Трехмерное геологическое моделирование природных резервуаров на основе литолого-фациального анализа (на примере юрских и нижнемеловых отложений Западной Сибири)

Общая характеристика работы.

Актуальность работы

В центральной части Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна (ЗС НГБ) на настоящий момент практически все крупные нефтяные месторождения характеризуются заметной выработанностью запасов и суммарная добыча постепенно снижается. Естественным образом возникает вопрос о поиске объектов, способных компенсировать это снижение. Учитывая достаточно хорошо развитую инфраструктуру данного региона, в поле зрения попадают такие объекты, опоискование, разведка и разработка которых ранее считалась нерентабельной из-за относительно небольших запасов и сложного геологического строения. В то же время общая тенденция постепенного уменьшения размеров и усложнения геологического строения вновь открываемых месторождений определяет все более высокие требования к детальности и достоверности изучения геологического строения территории, что в свою очередь требует разработки и применения новых методических и технологических подходов.

Как правило, при построении моделей геологического строения и оценке добычных свойств сложнопостроенных объектов проводится большой комплекс различных исследований. Однако, полученные результаты в разрозненном состоянии зачастую не отображают всей совокупности необходимых данных. Поэтому обязательным элементом новых подходов должен стать синтез разнообразных накопленных данных в рамках трехмерного геологического моделирования.

Современные программные средства трехмерного моделирования позволяют создавать сколь угодно сложные модели залежей. Однако недостаточное внимание, уделяемое изучению литолого-фациальных особенностей моделируемых резервуаров и неиспользование при построении трехмерных моделей всего имеющегося объема геолого-геофизических материалов часто приводит к получению <формальных> результатов, неадекватных реальным объектам. При этом достоверные представления подменяются результатами вероятностных реализаций.

В случае работы с отдельными картами двухмерной модели, как и в случае <формального> построения трехмерных моделей, возникают значительные ошибки при оценке добычных свойств резервуаров, подсчете локализованных в них запасов и ресурсов углеводородов (УВ), выборе оптимальных точек заложения поисковых и разведочных скважин, а также создании оптимальных схем и параметров разработки. Особенно остро эта проблема касается объектов, находящихся на поисковом и разведочном этапах геологоразведочных работ или на стадии начала эксплуатации, когда материалы глубокого бурения не создают необходимых представлений об изменчивости отложений.

В этой связи вопрос построения адекватных трехмерных геологических моделей, учитывающих весь объем имеющихся геолого-геофизических данных о латеральной и вертикальной изменчивости резервуара становится особенно актуальным.

Цель работы

Целью настоящей работы является создание объемных стохастических моделей геологического строения природных резервуаров ЗС НГБ, учитывающих полный объем данных об их строении и литолого-фациальной изменчивости, и позволяющих дать новые оценки ресурсной базы и добычных характеристик коллекторов данных природных резервуаров.

Основные задачи исследований

1. Рассмотрение влияния вертикальной и латеральной изменчивости пласта на оценку его ресурсной базы и добычных характеристик. Анализ возможности и эффективности учета изменчивости в рамках геологических моделей.

2. Рассмотрение существующих методик трехмерного геологического моделирования, полноты учитываемых ими геологических данных и особенностей их применения в условиях недостаточного объема скважинной информации.

3. Создание оптимальной методики и технологии учета в трехмерной геологической модели литолого-фациальных особенностей строения природных резервуаров, которые позволят адекватно и с необходимой детальностью воспроизвести значимые для нефтяной геологии особенности вертикальной и латеральной изменчивости продуктивных комплексов.

4. Анализ возможности детализации геологического строения природных резервуаров и уточнения их ресурсной базы по результатам построения трехмерных геологических моделей на основе созданного подхода.

5. Создание на основе выработанного подхода детальных адекватных трехмерных моделей нефтяных резервуаров Западной Сибири.

