Оценка элементов залегания пластов и отражательной характеристики среды методом вертикального сейсмического профилирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат технических наук Барков, Александр Юрьевич

• Барков, Александр Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Барков, Александр Юрьевич

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и постановка основных задач

1.1 Метод ВСП: назначение, основные задачи и модификации 9 метода

1.2 Определение параметров скоростной модели среды по данным 12 ВСП

1.3 Увязка отражений на сейсмограммах ОГТ и временных разрезах 19 ВСП

Глава 2. Метод Б1Р8САЫ для оценки углов залегания пластов

2.1 Описание модели среды, системы наблюдений и исходных 22 параметров

2.2 Оптимизационная постановка задачи нахождения углов 24 залегания пластов

2.3 Алгоритм решения задачи

2.4 Свойства метода ОШБСАЫ

Глава 3. Развитие метода 01Р8САЫ

3.1 01Р8САМ на обменных и поперечных волнах

3.2 Определение углов и азимутов залегания пластов

3.3 Технология определения углов и азимутов залегания пластов

Глава 4. Тестирование и практическое применение методики

Глава 5. Увязка данных ВСП и наземной сейсморазведки в условиях наклонных стволов скважин

5.1 Тестовый пример

5.2 Практическое применение 84 Заключение 89 Библиографический список

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка элементов залегания пластов и отражательной характеристики среды методом вертикального сейсмического профилирования»

При разведке и мониторинге нефтяных и газовых месторождений основными геофизическими методами являются наземная сейсморазведка на поверхности (2D и 3D) и ГИС. При этом разрешенность наземной сейсморазведки составляет порядка первых десятков метров, в то время как ГИС обеспечивает разрешенность порядка сантиметров. Для увязки результатов этих двух методов применяется метод вертикального сейсмического профилирования (ВСП).

Метод ВСП, предложенный Е.И. Гальпериным и развитый им с участием большой группы исследователей (Г.А. Шехтман, JI.JI. Худзинский, A.A. Табаков, В.А. Теплицкий, Г.Е. Руденко и др.), будучи одновременно сейсмическим и скважинным методом, находится на стыке наземной сейсморазведки и ГИС. Стандартная модификация ВСП - продольное ВСП (удалением пункта возбуждения по сравнению с глубиной пункта приема можно пренебречь) применяется в основном для определения средних, пластовых и интервальных скоростей вдоль ствола скважины и стратигрфической привязки сейсмических волн. При достаточном удалении пункта взрыва от скважины система наблюдений ВСП (непродольное ВСП) перестает быть одномерной и обеспечивает изучение геологического разреза в окрестности скважины. Таким образом, ВСП позволяет, с одной стороны, достичь высокой разрешенности при изучении разреза вдоль ствола скважины и, с другой стороны, распространить результаты на окрестности скважины.

Основными направлениями применения ВСП в настоящее время являются:

1) изучение упруго-плотностных характеристик среды на сейсмических частотах;

2) динамическая привязка отражений, регистрируемых на поверхности к литологическому разрезу;

3) прогнозирование геологического разреза ниже забоя скважины;

4) детальное изучение околоскважинного пространства с использованием более широкого спектра частот, чем при сейсморазведке с поверхности.

Для выполнения комплексной увязки данных ГИС, ВСП и наземной сейсморазведки требуется построить временное и глубинное представление сейсмического поля ВСП - трассу однократных отражений (ТОО). Стандартным подходом к получению трассы однократных отражений является суммирование поля выделенных волн, выведенных на вертикаль в некоторой окрестности от вступлений, что является оправданным лишь в случае параллельно-слоистой модели среды. В случае сложнопостроенной среды, данная процедура не является корректной.

Сейсмическое изображение околоскважинного пространства — один из основных результатов обработки ВСП из дальних пунктов возбуждения. Для построения изображения околоскважинного пространства используется процедура миграции, требующая в качестве входного параметра информацию о скоростной модели среды. Результат миграции тем достовернее отражает реальную среду, чем точнее задана априорная модель. Скоростная модель с плоскими границами описывается распределением скоростей, и значениями глубин и параметров залегания пластов — углов и азимутов, задающих вектор нормали к границе. Значения скоростей обычно известны из наблюдений ГИС или определяются путем решения обратной кинематической задачи по данным ВСП. Для определения углов залегания пластов могут быть использованы данные наклонометрии в скважине. Однако результаты таких наблюдений не всегда доступны, а измерения проводятся далеко не на всех исследуемых скважинах. В случае пространственной системы наблюдений геометрию границ можно определить с помощью сейсмической томографии [31,42,43], однако подобные исследования также проводятся далеко не на всех исследуемых скважинах.

