На правах рукописи

УДК 552.082:550.832’834(571 1)

ИБРАЕВ ВАЛЕРИЙ ИВАНОВИЧ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

КОЛЛЕКТОРОВ И ФЛЮИДОУПОРОВ

НЕФТЕГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

(на примере Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции)

Специальность 25.00.10 – «Геофизика, геофизические методы поисков

полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва – 2006

Работа выполнена в Российском Государственном Университете нефти и газа

им. И.М. Губкина на кафедре разведочной геофизики и компьютерных систем

Научный консультант:

доктор геолого-минералогических наук, профессор А.К. Урупов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Е.А. Козлов

доктор технических наук, профессор М.Б. Рапопорт

доктор геолого-минералогических наук Ф.З. Хафизов

Ведущее предприятие: Тюменское отделение «СургутНИПИнефть»

Защита состоится «_____» 2006 г. в __________ часов

на заседании диссертационного совета Д 212.200.05 при Российском Государственном

Университете нефти и газа им. И.М. Губкина по адресу:

Москва, В-296 ГСП-1, 119991, Ленинский проспект, д. 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа им. И.М.

Губкина.

Отзывы, заверенные печатью учреждения, в двух экземплярах просим направ-

лять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан «______» _______________ 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, доцент Л.П. Петров

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Напряженное состояние пород коллекторов и глинистых покрышек возникает под

воздействием горного давления (Рг). Горное давление это давление, оказываемое весом

вышележащей толщи отложений на пласт от его кровли до поверхности земли. В замк-

нутой системе такой, как нефтегазоносный пласт происходит перераспределение на-

грузки между скелетом породы и флюидом, заполняющим поровое пространство. На-

грузка, испытываемая скелетом породы, носит название эффективное давление (К.

Терцаги), а разница между горным (геостатическим) и эффективным давлением есть

поровое давление. Поровое давление в замкнутой системе часто превышает гидроста-

тическое давление. Кратность превышения порового давления над гидростатическим

давлением носит название коэффициента аномальности порового давления. Пластовое

давление в коллекторах и поровое давление в глинистой покрышке, превышающее гид-

ростатическое в 1,3 раза, называется аномальным (Аникиев К.А.). В работе прогнози-

рование напряженного состояния коллекторов и флюидоупоров нефтегазовых залежей

реализована методика и технология площадного прогноза аномально высоких пласто-

вых давлений (АВПД) и аномально высоких поровых давлений (АВПоД) до стадии бу-

рения.

Разработка методики и технологии площадного прогноза аномальных давлений на

основе данных сейсморазведки и геофизических исследований скважин (ГИС), верти-

кального сейсмического профилирования (ВСП) применительно к условиям Западной Си-

бири базировалась на исследованиях следующих авторов: А.Г. Авербуха, Б.Л. Алексан-

дрова, К.А. Аникиева, П.М. Бондаренко, Н.В. Вассоевича, Е.И. Гальперина, Г.Н. Гого-

ненкова, А.И. Гальченко, В.М. Добрынина, А.А. Карцева, О.К. Кондратьева, П.Н. Кро-

поткина, О.Л. Кузнецова, Ю.А. Курьянова, Е.В. Кучерука, А.С. Мелик-Пашаева,

И.И. Нестерова, О.М. Нелепченко, И.К. Овчинникова, А.А. Орлова, С.Н. Птецова,

М.Б. Рапопорта, Ф.К. Салманова, В.А. Серебрякова, А.К. Урупова, В.Д. Швецова,

Л.П. Шендерей и ряда зарубежных авторов:У. Фертля, К. Магары, М. Хабберта, В. Ил-

линга, Д. Девиса, К. Хоттмана, Р. Чемпена и других.

Актуальность работы

Прогнозу напряженного состояния коллекторов и флюидоупоров (глинистых

покрышек) в условиях Западной Сибири отводится важная роль в общем комплексе

геофизических исследований. Это связано с необходимостью увеличения глубинности

исследований и со сложностью горно-геологических условий перспективных на нефть и

газ объектов. Как показывает практика бурения глубоких скважин на севере Западной

Сибири в зонах аномальных пластовых (в коллекторах) и поровых (в глинах) давлений

4

иногда происходят аварии. Аварийность проявляется газовыми выбросами, неконтро-

лируемыми нефтяными фонтанами, обвалами ствола скважины, прихватами бурильного

инструмента, что приводит к ликвидации значительного числа скважин, дополни-

тельным материальным затратам, загрязнению окружающей среды, а иногда и к чело-

веческим жертвам. Прогноз аномальных пластовых и поровых давлений до стадии бу-

рения, позволяет вскрыть пласт на равновесии, что исключает возможность возникно-

вения обозначенных выше аварийных ситуаций и позволяет повысить эффективность

проведения геологоразведочных работ на различных стадиях.

Учет аномальных пластовых давлений позволяет произвести более точную

оценку коллекторских свойств изучаемых объектов.

Цель работы

Целью работы является разработка методических и технологических средств в

единой системной среде для оценки напряженного состояния коллекторов и флюидо-

упоров нефтегазовых залежей в геологических условиях севера Западной Сибири на

стадии поисковых, разведочных работ и проектирования разработки месторождений.

Основные задачи

1. Создание эффективного вычислительного аппарата в рамках системы обмена ин-

формации (СОИ) для прогноза напряженного состояния коллекторов и флюидоупо-

ров нефтегазовых залежей, включающего описание модели осадочных горных по-

род с учетом флюидальных давлений и тектонофизические модели доюрского осно-

вания на месторождениях Западной Сибири.

2. Исследование влияния термобарических условий на физические свойства терри-

генных отложений и факторов влияющих на погрешность расчета прогнозных

значений пластовых давлений нефтегазовых коллекторов и поровых давлений

флюидоупоров (глинистых покрышек).

3. Создание методики обобщенного профиля для оценки достоверности определения

кинематических характеристик и структурных построений.

4. Разработка технологии и методики геосейсмического моделирования.

5. Исследование возможности использования прогнозных параметров, характери-

зующих напряженное состояние горных пород в качестве интерпретационного

признака при выделении перспективных углеводородосодержащих объектов, зон с

нежелательными техногенными осложнениями в виде смятия колонн и локальных

подвижек, при оценке разрывных нарушений и эрозионных срезов.

5

Методика исследований включает: - анализ и использование широко применяющихся в настоящее время методов

и способов прогноза аномально высоких пластовых и поровых давлений

(АВПД, АВПоД);

- анализ геологических результатов математического, геосейсмического, тек-

тонофизического моделирований;

- прогноз напряженного состояния нефтегазовых коллекторов и глинистых

покрышек (АВПД и АВПоД) на месторождениях севера Западной Сибири, с

использованием разработанных автором и под его руководством методик,

программно-алгоритмических средств;

- изучение и анализ многочисленных публикаций по проблеме исследований.

Научная новизна

1. Впервые разработана и теоретически обоснована технология в рамках системы

обмена информации, позволяющая с необходимой для практики точностью получать

прогнозные значения пластовых (для коллекторов) и поровых (для глинистых покры-

шек) давлений до стадии бурения скважин.

2. Установлено влияние термобарических условий на физические свойства терриген-

ных отложений.

3. Создана методика обобщенного вертикального профиля интервальных скоростей для

оценки достоверности определения кинематических характеристик и структурных по-

строений.

4. Разработана методика и технология геосейсмического моделирования.

5. Предложен принципиально новый подход качественной оценки тангенциальных на-

пряжений поверхностей, сложенных коренными горными породами, на основе резуль-

татов палеореконструкции на исследуемое геологическое время.

6. Установлена возможность использования прогнозных параметров напряженного

состояния горных пород по геофизическим данным в качестве интерпретационных

признаков для выделения углеводородосодержащих объектов и геотектонически -

активных зон.

7. Показана перспективность использования разработок как основы для создания ре-

гиональной базы напряженного состояния осадочного чехла Западной Сибири.

Защищаемые положения

1. Технология в рамках системы обмена информации, позволяющая с необходи-

мой для практики точностью получать прогнозные значения пластовых (для кол-

6

лекторов) и поровых (для глинистых покрышек) давлений до стадии бурения сква-

жин.

2. Методика обобщенного вертикального профиля интервальных скоростей для

оценки достоверности определения кинематических характеристик и структурных

построений.

3. Методика и технология площадного прогноза оценки свойств флюидоупоров (гли-

нистых покрышек) нефтегазовых коллекторов.

4. Методика и технология геосейсмического моделирования.

