Программно-технический комплекс 14 Задачи гис 14 гип как проблемно-ориентированные базы данных на территорию исследований 14 > Концепция создания гип с применением гис и дфм-технологий 16 дфм-технологии 16

Вид материала

Документы

Содержание 3. Концепция создания ГИП с применением ГИС и ДФМ-технологий ДФМ-преобразование сейсмического временного разреза с постобработкой Поинтервальная оценка аномальных давлений Определение геометрии и структуры схемы блоковой динамики.

Подобный материал:

• Задачи геоинформации выходят за рамки картографии, делая ее основой для интеграции, 743.35kb.
• Лекция №3. Организация данных в гис первым шагом к проекту гис является создание пространственной, 268.29kb.
• Программы для интерпретации гис интегрированнaя система обработки данных гис "прайм", 103.04kb.
• Гис-технологии в экологии, 1013.18kb.
• Концепция тренажера уровня установки. Требования к тренажеру (лекция 3, стр. 2-5), 34.9kb.
• Лекция №10. Инструментальные средства гис лекция №10. Инструментальные средства гис, 499.17kb.
• Курс лекций по дисциплине «Базы данных в гис» для студентов факультета «Геодезия картография, 1285.14kb.
• Ерения с применением многофункциональных скважинных приборов с обработкой первичных, 366.22kb.
• Лекция №4. Модели данных > Лекция №4. Модели данных Вопросы организации данных в гис,, 462.87kb.
• Лекция №16. Применение гис по сфере использования гис не имеют себе равных. Они применяются, 429.39kb.

3. Концепция создания ГИП с применением ГИС и ДФМ-технологий

Основной задачей, поставленной в работе, стало создание схемы блоковой геодинамики на территорию республики Татарстан. Для чего был создан геоинформационный пакет с применением ГИС-технологий. Идея создания ГИП основана на следующем предположении. Историю движения земной коры условно можно разделить на два периода. Первый – это период накопленных движений, в котором зоны разрушений сложились исторически в периоды формирования и геодинамического развития осадочного чехла. Эти зоны отчетливо прослеживает интегральный кинематический параметр, который найден в результате анализа рельефов дневной и стратиграфических поверхностей, а так же потенциальных полей. С большой степенью вероятности следует считать, что значение параметра связано с накопленной амплитудой движений, а аномальные значения его градиента – с вертикальными зонами разрушения. Данный параметр выводит на предельную блоковую схему осадочного бассейна.

Второй период, отражает современный процесс блоковой динамики, в котором движения блоков незначительны и менее заметны – мгновенные движения. Эти движения иллюстрирует современная блоковая схема, которая представляет собой оценку аномального давления, преобразованную по ДФМ-технологии. Описанная выше схема наглядно изображена на рисунке 3.1.


Рис. 3.1. Структура базового геоинформационного пакета и прогнозные параметры динамических процессов.

3.1. ДФМ-технологии

Общие положения. Опыт исследования движений земной коры показывает, что в системе «бассейн-фундамент» непрерывно происходят активные и реактивные процессы. Вследствие этого в любой точке осадочной толщи величина общего давления меняется со временем и может отличаться от гравитационной составляющей на сколь угодно значимую величину.

Если предположить, что градиент общего давления в среде изменяется с геологическим временем под действием процессов, происходящих в астеносфере, литосфере и далее в осадочном бассейне, то флюид в осадочной толще направленно перемещается в соответствии с законом Дарси [7]:

,

где с – проницаемость среды в данной точке,  – динамическая вязкость флюида, v – вектор скорости флюидного потока, - градиент общего давления (породное давление плюс флюидное давление (давление в пустотном пространстве среды)).

Рассматриваемое явление может быть описано тремя взаимосвязанными моделями:

• моделью проницаемости осадочной толщи, связанной с геологией бассейна,
  
• моделью процессов движений в активной системе «бассейн–фундамент» в виде распределения величины в пространстве и во времени, что связано с геодинамикой,
  
• моделью скорости флюидного течения v, которая отражает флюидодинамику.
  

Модель проницаемости может быть найдена при стандартной интерпретации сейсмических данных. Модель флюидного течения можно определить понятием динамико-флюидная модель (ДФМ) среды, для определения которой необходимо оценить величину . Именно эта задача решается с помощью ДФМ-технологии интерпретации сейсмических данных [25]. Идея поиска ловушки любого типа, в том числе не определяемых сейсмическими данными, или области скопления флюида, заключается в обнаружении области аномальных значений или v. Важно отметить, что ДФМ-интерпретация позволяет оценить относительные параметры флюидонасыщенности, а не нефтегазоносности. Таким образом, речь не идет о прямом способе обнаружения нефти или газа. Концепция оценки параметров ДФМ построена на прямой связи динамического состояния среды с ее флюидонасыщенностью в предположении непрерывности горного и флюидного давлений [26].