Для оценки углов наклона пластов только по данным ВСП может быть использовано сканирование трассы однократных отражений при различных углах падения пластов и выбор истинных параметров залегания в соответствии с наиболее динамически выраженными отражениями [34]. Существенным преимуществом метода является то, что при оценке параметров залегания границ и построении трассы однократных отражений не учитывается информация о строении среды на больших удалениях от скважины.

Эта методика (получившая название 01Р5САЫ) имеет свои ограничения, а именно: использование не всей имеющейся в наличии информации - построение трасс однократных отражений осуществляется только для продольных отраженных волн, и использование двумерной модели среды - определение только угла нормали к границе с вертикалью.

В настоящей работе производится исследование и развитие метода Б1Р5САМ. Представляется актуальным расширение метода на случай трехмерной модели среды (с плоскими границами слоев), а также привлечение дополнительной информации об обменных волнах.

Преимущества предлагаемого метода можно сформулировать следующим образом:

1) возможность оценки углов наклона и азимутов простирания пластов в случае трехмерной разнонаклонной модели среды, что позволяет сделать более обоснованное предположение о строении геологической модели околоскважинного пространства;

2) возможность получения трассы однократных отражений в условиях разнонаклонной модели среды без привлечения процедуры коридорного суммирования.

Полученная трасса однократных отражений может быть использована для увязки данных ВСП, ГИС и сейсморазведки на поверхности. При этом использование трассы однократных отражений является корректным лишь при увязке результатов ВСП с данными ГИС, в то время как адекватное сопоставление с данными ОГТ возможно только в случае субвертикальной скважины и горизонтально-слоистой модели среды. При наличии существенной кривизны ствола скважины, под которой понимается отклонения скважины на расстояние, большее шага наблюдений ОГТ, возникает трудность отождествления трассы однократных отражений и трассы профиля ОГТ для их последующей взаимной корреляции. Эта проблема усугубляется в условиях сложнопостроенных структур, характеризующихся значительными углами падения пластов. На сегодняшний день не существует описанной технологии учета инклинометрии скважины и не горизонтально-слоистой модели среды при сопоставлении трассы однократных отражений ВСП и данных сейсморазведки с поверхности. Выходом из сложившейся ситуации могло бы служить использование для привязки не одиночной трассы, а изображения околоскважинного пространства, построенного по данным ВСП ближнего пункта взрыва.

Целью данной работы является исследование, развитие метода и разработка программно-алгоритмического комплекса для определения параметров трехмерной модели среды и ее отражательных характеристик монотипных и обменных волн по данным ВСП, а также создание методики и алгоритмов увязки данных ВСП и наземной сейсморазведки с использованием сейсмического изображения ВСП-ОГТ. Основными задачами данной работы являются:

1. Исследование возможностей и ограничений существующей методики 01Р8САК определения углов залегания пластов.

2. Разработка методики В1Р8СА№В для определения углов и азимутов залегания пластов с привлечением обменных типов волн.

3. Разработка алгоритмов и программ расчета трассы однократных отражений в случае разнонаклонной модели среды.

4. Разработка алгоритмов и программ увязки изображений ВСП-ОГТ и ОГТ.

5. Оценка эффективности разработанных алгоритмов и программ на модельных данных.

6. Опробование предложенной методики и комплекса разработанных программ на реальных скважинных наблюдениях.

Научная и практическая новизна:

1. Решены задачи определения углов и азимутов простирания пластов опорной модели среды околоскважинного пространства по данным трехкомпонентного ВСП.

2. Получено решение задачи построения трассы однократных отражений ВСП в случае трехмерной разнонаклонной модели среды с плоскими границами.

3. Разработан программно-алгоритмический комплекс оценки элементов залегания пластов в трехмерном пространстве и отражательной характеристики среды по данным вертикального сейсмического профилирования.

Защищаемые положения:

1. Метод 01РБСАШ0 позволяет эффективно определять углы и азимуты залегания пластов по данным ВСП.

2. Разработанная методика расчета трассы однократных отражений в условиях трехмерной разнонаклонной пластовой модели повышает точность определения отражательных характеристик среды.

3. Предложенная методика и технология оценки параметров залегания пластов в трехмерном пространстве повышает достоверность результатов НВСП в окрестности глубокой скважины за счет использования адекватной опорной модели для миграции волновых полей.

4. Использование изображения ВСП-ОГТ вместо трассы однократных отражений повышает надежность увязки данных наземной сейсморазведки и ВСП в случае невертикальной скважины и в условиях сложнопостроенной среды.

Личный вклад автора:

1. Исследование и развитие двумерного варианта алгоритма 01Р8САЫ.

2. Реализация усовершенствованного программно-алгоритмического комплекса оценки элементов залегания пластов с использованием информации об обменных отраженных и проходящих типах волн для трехмерного пространства.

3. Разработка и реализация методики и программно-алгоритмического комплекса для увязки данных ВСП и наземной сейсморазведки на поверхности с использованием изображения ВСП-ОГТ по ближнему пункту возбуждения.

