Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Применение сейсмического метода ОГТ для прямых поисков залежей углеводородов в карбонатных коллекторах

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Силкин, Константин Юрьевич, Воронеж

и

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Пд к /

и

На правах рукописи

ИЛ К ИII К онстаитин Юрьевич

Применение сейсмического метода ОГТ для прямых поисков залежей УВ в карбонатных коллекторах

Специальность 04.00.12 — геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических

наук, профессор А.П. Тарков

Воронеж, 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................5

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАБОТ, СВЯЗАННЫХ С ПРОБЛЕМОЙ ИЗУЧЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ АМПЛИТУД ОТРАЖЕННЫХ ВОЛН ОТ РАССТОЯНИЯ ИСТОЧНИК-ПРИЕМНИК.................. 11

1.1. Коэффициенты отражения плоской волны от газосодержащих коллекторов при наклонном падении на границу .............................................................................. 11

1.1.1. Теоретические основы.................................................................12

1.1.2. Углы падения............................ ...................................................14

1.1.3. Примеры.......................................................................................15

1.1.4. Анализ зависимости амплитуды от удаления......... ..................19

1.1.5. Выводы........................................................................................20

1.2. Изменения амплитуды, связанные с расстоянием источник-приемник и контролируемая обработка амплитуд 21

Выводы................................................................................................... 23

1.3. Вариации амплитуд отраженных волн для газосодержащих коллекторов, связанные с изменением расстояния от источника до приемника.................................................... 24

1.3.1. Теория..........................................................................................24

1.3.2. Примеры .....................................................................................29

1.3.3. Выводы........................................................................................30

1.4. Сейсмические амплитудные аномалии и АХ^О-анализ на месторождении Местена Гранде, округ Джим Хогг, Техас 31

1.4.1. Теория ................................ ..........................................................31

1.4.2. Пример........................................................................................34

1.4.3. Выводы.........................................................................................34

1.5. Моделирование А\^0 и локальные обменные волны .. ....34

Выводы................................................................................................... 37

1.6. Сравнение индикаторов АЛ^О: Изучение на основе моделирования....................................................................37

Выводы...................................................................................................39

1.7. Выводы к главе 1...........................................................40

ГЛАВА 2. ВЫБОР АДЕКВАТНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КАРБОНАТНОГО РАЗРЕЗА.........................................................................41

2.1. Петрофизические, литологические и структурные особенности карбонатных пород.........................................41

2.1.1. Некоторые особенности нефтегазоносности карбонатных отложений............................................................................................41

2.1.2. Процессы образования пустотного пространства карбонатных отложений...........................................................................................43

2.1.3. Размещение в земной коре залежей УВ, связанных с трещинными коллекторами...............................................................56

2.1.4. Роль трещин в формировании залежей УВ...........................59

2.1.5. Экспериментальные исследования петрофизических, литологических, структурных и коллекторских особенностей карбонатных пород............................................................................64

2.2. Квазианизотропия тонкослоистых периодических сред .. 71

2.3. Выводы к главе II...........................................................74

ГЛАВА 3. ТЕОРИЯ И АЛГОРИТМЫ

КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В АНИЗОТРОПНЫХ СРЕДАХ...........................................................................76

3.1. Постановка задачи..................... .....................................78

3.2. Алгоритм расчета лучей параметрическим способом ......79

3.3. Выводы к главе III........................................................ 80

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ AVO-АНАЛИЗА К

ПОЛЕВЫМ МАТЕРИАЛАМ СЕЙСМИЧЕСКОГО МЕТОДА ОГТ НА ПРИМЕРЕ

НИЖНЕКОРОБКОВСКОГО ПОДНЯТИЯ (ДОНО-МЕДВЕДИЦКИЙ ВАЛ) ..................................................82

4.1. Описание объекта исследований............. .........................82

4.1.1. Сейсмогеологическая характеристика района работ..............82

4.1.2. Методика полевых работ..........................................................89