ДФМ среды. Образование залежей нефти и газа представляет собой последовательность трех процессов:

• генерация углеводородной субстанции,
  
• миграция многофазной флюидной смеси,
  
• аккумуляция легких и образование вязких фракций углеводородов (УВ).
  

Очевидность этой схемы следует из того, что обычно область возможного углеводородного питания бассейна не совпадает с пространственными параметрами залежей нефти и газа. Поэтому представления о процессах генезиса нефти эволюционировали от статических моделей к идее флюидодинамики.

Традиционные методы и технологии обнаружения и изучения нефтяных и газовых месторождений ориентированы на обнаружение ловушек различной формы и генезиса. Такая концепция может решить проблему «где?», но не отвечает на вопросы «почему?» и «что в ловушке?». Если из-за отсутствия оценки параметров миграционных процессов флюидов при ограниченной разрешающей способности сейсморазведки невозможно обнаружить ловушку в явном виде, то следует ориентироваться на логику процессов переноса флюида.

Собственно миграционный процесс флюида управляется двумя основными параметрами – проницаемостью и градиентом общего горного давления. Концепцию, в которой оценка пространственного распределения этих параметров в осадочной толще поможет установить схему движения флюидной смеси и осуществить общий прогноз положения областей наиболее вероятного скопления этой смеси или ее углеводородной фракции, называют динамической.

Найденные параметры миграционных процессов могут вывести на начальное звено процессов образования месторождений нефти и газа – пространственное положение генерационной области бассейна или его основания (фундамента). Тогда возможно сформулировать серию обоснованных гипотез и построить соответствующую схему нефтегазоносности региона, на которой отображены области углеводородного питания бассейна, векторное поле миграционного потока и зоны его аномальных параметров. Область аномальных параметров миграционного потока отображает как положение ловушки любого традиционного типа (структурного, стратиграфического или литологического), так и контур ловушки неясного генезиса.

В основе динамики осадочного бассейна лежат представления о причинах и схеме дезинтеграции бассейна на различных формационных уровнях: слой, породная ассоциация, формация, формационный комплекс, бассейн, фундамент [27]. Схема дезинтеграции осадочной толщи и дальнейшее представление ее в виде дискретной (блоковой) системы определяют характер миграционных процессов флюидов по следующим соображениям.

Блоковая структура меняет организацию пустотного пространства породного массива, сущность которой заключается в системном принципе соединения плоских пустот, образующихся на контактах блоков различных иерархических уровней. Любая дискретная система является активной средой, в которой непрерывно происходит изменение напряженного состояния как результат замедленной реакции на внешние силовые воздействия (со стороны активной среды – фундамента). Иначе говоря, осадочная толща с дискретной структурой всегда находится в состоянии активного «вязкого течения» в основном вдоль вертикальной оси. В такой среде гидростатическое давление содержит дополнительную «сверх гидростатическую» составляющую. Гидростатическое давление - литостатическое (гравитационное или нормальное) давление, а «сверх гидростатическое» - добавка к нормальному давлению со знаком плюс или минус. При этом положительная добавка обозначает разгрузку и указывает, что на эту величину нормальное общее горное давление уменьшилось, а при отрицательной добавке (сжатие) текущее давление будет больше нормального литостатического давления. Переменные параметры процесса «вязкого течения» приводят к непрерывному изменению пустотного объема и проницаемости. Это выводит флюидную массу из статического состояния и переносит ее в пространстве бассейна в соответствии с распределением и изменением сверх гидростатического давления. Таким образом, динамические параметры системы «бассейн–фундамент» определяют динамику флюида и управляют флюидными течениями в осадочной толще.

Поэтому необходимо сконструировать такую модель осадочной толщи, которая оперирует динамическими параметрами среды в единой причинно-следственной цепочке: дискретность – давление – проницаемость – скорость и направление течения флюида. Такая модель называется ДФМ осадочной толщи.

Роль фундамента в ДФМ имеет особое значение, т.к. его структура, свойства и текущее состояние являются начальными и граничными условиями для определения параметров блоковой динамики бассейна.

