Мирошниченко Дмитрий Евгеньевич
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
|
содержание |
В третьей главе описано планирование методики многоволновых сейсмических наблюдений, обеспечивающей оптимальную прослеживаемость целевых отражений и необходимую разрешающую способность. Также описаны методы расчёта и синтез волнового поля на основе сейсмогеологической модели Ярегского месторождения, его обработка и анализ синтетических временных разрезов.
Критерием выбора типа модельного сигнала стало минимальное число определяющих его параметров. Среди разных типов аналитических сигналов был выбран импульс Риккера. Все дальнейшие расчёты проводились с этим типом зондирующего сигнала. Критерием подбора центральной частоты сигнала явилась способность решать с его помощью следующие задачи: с приемлемой точностью прослеживать (1) кровлю целевого пласта, (2) кровлю и подошву коллектора в целевом пласте и (3) определять свойства целевых отложений по динамическим характеристикам отражения. Опыт сейсмических работ на Ярегском месторождении показывает, что центральная частота записи, которую удавалось получить в поле, не превышала 80 - 85 Гц. Именно эта величина является верхним пределом для центральной частоты.
Постановка первой задачи, прослеживание кровли целевого пласта, обусловлена искажающим эффектом, возникающим за счёт влияния покрывающих пласт III диабазов. Пределы точности выбираются исходя из особенностей технологии SAGD (пара скважин пробуренных параллельно друг над другом на расстоянии ~5 м должна пройти вблизи подошвы пласта). Следовательно, погрешность структурных построений не должна превышать половины расстояния между скважинами, то есть 2 - 2.5 м.
Определение невязки между истинным положением кровли и положением, определённым по сейсмическим данным при различных центральных частотах зондирующего сигнала (25, 40, 55, 70, 85, 100 и 115 Гц) производилось посредством одномерного сейсмического моделирования. Для этого толщина покрывающих целевой пласт надпластовых аргиллитов D3dzr изменялась посредством линейного растяжения в интервале от 0 до 32 м. Время экстремума положительной фазы, соответствующей кровле целевого пласта, пересчитывалось в область глубин и сравнивалось с истинным модельным значением. Анализ показывает, что для частот ниже 55 Гц погрешность превышает допустимые 2 м.
Точность построения кровли и подошвы коллектора в целевом пласте определялась по аналогичному алгоритму. В середине пласта III был выбран слой повышенных акустических жесткостей, толщина которого последовательно изменялась (от 2 до 40 м). По результатам моделирования было также показано, что для надёжного прослеживания, минимальная центральная частота зондирующего импульса должна быть не ниже 55 Гц.
Точность динамического анализа зависит от величины погрешности, вносимой в амплитуды отражений от границ коллектора за счёт интерференции. Поэтому исследовались также амплитуды экстремумов отражений от кровли и подошвы изменяющегося по толщине слоя. Анализировалось отклонение измеренных амплитуд от значений, рассчитанных для двух однородных полупространств. В результате проведённого анализа возникла необходимость поднять минимальное значение центральной частоты зондирующего сигнала с 55 до 70 Гц.
В итоге с учётом необходимости исследования внутренней структуры паровой камеры для дальнейшего моделирования был выбран импульс Риккера с максимальной полученной на практике центральной частотой 80 Гц.
Выбор параметров системы наблюдения зависит в первую очередь от характеристик исследуемого объекта: глубины его залегания, горизонтальных размеров и скорости в покрывающей толще. Исследуемый объект представляет собой паровую камеру, сформировавшуюся в результате разработки залежи по технологии SAGD. В рамках модели камера имеет размеры порядка 15 - 25 м по горизонтали и вертикали и залегает на глубинах 170 - 250 м.
Для определения шага ОГТ анализировались следующие требования: не менее трёх ОГТ в пределах исследуемого объекта, правильное восстановление углов наклона горизонтов после миграции (пространственный аляйсинг), приемлемое горизонтальное разрешение. В итоге было определено, что шаг между ОГТ должен лежать в пределах от 5 м (для детальных исследований с целью расчёта петрофизических характеристик коллектора и мониторинга SAGD) до 25 м (исследование структурного плана основных отражающих горизонтов).
