны для прямого изучения. Информация, на основе которой воссоздаются представления о строении, запасах и рациональной технологии разработки месторождения поступает из десятков источников, часто противоречива, неточна и неполна. В существующих информационных технологиях обработка и анализ этой информации проводится раздельно либо интегрировано частично. Часть полезной информации не извлекается из имеющихся наблюдений либо не увязывается с остальными данными. Даже наиболее развитые западные пакеты «Лендмарк» и «Харизма» не лишены указанных недостатков [59].

Поэтому идея создания и применения «среднего» по объему вычислительного комплекса (с возможностью расширения), с удобным современным интерфейсом видится особенно актуальной.

Целью работы является разработка программного комплекса для реализации алгоритмов расчета параметров сейсмического волнового поля и характеристик среды, связанных с поглощением энергии упругих волн по данным методов скважинной сейсморазведки, а также изучение и совершенствование существующих алгоритмов.

Традиционный ВСП не способен прогнозировать свойства пласта ниже забоя скважины, поэтому в последнее время ведутся интенсивные разработки метода ОВСПб, который позволяет это сделать. Но этот метод не нашел пока широкого применения из-за отсутствия методической и алгоритмической базы.

Также, используя корреляционный и спектральный анализ данных ВСП была сделана попытка расчленить геологический разрез.

Работа состоит из введения, пяти глав и заключения.

-8В первой главе рассматривается роль и место изучения поглощения в исследовании геологического разреза методами вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и вертикального сейсмического профилирования в процессе бурения (ОВСПб). Описывается общая теория поглощения, отражающая современное состояние проблемы определения параметров поглощения по сейсмическим данным. Показана связь поглощения энергии сейсмических волн с физическими свойствами и нефтегазоносностью исследуемых пород. Рассмотрено несколько способов определения параметров поглощения. Выделены два направления в подходе к определению параметров поглощения, имеющих целью вычисления интегральных и локальных характеристик волнового поля и необходимость их совместной обработки. Основная часть исследования посвящена такой характеристике поглощения сейсмических волн изучаемым пластом пород как декремент поглощения.

Рассмотрены некоторые основные типы аномалий параметров над залежами нефти и газа. При обработке полевых сейсморазведочных материалов по площадям или профилям изменение их значений образует аномалии, в набор которых теоретически могут быть включены все наблюдаемые и вычисляемые характеристики полей различной физической природы. Совпадение этих аномалий по различным параметрам повышает достоверность поиска.

Так же приведено краткое описание методов ВСП и ОВСПб. Если вертикальное сейсмическое профилирование достаточно популярный и исследованный метод, то применение методик определения поглощения к данным ВСП достаточно редко.

Во второй главе подробно разобраны алгоритмы расчета декремента поглощения.

Все алгоритмы сводятся к нескольким группам в зависимости от используемых характеристик сейсмических трасс волнового поля.

-91). Спектральные алгоритмы - используют для расчета декремента амплитудные спектры участков сейсмограмм.

2). Амплитудные - основаны на обработке амплитуды сигнала.

3). Корреляционные алгоритмы - работают с функцией автокорреляции интервалов сейсмической записи.

Совместное использование алгоритмов вычисления декремента в сочетании с другими методами обработки сейсмических данных позволяет увеличить достоверность прогнозирования свойств исследуемого пласта.

В третьей главе обоснован выбор алгоритмической основы для реализации программного комплекса. Описаны некоторые проблемы, возникшие при проектировании и реализации программного комплекса с использованием объектно-ориентированного подхода и их решение с помощью паттернов проектирования.

Четвертая глава представляет описание программного комплекса -раскрыта структура модулей обработки данных, приведены скриншоты экранных форм, демонстрирующие последовательные этапы работы программного комплекса в графе обработки.

Программный комплекс включает в себя:

1). Визуализация полевых данных в формате seg-y и Бек

2). Процедуры препроцессинга сейсмических данных.

3). Построение вертикального годографа и скоростной модели разреза.

4). Модуль вычисления декремента поглощения.

5). Средства интерпретации полученных результатов.

В пятой главе приведены результаты тестирования и обработки полевых материалов, полученных методом ВСП.

Автором решались следующие вопросы:

1. Исследование существующих алгоритмов оценки поглощения сейсмических волн с целью определения их точности, разрешающей способности, помехоустойчивости и сейсмогеологических условий их применения.