Основы ДФМ-интерпретации сейсмических данных [14]. В контексте ДФМ контакт двух формационных объектов любого иерархического уровня с дискретной структурой независимо от контраста упругих и плотностных свойств пород по обе стороны от него, рассматривается как плоскость разрыва сплошности среды и является сейсмическим отражателем. Атрибуты сигналов волны, отраженной от этого контакта зависят от приложенного к нему общего горного давления [18]. Подобная модель отражения в теории упругих волн известна как «нежесткая» граница, на которой упругие контакты двух разделенных трещиной полупространств ограничены. Плотность таких контактов, условно определяемая коэффициентом жесткости, зависит от приложенной к плоскости внешней нагрузки. В постановке дискретной структуры среды понятие жесткости границы дополняется объемами дискретов, на которые разбиты два граничащих друг с другом пространства. В модели дискретной неоднородно напряженной среды коэффициент отражения упругой волны соответствует аномальному давлению в точке отражения. Определяемая относительная изменчивость коэффициента отражения вдоль сейсмической отражающей границы является относительной оценкой градиента аномального давления в тех же точках. Вертикальная сумма нормированных оценок отклонений величины давления отражает текущее динамическое состояние того или иного блока.

В соответствии с общей идеей прогноза аномальных давлений в объеме осадочной толщи обработку и интерпретацию сейсмических данных следует рассматривать как поэтапный и связанный процесс, в котором учитываются все необходимые детали для достижения высокой точности не только структурных построений, но и восстановления истинных амплитуд и частот сейсмических сигналов. Основная особенность и общая тактика анализа сейсмических данных заключается в накапливании кинематических и динамических поправок, постепенно выявляемых на различных этапах процесса обработки.

Результатом интерпретации по ДФМ-технологиям являются схемы блоковой динамики осадочной толщи и интервальные карты аномальных давлений по горизонтам или по вертикальным сечениям (разрезам). На заключительном этапе по найденным оценкам аномальных давлений и с учетом геометрии границ блоков решается в различных постановках уравнение Дарси с построением прогнозных карт оценок флюидных давлений, проницаемости или параметров флюидного потока (направление и величина скорости потока). При наличии достаточного числа скважин с результатами испытаний пластов, относительные значения флюидных параметров могут быть переведены в истинные значения. На подобных картах могут быть обнаружены контуры аномальных давлений, по характерному виду которых может быть принято обоснованное решение о вероятном положении границ нефтенасыщенности в плане или в разрезе продуктивного интервала.

Общая схема интерпретации включает следующие этапы.

1. ДФМ-преобразование сейсмического временного разреза с постобработкой. ДФМ-преобразование осуществляется по каждому разрезу с исходным дискретом (2 мс). На выходе получаем ДФМ-разрез в точном формате трасс, в котором каждая трасса содержит отсчеты нормированных оценок аномального давления с той же дискретностью. Аномальные значения общего давления всюду нормированы к величине литостатического давления, усредненного по данному горизонту с T= const.

2. Поинтервальная оценка аномальных давлений. Анализ полученного ДФМ-переобразования с учетом целевых интервалов прогноза нефтеносности позволяет выбрать основные интервалы интегрирования оценок аномального давления в необходимых временных границах. Интегрированная оценка градиента давления в заданных границах выбранных интервалов определяется по ДФМ-разрезу методом вертикального суммирования оценок давления с последующей нормировкой на количество горизонтальных сечений в интервале.

3. Определение геометрии и структуры схемы блоковой динамики. Анализ поинтервальных оценок аномальных давлений, оценок обобщенных геодинамических градиентов и ДФМ-разрезов по вертикальным временным сечениям определяет геометрию и иерархию активных блоков по принципу снизу-вверх, начиная от активной части системы «бассейн-фундамент» – фундамента и далее последовательно по всей продуктивной части осадочной толщи

В окончательном виде флюидодинамический разрез представляет собой оверлей трех разрезов:

• временного разреза,
  
• растрового изображения относительной оценки аномального общего давления,
  
• векторного изображения распределения относительной оценки скорости (длина вектора) и направления флюидного потока (направление вектора).
  

4. Предварительные результаты интерпретации ДФМ-разрезов. ДФМ-разрезы являются основой для изучения проблем миграции и аккумуляции УВ в региональном масштабе, в детальном масштабе используются для разведочных целей.