Минимальное удаление источника от приёмника должно соответствовать глубине ближайшего к поверхности картируемого горизонта. Исходя из этого, в рамках построенной модели минимальный вынос в расстановке не должен превышать минимальной глубины кровли нижнетиманских отложений (ближайших пригодных для прослеживания) - около 50 м.
Максимальный вынос выбирался в соответствии с необходимым для AVO анализа диапазоном углов отражения от границ целевого пласта. В качестве объекта такого исследования была выбрана кровля протерозойского фундамента. Исходя из лучевого моделирования, величина максимального выноса составляет порядка 400 м, тогда время регистрации не должно быть меньше 500 мс.
Кратность, контролирующая соотношение сигнал/помеха определялась по съёмкам прошлых лет. Опытные работы, проведённые на Ярегском месторождении, показали, что при использовании взрывного источника массой 1 кг среднее отношение сигнал /помеха, определённое по сейсмограмме ОПВ, составляет 1.58. Если предположить что при суммировании по ОГТ это отношение возрастает пропорционально √N, для достижения минимально необходимого значения 10 кратность должна составлять не ниже 40.
Расстояние между ПП определяется шагом ОГТ. В рамках построенной модели для детальных исследований размер бина должен быть равен 5 м, тогда шаг между ПП составит 10 м. Зная кратность и длину расстановки можно вычислить расстояние между источниками, которое получается равным 10 м.
Моделирование волнового поля проводилось по трём алгоритмам: акустическое приближение (акустическая модель), предполагающее нормальное падение плоской волны на границу двух полупространств; лучевое трассирование с расчётом коэффициентов отражения на границах по уравнению Цёпритца (упругая лучевая модель); решение волнового уравнения методом конечных разностей (упругая конечноразностная модель). Первый и второй алгоритмы применялись для расчёта синтетических сейсмограмм PP и PS волн, при привязке отражений к временному сейсмическому разрезу, и моделировании волнового поля в интервале паровой камеры. Третий алгоритм использовался для расчёта синтетических сейсмограмм ОПВ вертикальной и горизонтальной составляющей поля вектора смещений с целью их дальнейшей обработки и получения временных разрезов продольных отражённых и обменных PS волн.
Для анализа возможности изучения ближайших к поверхности горизонтов шаг между ПП был сокращён с минимально необходимых 10 до 2 метров, а минимальный вынос был выбран равным нулю. Приёмная расстановка размещалась на свободной границе модели, а источники на постоянной глубине 8 м. Расчёт волнового поля производился по сети (X.Y.T) 0.6 м . 0.6 м . 0.01 мс. Всего было рассчитано по 313 сейсмограмм ОПВ с вертикальной и горизонтальной составляющими поля вектора скорости смещений.
Выбор параметров обработки определялся качеством полученных данных, а также спецификой синтетических сейсмограмм. Подробно описание процедур обработки и их параметров приведены в работе [Горбачёв С.В. 2009]. В итоге были получены временные разрезы отражённых РР и обменных PS волн.
На исследуемой площади структурный и динамический анализ данных МОВ ОГТ осложнен малой глубиной залегания целевых горизонтов (от 120 до 260 м), и сильной изменчивостью упругих свойств покрывающих отложений. Для исследования влияния вышеперечисленных факторов на поля отражённых и обменных волн была проведена интерпретация синтетических временных разрезов, включавшая в себя: идентификацию и прослеживание отражений и разрывных нарушений в волновом поле, оценку точности восстановления геометрии целевых границ и динамики отражений.
Идентификация модельных границ на временных разрезах проводилась посредством привязки волнового поля к сейсмогеологическому разрезу в контрольных точках. В этих точках на основе построенной модели формировались кривые скорости продольных и поперечных волн, а также плотности. Местоположение контрольных точек выбиралось в соответствии с наличием в строении модели определённых структурных осложнений, способных существенно усложнить прослеживание целевых горизонтов по временным сейсмическим разрезам. Всего было выбрано 7 таких точек.