4. Оценка эффективности разработанных алгоритмов и программ на модельных данных.

5. Опробование предложенных методик и комплекса разработанных программ на реальных скважинных наблюдениях.

Таким образом, в представленной работе решается задача получения более корректного результата обработки данных ВСП и последующей его увязки с данными ГИС и наземной сейсморазведки, в условиях разнонаклонной модели среды и невертикальной скважины.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Барков, Александр Юрьевич

Заключение

1. Выполнен комплекс исследований на модельных данных вертикального сейсмического профилирования, направленных на возможность определения углов и азимутов залегания трехмерной пластовой модели среды околоскважинного пространства.

2. Предложены и реализованы алгоритмы определения углов и азимутов залегания пластов в трехмерной модели среды с плоскими границами по продольным и поперечным волнам.

3. Предложены и реализованы алгоритмы построения трассы однократных отражений в условиях трехмерной разнонаклонной модели среды.

4. Предложены и реализованы алгоритмы увязки данных ВСП и ОГТ в условиях невертикальной скважины и разнонаклонной модели среды.

5. На основании теоретических и экспериментальных исследований можно рекомендовать применение разработанных технологий с целью повышения эффективности решения задач изучения околоскважинного пространства.

6. Разработанный комплекс программ включен в пакет обработки и интерпретации геофизических данных UNIVERS.

Перспективы дальнейших исследований

1. Обобщение методики на случаи анизотропных сред и проведение соответствующих исследований.

2. Комплексирование разработанных алгоритмов определения параметров залегания пластов с оптимизационными методиками, требующими хорошего первого приближения модели, с целью повышения точности получаемого результата.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Барков, Александр Юрьевич, 2005 год

1. Агаев X. Б., Гальперин Е. И. Алгоритм поляризационного анализа трехкомпонентных записей в сейсморазведке. Экспресс-информ. ВИЭМС. Сер. «Региональная, разведочная и промысловая геофизика». 1982.-Вып. 18.-С. 24-28.

2. Барков А.Ю., A.A. Табаков, A.B. Баев, К.В. Баранов, И.В. Яковлев Определение параметров залегания пластов методом вертикального сейсмического профилирования. Материалы 7 международной конференции «Новые идеи в науках о земле». Т.З.с.З. Москва 2005.

3. Белоусов О. Н., Братчик Р. Ф. Осреднение вертикального годографа непрерывной ломаной по способу наименьших квадратов. Вопросы разведочной и промысловой геофизики. — Саратов, 1971. — С. 88-92.

4. Бляс Э. А. Обратная кинематическая задача для слоистых трехмерных сред. Геофиз. журн. 1992. Т. 14, № 5. С. 73-77

5. Бляс Э. А. Определение скоростной характеристики среды по данным МОВ-ВСП. Геология и геофизика. 1987. - № 3. - С. 88-98.

6. Бляс Э. А., Луговкин С. Б. Прямые и обратные кинематические задачи ВСП в трехмерных сложно построенных средах. Методы расчета и интерпретации сейсмических волновых полей. Новосибирск: Наука, 1991. С. 188-211.

7. Бляс Э.А., Рожков A.C. Построение скоростных моделей по данным вертикального сейсмического профилирования, Вестник МГТУ, 2000, том 3, № 1, стр. 81-86.

8. Боголюбский А. Д. Методика выбора наилучшего разбиения вертикального годографа при обработке данных сейсмокаротажа. Разведочная геофизика. М.: 1980. - Вып. 88. - С. 86 - 97.

9. Ю.Борн М., Вольф Э. Основы оптики. -М., Наука, 1973.

10. П.Быков И. А. Определение параметров поляризации сейсмических волн. Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн. -Л.: Наука, 1984. Вып. 24. - С. 196-212.

11. Гальперин Е. И. Вертикальное сейсмическое профилирование, М., Недра, 1971.

12. Гальперин Е. И., Вертикальное сейсмическое профилирование. Опыт и результаты. М., Наука, 1994.

13. Гурвич И. И. Сейсмическая разведка. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — М., Недра, 1970.

14. Справочник геофизика, т. IV, "Сейсморазведка", под ред. И. И. Гурвича и В. П. Номоконова, М., Недра, 1966.

15. Гурвич И. И., Боганик Г. Н., Сейсмическая разведка. — 3 изд., перераб. -М., Недра, 1980.

16. Долгов Е. Ф., Шехтман Г. А. Определение сейсмических скоростей по вертикальному годографу без приведения к вертикали. Прикладная геофизика. М.: Недра, 1986. Вып. 114. С. 56-62.

17. Дойбель К., 1982, Исследование сейсмических сигналов в реальных средах с поглощением: Сборник докладов второго научного семинара стран-членов СЭВ по нефтяной геофизике, Том 1, Сейсморазведка, С.171-180.