Концепция флюидодинамической модели осадочного бассейна [17]. В последние годы в качестве основного генерационного механизма теории нефтегазообразования рассматривают процесс тепломассопереноса из нижних этажей бассейна за счет дефлюидизации фундамента [21]. При этом принимается идея блоковых перемещений осадочного чехла и фундамента в виде чередования зон уплотнения и разуплотнения горных пород при их нагреве, происходящем в процессе погружения и последующей литификации. В результате возникает неравновесная система из отдельных блоков, между которыми и происходит прорыв в верхние этажи бассейна нагретых флюидных смесей из фундамента, которые, в свою очередь, встретив углеводородный «полуфабрикат» в виде керогена, запускают процесс генерации нефти и газа (рис. 3.2 [21]).

Реализация углеводородного потенциала бассейна связывается со специфическими условиями его прогрева. В такой модели признаются основными по существу два связанных между собой процесса:

• блоковая динамика осадочного чехла и фундамента,
  
• термодинамика флюидных потоков.
  

Названные процессы являются следствием общей геодинамики Земли, существовали всегда и происходят в данный момент времени. С точки зрения времени образования залежи нефти или газа можно утверждать, что в каждом конкретном случае залежь образовалась не раньше какого-то периода развития бассейна. Определить конечную временную границу формирования скопления УВ невозможно. Известны факты, свидетельствующие о непрерывном поступлении нефти в ловушку. Например, независимые расчеты разных специалистов показывают, что на Ромашкинском месторождении ежегодно добавляется около 1 млн. тонн нефти. Этот факт можно объяснять с разных позиций:

1. Процесс генерации нефти из материнской толщи не завершился до сих пор, и непрерывно поддерживается тепломассопереносом из фундамента.
   
2. Нефть или ее «полуфабрикат» генерируется в глубинных интервалах кристаллического фундамента и поступает в осадочный чехол с восходящими
   

Рис. 3.2. Схема флюидодинамики осадочного бассейна (по Соколов Б.А., Абля Э.А.).

Условные обозначения: 1 -осадочный разрез в условиях погружения (I); 2-7 - флюидонасыщенные зоны разуплотнения (2 - нефтегазовая, 3 - ГЗН, 4 - ГЗГ, 5 - термального газа, 6 - кислых газов, 7 - газорудная); 8 - астеносфера; 9 - земная кора; 10 - верхняя мантия; 11 -соляные купола (V); 12 - грязевые диапиры (VI); 13 - листрические нарушения; 14 - изотермы, ^оС; 15 - перемещение не УВ теплоносителей (Ш); 16 - перемещение углеводородных потоков (II); 17 - направление движения УВ; 18 - направление движения водноуглекислых флюидов. флюидными потоками.

3. Существует дальняя горизонтальная миграция нефти из множества мелких периферийных скоплений.
   

Не зависимо от гипотезы, фундаментальным обстоятельством, является одно - в основе некоторого множества процессов, приводящих к формированию или переформированию месторождения нефти или газа, заложен флюидодинамический режим системы «осадочный чехол-фундамент». Логика этих рассуждений построена на убеждении в том, что собственно флюидодинамический режим осадочного бассейна устанавливается и поддерживается непрерывным образом за счет реализации трех основных процессов [16]:

1. Последовательное разрушение фундамента и осадочного чехла во всей истории развития литосферы и ее геодинамического режима и образование среды с дискретной структурой.
   
2. Среда с дискретной структурой теряет прочность и приобретает свойства активной неравновесной системы с блоковой организацией реакции ее стратифицированных интервалов на текущие (современные) изменения параметров геодинамического режима литосферы.
   
3. Гидростатический режим бассейна переходит во флюидодинамический, согласованный с текущей блоковой активностью системы «осадочный чехол-фундамент».
   

Учитывая все вышесказанное можно выделить основные элементы флюидодинамической модели – геометрия дискретной и блоковой структуры.

В целом, весь процесс прогноза флюидодинамических параметров по сейсмическим временным разрезам можно представить схемой, изображенной на рисунке 3.3 [19].


Рис. 3.3. Прогноз флюидодинамических параметров по сейсмическим данным (ДФМ-технология).

Достаточно большой опыт применения ДФМ-технологии оценки флюидодинамических параметров в различных осадочных бассейнах свидетельствует о действительно блоковом характере современного геодинамического состояния осадочного чехла и фундамента. Методика прогноза схемы современной блоковой динамики осадочного чехла и фундамента и оценки флюидодинамических параметров продуктивных интервалов в последние годы активно применяется на территории республики Татарстан.