4.2. Результаты применения метода А\^0 для карбонатных коллекторов ......................... ..............................................90

4.2.1. Описание первичного материала ....................... .......................90

4.2.2. Методика обработки первичного материала......... .................92

4.2.3. Анализ полученных зависимостей................ .............................92

4.3. Выбор оптимальных параметров суммирования по ОГТ96

4.4. Выводы к главе IV....................................................... 98

ГЛАВА 5. ПРОВЕРКА ПРОВЕДЕННЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ С ПОМОЩЬЮ

МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.............99

5.1. Влияние анизотропии скорости и типа порового флюида в карбонатном коллекторе на динамические характеристики волн................................................................................... 99

5.2. Методика А\^0-моделирования по материалам полевых сейсмических работ на Романовской площади ..................108

5.2.1. Построение модели среды...................................................... 108

5.2.2. Расчетные результаты моделирования ..................................112

5.3. Выводы к главе V.........................................................112

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................113

ЛИТЕРАТУРА.................................................................. 116

ВВЕДЕНИЕ

Прямые поиски залежей углеводородов в последнее время приобретают всевозрастающее значение в связи с тем, что объектом направленного поиска с помощью геофизических методов становятся средние и малые месторождения на значительных глубинах. Проверка с помощью бурения перспективных ловушек такого типа становится все менее рентабельной.

Изучение зависимости амплитуд отраженных волн от угла наклона лучевых траекторий (или от расстояния источник-приемник) проводится уже давно [35,37,39,41,44]. Был разработан метод AVO (Amplitude Versus Offset), что можно перевести как "зависимость амплитуды от расстояния источник-приемник". Далее фразу "расстояние источник-приемник" будем для краткости обозначать "РИП". Этот метод позволяет с достаточной точностью определять тип порового флюида коллектора по характеру изменения амплитуд с изменением угла падения волн на отражающие границы в продуктивной части разреза (как правило, на подошву и кровлю пласта-коллектора). Однако никто не изучал эту зависимость для карбонатов и доломитов, насыщенных газом, нефтью или водой. Все авторы ограничивались рассмотрением только терригенных пород. Между тем, приводимая здесь табл. 1 доказывает, что на долю карбонатных коллекторов (даже без учета смешанных коллекторов) приходится более трети всего углеводородного сырья. Поэтому задача распространения уже разработанного метода AVO на карбонатные коллекторы представляется

Антологические Нефть Газ типы пород

»—ж—* ~0 л s л л Табл. 1. Соотношение ресурсов

1 ерригенные Zo.4 о4.1

углеводородов в коллекторах Карбонатные 44.0 28.1 различных литологических типов,

Смешанные 27.6 7.8 % [11]

нам важной и актуальной.

Научная новизна данной работы заключается в том, что в ней изучаются карбонатные коллекторы, отличающиеся значительной неоднородностью по сравнению с терригенными, а также анизотропией скорости, что существенно усложняет решение поставленных задач. Полученные результаты могут быть использованы для проведения прямых поисков залежей УВ в карбонатных коллекторах, так как позволяют делать заключения о типе порового флюида (газ или вода), насыщающего горные породы, только с помощью анализа амплитудных кривых в ОГТ-выборках.

Цель работы — обосновать возможность применения для прямых поисков залежей углеводородов в карбонатных коллекторах сейсмического метода ОГТ (в модификации АЛ/О), основанном на детальном изучении динамических особенностей отраженных волн.

Задачи диссертации формулируются следующим образом.

1. Провести исследования зависимости амплитуд отраженных волн от РИП для конкретного карбонатного коллектора.

2. Разработать компьютерную программу для моделирования А\/0~ эффектов в анизотропных упругих толстослоистых средах. Под толстыми слоями будем понимать такие слоя, мощность которых превышает длину сейсмической волны.

3. Проверить с помощью математического моделирования правильность проведения амплитудного анализа полевого материала.

