Эффективные сейсмоакустические характеристики трещиноватых коллекторов и их прогноз по данным многоволновой сейсморазведки МОВ-ОГТ

Общая характеристика работы.

Актуальность.

Физические свойства горных пород, слагающих коллектора нефти и газа, в значительной степени определяются структурой пустотного пространства, заполненного флюидом. Для некоторых типов коллекторов характерно особенно сложное внутреннее строение: кроме системы пор (первичной пористости), они содержат трещины и каверны (вторичную пористость). Как правило, именно вторичная пористость определяет фильтрационные характеристики горной породы, поэтому информация о ее структуре необходима для оптимизации разработки коллектора.

Сейсмические исследования являются важнейшим дистанционным источником информации о внутренней структуре продуктивного объекта, распределении ее параметров в пространстве. Одной из наиболее актуальных проблем, стоящих перед сейсморазведкой, является локализация в разрезе и прогноз характеристик трещинно-поровых коллекторов. Преимущественно они приурочены к относительно плотным карбонатным породам с высокими значениями скоростей распространения сейсмических волн. На территории РФ такие коллектора типичны для месторождений Восточной Сибири.

Наиболее распространенные подходы к решению этой задачи те же, что и для обычных гранулярных коллекторов. Они основаны либо на использовании корреляционно-регрессионных зависимостей между сейсмическими скоростями и импедансами и искомыми свойствами среды (пористостью, насыщенностью, глинистостью и т. д.), либо предполагают для этой же цели проводить совместный анализ исходных атрибутов сейсмической записи (амплитуды, частоты, фазы и т. п.). Несмотря на большое количество работ, посвященных этому вопросу, на практике нередко оказывается, что достоверность полученных прогнозов невысока.

Проведение теоретического анализа физических механизмов распространения сейсмических волн в неоднородных геологических средах, характерных для изучаемого региона, может существенно повысить надежность сейсмического прогноза коллекторских свойств. В результате такого анализа может быть определен набор характеристик изучаемого геологического объекта, доступных по данным сейсморазведки. На этом основании определяются оптимальная система наблюдений и граф обработки полученных материалов.

Распространение когерентной части сейсмического импульса в порово-трещиноватых горных породах можно описывать так же, как в однородных средах с "эффективными" (осредненными на масштабах длины волны) значениями сейсмических свойств. Такой вывод следует из соотношений между характерными пространственными и временными масштабами сейсмических сигналов и элементов структуры изучаемых геологических сред. Большой вклад в развитие методов осреднения физических свойств неоднородных материалов внесли исследования композитов, выполненные такими учеными как: Т.Д. Шермергор, И. А. Кунин, Л.М.Качанов, Дж.Д. Эшелби (Eshelby), Т. Мура (Mura), А. Норрис (Norris), Дж. Уиллис (Willis). Методы расчета эффективных сейсмоакустических свойств микронеоднородных (по сравнению с длиной волны) геологических сред были развиты в работах В.М. Левина, С.К. Канауна, Л.А. Молоткова, М. Качанова, И.Я. Френкеля, М. Био (Biot), Дж.Дж. Берримана (Berryman), М. Шенберга (Schoenberg), Л.Дж. Пирак-Нолт (Pyrak-Nolte), Дж.А. Хадсона (Hudson) и многих других.

Ввиду сложности строения реальных горных пород в основу всех методов осреднения закладываются определенные упрощающие гипотезы: идеализация формы трещин и пор, физический механизм их деформирования и пр. Эти базовые допущения должны соответствовать параметрам рассматриваемой среды и сейсмического поля в ней. Другой критерий применимости выбранного метода - согласие между теоретически вычисленными оценками эффективных сейсмоакустических параметров и данными экспериментов. Важный практический момент - удобство использования конкретного теоретического подхода для решения задач нефтегазовой сейсморазведки.

С помощью метода осреднения, отвечающего указанным выше критериям, и априорной геолого-геофизической информации можем сформировать сейсмоакустическую модель трещиновато-порового коллектора, адекватную реальной геологической среде. На ее основе разработать процедуры обработки и интерпретации сейсмических наблюдений, оптимальных для исследуемого целевого объекта. Такой последовательный подход дает возможность получать обоснованный сейсмический прогноз коллекторских свойств трещиновато-поровых резервуаров нефти и газа.

