Автоматизированная интерпретация данных геофизических исследований

В дальнейшем распространение получили следующие матери­ альные и мысленные методы моделирования залежей нефти.

Физическое моделирование - когда на экспериментальных ус­ тановках в той или иной мере сохраняется природа изучаемых явле­ ний (исследование фильтрационных процессов на кернах, на про­ зрачных моделях и др.). Такие модели исследуют важнейшие сторо­ ны нефтеизвлечения, но далеко не все, а главным образом - глубинные, без выхода на поверхностные показатели разработки и поэтому носят частный характер, в том числе из-за «масштабного эффекта», т.е. несоизмеримости модели с реальным объектом.

Математически-аналоговое моделирование - когда устанавли­ вается связь между величинами, присущими разным физическим яв­ лениям, но описываемыми одинаковой формы математическими уравнениями (например, уравнение фильтрации Дарси или уравне­ ние дебита скважины Дюпюи по форме аналогичны уравнению зако­ на Ома, и на этой основе широкое распространение получило элек­ тромоделирование процессов разработки нефтяных месторождений). Основным недостатком такого моделирования является несоизмери­ мость скоростей электрического тока и скоростей фильтрации жид­ кости в продуктивных пластах. Поэтому результаты такого модели­ рования существенно отличаются от реальных.

Натурное моделирование - это различного рода промысловые эксперименты и опытно-промышленные работы, выполняемые на ре­ альных месторождениях. Результаты натурных экспериментов в прин­ ципе являются самыми надежными, во всяком случае, должны яв­ ляться таковыми. Однако на практике зачастую оказывается, что невозможно обеспечить необходимую «чистоту» промыслового эксперимента по ряду причин и поэтому и натурные модели далеко не всегда адекватны оригиналу.

Математико-аналитическое моделирование - выражение зако­ номерностей процесса разработки месторождений с помощью матема­ тических уравнений, полученных на основе использования законов физики, механики, гидравлики, экономики и других наук. В результате такого моделирования получается, как правило, сложная система дифференциальных уравнений в частных производных. Решение

таких уравнений возможно лишь частными методами или при таких допущениях, когда об адекватности модели оригиналу уже гово­ рить не приходится.

Статистическое моделирование. Этот метод широко распро­ странен. Как правило, получают модели различных процессов, свя­ занных с разработкой нефтяных месторождений, путем статистиче­ ской обработки фактического материала, зачастую с использованием законов аналогии или одинаковых предположений. Недостатки этих моделей заключаются в ограничении выборки тех объектов, на кото­ рых они получены, - нет полной уверенности в том, что эти модели не являются случайными. Модели в значительной степени неопреде­ ленны и неадекватны реальной залежи.

Графическое моделирование - это построение различного ро­ да геологических карт, схем, профилей и т.д. - каждая из таких мо­ делей носит явно выраженный частный характер, так как решает какую-либо одну задачу или, в лучшем случае, несколько, но никак не комплекс задач, связанных с процессами подсчета запасов нефти и разработки нефтяных месторождений.

По содержанию модели можно разделить на две группы: целевые модели, с помощью которых решается комплекс задач,

и в итоге получается более или менее полное описание как самой за­ лежи, так и процесса ее разработки;

- частные модели, с помощью которых решаются частные зада­ чи, как правило связанные с глубинными процессами, происходящими

взалежи без выхода на поверхностные показатели разработки.

Впоследнее время появились так называемые динамические геологические модели, которые устанавливают статистические связи между показателями разработки залежей нефти и их физико­ геологическими и технологическими характеристиками на различ­ ных стадиях и этапах разработки. Значительный интерес вызывает построение вероятностно-статистических геологических моделей для прог ноза нефтегазоносное™ локальных структур.