2. Разработка программного и математического обеспечения для реализации алгоритмов прямых поисков нефти и газа по данным скважинной сейсморазведки.

3. Исследование некоторых алгоритмов совместной обработки параметров в рамках данной методики.

4. Применение алгоритмов расчета параметров поглощения и методики их совместной обработки на модельных и полевых данных.

Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

1). Существующие алгоритмы оценки поглощения сейсмических волн исследованы с целью определения их точности, разрешающей способности, помехоустойчивости и сейсмогеологических условий их применения.

2). Алгоритмы расчета декремента поглощения были реализованы на современном уровне в едином программном комплексе, что дает возможность их совместного применения наряду с другими методами для наилучшего прогнозирования свойств изучаемого пласта.

3). Некоторые алгоритмы были доработаны.

4). Разработаны и реализованы алгоритмы для построения и уточнения скоростной модели геологического разреза.

5). В программном комплексе применены новейшие технологии программирования, такие как паттерны проектирования, что позволило значительно упорядочить внутреннюю структуру программных модулей, повысить надежность работы программы, более эффективно использовать вычислительные ресурсы компьютера, облегчило возможность изменения и расширения существующего кода и сопровождение комплекса.

6). Методы, реализованные в программном комплексе, применены для обработки реальных полевых данных, получена литологическая модель исследуемого пласта.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Тащилкин, Антон Викторович

Вывод графика декремента

Интерпретация совместно с другими методиками

Рис. 4.2. Граф обработки для вычисления декремента поглощения.

Таким образом, в настоящем комплексе предусмотрен жесткий, фиксированный граф обработки, где последовательность действий для получения результата линейна и строго определена, в противоположность гибкому графу, приведенному на рис. 4.1.

4.3. Модули обработки.

Программный комплекс включает в себя:

1). Визуализация полевых данных в формате seg-y и sds;

2). Построение вертикального годографа и скоростной модели разреза;

3). Модуль вычисления декремента поглощения.

В качестве языка программирования выбран С++;

-101 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе проведено исследование групп алгоритмов интегральной оценки параметров поглощения упругих волн, что дало возможность выделить ряд алгоритмических и методических процедур, повышающих точность, разрешающую способность и помехоустойчивость определения оценок параметров поглощения. Установленный и исследованный факт зависимости точности оценок поглощения по различным алгоритмам от характера наблюдаемого волнового поля показал необходимость правильного выбора алгоритма и точного подбора параметров работы программ при обработке сейсмического материала.

Определение параметров поглощения по сейсмическим данным, рассмотренное в работе, является частью глобальной проблемы прямых поисков залежей нефти и газа. Успешное решение этой проблемы возможно только при комплексном применении различных методов. В работе предпринята попытка углубленного исследования интерпретационного этапа обработки параметров, что является шагом по пути дальнейшего совершенствования процесса автоматизации прогнозирования нефтегазоносности.

Развитие эффективных решений этой важной проблемы ведет к значительному росту продуктивности сейсмических исследований.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тащилкин, Антон Викторович, 2007 год

1. В.А. Редекоп, В.В. Помазанов,А.А.Тихонов. 3D ВСП - алгоритм миграции, обработка, результаты. Гальп. Чтения 2004. Сборник материалов, Москва, 2004.

2. Петров Е.И., Керусов И.Н., Тихонов A.A., Шалаева Н.В. Прогнозорование фильтрационно-емкостных свойств в около скважинном пространстве по данным многокомпонентного выносного ВСП. Научно-технический вестник <Каротажник>, vol3-4(l 16-117), 2004.

3. Тихонов A.A., Стенин В.П., Касимов А.Н.,Мотрук В.Д., Яралов Б.А. Изучение вертикальной трещиноватости по данным обменных волн. Нефть и Капитал N12,2002.

4. Курьянов Ю.А., Кокшаров В.З., Чиркин И.А., Смирнов.М.Ю. Трещиноватость геосреды и ее изучение сейсмоакустическими методами. Геофизика, специальный выпуск, 2004, с. 9-16.

5. Смирнов М.Ю., Волков Г.В., Карташов A.A., Кокшаров В.З. Применение математического моделирования для решения прикладных задач сейсморазведки. Геофизика, специальный выпуск, 2004, с. 30-34.