5. Система обмена информации для обеспечения технологической увязки, пред-

ложенных автором методик и технологий.

Практическое значение

1. Созданная технология обеспечивает расчет прогнозных параметров АВПД (для

коллекторов) и АВПоД (для глинистых покрышек) до стадии бурения в любой точ-

ке разведываемой площади, покрытой сетью сейсмических профилей, что позво-

ляет избежать аварийных ситуаций при строительстве поисковых, разведочных и

эксплуатационных скважин, особенно в сложных глубинных горно-геологических

условиях.

2. Методики и технологии являются составной частью системы обмена информации,

разработанной под руководством и при непосредственном участии автора, что

обеспечивает непрерывность графа обработки геофизических данных.

3. Предложенная автором методика обобщенного вертикального профиля интер-

вальных скоростей позволяет оценить достоверность определения кинематиче-

ских параметров и корректность выполненных структурных построений.

4. Прогнозное распределение АВПоД по площади для глинистых покрышек до ста-

дии бурения позволяет оценить сохранность углеводородов в выявленных ловуш-

ках и одновременно может являться поисковым признаком.

5. Разработанная автором технология геосейсмического моделирования является не-

отъемлемой частью работ интерпретационного этапа, позволяющая интерпретато-

ру подтверждать или опровергать не однозначные представления различных гео-

логических ситуаций.

6. Площадное распределение прогнозных параметров давления до стадии бурения

используется при составлении геолого-технического наряда (ГТН) при проектиро-

вании условий проводки скважины.

7

Реализация разработки и её апробация

Результаты, полученные при выполнении настоящей работы, апробированы на

материалах сейсморазведочных съемок и скважинных исследований по Бованенков-

ской группе месторождений, Самбургскому, Ем-Еговскому, Маслиховскому и Ай-

Пимскому месторождениям. Отдельные элементы разработки применены при опера-

тивном прогнозе по Гыданскому району на площадях: Лунная, Минховская, Тото-

Яхинская, Приречная, Глубинная, Сопочная, Овражная. Разработанная методика и тех-

нология прогноза напряженных свойств флюидоупоров (глинистых покрышек) апроби-

рована на Пулытьинской-2, Кандырской площадях и Семивидовско-Толумском место-

рождении. Оценка достоверности определения интервальных скоростей и структурных

построений выполнена по Бованенковской группе месторождений (семь месторожде-

ний), Ново-Надымском, Яунлорском, Восточно-Сургутском, Чапровском, Рогожников-

ском месторождениях.

Основные результаты исследований докладывались на:

- семинарах и конференциях, проводимых ЦГЭ, посвященных проблемам прогно-

зирования геологического разреза (ПГР);

- всесоюзной научно - практической конференции в г. Ленинграде,1990г;

- международной геофизической конференции, организованной европейским

геофизическим сообществом(SEG), SEG / Москва – 92;

- международной геофизической конференции, организованной европейским

геофизическим сообществом (SEG) и евроазиатским геофизическим общест-

вом (ЕАГО), SEG - ЕАГО/Москва-93;

- конференциях «Геомодель-2002», «Геомодель-2003», «Геомодель-2004»;

- ежегодной научно-практической конференции «Пути реализации нефтегазового

потенциала ХМАО» в 2002, 2003, 2005 гг. в г. Ханты-Мансийске.

Личный вклад Основу диссертации составили систематизация и обобщение многолетних разрабо-

ток автора, а также результаты:

- научно - исследовательских, тематических, опытно-методических работ выпол-

ненных автором в институте ФГУП ЗапСибНИИГГ (ЗапСибНИИГеофизика),

связанные с разработкой технологии прогноза напряженного состояния терри-

генных отложений в условиях севера Западной Сибири;

- опытно-методических, тематических и производственных работ, выполненных

автором или под научным руководством автора при проведении интерпретации

данных сейсморазведки, ГИС, ВСП с целью геологического прогнозирования в

8

рамках деятельности ОАО «Тюменнефтегеофизика» (трест «Тюменнефтегеофи-

зика», управление «ЗапСибнефтегеофизика»).

Исследования автора проводились в период 1984-2006 гг. Завершение работы вы-

полнено в период прикрепления автора соискателем ученой степени доктора техниче-

ских наук приказом № 7-А от 17 февраля 2006 г. по Российскому государственному

университету нефти и газа им. И.М. Губкина.

Публикации

Основные положения диссертации представлены более чем в 40 научно-

исследовательских, тематических работах и 19 публикациях, в том числе 12 работ

опубликованы в монографии и статьях в ведущих рецензируемых научных журналах и

изданиях согласно перечню ВАК.

Объем работы

Работа состоит из введения, 6 глав и заключения. Содержит 180 страниц машино-

писных листов, 73 рисунка, 11 таблиц, одно приложение, библиография включает 96

наименований.

Благодарности

Автор выражает искреннюю признательность за сотрудничество, консультации и

ценные советы при работе над методиками и технологиями моим коллегам:

д.г. - м.н. Ахиярову В.Х., к.т.н. Анпенову С.В., к.г. - м.н. Белкину Н.М. д.г.-м.н. про-

фессору Бондаренко П.М., д.ф. - м.н. Голошубину Г.М., к.г. - м.н. Гальченко А.И., д.т.н.

Ждановичу В.В., к.ф. - м.н. Кравченко Г.Г., д.т.н. Курьянову Ю.А., к.г.-м.н. Теплоухо-

ву В.М., к.г.-м.н. Хабарову В.В.

Автор благодарит за поддержку и ценные советы научного консультанта работы

Заслуженного деятеля науки д.г.-м.н. профессора Урупова А.К., а также профессоров

кафедры д.т.н. Серкерова С.А., д.т.н. Рапопорта М.Б., д.ф.-м.н. Завалишина Б.Р., доцен-

та Рыжкова В.И.

Автор выражает признательность коллегам по работе Ковалеву В.Г., Кондратенко

М.А., Коровкину М.А., Ширшову А.С., Кузнецовой Л.Г., Романову Д.В.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определена цель

и сформулированы основные задачи.

ГЛАВА 1. Теоретические и физические предпосылки прогноза напряженного

состояния коллекторов и флюидоупоров в геологических условиях севера

Западной Сибири.

9

Исследован механизм формирования геотектонических напряжений в сплошных и

пористых средах. Дана физическая характеристика аномально высоким пластовым и

поровым давлениям коллекторов и флюидоупоров (глинистых покрышек).Рассмотрены

представления о генезисе аномально высоких пластовых давлений. Выполнено

обобщение исследований обзорного характера по рассматриваемой тематике.

Охарактеризована геологическая обстановка разрезов рассматриваемой территории.

Представлено районирование территории по месторождениям с АВПД и типам разрезов.

Определены направления исследований.

Проявление аномально высоких поровых и пластовых давлений, (напряженного

состояния горных пород) является следствием геологических процессов. Поэтому при

решении задачи прогноза АВПД и АВПоД по косвенным признакам необходимо

установление их генезиса. Автор рассматривает существующие представления о

природе образования аномальных давлений, как основы, определяющей выбор

методики прогноза, применительно к геологическим условиям севера Западной Сибири.

Доминирующее положение в арсенале методов оценки и прогнозирования АВПД и

АВПоД занимают методики, основанные на изучении закономерностей изменения

свойств пород в результате их уплотнения (в процессе осадконакопления). Для

прогноза АВПД и АВПоД по данным геофизических исследований скважин

(В.М. Добрынин, В.А. Серебряков, Б.Л.Александров, У.Фертль и другие) в качестве

критерия оценки используются свойства глин, зависящие от степени их уплотнения при

аномальных поровых давлениях.

Необходимость комплексного решения задачи по выделению зон аномальных

пластовых и поровых давлений, прогнозирования давлений отмечается многими ис-

следователями. Доказана возможность и целесообразность проведения этих работ на

основе сейсмических исследований до постановки бурения. Примеры использования

сейсмических данных приводятся У. Фертлем, коллективом исследователей ГАНГ

(РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина) В.М. Добрыниным, М.Б. Рапопортом, В.А. Сереб-

ряковым, Г.А. Карапетовым, А.Л. Малкиным, В.Г. Мартыновым, В.Ю. Матусеевичем, с

использованием способа, основанного на расчете спектров скоростей.

В работе рассматриваются предпосылки выявления и оценки аномальных давлений

А.Г. Авербухом, где дается обоснование возможностей самого метода и реализация

методических приемов.