Поскольку любая модель является неадекватной реальному моделируемому объекту, всегда можно сказать, что модель непри­ годна. Тем не менее и такие модели приносят практическую пользу,

Математические модели, описывающие процессы на различ­ ных уровнях, отличаются масштабом осреднения. В связи с этим, например, исследования фазовых проницаемостей на кернах носят качественный характер, так как получены на малых объектах и приме­ нение их к блокам размерами в несколько десятков и сотен метров неправомерно. Что же касается процесса нефтеизвлечения, то он явля­ ется одним из основных процессов функционирования ГТК, кото­ рый представляет собой большую систему. Поэтому целью систем­ но-структурного анализа процесса нефтеизвлечения является по­ строение структурной модели ГТК - нефтегазовой залежи. Процесс нефтеизвлечения как функционирование материальной системы ГТК обладает целостностью, это означает, что все его элементы объеди­ нены в одно целое посредством существующих между ними связей и взаимоотношений. Связи - силы, удерживающие элемент в преде­ лах системы и обеспечивающие существование системы как органич­ ной целостности; отношения - взаимное пространственное положение и соотношение элементов, обладающих разными собственными свой­ ствами. Рассматриваемая модель весьма громоздка и поэтому наибо­ лее наглядно воспринимается в виде схемы (табл. 2). С помощью такой иерархической схемы можно проследить связи между свойст­ вами различных уровней [16].

Одним из важнейших принципов, следование которым очень способствует построению моделей, обладающих высокой «живуче­ стью», является использование рациональных схем выделения структурных уровней процесса нефтеизвлечения. Рекомендуется различать 8 структурных уровней, каждому из которых соответст­ вуют конкретные материальные объекты или совокупности техноло­ гических показателей разработки залежи.

Первый уровень - ультрамикроструктура - минеральное зер­ но, которое, если речь идет о шарообразных зернах горной породы (фиктивный грунт), может обладать только одним показателем - радиусом зерна г.

гическим

составом

Второй уровень - агрегатная структура зерновых образова-. ний одного состава, которые характеризуются таким свойством, как, например, упаковка.

Третий уровень - микроструктура - образец керна, природная совокупность минеральных зерен (горная порода), которая обладает поровым пространством, удельной поверхностью, проницаемостью, глинистостью, извилистостью поровых каналов.

Четвертый уровен ь- интраструктура- пласт, пропласток, слой горной породы в конкретном интервале разреза скважины, ко­ торые обладают определенной толщиной на определенной площади и занимают какой-то объем.

Пятый уровень - флюидоструктура - нефтеводоносный коллектор (продуктивный пласт, представляющий собой интервал горных пород в разрезе скважины, насыщенный нефтью, газом или водой). Такие пласты характеризуются меняющимися по пло­ щади и объему залежи нефте-, газоили водонасыщенными толщина­ ми, вязкостью и плотностью нефти, газовым фактором, объемным ко­ эффициентом нефти.

Шестой уровень - макроструктура - подсчетный объект (со­ вокупность пластов, составляющих продуктивную толщу) как объект разработки (залежи или ее части), в результате изучения которого возможно получение сведений о балансовых запасах, удельном деби­ те, коэффициенте нефтеизвлечения.

Седьмой уровень - технологическая структура - залежь или месторождение нефти или газа как совокупность подсчетных объек­ тов. На этом уровне определяются промышленные (извлекаемые) запасы углеводородного сырья и технологические параметры залежи.

Восьмой уровень - экономическая ст рукт ура- представляет собой текущие и конечные результаты эксплуатации месторождения (залежи) в денежном выражении.

Сведения о залежи, поступающие с каждого из уровней орга­ низации геологических объектов или ГТК в отдельности, будут да­ вать одностороннюю характеристику залежи и только совместное

их использование может привести к получению обоснованной моде­ ли залежи [16]. На схеме показаны все стадии построения модели залежи по промыслово-геофизическим даннымКак правило, такое совместное использование обеспечивается надлежащим учетом ре­ зультатов промыслово-геофизических исследований, как основы для построения геологических моделей, каждая из которых отвечает сво­ ему, все более высокому уровню (литолого-стратиграфическая колон­ ка по отдельно взятой скважине -> корреляционная схема сопоставле­ ния разрезов скважин —» геологический профиль -» гидродинамиче­ ский профиль -> полно определенные горно-геометрические модели залежи и так называемые дифференцированные модели). Конечной целью такого многоступенчатого моделирования являются подсчет запасов УВ, обоснование технологических схем и проектов разра­ ботки залежей, решений по регулированию разработки, включая со­ ставление программ системного воздействия на залежь с целью по­ вышения нефтеотдачи [2, 59].