Цель диссертационной работы

Целью настоящей работы являлась разработка методов теоретического описания и определения по данным наземной сейсморазведки эффективных сейсмоакустических характеристик трещиноватых нефтегазовых коллекторов. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Сравнительный анализ существующих методов вычисления эффективных сейсмоакустических параметров трещиноватых горных пород. Исследование влияния параметров микроструктуры порово-трещиновато-кавернозной горной породы на ее эффективные сейсмоакустические характеристики.

2. Сравнение результатов лабораторных экспериментов по распространению ультразвуковых импульсов в физических моделях порово-трещиноватых горных пород с теоретическими оценками.

3. Формирование набора эффективных сейсмоакустических моделей порово-трещиновато-кавернозного коллектора в венд-рифейских карбонатных отложениях Юрубчено-Тохомской Зоны (ЮТЗ) для компьютерного 3D моделирования полного сейсмического поля в среде. Обоснование доступных для прогноза по данным сейсморазведки макроскопических характеристик коллектора.

Научная новизна

1. Предложен способ вычисления параметров, характеризующих анизотропию горной породы, содержащей параллельные вертикальные трещины, в рамках модели поверхности с линейным проскальзыванием, на основании метода дифференциальной эффективной среды.

2. На основе анализа результатов физического моделирования установлена применимость модели поверхности с линейным проскальзыванием к описанию сред с шероховатыми трещинами, и показана возможность прогноза в рамках этого подхода эффективной апертуры трещин.

3. Для повышения вычислительной устойчивости определения параметров, характеризующих эффективную сейсмическую анизотропию горной породы, содержащей параллельные вертикальные трещины, и коэффициента Пуассона матрицы породы, предложено дополнительно использовать данные по коэффициентам отражения продольной волны при нормальном падении.

Практическая значимость

1. Предложенный подход к осреднению сейсмоакустических параметров горных пород со сложным внутренним строением позволяет оценить влияние на эффективные сейсмические параметры мелкомасштабных неоднородностей всех типов: пор, трещин, каверн.

2. Синтезирован набор эффективных моделей порово-трещиноватого коллектора, соответствующего условиям Юрубчено-Тохомской Зоны на основе априорных представлений о его внутренней структуре, использованный в 3D полноволновом сейсмическом моделировании.

3. Предложен критерий локализации нефтегазоперспективных объектов в условиях, соответствующих Юрубчено-Тохомской зоне, на основании анализа синтетических сейсмограмм, полученных в результате компьютерного 3D моделирования распространения сейсмических волн в сформированной цифровой модели.

4. На основании предложенного критерия выделены на реальных материалах два перспективных объекта в пределах Нижнемодашенского участка, рекомендовано их дальнейшее изучение.

Aпробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
1. Научная конференция молодых ученых и специалистов "Молодые в геологии нефти и газа", ФГУП "ВНИГНИ", февраль 2009 г.
2. XV Научная конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов. Дубна, март 2009г.
3. XVI Научная конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов. Дубна, март 2010г.
4. New Discoveries through Integration of Geosciences, the 4-th International Conference & Exhibition EAGE/EAGO/SEG Saint Petersburg, 2010.
5. Международная научно-практическая конференция "Геомодель", Геленджик. 2010.
6. Всероссийское рабочее совещание: "Геологическая интерпретация данных сейсморазведки при региональных и поисковых работах на нефть и газ". ФГУП "ВНИГНИ", март 2011.
7. Всероссийское рабочее совещание "Приоритетные направления геологоразведочных работ на нефть и газ в свете новых задач по воспроизводству сырьевой базы углеводородов", ФГУП "ВНИГНИ", октябрь 2011.

Публикации и личный вклад автора в решение проблемы

Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях выполненных автором лично, либо при его активном участии во ФГУП ГНЦ РФ ВНИИгеосистем, г. Москва.

По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Объем работы составляют 124 страницы, 34 рисунка и 120 наименований литературы.

Благодарности

Автор признателен Року В.Е., без чуткого и требовательного руководства которого эта работа не могла бы быть выполнена; коллегам из ФГУП ГНЦ РФ ВНИИгеосистем, ИПМ РАН им. Келдыша за ценные дискуссии и поддержку, особенно, Каплану С.А., Манучарянц Э.О., Левченко В.Д. и Иванову А.В; сотрудникам кафедры сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ, особенно, Гайнанову В.Г., Владову М.Л. и Калинину В.В. за ценные замечания по структуре и содержанию работы.