Различные модификации сейсмических исследований применительно к данной

проблеме рассматривают Ж.П. Муше и А. Митчелл. Указывается на необходимость

привлечения данных ГИС с целью достижения необходимой точности в оценке

10

вертикальных и горизонтальных вариаций давления. Важно, что значения интервальной

скорости зависят не только от плотности, пористости и характера заполнения пор, но и

от упругих свойств пород и особенностей напряженного состояния. Отсутствие учета

этих факторов приводит к значительным погрешностям.

Развитие детальных сейсмических исследований с применением многократных сис-

тем наблюдений, МРНП, модификаций МОВ ОГТ пространственной и объемной сейс-

моразведки позволили повысить точность и достоверность определения кинематических

и динамических параметров и способствовали повышению эффективности геологиче-

ского прогноза. Рассмотренные способы и методы прогноза АВПД с совместным ис-

пользованием данных сейсморазведки, ВСП и ГИС носят частный или рекомендатель-

ный характер и не учитывают отдельные факторы, влияющие на физические свойства

горных пород, обусловленные наличием АВПД в геологическом разрезе. Отдельные

удачные попытки использования сейсморазведки, ВСП и ГИС применительно к данной

проблеме представлены схематично (без автоматизированной технологии) с расчетом

значений давления в конкретной точке и не отображают площадного характера измене-

ния напряженного состояния горных пород. В отечественной и зарубежной практике

технология площадного прогноза напряженного состояния горных пород с привлече-

нием данных сейсморазведки, ВСП и ГИС отсутствует.

К началу работ по проблеме вопросы технологического характера, связанные с

привлечением площадных сейсмических съемок, были недостаточно исследованы. При-

чина этого состояла не в недооценке актуальности рассматриваемой проблемы, а в от-

сутствии надежной и приемлемой практической реализации метода ее решения. Пере-

численные факторы явились основополагающими при выполнении работы по разработке

технологии площадного прогноза напряженных свойств коллекторов и флюидоупоров

нефтегазовых залежей (АВПД и АВПоД) до стадии бурения. Технология позволяет

повысить геологическую эффективность геофизических исследований на основе ре-

зультатов кинематической и динамической интерпретации с привлечением данных

вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и ГИС по району работ.

Объектом исследований диссертационной работы является платформенный чехол

Западно-Сибирской плиты. Геология рассматриваемой территории представлена в ра-

ботах В.С. Бочкарева, Ю.Н. Карогодина, А.Э. Конторовича, С.В. Крылова, Н.Я. Куни-

на, И.И. Нестерова, Н.Н. Ростовцева, Ф.К. Салманова, А.А. Трофимука, Н.А. Туезо-

вой, Ф.З. Хафизова и многих других исследователей.

11

Автором рассмотрены основные этапы истории геологического развития Запад-

но-Сибирской плиты и сейсмостратиграфическая характеристика областей некомпенси-

рованного прогибания. Особое внимание уделено тектоническому и литологическому

факторам, как определяющим критериям возникновения напряженных свойств коллек-

торов и флюидоупоров нефтегазовых залежей. На основе районирования территории

по характеру нормального уплотнения (рис.1), региональных сейсмических исследова-

ний дается общая характеристика геологических условий, благоприятствующих воз-

никновению аномальных давлений в геологическом разрезе, и обосновывается

Рис.1. Районирование территории по типу разреза.

необходимость комплексной интерпретации данных сейсморазведки и ГИС с целью про-

гноза аномальных давлений в терригенных отложениях до стадии бурения.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

1. Показана актуальность диссертационной работы в научно-практическом ас-

пекте, определяемая необходимостью теоретического обоснования и разработ-

ки технологии площадного прогноза напряженного состояния коллекторов и

12

флюидоупоров (глинистых покрышек) нефтегазовых залежей в Западно - Си-

бирской нефтегазоносной провинции.

2. Рассмотрено формирование геотектонических напряжений в сплошных и по-

ристых средах.

3. Дана физическая характеристика аномально высоким пластовым и поровым

давлениям. Рассмотрены представления о генезисе аномально высоких пла-

стовых давлений.

4. Выполнено обобщение исследований обзорного характера по рассматривае-

мой тематике.

5. Дана краткая характеристика геологических условий Западной Сибири.

6. Выполнено районирование территории Западной Сибири по месторождениям

с АВПД и типам разрезов изменения пористости глин с глубиной.

ГЛАВА 2. Методика и технология площадного прогноза напряженного состояния

терригенных отложений

Во второй главе рассмотрена деформационная модель формирования аномальных

давлений. Исследованы влияющие факторы на кинематические и динамические харак-

теристики упругих волн. Представлены аналитические распределения скорости, плотно-

сти и пористости с глубиной для глин и песчаников в условиях Западной Сибири. Про-

веден анализ результатов лабораторных исследований кернового материала для опреде-

ления влияния термобарических условий на скоростные свойства пород, необходимый

для решения задач площадного прогноза напряженных свойств (аномальных давлений)

коллекторов и флюидоупоров (глинистых покрышек). Исследованы методы оценки

аномальных давлений и способы определения напряженных свойств горных пород на

основе данных ГИС, предложенных Добрыниным В.М. и Лимбергером Ю.А. (методика

кривых нормального уплотнения, 1971г.), Александровым Б.Л. (методика эквивалент-

ных глубин, 1973 г.), Гальченко А.И. (методика коэффициентов увеличения

давлений, 1977г.), Добрыниным В.М., Серебряковым В.А. и Сребродольским А.Д. (ме-

тодика компрессионной кривой, 1982г.). Методика эквивалентных глубин - графиче-

ский способ, методики линии нормального уплотнения, коэффициентов увеличения

давления, компрессионной кривой - аналитические способы.

Рассмотрен сейсмический прогноз напряженных свойств терригенных отложений,

основанный на использовании эволюционного-тектонического подхода применительно

к изучаемым объектам. Принцип предложенного и реализованного автором способа

заключается в площадной реконструкции с восстановлением палеогеографии и

палеотектоники, позволяющий установить условия осадконакопления и распределение

13

напряжений реконструируемой поверхности на определенное геологическое время.

Реализация расчетов производится с использованием сеточной функции F(х,у) - карта

выбранной поверхности по формуле: Нr = Н1-(Н-(Fmin+К)), где Нr и Н1- соответственно

рассчитанная и исходная глубины реконструируемой поверхности; H - глубина

поверхности приведения; F min - минимум функции поверхности приведения;

К - поправочный коэффициент, определяемый по результатам стратиграфической

привязки.

Для рассматриваемого типа задач реконструкция производится по поверхности

фундамента и в расчетах используется поверхность F(х,у), определенная в узлах регуляр-

ной прямоугольной сети, на то геологическое время с которого восстановленный струк-

турный план носит унаследованный характер.

Карта распределения зон максимальных напряжений представляет суммарную по-

верхность, полученную в результате дифференцирования по направлениям X и У с за-

данным шагом и по секторам в α°. В окончательном виде имеем функцию :

∑n

1kk

' n/FF=

= α

где n- количество секторов; α° - угол между положительным направлением оси ОХ и

вектором в направлении которого выполняется дифференцирование. Обмен данными по

считыванию исходной и записи результативной поверхностей производится через систе-

му обмена информации.

Прогноз напряженных свойств коллекторов и флюидоупоров (глинистых

покрышек) предусматривает расчет коэффициента аномальности пластовых и поровых

давлений по площади распространения пород, приуроченных к определенным

отложениям, а также в разрезе проектируемых скважин. Прогноз основан на решении

следующих задач:

- оценка качества сейсмической информации и необходимое ее редактирование с

учетом более детальной стратификации на основе геосейсмического моделирования;

- установление и устранение влияния на интервальные скорости (Vинт) сейсмиче-

ских сигналов таких факторов как литология пород и различный характер флюидона-

сыщения, а также геометрическое положение объекта;

- обоснование оптимальной корреляционной зависимости интервальной скорости

от коэффициента аномальности пластовых или поровых давлений.

Прогноз напряженных свойств коллекторов и флюидоупоров (глинистых покры-

шек) до стадии бурения основывается на сопоставлении измеряемых интервальных ско-

ростей, приведенных к условиям глинистого разреза, и интервальных скоростей про-

14

дольных волн в нормально уплотняющихся глинах (без аномально высоких поровых

давлений - АВПоД). Следовательно, необходимым условием является наличие зависимо-

сти скорости в нормально уплотненных глинах (Vнг) от глубины. Зависимость Vнг=Р(Н)

может быть получена двумя способами: по данным акустического каротажа (АК) в глини-

стых интервалах без АВПоД и аналитическим способом, включая интервалы с аномаль-

ными поровыми давлениями, по данным площадной сейсмической съемки.