Фактический материал

Основой диссертационной работы явились результаты исследований, проведенных автором лично, при его непосредственном участии или под его руководством в рамках производственных договоров и научных тематик ЗАО "МиМГО" им. В.А.Двуреченского. В работе использованы геолого-промысловые материалы и материалы ГИС более чем по 250 скважинам, описание и лабораторные исследования керна по 42 скважинам, в том числе выполненные автором лично (19 скважин), свыше 5000 пог. км. сейсморазведки 2D и 650 км² сейсморазведки 3D по отдельным площадям Западной Сибири. Большинство примеров в работе приводятся по Кондаковскому, Северо-Ноябрьскому, Выинтойскому, Южно-Выинтойскому, Сергинскому и Свободному участкам.

Научная новизна

1. Впервые на примере юрских и нижнемеловых отложений Западной Сибири обоснована необходимость применения аппарата трехмерного геологического моделирования на поисковом и разведочном этапах геологоразведочного процесса на нефть и газ для детализации особенностей геологического строения природных резервуаров, уточнения их добычных свойств и оценки их ресурсной базы.

2. Разработана методика создания литолого-фациальных карт по взаимоувязанным данным глубокого бурения и сейсморазведки, ориентированных на прогноз строения, фильтрационно-емкостных свойств и других добычных характеристик продуктивных пластов, и оптимизированных для использования при объемном моделировании в условиях недостаточного объема скважинных данных.

3. Впервые созданы методология и технология учета детальных литолого-фациальных карт при трехмерном стохастическом моделировании. Они позволили с максимальной эффективностью и достоверностью использовать результаты комплексной интерпретации как 2D, так и 3D сейсмических данных при создании трехмерных моделей терригенных природных резервуаров и отобразить в них все значимые для нефтяной геологии особенности вертикальной и латеральной изменчивости отложений.

4. На основе разработанной методики созданы трехмерные модели геологического строения нефтяных и нефтеперспективных резервуаров Сергинского, Выинтойского, Южно-Выинтойского месторождений, Кондаковской-Проточной зоны нефтенакопления, Северо-Ноябрьского лицензионного участка. Они позволили значительно детализировать геологическое строение и уточнить ресурсную оценку перспективных объектов и залежей. В том числе - выделить в пределах залежей объемы, различающиеся добычными характеристиками коллекторов, провести ранжирование запасов УВ по их приуроченности к этим объемам, что создало необходимые условия для детальной оценки экономических рисков, а также выбора оптимальных участков для заложения новых поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин.

Защищаемые положения

1. Трехмерное геологическое моделирование необходимо уже на ранних (поисковом, разведочном) этапах геологоразведочного процесса. Использование аппарата трехмерного геологического моделирования в условиях недостаточного объема скважинных материалов без литолого-фациальной основы некорректно.

2. Фациальные карты пластов васюганской свиты южной части Александровского мегавала (Кондаковский участок), созданные на основе данных глубокого бурения и сейсморазведки, содержат всю информацию о латеральной и вертикальной литологической неоднородности в межскважинном пространстве, а также условиях осадконакопления отложений горизонта Ю1. Они являются надежной основой для создания детальной адекватной трехмерной геологической модели.

3. Эффективным и корректным способом использования фациальных карт в трехмерной геологической модели является создание на основе геолого-статистических разрезов объемных распределений вероятности наличия литологических типов, учитывающих достоверность фациального прогноза в межскважинном пространстве, и их применение в виде весовой составляющей на этапе литологического моделирования.

4. Трехмерные геологические модели объектов, находящихся на поисковом, разведочном и начальном эксплуатационном этапах, созданные на основе использования фациальных карт позволяют выделить ловушки УВ, корректно оценить их параметры, объемы локализованных в них запасов и ресурсов УВ, добычные свойства пласта и выбрать оптимальное местоположение поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин.

