Изучение строения околоскважинного пространства по данным ВСП

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время в связи с сокращением прироста запасов за счет открытия новых месторождений углеводородов и увеличением продолжительности разработки действующих месторождений, задачи доразведки приобретают актуальное значение. В случаях длительной эксплуатации месторождения встает задача об уточнении и детализации геологической модели строения окоскважинного пространства с целью направленного забуривания боковых стволов при наклонно-направленном бурении. Сейсмические наземные наблюдения на действующем месторождении не могут эффективно решать задачи доразведки в силу малой их защищенности от промышленных помех и недостаточной для детализационных задач разрешающей способности. Стоимость наземной сейсморазведки также не всегда может быть компенсирована дополнительно извлеченным впоследствии сырьем.

Напротив, наблюдения ВСП в одной или нескольких скважинах куста могут предоставить в распоряжение геологов дополнительную высокоразрешенную сейсмическую информацию о строении геологического разреза в интересующих сечениях изучаемого геологического объема и играть важную роль при управлении резервуаром. Принимая во внимание высокую стоимость простоя буровой бригады и необходимость оперативного получения надежной информации о поведении целевых объектов в околоскважинном пространстве, необходимо разумным образом ограничивать объем натурных измерений, сокращать сроки обработки и интерпретации без ухудшения качества извлекаемой информации.

С этой точки зрения актуальной становится задача проектирования системы наблюдения и методики обработки, базирующаяся на интегральном использовании результатов лучевого и полноволнового моделирования для априорной модели околоскважинного пространства и заданной геометрии скважины. При этом проектирование должно иметь целью создание оптимальной схемы решения конкретной геологической задачи, поставленной перед работами ВСП.

При производстве многокомпонентных наблюдений, особенно при работах предполагающих проведение динамической обработки с целью восстановления акустических параметров разреза, по-прежнему актуальными остаются вопросы идентичности сейсморегистрирующих каналов. Несмотря на улучшившееся качество современных сейсмоприемников, сложные условия регистрации сигналов в скважинах остается актуальным разработка аппаратурных и программных способов коррекции различий АЧХ 3-х компонентных приборов, использованных при регистрации сигналов.

На данный момент практически вся обработка данных сейсмических наблюдений в скважинах является кинематической. Исключение составляют лишь данные 1D, для которых решена обратная динамическая задача (Бляс, Середа, 1998).

В этой ситуации представляется актуальным сформировать методику динамической обработки волновых полей НВСП, аналогичную применяемой в поверхностной сейсморазведке. Основу методики могут составить процедуры учета потерь амплитуды сигнала при распространении волн, с тем, чтобы получать приемлемые оценки акустического и сдвигового импедансов. Также актуальной представляется задача создания графа обработки обменных волн с целью получения параметров поперечных волн, для возбуждения которых в волновом поле следует применять специальные источники.

В данной работе предполагается, что результатом динамической обработки полей отраженных волн являются разрезы импедансов, определенные по данным продольных и обменных волн, отображающие распределение жесткостных свойств в околоскважинном пространстве. Разработка методики получения разрезов импедансов, а также их производных (параметр гамма, коэффициент Пуассона), коррелирующих с такими характеристиками пластов как литология и пористость, представляется актуальным.

При разработке карбонатных коллекторов актуальной является задача изучения характеристик ориентированной вертикальной трещиноватости, возникающей под действием негидростатических u1085 напряжений (Crampin S. 1986). Успешные исследования по выявлению в карбонатном разрезе азимутальной анизотропии методами скважинной сейсморазведки впервые были проведены на Ромашкинском месторождении в Башкирии в 1989 г. [1]. В результате создана методика изучения вертикальной трещиноватости, опробованная к настоящему времени более чем на 70 объектах. Недостатком методики является необходимость использования двух ортогонально направленных источников поперечных волн на нулевом выносе при наличии не менее трех удаленных источников продольных волн, что делает полевые наблюдения громоздкими и дорогостоящими. Представляется актуальной задача получения параметров азимутальной анизотропии по данным обменных волн, образующихся на реперных горизонтах при проведении НВСП. Использование данных обменных волн позволит получать информацию о трещиноватости практически без дополнительных затрат.