Первый способ предполагает наличие глинистых отложений без АВПоД во всем

диапазоне глубин изучаемого разреза. На практике это условие не всегда выполняется.

В частности на Бованенковской площади на глубине более 2300 м такие отложения

отсутствуют, что не позволяет охарактеризовать основные аномально проявляющиеся

отложения в интервалах реперных горизонтов М, Во, Б и глубже. Поэтому автором

реализован второй подход, в котором решается прямая задача нахождения VИHT в

нормально уплотняющихся глинах по известным его величинам; коэффициентам

аномальности поровых давлений и с учетом типа насыщения песчаников.

Изложенная методика реализована в виде автоматизированной технологии про-

гноза напряженного состояния терригенных отложений для условий Западной Сибири.

Автоматизированная технология состоит из отдельных программных средств и проце-

дур обработки данных сейсморазведки и ГИС, объединенных в единый пакет приклад-

ных программ.

Технология является составной частью разработанной автором системы обме-

на информации. По функциональному назначению программы подразделяются на сер-

висные и геофизические, а геофизические по типу обрабатываемых данных на сейсми-

ческие и ГИС. Сервисные программы предназначены для создания и обслуживания

баз данных, подготовки и редактирования данных, и графического отображения резуль-

татов.

Геофизические прикладные программы обработки сейсмических данных позволя-

ют реализовать следующие функции:

-построение обобщенного профиля;

-расчет эффективной геоакустической модели;

-уточнение стратиграфической привязки;

-определение закона нормального уплотнения;

-вычисление коэффициента аномальности и порового давления по площади для

интервала при едином законе нормального уплотнения геологического разреза;

-расчет, коэффициента аномальности и порового давления по методике эквивалент-

ных глубин;

15

-вычисление коэффициента аномальности и порового давления по площади для

интервала при различном законе нормального уплотнения по интервалам;

-определение коэффициента аномальности пластовых и поровых давлений по раз-

резу в заданных координатах площади с использованием дифференциальных характери-

стик волнового поля;

-перерасчет параметров ГИС во временную область;

Геофизические программы обработки данных ГИС предназначены для:

-преобразования файла оцифрованных каротажных данных с последующей загруз-

кой в базу;

-выделения однородных по геофизическим характеристикам интервалов и расчета

средних значений параметров;

-определения индекса литологии и насыщения;

-вычисления удельного электрического сопротивления глинистых интервалов;

-построения линии нормального уплотнения;

-расчета коэффициента аномальности порового давления в пластах глин;

-установление среднестатистической зависимости изменения коэффициента ано-

мальности в сейсмическом интервале.

Результаты площадного прогноза напряженных свойств коллекторов и флюидо-

упоров (глинистых покрышек) в базе СОИ позволяет объединять данные с целью созда-

ния региональной базы напряженного состояния платформенного чехла Западной Сиби-

ри.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

1. Рассмотрена деформационная модель формирования давлений.

2. Исследовано влияние термобарических условий на физические свойства тер-

ригенных отложений.

3. Установлена взаимосвязь скорости продольных волн от термобарических ус-

ловий.

4. Теоретический обоснована и разработана технология прогноза напряженных

свойств коллекторов и флюидоупоров (АВПД, АВПоД) нефтегазовых залежей

до стадии бурения, на основе методов компрессионной кривой и эквивалент-

ных глубин.

5. Предложен новый подход оценки напряженных свойств поверхностей сло-

женных коренными горными породами на основе обработки результатов пло-

щадной палеореконструкции.

6. Разработана система обмена информации.

16

ГЛАВА 3. Результаты применения методики и технологии прогноза напряженного

состояния коллекторов и флюидоупоров нефтегазовых залежей севера Западной Сибири

Рассмотрено применение технологии прогноза напряженных свойств коллекторов

и флюидоупоров нефтегазовых залежей Западной Сибири.

Анализ материалов региональных работ, результатов районирования Западной

Сибири по изменению пористости терригенных отложений с глубиной, региональная

прослеживаемость опорных отражающих горизонтов, относительная выдержанность ин-

тервалов по мощности в пределах площадей сейсмических съемок свидетельствуют о

благоприятных условиях использования данных сейсморазведки для прогноза АВПД и

АВПоД.

На первом этапе опробования технологии по Бованенковской группе месторожде-

ний (7 месторождений) построен обобщенный вертикальный профиль распределения ин-

тервальных скоростей от среднеинтервальных глубин по площади в интервалах опорных

горизонтов: Г, Г2, М′, М, В0, Б, Т2, А.

Оценка достоверности и соответствия распределения Vинт. общей закономерности

изменения скоростей по ВСП производится на основе скорректированных графиков скоро-

стей. Полученные интервальные скорости приводятся к условиям глинистого разреза и

используются для расчета коэффициента аномальности по формуле:

Ка = 1 + )V-V

V-V)(1-

РР

(нг

глнг

гид

г ,

где Рг и Ргид -горное и гидростатическое давления соответственно;

Vнг - интервальная скорость нормально уплотненных глин;

Vгл - интервальная скорость, приведенная к условиям глинистого разреза;

V - скорость в точке пересечения линии нормального уплотнения с осью ОХ т.е. при

Н=0 является постоянной величиной для площади исследований. Для Бованенковской

площади скорость приведения (при Н=0) равна 1450 м/с.

Рассчитанные карты коэффициента аномальности по интервалам заносятся в ба-

зу системы обмена информации и служат как для площадного анализа, так и для опре-

деления изменения Ка с глубиной в точках заложения проектных скважин в пределах

площади.

Достоверность полученных результатов оценивается по сопоставлению среднеин-

тервальных коэффициентов аномальности, определяемых по данной технологии и мате-

риалам ГИС в скважинах, не участвовавших в настройке интерпретационного алгоритма.

17

В технологии реализовано два варианта прогноза: с использованием единой зави-

симости нормального уплотнения глин и поинтервальной оценкой положения "линии

глин". Имеющиеся статистические данные сопоставления коэффициентов аномально-

сти, определенных по данным ГИС и рассчитанных с использованием программных

средств пакета не позволяют однозначно отдать предпочтение первому или второму

варианту.

Результаты интерпретации материалов ГИС достаточно апробированы и много-

кратно подтверждены испытанием скважин, а хорошая сходимость сопоставления рас-

четных значений по ГИС и сейсморазведке является доказательством высокой эффек-

тивности площадного прогноза. Из общего количества прогнозных значений 92 % удов-

летворяют требованиям точности оценки технологических параметров бурения в зонах

АВПД (рис. 2б). Дополнительная оценка коэффициента аномальности по данным верти-

кального сейсмического профилирования и результатам интерпретации ГИС, как более

детальная, характеризует достоверность выполненных расчетов на основе кинематиче-

ской интерпретации.

Существенное дополнение для интерпретации материалов по определению развития

напряженных зон привносят результаты восстановления палеотектоники. Выполненные

расчеты и построения на основе реконструированной поверхности фундамента Бова-

ненковской группы месторождений, позволили закартировать зоны максимальных на-

пряжений, начиная с волжского яруса до сеноманских отложений. Полученные зоны

максимальных напряжений и тектонические нарушения, вынесенные на карту с вре-

менных разрезов, полностью совпадают и контролируются этими зонами.

Основываясь на результатах геотектонического моделирования можно классифи-

цировать закартированные зоны по их типу. Участки, где тектонические нарушения,

вынесенные с временных разрезов, контролируются изолинией "0" являются зонами де-

струкции. На тех участках карты, где отсутствуют тектонические нарушения, вынесен-

ные с временных разрезов, это зоны дислокаций предельных напряжений, которые явля-

ются наиболее вероятными участками возникновения тектонических нарушений, техно-

логических осложнений при проходке скважин и других нежелательных техногенных

проявлений в процессе эксплуатации месторождения.

Необходимым условием при интерпретации материалов с целью прогноза напря-

женных свойств терригенных отложений является учет влияния типа насыщения на дина-

мику отраженных волн. Такие исследования проведены автором на Утлорской площади

Маслиховского месторождения, где расчеты петроакустических свойств пород и тип их

насыщения рассматриваются на основе многофакторного анализа. В результате уста-

18

новлено влияние типа насыщения, вызванное эффективным поглощением и латераль-

ной изменчивостью литологических свойств объекта, на динамику отраженных волн.

Принятое условно превышение пластового или порового давления в 1,3 раза над

гидростатическим давлением считается аномальным, а сама величина носит название

коэффициента аномальности (Ка). На Ай - Пимском месторождении граничное значение

Ка принято равной 1,2.