6. А.А.Тихонов, В.П.Стенин. Обзор геологических результатов использования ЗС ВСП в CK Петро Альянс. Гальперине кие Чтения, Москва, 2002.

7. М.М.Кравцова, А.А.Тихонов. Оценка разрешающей способности ВСП при выделении малоамплитудных разрывных нарушений. Гальперинские Чтения, Москва 2002.

8. Шевченко A.A. Скважинная сейсморазведка. М.:РГУ нефти и газа, 2002.

9. Сухач. Р.В., Тащилкин A.B. Исследование алгоритмов расчета декремента поглощения для прямых поисков нефти и газа. Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений, 2004, №7, с. 43-46.

10. Сухач. Р.В., Тащилкин A.B. Алгоритмы вычисления поглощения для прямых поисков нефти и газа. Тезисы докладов конференции «Молодежная наука нефтегазовому комплексу». М., 2004.

11. Сухач. Р.В., Тащилкин A.B. Исследование некоторых способов выделения аномалий на фоне помех. Тезисы докладов 58-й межвузовской студенческой конференции. М., 2004.

12. Тащилкин A.B. Алгоритмы и способы оценки поглощения сейсмических волн. Тезисы докладов 59-й межвузовской студенческой конференции. М., 2005, с. 46.

13. Сухач. Р.В., Тащилкин A.B. Алгоритмы и способы вычисления поглощения сейсмических волн. Сборник работ ЕАГО, 2005.

14. П.И. Балк. Столкновение геофизических и математических интересов -главный источник противоречий в современной теории интерпретации потенциальных полей. Геофизический журнал №4,2000, с. 22.

15. A.B. Копчиков, A.B. Баев, A.A. Табаков. Метод решения обратной динамической задачи ВСП с применением автокорреляционных функций. Технологии сейсморазведки №1, 2004.

16. А.А.Табаков, К.В. Баранов, А.К. Душутин, А.Ю. Барков. Редактирование сейсмических волновых полей с применением методов распознавания и коррекции записей ВСП путем минимизации энтропии двумерных спектров. "Технологии сейсморазведки" №1, 2004.

17. А.С.Кашик, С.А.Кириллов, З.Н.Жемжурова, В.А.Чекунова. Прогнозирование продуктивности разреза осадочных отложений программными средствами динамической визуализации и анализа данных. Тюмень, 16-18 сентября, 2003г., стр. 95-97.

18. Авербух А.Г., Кащеев Д.Е., Кирнос Д.Г. Решение обратной динамической задачи при сейсморазведке отраженными волнами. Международная конференция «Научное наследие академика Г.А. Гамбурцева и современная геофизика», 21-24 апреля 2003г., стр. 12-13.

19. Маркин А.П., Юканова Е.А. Анализ, оценка и корректировка данных в процессе геологического моделирования для повышения достоверности модели. Научно-практическая конференция «Геомодель-2002», Геленджик, 16-20 сентября 2002г.

20. В.В.Гурьянов, В.М.Гурьянов, В.Б.Левянт. Особенности распространения сейсмических волн в коллекторах, влияющие на их выявление и дифференциацию. Часть I., журнал ЕАГО «Геофизика» № 6 2001г. стр.10-15.

21. Баев A.B., Табаков A.A., Солтан И.Е., Копчиков A.B. Решение обратных задач ВСП и мониторинг при бурении скважин на основе корреляционных полей. Материалы научно-практической конференции Тальперинские чтения 2002", С. 167-170,2002.

22. Копчиков A.B., Табаков A.A., Баев A.B., Солтан И.Е. Решение обратных задач ВСП на основе корреляционных полей. Материалы VI международной конференции "Новые идеи в науках о Земле", С. 35, 2003

23. Николас А. Солтер, Скотт Дж. Клепер. Язык программирования С++ для профессионалов. Диалектика, 2006.

24. Герб Саттер, Андрей Александреску. Стандарты программирования на С++. Серия книг "С++ In-Depth". Вильяме, 2005.

25. Андрей Александреску. Эффективное программирование на С++. Серия книг "С++ In-Depth". Вильяме, 2002.

26. Герб Саттер. Новые сложные задачи на С++. Серия книг "С++ In-Depth". Вильяме, 2005.