Цель работы. Целью данной работы было создание технологии, включающей проектирование, проведение и обработку скважинных сейсмических наблюдений, для оперативного получения 3-х мерной сейсмической информации о структурных, акустических и анизотропных свойствах околоскважинного пространства.

Основные задачи исследований. Основные задачи, решаемые в данной работе можно перечислить следующим образом:
1. Создание методики проектирования системы скважинных сейсмических наблюдений.
2. Выработка критериев и способов контроля качества данных ВСП.
3. Разработка графа динамической поляризационной обработки 3-х компонентных скважинных данных.
4. Опробование способов оценки физических свойств пластов на основе расчета разрезов акустического, упругого и сдвигового упругого импедансов.
5. Разработка методики изучения азимутальной анизотропии и выделения в разрезе интервалов с упорядоченной вертикальной трещиноватостью.

Основные защищаемые положения.
1. Предложена методика проектирования схемы системы наблюдения на основе проведения полноволнового и лучевого моделирования u1087 позволяющая выбирать наиболее эффективную технологию проведения работ.
2. Предложена методика обработки с сохранением амплитуд данных 3-х компонентных скважинных сейсмических наблюдений позволяющая получать информацию о распределении жесткостных свойств в околоскважинном пространстве.
3. Получаемые по результатам обработки разрезы упругого и сдвигового упругого импедансов отображают распределение жесткостных свойств геологического разреза в околоскважинном пространстве.
4. На основе математического моделирования установлены кинематические и динамические аномалии в полях обменных волн, позволяющие измерять азимутальную анизотропию трансверсального типа.
5. Предложена методика изучения анизотропии по данным отраженных и проходящих обменных волн, которая позволяет выделять в разрезе интервалы с азимутальной анизотропией, определять направление элементов симметрии среды и коэффициент анизотропии по поперечным волнам.

Научная новизна.
1. Впервые предлагается методика проектирования работ ВСП на основе комплексирования данных полноволнового и лучевого моделирования.
2. Разработана и реализована методика обработки 3-х компонентных данных ВСП с сохранением амплитуд.
3. Предложена методика оценки распределения упругого и сдвигового упругого импедансов в околоскважинном пространстве по отраженным продольным и обменным волнам, регистрируемым при проведении скважинных сейсмических наблюдений
4. Разработана методика изучения азимутальной анизотропии по данным обменных волн.

Практическая значимость. В рамках проведенных исследований оказалось возможным построить технологию проведения скважинных сейсмических наблюдений обеспечивающую эффективное решение поставленной геологической задачи с высоким качеством при минимальных затратах. Методика дискретного 3D ВСП, использующая проведение наблюдений из заранее запроектированного, ограниченного набора пунктов, позволяет минимизировать затраты на проведение полевых работ, протестировать граф обработки и до начала работ прогнозировать надежность результата и ограничения по решаемым задачам.

Предложенный граф трехкомпонентной обработки с сохранением амплитуд оказался применимым при восстановлении распределения жесткостных свойств околоскважинного пространства, что позволило снизить неоднозначность интерпретации данных поверхностной сейсморазведки и решить ряд самостоятельных задач. Разработанная методика изучения азимутальной анизотропии по данным обменных волн показала свою эффективность и широкую практическую применимость к рутинно получаемым данным непродольного ВСП с использованием стандартного источника продольных волн.

Получаемые данные о преимущественном направлении и степени трещиноватости позволяют оценивать наиболее вероятные направления фильтрации флюида, заводнения добывающих скважин, и на этой основе планировать схемы кустового бурения. При использовании технологий разработки, основанных на вытеснении нефти закачиваемой в пласт водой, данные по трещиноватости полезны при заложении нагнетательных скважин.