Для площадного прогноза аномальных давлений верхнеюрских отложений (пласт

Ю0) на Ай - Пимском месторождении были использованы интервальные скорости, и ре-

зультаты динамического анализа, на основе которых рассчитан комплексный параметр.

Рис. 2. Площадной прогноз Ка в интервалах разреза

Бованенковской группы месторождений.

В качестве составляющих комплексного параметра определены интервальная ско-

рость, мгновенная частота и гипсометрия кровли отражающего горизонта. Современные

технологические средства позволяют не выделять в отдельный этап свертку и построе-

ние схемы распределения комплексного параметра. Схема распределения комплексного

параметра пересчитана в прогнозную схему распределения коэффициента аномальности

по площади исследований через разрывную функцию. На общем фоне ярко выражены

пять аномальных участков, где Ка достигает значения 1,7. Полученные результаты по-

зволяют определить во сколько раз пластовое (поровое) давление превышает гидроста-

тическое в любой точке исследуемой площади до стадии бурения. Такие определения

позволяют выбрать оптимальную плотность бурового раствора для вскрытия пласта на

равновесии и исключить возможные осложнения. Сопоставление полученных результа-

19

тов с результатами ранее проведенных работ по гидравлическому разрыву пласта (ГРП)

доказывают с высокой степенью достоверности, что проведение работ по ГРП в сква-

жинах с малым дебитом высокоэффективно именно в закартированных зонах с повы-

шенными значениями (> 1.2) коэффициента аномальности.

Возможности разработанной технологии площадного прогноза напряженного со-

стояния терригенных отложений с использованием кинематических и динамических

параметров рассмотрены применительно к Пойменной площади Самбургского месторо-

ждения в интервалах усть - тазовской серии и баженовской свиты. Коэффициент

аномальности в исследуемых интервалах "М-В2","В2-В4" характеризуется относительно

равномерным распределением по площади. Повышенные значения порового давления

отмечаются в интервале «В4-Б» с глубины 3500 метров, а по площади в этом интервале

градиентное возрастание коэффициента аномальности (Ка) имеет северную и северо-

западную направленность. Расчеты Ка с привлечением динамических характеристик вы-

полнены по профилю 19 на пикете 126.5, где вместо Vинт использованы акустические же-

сткости. Оценка достоверности прогноза проведена сопоставлением расчетных значений,

полученных на основе динамических характеристик и определений Ка по ГИС, и под-

тверждена результатами испытаний в скважине 700 Самбургского месторождения. Дос-

товерность прогноза Ка высокая. Погрешность площадного прогноза АВПД и АВПоД в

среднем составляет ± 3 МПа.

Практическое применение элементов разработанной технологии проведено при

оперативном прогнозе АВПД на месторождениях: Лунное, Минховское, Тотояхинское,

Приречное, Глубинное, Сопочное, Овражное.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

1. Рассмотрена оценка напряженных свойств поверхностей сложенных коренны-

ми горными породами на основе обработки результатов площадной палеоре-

конструкции Бованенковской группы месторождений.

2. Представлены результаты исследований по прогнозу АВПД и АВПоД на 17

месторождениях Западной Сибири, в том числе по десяти площадям проведен

площадной прогноз, по семи площадям оперативный прогноз.

ГЛАВА 4. Методика обобщенного вертикального профиля интервальных ско-

ростей.

На этапе проведения интерпретационных работ, тематических работ по обобще-

нию, связанных с построением структурных карт (планов) производится стратиграфи-

ческая привязка (стратификация), т.е. отождествление прослеживаемых отраженных

волн с геологическими границами. При этом учитывается скоростная характеристика

20

разреза исследуемой территории по данным вертикального сейсмического профилиро-

вания, сейсмического каротажа (СК) или акустического каротажа (АК) и плотностные

свойства по данным гамма-гамма каротажа плотностного ГГК (П).

Стратиграфическая привязка осуществляется в нескольких точках площади, где

имеются выше отмеченные данные. На следующем этапе осуществляется корреляция

отраженных волн по опорным и исследуемым горизонтам, взаимная увязка профилей

на пересечениях. После завершения перечисленных работ строится карта изохрон по

прослеженным горизонтам.

Подбирается скоростная модель с учетом горизонтального градиента и карта

изохрон пересчитывается в карту глубин. Для оценки точности структурных

построений отметки глубин по горизонту снятые с карты сопоставляются с отметками

глубин по скважинным данным.

Усложняющими геологическими факторами при корреляции являются резкое из-

менение толщин исследуемых объектов, литологическое замещение, наличие разломов

и как результат возникновение интерференционных и дифрагированных волн. Пере-

численные геологические факторы влияют и на распределение скоростных свойств по

площади, которые не всегда возможно учесть при подборе скоростной модели.

Предлагаемая автором методика позволяет решить одновременно две задачи.

Задача первая это оценка распределения интервальных скоростей на основе обоб-

щенного профиля, уточнение корреляции и поинтервальная коррекция скоростей, что

очень важно при реализации технологий.

Вторая задача, решаемая предлагаемой методикой это оценка точности структур-

ных построений.

Обобщенный вертикальный профиль интервальных скоростей (Vинт) представ-

ляет собой график распределения значений Vинт. от средней интервальной глубины

(Нси) между двумя отражающими горизонтами по всей площади в вертикальной плос-

кости (в Декартовой системе координат). Полученные таким образом данные по всем

интервалам площади сводятся в один график.

В качестве исходных данных используются карты изохрон (времен) и карты изо-

гипс (глубин) по горизонтам на исследуемой территории. Произведя арифметические

операции с поверхностями, рассчитываются интервальные скорости и средние интер-

вальные глубины между отражающими горизонтами. В результате для одного интерва-

ла получаем два массива данных Vинт и Нси.

21

Аналогичная операция вычислений производится для других интервалов, иссле-

дуемой площади. Вычисления могут производиться в любой интерпретационной систе-

ме, где предусмотрены функциональные операции с поверхностями.

Количество точек для одного интервала для сейсмической съемки модификации

2Д может достигать 20000 и больше, а для модификации 3Д более 500000. Поэтому до-

пускается равномерное прореживание, т.е. использовать не все точки сетки, а каждую

5, 10 или 100. Полученные данные по всем интервалам площади сводятся в один мас-

сив Vинт в другой массив Нси. Сводные массивы переносятся в пакет программ для

построения вертикального профиля.

Обобщенный вертикальный профиль интервальных скоростей был построен по

Бованенковской группе месторождений. Количество профилей на площади 160,

интервалов 7, точек на обобщенном вертикальном профиле больше 5500. Часть точек

при равных величинах интервальной скорости и средней интервальной глубины

накладываются, что в целом не влияет на получаемое распределение. Интервалы Г2-М1

и М-В0 имеют отклонение от общей закономерности изменения интервальной скорости

с глубиной, рассчитанной по данным ВСП. После уточнения корреляции определены

величины поправок которые составили для горизонта М1 +128м, а для горизонта М

+110 м. Результаты повторного построения после редакции свидетельствуют о

корректности определения скоростей по интервалам, которые могут быть

использованы для дальнейших расчетов для прогноза напряженных свойств

коллекторов и флюидоупоров (глинистых покрышек). Для сравнительной оценки

распределения интервальных скоростей на обобщенном вертикальном профиле и

рассчитанных по материалам ВСП (СК, АК) необходимо представлять совместно.

Для решения второй задачи оценки точности структурных построений по

предлагаемой методике были выполнены построения по Ново-Надымской, Яунлорской,

Восточно-Сургутской, Чапровской, Рогожниковской площадям.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

1. Обоснована и реализована возможность оценки достоверности определения ин-

тервальных скоростей по методике обобщенного профиля.

2. Установлена возможность уточнения и коррекции привязки сейсмических отра-

жений к геологическим объектам.

3. Представлены практические примеры оценки достоверности структурных по-

строений на основе методики обобщенного профиля по 6 месторождениям.

4. Методика обобщенного профиля является экспресс методом уточнения интер-

вальных скоростей и оценки достоверности структурных построений.

22

ГЛАВА 5. Методика площадной оценки качества флюидоупора (глинистой

покрышки) нефтегазовых коллекторов.

В геолого-геофизической практике часто возникает необходимость оценки

качества глинистых покрышек, т.е. оценки качества флюидоупора исследуемых

нефтеперспективных объектов. Обычно такая оценка сводится к определению толщины

глинистой покрышки и ограничивается рассмотрением изменения толщины

флюидоупора по площади. Но результаты такой оценки носят качественный характер и

не могут служить критерием площадной оценки изменения физических свойств

флюидоупора (глинистой покрышки) коллекторов.