27. Фрэнк М. Каррано, Джанет Дж. Причард. Абстракция данных и решение задач на С++. Стены и зеркала. Вильяме, 2003.

28. Майкл Мейн, Уолтер Савитч. Структуры данных и другие объекты в С++. Вильяме, 2002.

29. Кен Браунси. Основные концепции структур данных и реализация в С++. Вильяме, 2002.

30. Томас X. Кормен, Чарльз И. Лейзерсон, Рональд J1. Ривест, Клиффорд Штайн. Алгоритмы: построение и анализ. Вильяме, 2005.

31. Генри С. Уоррен, мл. Алгоритмические трюки для программистов. Вильяме, 2004.

32. Дональд Э. Кнут. Искусство программирования, том 3. Сортировка и поиск. Вильяме, 2000.

33. Герб Саттер. Решение сложных задач на С++. Серия книг "С++ In-Depth". Вильяме, 2002.

34. Уолтер Савич. С++ во всей полноте. Питер, 2005.

35. Р. Лафоре. Объектно-ориентированное программирование в С++. Питер, 2006.

36. Роберт Седжвик. Фундаментальные алгоритмы на С++. Часть 5. Алгоритмы на графах. ДиаСофтЮП, 2002.-10744. Э. Трельсен. Модель СОМ и применение ATL 3.0. Серия: Мастер. Практическое руководство. BHV Санкт - Петербург, 2005.

37. Альфред В. Ахо, Джон Хопкрофт, Джеффри Д. Ульман. Структуры данных и алгоритмы. Вильяме, 2000.

38. Бьерн Страуструп. Язык программирования С++. М.: Бином, 2004.

39. А. Я. Архангельский. Программирование в С++ Builder 5. М.: Бином, 2001.

40. А. Я. Архангельский. Программирование в С++ Builder 5. М.: Бином, 2001.

41. Ален И. Голуб. Правила программирования на С и С++. М.: Бином, 2002.

42. Седжвик Р. Фундаментальные алгоритмы на С++, «DiaSoft», 2002.

43. Макконнел С. Совершенный код., «Питер», 2005.

44. Д. Вандервуд, Н. Джосаттис. Шаблоны С++ справочник разаработчика. М.: «Вильяме», 2003.

45. Дейтел Х.М., Дейтел П.Дж. Как программировать на С++, М.: «Бином», 2003.

46. Подбельский В.В., Фомин С.С. Программирование на языке С++, М.:«Финансы и статистика», 2000.

47. Шишкин Е.В., Боресков A.B. Компьютерная графика, М.: «Диалог-МИФИ», 2001.

48. Тащилкин A.B. Программная реализация алгоритмов вычисления поглощения сейсмических волн. Автоматизация, телемеханика и связь в нефтегазовой промышленности, 2005, №10.

49. Кашик A.C., Билибин С.И., Гогоненков Г.Н., Кириллов С.А. Сопровождение компьютерных геологических моделей при мониторинге разработки месторождений углеводородов. Журнал Нефтяное хозяйство №7.

50. А.С.Кашик, Г.Н.Гогоненков, А.Л.Федоров, С.А.Кириллов. DV-SeisGeo- компьютерная технология для создания и поддержки трехмерной геолого-технологической модели залежей нефти и газа. Коммерческая информация в журнале «Каротажник».

51. Tikhonov А.А., Stenin V.P. Borehole vicinity acoustic properties study using offset VSP data. EAGE/SEG Research Workshop "Multicomponent Seismic". Pau, 2005.

52. Tikhonov A.A., Stenin V.P. Borehole vicinity characterization using 3C-3D VSP. 73rd Ann.Int.Mtg. SEG Exp. Abs, Dallas, 2003.

53. Craft C. Detecting hydrocarbons for years the goal to exploration geophysicists, Oil and gas journal, no. 8, 1993, pp 122-125.

54. Lindsey J.P., Craft С,J. How hydrocarbons reserves are estimated from seismic data, World Oil, no. 2, 1993, pp-23-25.

55. V. binary. A practical approach to well-seismic data calibration (Практический подход к сопоставлению скважинных и сейсмических данных). The Leading Edge, Vol. 23, № 8,2004.

56. Erich Gamma, Ralph Johnson, Richard Helm, John Vlissides. Design Patterns Elements of Reusable Object Oriented Software. Addison -Wesley, 2004.