18. Р. Курент. Уравнения с частными производными. М., Мир, 1984

19. Купцова Т.Н., Касимов А.Н., Тихонов A.A. Наблюдения ВСП в крутопадающих стволах: Тезисы докладов научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития метода ВСП», Москва, 2002, С. 107.

20. Нахамкин С. А. О новом методе разделении регулярных волн в сейсморазведке. Прикладная геофизика. М.: Недра, 1967. Вып. 50. С. 23-44.

21. Никитин А. А. Теоретические основы обработки геофизической информации: Учебник для вузов. М.: Недра, 1986.

22. Петрашень Г. И. Распространение волн в анизотропных упругих средах, JL: Наука, 1980.

23. Петрашень Г. И. Распространение объемных волн и методы расчета волновых полей в анизотропных упругих средах. JL, Наука, 1984.

24. Пузырев Н. Н. И змерение сейсмических скоростей в скважинах. М., Гостоптехздат, 1957.

25. Рабинер JL, Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978. - С. 848.

26. Рожков A.C. Способ автоматического определения точек излома вертикального годографа ВСП. ВИНИТИ РАН, № 2268-В99, 1999.

27. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике: Пер. с англ. М.: Мир, 1986.

28. Савин И. В., Шехтман Г. А. Обратная кинематическая задача ВСП для сред с неплоскими границами раздела. Прикладная геофизика. — М.: Недра, 1995.-Вып. 129.-С. 34-46.

29. Табаков A.A., Солтан И.Е., Боков П.М., Душутин А.К., Баранов К.В. Оценка трехмерной модели среды по трехкомпонентным наблюдениям ВСП, Тезисы докладов научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития метода ВСП», Москва, 2001, С. 73.

30. А.А. Табаков, A.B. Баев, К.В. Баранов, И.В. Яковлев. «Методика DIPSCAN изучения околоскважинного пространства». Технологии сейсморазведки. 2004. 1. С. 62-65.

31. Табаков A.A., Баранов К.В. и др. Патент РФ №2001611778 «Интегрированная система обработки и интерпретации геолого-геофизических данных» («ЮНИВЕРС») от 24 декабря 2001г.

32. Таль-Вирский Д.Б., Галаган Е.А., Кальченко A.M. «Методика оценки погрешности стратиграфической привязки отраженных волн в тонкослоистых средах». Геофизический журнал 1990. Т. 12, №2. С. 7885

33. Трапезникова Н.А., Птецов Р.С., Ворожцов J1.H., Романов Ю.А., Птецов С.Н., 2000, Трехмерная сейсморазведка оценки точности и эффективности. Сборник тезисов докладов научно-практической конференции «ГЕОМОДЕЛЬ -2000».

34. Ференци В.Н., Яковлев И.В., Барков А.Ю. Редактирование гармонических и всплесковых шумов в записях ВСП: Тезисы докладов научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития метода ВСП», Москва, 2001, С. 69.

35. Шехтман Г. А., Зернов А. Е. Развитие метода ВСП для поиской и разведки месторождений углеводородов в условиях сложнопостроенных сред. Абстракты и доклады 34-го Международного геофизического симпозиума. — Будапешт, 1989.

36. Chiu S. К. L. and Stewart R. R. Tomographic determination of three-dimensional seismic velocity structure using well logs, Vertical seismic profiles, and surface seismic data. Geophysics. 1987,Vol.52, № 8, P. 10851098.

37. Chiu S. K. L., Kanasewich E. R., Phadke S. Three dimensional determination of structure and velocity by seismic tomography. Geophysics. 1986, Vol.51, P. 1559-1571.

38. Lines L. R., Bourgeois A., Covey J. D. Traveltime inversion of offset vertical seismic profiles a feasibility study. Geophysical prospecting, 1984. V. 49. - P. 250-264.

39. More J.J., "The Levenberg-Marquardt Algorithm: Implementation and Theory," Numerical Analysis, ed. G. A.Watson, Lecture Notes in Mathematics 630, Springer Verlag, P. 105-116, 1977.

40. Murat M.E. and Rudman A.J. Automated first arrival picking: a neural network approach. Geophysical prospecting, v.40, P.587-605, 1992.

41. Schuster G. T., 1988, An analytic generalized inverse for common-depth-point and vertical seismic profile traveltime equations: Geophysics, 53, P.314-325.

42. Schuster G. T., Johnson D. P., and Trentman D. J. Numerical verification and extension for an analytic generalized inverse for common-depth-point and vertical-seismic-profile travel equations: 1988, Geophysics, 53, P.326-333.

43. Stewart R. R. VSP interval velocities from traveltime inversion // J. Geophysical prospecting, 1984. V. 32. - P. 608-628.