Автором предлагается методика, позволяющая производить площадную оценку

изменения физических свойств флюидоупора (глинистой покрышки) нефтегазовых

залежей на количественной основе. Одним из таких физических параметров толщи -

флюидоупора является поровое давление. Поровое давление в отличие от пластового

невозможно замерить, а можно только рассчитать по методике кривых нормального уп-

лотнения, эквивалентных глубин или компрессионной кривой, используя материалы

стандартного или акустического каротажа. Рассчитанные поровые давления по материа-

лам ГИС в отдельных точках площади исследований сопоставляются с поровым давле-

нием полученными по данным сейсморазведки, что является обязательным условием

повышения надежности и достоверности площадного прогноза. При нормальном уплот-

нении глин в разрезе наблюдается практически прямолинейная зависимость между ло-

гарифмом открытой пористости (Кп глин) и глубиной их залегания.

В качестве исходных данных для определения поровых давлений исследуемого

объекта по площади, могут быть использованы интервальные скорости. При этом точ-

ность определения скоростей зависит от корректности стратиграфической привязки и

проведенной корреляции. По результатам проведенной корреляции по кровле и подош-

ве слоя (глинистой покрышки) строятся карты изохрон и глубин по этим горизонтам с

последующим расчетом интервальной скорости.

Для установления взаимосвязи интервальной скорости и порового давления необ-

ходимо определить физическую сущность используемых ниже параметров.

Рпор. - поровое давление это величина нагрузки, испытываемая поровым

пространством пласта (толщи) не коллектора. Поровое давление зависит от величины

общего геостатического давления (горного давления). Рг – горное давление

определяется весом вышележащих пород. Рэфф. – эффективное давление это нагрузка,

испытываемая скелетом породы пласта (толщи).

23

Рпл. – пластовое давление - нагрузка, испытываемая поровым пространством пласта

(толщи) коллектора.

Связь скорости продольной волны и порового давления определяются формулой:

V2=Кп

g10ρпРпор

ρпРг 3

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛− ,

где Рг - горное давление (кГ/м2), Рпор- поровое давление(кГ/м2), g – ускорение свобод-

ного падения (м/с2), 103 – множитель согласования единиц измерения, Кп- пористость

(в долях единиц 0<Кп<1), ρп- плотность((кГ/м3)

Из формулы связи скорости продольной волны и порового давления следует:

Pпор. = Рг – g10

KпρпV3

2

Нагрузка на пласт (толщу), определяемая геостатическим давлением, распределяется

между скелетом породы и поровым пространством т.е.:

Рг = Рэфф. + Рпор. и соответственно Рпор. = Рг – Рэфф.

Подставляя правые части равенств в формулу Рпор., получим:

Рэфф. = g10

KпρпV3

2

Геостатическое давление для средней интервальной глубины определяется как:

Рг = Нси ρп,

где Нси-глубина до средины интервала в текущей точке,

ρп – плотность породы, рассчитывается по ГГК (П) или принимается для терригенных

отложений 2.31 г/см3, градиент геостатического давления при этом составляет 0,0231

МПа/м.

Предложенная автором методика опробована при выполнении интерпретационных

работ и площадного прогноза поровых давлений глинистых покрышек на Пулытьин-

ской -2, Кандырской площадях и Семивидовско-Толумском месторождении.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

1. Установлена взаимосвязь между поровым давлением и интервальной скоро-

стью, эта взаимосвязь является основой предложенной автором методики.

2. Представлено описание методики для практической реализации.

3. Приведены примеры использования методики на Пулытьинской-2, Кандыр-

ской площадях и Семивидовско-Толумском месторождении.

24

ГЛАВА 6. Технология и методика геосейсмического моделирования.

Вследствие того, что геофизические методы являются методами косвенного изу-

чения строения среды, базирующиеся на получении информации через характеристики

физического поля, важнейшей задачей разведочной геофизики является извлечение па-

раметров среды из наблюденного поля. Во всех геофизических методах, в том числе и в

сейсморазведке, метод извлечения параметров геологического разреза предусматривает

четыре этапа:

1. Первичная обработка результатов измерения поля;

2. Трансформация экспериментальных значений поля;

3. Решение обратной задачи;

4. Интерпретация полученных результатов.

Первые два этапа являются подготовительными для решения обратной задачи,

но иногда результаты трансформации поля позволяют получить свойства геологическо-

го разреза, не прибегая к решению обратной задачи. Так в структурной сейсморазведке

трансформация поля упругих колебаний во временной разрез дает строение слоистой

среды. Самый не простой этап это решение обратной задачи, т.е. определение свойств,

параметров геологического разреза по известной характеристике поля. Сложность за-

ключается в том, что особенностью затрудняющей решение обратной задачи является

неустойчивость. В геологическом разрезе возможно существование многих сильно от-

личающихся друг от друга по параметрам объектов, которые порождают практически

совпадающие характеристики поля. Поэтому для решения обратных задач применяют

специальные методы, одним из которых является метод подбора. Решение обратной

задачи для установления влияния литологической изменчивости и типа флюидонасы-

щения пласта-коллектора на волновое поле возможно с использованием геосейсмиче-

ского моделирования и трехкомпонентного не продольного вертикального сейсмиче-

ского профилирования (НВСП). Несмотря на то, что геосейсмическое моделирование

предназначено для решения прямых задач, вполне корректно использование математи-

ческого аппарата моделирования и при решении обратной задачи.

Всеобщее внедрение персональных вычислительных средств во многих отрас-

лях, в том числе в геологоразведке, за последнее десятилетие привели к необходимости

адаптации существующих или создания новой технологии моделирования на совре-

менных вычислительных средствах.

При методическом руководстве и непосредственном участии автора совместно с

Томским отделением ЗапСибНИИГеофизика разработана технология математического

25

моделирования в виде автономного пакета программ. Технологическая реализация па-

кета программ геосейсмического моделирования предусматривает:

- формирование, коррекцию, хранение, копирование моделей;

- формирование и коррекцию инициирующего импульса;

- задание геометрии наблюдения;

- осреднение каротажных данных;

- расчет синтетической трассы, временных разрезов и сейсмограмм;

-графическое представление исходных и конечных данных на экране дисплея

или на принтере;

- моделирование годографов трехмерных моделей с плоско-наклонными грани-

цами.

Технологическая схема работы пакета заключается в следующем. На основе

вновь сформированной или имеющейся в базе модели и выбранного импульса прово-

дится расчет модельного волнового поля на основе одного из методов. На любом этапе

по желанию пользователя можно вернуться в любой из блоков для корректировки па-

раметров или перейти в блок сравнения. Для расчета трасс в пакете используются ди-

фракционный метод (метод наложения краевых волн) и свертка импульса с коэффици-

ентом отражения.

Метод наложения краевых волн предназначен для расчета временных разрезов и

сейсмограмм двумерных моделей и состоит в следующем. Волновое поле, рассеянное

произвольной границей, заменяется полем, рассеянным аппроксимирующей ее кусоч-

но-ломанной линией в виде набора плоских элементов. Задача сводится к вычислению

поля, рассеянного кусочно-ломанной границей, с использованием следствий из асим-

птотической теории дифракции волн на концевых точках ломанной сейсмической гра-

ницы. Это поле является наложением полей однократно рассеянных волн плоскими

элементами. Поле, рассеянное плоским элементом, представляется наложением геомет-

рической волны, распространяющейся от точки отражения на отрезке, двух дифракци-

онных или первичных краевых волн, сформированных от точек дифракции на концах

отрезка.

Свертка импульса с коэффициентом отражения предназначена для расчета синте-

тических трасс одномерных моделей. Временной разрез для двумерных моделей пред-

ставляет собой набор синтетических трасс. Пакет состоит из отдельных самостоятель-

ных модулей, связанных общей структурой данных. Блок моделей состоит из базы дан-

ных двумерных моделей. База моделей позволяет просматривать каталог существующих

моделей, задавать и корректировать в таблице модели, визуально их просматривать с

26

дополнительным сервисом, копировать всю базу моделей или отдельную модель, визуа-

лизировать.

Блок подготовки и коррекции импульса является независимым модулем и позволя-

ет формировать различные типы инициирующих импульсов (Берлаге, Риккера, Пузыре-

ва и Синусоидальный) c изменением параметров в диалоговом режиме и визуальный

просмотр графика импульса.