Привязка осуществлялась посредством сопоставления сеймотрасс синтетических временных разрезов продольных отражённых волн с трассами, полученными в контрольных точках, на основе акустической модели. Для дальнейшего анализа на временном разрезе были прослежены фазы, отвечающие четырём основным стратиграфическим границам (D3tm2 - D3tm1, D3tm1 - D3dzr, D3dzr - D2zv и D2zv - PR2), а также наиболее контрастной литологической границе - кровля диабазов D2dzr.
В силу того, что исследуются модельные данные, скоростной закон известен точно. Поэтому при моделировании процесса восстановления структурных границ по временному сейсмическому разрезу внимание уделялось только прогнозу точности карт изохрон. Под точностью в данном случае понимается пространственное соответствие между физической и сейсмической границей. Исследование показало, что для пяти горизонтов, построенных по временному разрезу (D3tm1, D3dzr, DiaTop, III, PR2), среднеквадратическая величина отклонения от их истинного модельного положения изменяется в пределах от 1.7 (кровля диабазов) до 3.5 м (кровля D3tm1)
Динамический анализ включал в себя сопоставление сейсмотрасс рассчитанных в контрольных точках в интервале D3tm1 - PR2 и сравнение амплитуд отдельных отражений по всему разрезу. Сопоставлялись сейсмотрассы временного сейсмического разреза и разреза, полученного в рамках акустической модели.
Анализ показал, что средняя невязка в контрольных точках составляет 14 %. Сопоставление амплитуд по трём наиболее выдержанным положительным фазам показало, что их среднеквадратическая невязка изменяется от 0.22 до 0.24 д.е. Локальные увеличения погрешности обусловлены следующими факторами: влияние зоны наращивания кратности, интерференция отражений от тонких пластов, увеличенная толщина экранирующих диабазов.
В рамках построенной сейсмогеологической модели структурное нарушение расположено в интервале нижнетиманских - среднедевонских отложений. Амплитуда вертикального смещения вдоль нарушения составляет 20 м. На временных разрезах продольных отражённых волн исследуемый объект надёжно фиксируется без использования каких-либо дополнительных процедур обработки. Для точной численной оценки погрешности определения его местоположения по временному разрезу в программном пакете PostStack компании Landmark были рассчитаны разрезы параметра ESP (event similarity prediction - прогноз похожести отражения). Для выбора оптимальных параметров расчёта перебирались три длины окна - 40, 80 и 120 мс. Разрывное нарушение на всех полученных разрезах однозначно определяется по повышенным значениям параметра ESP. При увеличении длины окна нарушение становится более выдержанным по вертикали.
Для численной оценки точности определения положения разрывного нарушения по всем разрезам ESP по нескольким временным срезам были сняты значения амплитуд. Временные срезы рассчитывались на уровне отражений от основных горизонтов: 130 (кровля D3dzr), 150 (кровля диабазов), 160 (кровля пласта III), и 190 мс (кровля фундамента).
Для определения положения разрывного нарушения анализировались среднее и максимальное значения, а также стандартное отклонение параметра ESP вдоль каждого среза. Наиболее вероятное положение разрывного нарушения определялось как среднее по всем срезам положение максимума ESP. Оно отклоняется от модельного значения на 1 - 1.5 м в зависимости от длины окна расчета параметра.
Также на основе статистического анализа была определена область, в которую нарушение попадает с наибольшей долей вероятности. Анализ показал, что в этом случае в зависимости от длины окна погрешность определения положения разрывного нарушения составляет от 14 до 20 м.
В результате проведённых в третьей главе исследований были определены параметры приемной расстановки, центральная частота зондирующего сигнала; был выполнен расчёт и обработка синтетических сейсмограмм, получены временные разрезы продольных PP и обменных PS волн; по синтетическим временным разрезам оценена погрешность восстановления структурных границ модели и динамического анализа, а также погрешность определения положения разрывного нарушения.
| 