Реализация результатов исследований и практическое значение работ

На основе результатов исследований автора созданы детальные трехмерные геологические модели нефтяных месторождений, приуроченных к резервуарам шеркалинской, васюганской, куломзинской ("ачимовская" толща) и сортымской свит Западной Сибири, которые переданы нефтяным компаниям ОАО <ЛУКОЙЛ>, ОАО <РИТЭК>, ЗАО <ЛУКОЙЛ АИК>, ОАО <Газпром нефть>. На основе данных моделей проведена детальная оценка запасов, с разделением их по добычным характеристикам. С использованием данных моделей осуществляется промышленная эксплуатация Сергинского, Средне-Хулымского, Выинтойского, Южно-Выинтойского месторождений, проводится доразведка Кондаковского, Западно-Покамасовского участков, ведутся поисковые работы на Северо-Ноябрьском участке. Подтверждаемость данных моделей результатами последующего бурения составляет более 80%.

Апробация работы и публикации

Основные результаты исследований обсуждались на научно-технических советах ЗАО <МиМГО им В.А.Двуреченского>, ОАО <РИТЭК>, ОАО <Газпром нефть>, ГУГР ОАО <ЛУКОЙЛ>, ТПП <Когалымнефтегаз>, докладывались на международных научно-практических конференциях <Актуальные проблемы прогнозирования, поисков, разведки и добычи нефти и газа в России и странах СНГ. Геология, экология, экономика> (2006г.), <Тюмень-2007> (2007г.), на Всероссийской конференции <Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности> (2007г.), форуме информационных технологий (2005г.).

Результаты проведенных исследований по теме диссертации опубликованы в 5 статьях, 2 тезисах научных конференций, 8 производственных отчетах. На основе созданной в рамках исследований методики трехмерного моделирования получен Государственный патент Российской Федерации на изобретение N 2305301, а также Международный патент на изобретение N WO 2008/041885 A1.

Структура и объем работы

Диссертационная работа содержит 224 страницы текста, состоит из 6 глав, введения и заключения. Работа иллюстрирована 68 рисунками, 12 фотографиями. Список использованной литературы насчитывает 209 наименований.

Автор выражает огромную благодарность всему коллективу ЗАО "МиМГО" за помощь при написании данной работы, коллективу кафедры Литологии и морской геологии геологического факультета МГУ за многочисленные консультации и творческие дискуссии по вопросам, рассмотренным в работе, а также руководству ОАО "Томскнефть" ВНК за предоставленную возможность изучения кернового материала.

Автор благодарит к.г.-м.н. Т.Е.Ермолову (ЗАО "МиМГО)", к.г.-м.н. В.И.Биджакова, Е.В.Лебедковау (ОАО "ТомскНИПИнефть"), В.Л.Косорукова, В.Д.Спиридонову (МГУ) за помощь при изучении скважинного материала, С.М.Френкеля (ВНИГНИ), А.Д.Алексеева, О.А.Ходос, М.С.Булгакову (ЗАО "МиМГО"), к.г.-м.н. К.Е.Закревского (ОАО <ЛУКОЙЛ>) за рассмотрение идейных и практических вопросов трехмерного геологического моделелирования, к.г.-м.н. А.А.Гусейнова, к.г.-м.н. В.Н.Колоскова, к.г.-м.н. Д.С.Кучерявенко, Г.М.Кочетовскую (ЗАО "МиМГО"), профессора В.Т.Фролова, профессора Е.Ю.Барабошкина, к.г.-м.н. С.В.Фролова (МГУ), доктора техн.н. А.Ф.Глебова, к.г.-м.н. И.Ю.Хромову, к.г.-м.н. А.А.Потрясова, К.Г.Скачека (ОАО <ЛУКОЙЛ>), к.г.-м.н. А.Ю.Сапрыкину (Fugro-Jason) за всестороннюю помощь при работе и обсуждении основных ее результатов.

Особую благодарность автор выражает Е.Н.Гавриловой, оказавшей огромную идейную, творческую и техническую поддержку на всех стадиях работы и способствовавшей ее окончательному формированию.