Математический аппарат позволяет методом подбора и последовательных при-

ближений уточнять параметры объектов содержащих углеводороды и объектов, под-

верженных литологической изменчивости по латерали.

Основным преимуществом рассмотренной технологии, по сравнению с сущест-

вовавшими раньше, является:

- диалоговый режим работы;

- отсутствие ограничений по толщине слоев;

- оперативный доступ к информации;

- неограниченное количество вариантов модели.

Рассмотрены примеры подбора модели среды при решении задач по определе-

нию влияния на формирование волнового поля:

- типа насыщения и литологического замещения (глинизации);

- выклинивания тонкослоистого пласта коллектора;

- изменение физических свойств пород коры выветривания (трещинные кол-

лектора) и свойств вмещающих пород.

Как уже отмечалось, одномерное моделирование позволяет решать ряд сложных

задач, но не дает полной картины изменения волнового поля по профилю. А это, в свою

очередь, осложняет стратиграфическую корреляцию ОВ, связанных с широким

разнообразием тонкослоистых геологических объектов, клиноформных напластований

и границами их выклинивания. Для решения обозначенных задач целесообразно

привлечение двумерного моделирования, динамического анализа и сейсмофациального

анализа. Рассмотрена практическая реализация технологии двумерного моделирования

при решении задач - выделения границ фациального замещения коллекторов

вогулкинской толщи абалакской свиты в приуральской зоне Западной Сибири на одном

из месторождений Шаимского нефтегазоносного района с привлечением отмеченных

выше видов анализа. В результате выполнено районирование территории по условиям

осадконакопления и по просьбе Заказчика автором был представлен прогноз на

наличие коллектора вогулкинской толщи абалакской свиты в разрезе проектной

скважины 10006П Семивидовско-Толумского месторождения (рис. 3). Прогнозная

27

эффективная толщина составляла 3-5 метров, а вскрытая бурением 3,8 метра.

Результаты прогноза полностью подтвердились В скважине из песчаников

вогулкинской толщи абалакской свиты, получен фонтанный приток нефти.

Следующей решаемой задачей является установление корректности корреляции.

Результаты двумерного моделирования для установления корректности корреляции

рассмотрены на примере клиноформного комплекса Северо-Кальчинского месторож-

дения.

Двумерное геосейсмическое моделирование для установления влияния латераль-

ной изменчивости физических свойств пород коры выветривания и свойств вмещаю-

щих пород на формирование волнового поля рассмотрен на примере Даниловского ме-

сторождения. Результат геосейсмического моделирования свидетельствуют о домини-

рующем влиянии на формирование отраженной волны «А» изменение физических

свойств подстилающих толщ (слоев). Влияние изменения физических свойств покры-

Рис.3. Точка заложения проектной скважины

а – фрагмент сейсмического разреза; б – геологическая модель;

в – геосейсмическая модель.

28

вающей толщи менее значимо. Результаты моделирования доказывают возможность

картирования коры выветривания по площади, а широкий диапазон изменения плотно-

сти пород коры выветривания (от 2.13 г/см3 до 2.52 г/см3) предполагает взаимосвязи ди-

намических характеристик волнового поля с геологическими параметрами.

Двумерное моделирование, кроме стратиграфической корреляции, позволяет до-

полнительно уточнять границы распространения отдельных сейсмофациальных еди-

ниц и дает целостную картину вариаций волнового поля по профилю. Это в свою оче-

редь способствует более точному представлению условий осадконакопления, что га-

рантирует достоверный прогноз и оценку ресурсов.

Кроме рассмотренных выше средств моделирования для оценки влияния

флюидонасыщения пласта коллектора на волновое поле, исходя из основ теории поля,

такую оценку можно провести на основе сопоставления волновых полей разных типов

волн. Продольная волна характеризуется распространением в среде упругой

деформации (сжатия и растяжения), а поперечная волна распространением сдвиговой

деформации. Под воздействием горного давления флюид в поровом пространстве

породы находится под давлением, отличающимся от напряжения в скелете породы. При

замкнутой системе, препятствующей оттоку флюида из порового пространства,

деформация осадочных пород сопровождается, полной передачей нагрузки на флюид и

в этом случае давление противодействия боковому распору равно поровому g = Рпор, а

через горное давление напряжение противодействия боковому распору g = Рг δ/(1-δ),

где Рг – горное (геостатическое) давление;

δ - коэффициент Пуассона.

Приравнивая правые части уравнений и преобразуя, получим:

δ=Pnop/(Pnop+ Рг)

Из этой формулы следует, что коэффициент Пуассона является деформационной

характеристикой осадочных пород, которая рассматривается как система " скелет-

флюид", а при Рпор = Рг достигает значения 0.5.

Статические условия равновесия элементарной единицы объема породы при

деформации, дополненные силами инерции, представляют даламберовские условия

динамического равновесия.

Динамические условия равновесия после замены в них напряжений деформацией

переходят в уравнения упругих волн распространения деформаций в среде. В

жидкостях и газах наблюдается упругость объема, а не формы, поэтому возникают

только продольные волны. Коэффициент Пуассона через соотношение скорости

поперечной волны Vs к скорости продольной волны Vp определяется соотношением:

29

δ= (1-2(Vs/Vp)2) / 2(1-(Vs/Vp)2).

Из отмеченного выше следует, что коэффициент Пуассона как деформационную

характеристику можно использовать для количественной оценки влияния флюидона-

сыщения пласта коллектора на волновое поле.

Рассмотрено влияние флюидонасыщения пластов БВ7 и БВ8 на волновое поле

продольных (РР) и обменных (PS) волн, по результатам не продольного

вертикального сейсмического профилирования в скважине 399.

Проведенные исследования доказывают, что насыщение пласта коллектора

флюидом, литологическая изменчивость, выклинивание влияют на характеристики

волнового поля. Важным аспектом при динамическом анализе с целью установления

взаимосвязей между геологическими характеристиками разреза и параметрами

волнового поля является физический механизм, определяющий в конкретной

геологической ситуации рисунок сейсмической записи. Такой подход позволяет

избежать рассмотрения всей совокупности динамических параметров, а выбрать

именно те параметры, которые отображают физику формирования объектов в

исследуемом интервале геологического разреза. Процедура геосейсмического

моделирования является неотъемлемой частью работ интерпретационного этапа, как

математический аппарат, позволяющий интерпретатору подтверждать или опровергать

не однозначные представления различных геологических ситуаций.

Методика структурно-динамической интерпретации с позиций тектонофизи-

ческого моделирования

Основы тектонофизического моделирования были заложены Гзовским В.М. и про-

должены Бондаренко П.М. в ИГиГ СО РАН, г. Новосибирск. Неоднократные встречи

автора с Бондаренко П.М. по вопросам применимости элементов тектонофизического

моделирования при интерпретации материалов сейсморазведки позволили выработать

подходы для структурно-динамической интерпретации с позиций тектонофизического

моделирования.

Автором представлены результаты применения методики на материалах сейсмо-

разведки на Ем-Еговской и Ай-Пимской площадях.

Для более полного представления условий формирования осадочного чехла и

динамики тектонических условий в этом районе проведена структурно-динамическая

интерпретация временного разреза во всем временном интервале исследований. В

верхней части разреза на времени 1.0 с – выделяется область нисходящих движений , в

краевых частях профиля на этом времени происходит инверсия движения вверх. В

целом границы области нисходящих движений, образуя конус, переходят в среднюю

30

часть разреза в зону дифференциальных движений на времени 1.3 -1.7 с. Особый

интерес в нефтегазоносном отношении представляет прифундаментная часть разреза,

так как именно в этом интервале сосредоточены продуктивные объекты. В интервале

времени 1.85-2.2 c имеет место множество тектонических нарушений, вызванных

блоковым строением фундамента. В центре антиклинали по оси поднятия

направленность тектонических нарушений носит субвертикальный характер, в краевых

частях разломы ориентированы больше в южном направлении. Напряжения, вызванные

блоковым поднятием фундамента, распространяются, как вертикально, так и по

латерали, образуя зоны деструкций и дислокаций. Последние могут контролировать

литологические ловушки и являются основополагающими факторами при

формировании трещиноватых коллекторов в коре выветривания. Насыщением этих

коллекторов и объясняется повышенное поглощение в интервале горизонтов "К-А".