Внедрение результатов работы. Основные положения предложенной в работе технологии проектирования работ ВСП и контроля качества приняты ведущими нефтяными компаниями. В таких компаниях как ТНК-ВР, Сибнефть, ЛУКОЙЛ реализация данной технологии является одним из технических условий выбора подрядчика при проведении конкурсов на выполнение скважинных сейсмических наблюдений. Эта технология на сегодня является стандартом, принятым в компании ПетроАльянс при проведении работ ВСП.

Обработка с сохранением амплитуд и расчет акустического, упругого и сдвигового упругого импедансов по данным ВСП заказывается нефтяными компаниями при необходимости проверки надежности интерпретации данных поверхностной сейсмики (Total), для управления технологией разбуривания куста скважин (ЛУКОЙЛ Западная Сибирь, Север ТЭК). Методика измерения азимутальной анизотропии применяется при изучении трещиноватых u1088 резервуаров на месторождениях Тимано-Печерской НГП (ЛУКОЙЛ-КОМИ) и Каспийского моря (ЛУКОЙЛ).

Публикации. По теме работы опубликовано 9 статей, 17 тезисов докладов, более 40 производственных отчетов.

Апробация работы. Основные результаты работы представлялись на Научно-Практической конференции <Гальперинские Чтения> в 2000-2005г.г.На геофизическом симпозиуме SEG 2003, Москва, на международным геофизическом симпозиуме SEG 2003 в г. Даллас США.

Основные результаты неоднократно представлялись на презентациях в ходе международных выставок <Нефть и Газ> 2002-2005г.г. Методика изучения азимутальной анизотропии по данным обменных волн опробована на международном семинаре по сейсмической анизотропии 2002, г. Тутзинг, Германия. Основы поляризационной обработки представлялись на конференции Геомодель 2004, г. Геленджик. Более 30 презентаций сделано на НТС Российских и Зарубежных нефтяных компаний. В 2005г. предлагаемые в работе решения прошли апробацию на симпозиумах по изучению резервуара, проведенных фирмой Schlumberger в Завидово и Кэмбридже.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав и заключения общим объемом 96 страниц, включая 76 рисунков и 6 таблиц. Список литературы включает 227 наименований, в том числе 82 иностранных публикации.

Автор выражает глубокую благодарность всему коллективу отдела ВСП приложившему усилия к внедрению разработанных методик в практику скважинных сейсмических наблюдений, выполняемых компанией ПетроАльянс. Особую благодарность автор выражает одному из наиболее ярких геофизиков конца прошлого века Бродову Л.Ю., привившему автору понимание необходимости творческого подхода при работе с геофизическими данными. Практическому внедрению результатов работ автор во многом обязан геофизикам, работающим в нефтяных компаниях - Садыкову К.Ж., Колтановскому Л.Э (ТНК-ВР), Логовскому В.И. (Сибнефть), Чертенкову М.В. (ЛУКОЙЛ-КОМИ).

Автор признателен коллективу кафедры сейсмометрии и геоакустики u1075 геологического факультета МГУ, а также своему научному руководителю - заведующему кафедрой, доктору физико-математических наук М.Л. Владову за конструктивное отношение к желанию автора представить основные результаты проведенных исследований в виде диссертационной работы и неоценимую помощь в изложении и редакции материала. Большую помощь при подготовке работы оказал профессор Калинин В.В., сделавший ряд ценных замечаний по существу и форме изложения материала.

Отдельную благодарность автор выражает шотландскому ученому Стюарту Крэмпину, внесшему массу конструктивных замечаний в ходе экспертной оценки методики изучения азимутальной анизотропии по обменным волнам и французскому геофизику Клоду Борденаву, инициировавшему исследования по обработке данных ВСП с сохранением амплитуд.