Результаты ДФМ-преобразования временных разрезов по совокупности региональных сейсмических профилей РТ. За основу прогноза параметров геодинамической активизации осадочного чехла и фундамента РТ принята совокупность региональных сейсмических профилей. Вся система из 21 профиля состоит из трех, качественно различных групп:

• временные разрезы, полученные в результате переобработки полевых материалов,
  
• временные разрезы из архива цифрового материала ОАО ТАТНЕФТЕГЕОФИЗИКИ,
  
• временные разрезы из бумажного архива, переведенные в цифровую форму по методу сканирования изображения.
  

Все названные группы временных разрезов были преобразованы в оценки аномальных давлений по ДФМ-технологии (ссылка скрыта). В целом анализ всех результатов полученных по качественно различным группам исходных временных разрезов позволяет объединить все оценки аномальных давлений в одну совокупность. Обоснованность такого решения является следствием нормировки оценок по каждому из разрезов к одному и тому же динамическому диапазону. Кроме того, для построения целевых карт аномальных давлений применяется интегрированный метод суммирования оценок ДФМ–параметра по вертикали в заданных интервалах осадочного чехла и фундамента.

Учитывая все названные особенности интерпретации неоднородной по качеству группы региональных сейсмических профилей целесообразно реализовать схему получения интегрированных оценок в крупных интервалах осадочного чехла и фундамента.

С точки зрения распространения сейсмических волн в модели блоковой структуры с переменными силовыми нагрузками, в осадочном чехле и в фундаменте существуют два типа границ:

• горизонтальные границы стратиграфических интервалов, по обе стороны от которых среда имеет несовпадающую блоковую (дискретную) структуру и, следовательно, на этой границе возникает контраст коэффициента Пуассона и компонент напряжений,
  
• вертикальные границы блоков, находящихся в данный момент времени в состоянии несовпадающего по величине скорости и знака движения.
  

В реальной сейсмической модели осадочного чехла РТ основные горизонтальные границы приурочены к горизонтам V, C, D и F (верей, карбон, девон и фундамент соответственно). Сейсмическая контрастность этих границ обусловлена существенной вещественной и дискретной неоднородностью. Границы сформированы в периоды грандиозных перемен в условиях и режимах осадконакопления, что предопределило первичную механическую дефектность среды с последующим разрушением в периоды сильных тектонических импульсов в девоне и карбоне. Изменчивость атрибутов сигналов отраженных волн вдоль таких границ в основном будет управляться современным напряженным состоянием. Поскольку, процесс современных движений реализуется блоковой структурой, то в блоках разгрузки фиксируется по всем горизонтальным границам уменьшение давления на каждую точку отражения и коэффициент отражения увеличивается, а в блоках сжатия – наоборот. Именно эти эффекты и выявляются ДФМ–преобразованием временных разрезов.

Вертикальные границы блоков будут фиксироваться вертикальными областями относительных оценок давления с положительным знаком – область разгрузки. Ширина таких зон может составлять первые сотни метров для активных блоков осадочного чехла с преимущественным горизонтальным размером 5-6 км (блоки 2-го порядка) и, около километра для крупных блоков фундамента с горизонтальным размером порядка первых десятков километров (блоки 1-го порядка).

Это положено в основу интерпретации сейсмических материалов по региональным профилям. Анализ всех ДФМ-разрезов позволяет обнаружить две особенности:

• согласованное изменение давлений в разгружающихся блоках по основным коллекторам карбона и девона,
  
• соответствие этих областей вертикальным областям разгрузки в фундаменте.
  

Отмеченные особенности в разной степени просматриваются на всех представленных профилях [19].

На рисунках 3.5 (ссылка скрыта) и 3.6 (ссылка скрыта) представлены карты оценок аномальных давлений по осадочному чехлу и фундаменту, полученные по данной сети 21-го временного разреза, преобразованных по ДФМ–технологии. Центральными особенности обеих карт являются две меридиональных области, которые пересекают всю территорию РТ, одна из которых с востока проходит в районе Ромашкинско-Елховской зоны. Такая ситуация выглядит вполне правдоподобно по двум соображениям - меридиональное направление границ современной геодинамики должно соответствовать оси форланда Урала с одной стороны, а с другой – обе контрастные зоны прослеживаются на всей серии ДФМ-разрезов в виде сквозных вертикальных областей аномальной разгрузки в осадочном чехле и на всю видимую мощность фундамента. Следовательно, можно предположить, что эти области соответствуют границам крупных активных блоков. Подтвердить это предположение возможно по морфологическому анализу рельефов стратиграфических границ, включая дневную поверхность и структуре гравитационного поля.