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1. Разработана технология геосейсмического моделирования. 2. Представлены результаты опробования технологии для: - стратиграфической привязки; - уточнения корректности проведенной корреляции; - выделения границ фациального замещения коллекторов вогулкинской толщи

абалакской свиты; - создания модели выклинивания тонкослоистого пласта коллектора; - моделирования волнового поля по типу насыщения и литологического заме-

щения (глинизации); - изменение физических свойств пород коры выветривания (трещинные кол-

лектора) и свойств вмещающих пород. 3. Предложен метод структурно-динамической интерпретации сейсмических

данных с позиций тектонофизического моделирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Автором теоретически обоснован и практически реализован прогноз напряжен-

ного состояния коллекторов и флюидоупоров (АВПД, АВПоД) нефтегазовых залежей в

Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции. Рассмотрены геологические условия

севера Западной Сибири, являющиеся благоприятными для проведения обозначенных

исследований. Основная часть исследований была направлена на разработку:

- эффективной автоматизированной технологии площадного прогноза аномаль-

ных давлений;

31

- методики обобщенного профиля для уточнения интервальных скоростей и

структурных построений;

- методики площадного прогноза АВПоД для оценки свойств флюидоупоров

(глинистых покрышек) нефтегазовых залежей;

- технологии геосейсмического моделирования;

- системы обмена и хранения геолого-геофизической информации.

Значимость исследований определяется как научными, так и практическими ре-

зультатами. Разработана технология прогноза напряженного состояния коллекторов и

флюидоупоров (АВПД, АВПоД) нефтегазовых залежей до стадии бурения, на основе

методов компрессионной кривой и эквивалентных глубин, реализованная в виде пакета

прикладных программ. Предложен и реализован новый подход оценки напряженного

состояния поверхностей, сложенных коренными горными породами на основе обработ-

ки результатов площадной палеореконструкции на исследуемое геологическое время.

Изучены факторы, влияющие на достоверность прогноза напряженного состояния кол-

лекторов и флюидоупоров (АВПД, АВПоД) нефтегазовых залежей до стадии бурения

по кинематическим и динамическим характеристикам волнового поля. Разработана

система обмена и хранения геолого-геофизической информации, в рамках которой ра-

ботают авторские методики и технологии.

Обоснована и реализована возможность уточнения привязки сейсмических от-

ражений к геологическим объектам и структурных построений на основе методики

обобщенного профиля. Разработана технология геосейсмического моделирования.

Предложен метод структурно-динамической интерпретации сейсмических данных с

позиций тектонофизического моделирования. Исследован механизм образования тре-

щиноватых коллекторов.

Показана возможность повышения точности прогноза поровых давлений и обес-

печения их оценок с погрешностью ±3МПа при решении задачи площадного прогноза

АВПД на основе сейсмических данных. С привлечением результатов интерпретации

ГИС на стадии поисково-разведочных работ может быть достигнута меньшая погреш-

ность.

Проведено опробование методик и технологий на 25 месторождениях Западной

Сибири. В том числе по тринадцати площадям проведен площадной прогноз, по семи

площадям - оперативный прогноз коэффициента аномальности поровых давлений и по

пяти площадям проведены исследования для установления влияющих факторов на па-

раметры, используемые в качестве основных для прогноза напряженного состояния

коллекторов, флюидоупоров и оценки достоверности структурных построений. Под-

32

тверждаемость прогноза напряженного состояния коллекторов и флюидоупоров со-

ставляет 92%.

Докторской диссертацией решена крупная научная проблема, результаты которой

могут быть использованы не только в условиях Западной Сибири, но и на территории

других осадочных бассейнов.

33

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ибраев В.И. Обработка и интерпретация материалов пространственной сейсмо-

разведки программными средствами СЦС-3 ПГР и ИНТЕРСЕЙС. Геология нефти и га-

за, № 7, М., 1990, (совместно со Ждановичем В.В., Щекиным С.Н.).

2. Ибраев В.И. Формирование волновых полей реальных геологических сред мето-

дами математического моделирования. – Сборник научных трудов ЗапСибНИГНИ,

Тюмень, 1989. С. 84-89, (совместно с Пустовитом В.И.).

3. Ибраев В.И. Прогнозирование АВПД по данным ГИС – сейсморазведка в геоло-

гических условиях Западной Сибири.- Сборник ВНИГРИ: АВПД и нефтеносность, г.

Ленинград, 1992 (Совместно с Анпеновым С.В., Гальченко А.И., Теплоуховым В.М.).

4. Ибраев В.И. Прогноз аномальных давлений в терригенных отложениях Западной

Сибири на основе комплексирования геофизических методов. – Геология нефти и газа,

№ 11, М.,1993.

5. Ибраев В.И. Монография «Интерпретация материалов объемной сейсморазвед-

ки». - Разведочная геофизика, обзорная информация, выпуск 9. М., 1991, (совместно со

Ждановичем В.В., Потаповым О.А., Кузнецовым В.И.) – 64 с.

6. Ибраев В.И. Новые возможности изучения скоростных разрезов в сейсморазвед-

ке. – SEG/Москва, 1992, (совместно с Епинатьевой А.М.,

Соловьевым В.С., Голошубиным Г.М., Рябиновой Л.Г.).

7. Ибраев В.И. Прогноз напряженного состояния терригенных отложений на осно-

ве комплексной интерпретации материалов ГИС и сейсморазведки. – SEG

EAGO/Москва, 93, (совместно с Анпеновым С.В., Гальченко А.И., Теплоуховым В.М.).

8. Ибраев В.И. Геосейсмическое моделирование при решении задач выделения

тонкослоистых коллекторов// Геофизика «Технологии сейсморазведки- 2». Специаль-

ный выпуск - М.: ЕАГО. - 2003. С. 22-26, (совместно с. Белкиным Н.М.).

9. Ибраев В.И. Методическое руководство по реализации прогноза напряженного

состояния терригенных отложений (аномально высоких пластовых и поровых давлений

АВПД, АВПоД) на основе комплексной интерпретации сейсмических данных и мате-

риалов геофизических исследований скважин. Тюмень. 2002, (совместно с Белкиным

Н.М. Стариковой Т.И.), 24с.

10. Ибраев В.И. Прогноз напряженного состояния верхнеюрских отложений Сур-

гутского свода по комплексу ГИС – сейсморазведка. Геология нефти и газа 2002/5. (со-

вместно с Белкиным Н.М., Косом И.М.).- С. 42-45.

34

11. Ибраев В.И. Частотно-резонансный анализ сейсмических данных. В кн. Пути

реализации нефтегазового потенциала ХМАО (5-ая научно-практическая конферен-

ция). Ханты-Мансийск. 2002. Том 1. С. 310-313, (совместно с. Белкиным Н.М.).

12. Ибраев В.И. Влияние литологической изменчивости и типа флюидонасыщения

пласта – коллектора на волновое поле. В кн. Пути реализации нефтегазового потенциа-

ла ХМАО (8-ая научно-практическая конференция). Ханты-Мансийск. 2005. С. 77-86,

(совместно с Белкиным Н.М.).

13. Краткий обзор использования данных сейсморазведки, ВСП (СК), ГИС для

площадного прогноза напряженного состояния терригенных отложений до стадии бу-

рения// Геофизика «Технологии сейсморазведки». Специальный выпуск - М.: ЕАГО. -

2004.- С. 22-26, (совместно с. Белкиным Н.М.).

14. Ибраев В.И. Разработка технологии прогноза напряженного состояния терри-

генных отложений на основе комплексной интерпретации данных сейсморазведки и

ГИС в условиях Западной Сибири. Диссертация на соискание ученой степени кандида-

та технических наук.

15. Ибраев В.И. Динамический анализ и моделирование для выделения границ фа-

циального замещения коллекторов абалакской свиты. Геология нефти и газа, № 4, М.,

2006.- С. 32-38.

16. Ибраев В.И. Методика площадной оценки качества флюидоупора (глинистой

покрышки). Геофизика № 3, М., 2006. -С. 27-29.

17. Ибраев В.И. Влияние термобарических условий на физические свойства терри-

генных отложений. - Известия высших учебных заведений «Нефть и газ», № 3, 2006. С.

4-10.

18. Ибраев В.И. Методика структурно-динамической интерпретации временных

сейсмических разрезов с позиций тектонофизического моделирования. Геофизика № 4,

М., 2006. С. 9,10,30,31.

19. Ибраев В.И. Методика обобщенного вертикального профиля интервальных ско-

ростей. - Известия высших учебных заведений «Нефть и газ», № 4, 2006.- С. 6-10.

Подписано к печати 27.06.2006 г. Объем 1,8 п.л. Тираж 120 экз. Заказ № 73

_________________________________________________________ ОАО «Тюменнефтегеофизика»

625023, Тюмень, ул. Республики, 173