Согласно вышеизложенному, высшим видом модели разрабаты­ ваемой конкретной залежи является ее системно-структурная модель, в наглядной форме отражающая совокупность связей и отношений между элементами системы, отражающая таким образом, что на осно­ ве этого отображения можно принимать конкретные технологические и технические решения по определенным вопросам, например, по ме­ роприятиям, направленным на повышение нефтеизвлечения.

Залежь нефти и газа, как геолого-технический комплекс (ГТК), является большой сложной системой, которой необходимо управлять по мере ее развития (динамика ГТК). Справиться с этой задачей поможет наличие достоверной модели залежи, при по­ строении которой возникают следующие функциональные пробле­ мы управления ею [19]:

- проблема языка, т.е. терминологии, которая должна быть четкой, содержательной и однозначной, исключающей синонимы и омонимы; необходимо иметь сводку хотя бы основных терминов -

старых и новы х- «пласт», «пластик», «пропласток», «слой», «слоек»,

..., «литмит», «партиапит», «виртуалит», ..., «скважина-эталон», «псев­ достатистика», «системный алгоритм» и прочие термины;

-проблем а модели включает в себя все задачи построения идеализированных (упрощенных) моделей, пригодных для теоретиче­ ского и экспериментального изучения их свойств; главная трудность состоит в следующем: создаваемые модели должны быть достаточно сложными, чтобы их свойства соответствовали в нужной мере свойст­ вам оригиналов, и в то же время настолько простыми, чтобы можно было описать эти оригиналы и решить нужные задачи, пользуясь со­ ставленными описаниями; необходимо найти компромиссное решение этого противоречия;

- проблема декомпозиции - расчленение исходной системы (нефтегазовой залежи) на относительно обособленные части; главная трудность здесь - выбор способа декомпозиции, который бы обеспе­ чивал необходимое упрощение процедуры решения, но не вызывал бы слишком больших погрешностей из-за отбрасывания некоторых важ­ ных связей при расчленении системы на части, обосновать оптималь­ ный шаг осреднения геофизических параметров и многое другое;

- проблема агрегатирования - объединение нескольких показа­ телей в один сводный - с целью упрощения решения задач управления большой системой; так же как и декомпозиция, агрегатирование имеет цель - преодоление барьера многомерности. Решение этой проблемы заключается в выборе такого объединения показателей, которое существенно облегчило бы решение задач управления большой систе­ мой, но не приводило бы к недопустимым ошибкам, возникающим из-за уменьшения детальности описания системы; здесь важное место занимает использование псевдостатистических представлений ре­ зультатов промыслово-геофизических исследований;

- проблема стратегии - прогнозирование изменений в поведе­ нии системы и преодоление барьера временной неустойчивости моде­ ли системы.

ГЛАВА 4. Практика и перспективы использования

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЭВМ ПРИ

ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДАННЫХ ГИС

Ввиду больших объемов информации, получаемой в результате проведения геофизических исследований скважин, ее геологическая интерпретация требует больших трудовых и временных затрат. Для ускорения процесса интерпретации данных ГИС и повышения надеж­ ности ее результатов раньше широко использовались электронновычислительные машины (ЭВМ), а в настоящее время - персональные компьютеры (ПЭВМ) и разнообразные сервисные устройства.

Деятельность геолога и геофизика направлена на решение сле­ дующих геологических задач, связанных с анализом промыслово­ геофизических данных:

-расчленение разрезов, определение литологического состава

ихарактера насыщения выделенных слоев и оценка их геолого-физи­ ческих свойств;

-корреляция разрезов;

-выделение геологических тел;

-построение моделей нефтегазовых залежей (в том числе с уче­ том неоднородности их свойств);

-комплексная интерпретация скважинных и площадных про­ мыслово-геологических, геофизических и гидродинамических данных;

-подсчет балансовых запасов объемным методом;

-подсчет одной из основных составляющих КИН (коэффици­ ента извлечения нефти) - коэффициента сетки скважины (коэффици­ ента воздействия).

Впроцессе решения вышеперечисленных задач последова­ тельно реализуются следующие этапы:

-постановка задачи;

-конструирование описания исследуемого объекта непосред­ ственно по данным ГИС;

-задание априорной промыслово-геологической информации;