4. Сделать выводы о перспективности поисков залежей УВ в карбонатных коллекторах с помощью А\/0-анализа.

Для решения первой задачи была взята сейсмическая информация, полученная в процессе проведения полевых работ (АО " Волгоград -нефтегеофизика") по методу ОГТ на профиле 860529 Романовской площади (район Доно-Медведицких поднятий). Выбор профиля обусловлен наличием на сейсмическом временном разрезе перспективной антиклинальной структуры по продуктивному горизонту

(трещиноватые известняки воронежского горизонта, D3fr), а также тем, что скважина 20-Нижнекоробковская, пробуренная вблизи этого профиля, дала воду с примесью нефти из пласта-коллектора. На сейсмограммах О.ГТ изучались амплитуды осей синфазности, связанных с волнами, отраженными от карбонатного коллектора. Было взято несколько сейсмограмм, чьи средние точки находились как над предполагаемой залежью, так и вдали от нее. Полученные в результате соотношения показали, что характер зависимости амплитуды от РИП имеет разную форму над предполагаемой залежью и вдали. Было сделано предположение, что это связано в большей степени с изменением в коллекторе типа порового флюида (с газа на воду) вдоль профиля, хотя допускается также и более слабое влияние смены литологии и коэффициэнта пористости.

Вторая задача — составление компьютерной программы для двумерного математического моделирования сейсмических эффектов в анизотропных средах — была решена с помощью системы визуального программирования Delphi 3.0. Программа написана на языке Object Pascal 7.0. Она обладает возможностью рассчитывать с точностью нулевого приближения лучевого метода кинематические и динамические характеристики отраженных волн, распространяющихся в упругой среде, состоящей из небольшого (10-20) количества "толстых" анизотропных (трансверсально-изотропных) слоев. При этом параметры слоев могут изменяться вдоль профиля.

Для решения третьей задачи была построена двумерная модель среды по ПР 860529 Романовской площади. При этом учитывались как возможная анизотропия слоев, так и изменение их упругих характеристик по латерали. Исходной информацией для этого послужили: временной разрез по профилю, данные сейсмического и акустического каротажа в скважине 20-Нижнекоробковская.

Результатом моделирования стали вычисленные зависимости амплитуды отраженных волн на синтетических сейсмограммах ОГНГ в тех точках профиля, которые соответствуют моделируемой залежи и вдали от нее.

Решение первых трех задач позволило решить и последнюю. При сравнении экспериментальных и теоретических А\/0~ зависимостей обнаружилось их значительное сходство. Был сделан вывод о том, что проведение исследований амплитуд волн, отраженных от границ карбонатного коллектора имеет большое практическое значение, так как позволяет делать предположения о типе флюида, заполняющего поры карбонатного коллектора. Это, в свою очередь, позволит проводить прямые поиски залежей УВ.

Таким образом, основными защищаемыми положениями диссертации являются:

1. Доказана эффективность применения метода АЛ/О для обработки сейсмических данных ОГТ с целью прямых поисков залежей углеводородов в карбонатных коллекторах.

2. Разработана компьютерная программа для моделирования полей отраженных волн в анизотропных горизонтально-неоднородных карбонатных коллекторах.

3. Доказана возможность применения метода А\/0 для определения оптимальных параметров суммирования по ОГТ при исследовании карбонатных коллекторов.

Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. В 1-й главе "Обзор работ, связанных с проблемой изучения зависимости амплитуд отраженных волн от расстояния источник-приемник" проводится обзор исследований по проблеме прямых поисков залежей углеводородов с помощью АЛ^О-анализа. Как можно увидеть, все исследования проводились только для терригенных коллекторов.

В процессе решения поставленных задач мы натолкнулись на определенные трудности, связанные с петрофизическими особенностями карбонатных пород. Как показано во П-й главе "Выбор адекватной математической модели карбонатного разреза", известняки и доломиты очень часто характеризуются существенной изменчивостью физических свойств (для нас особенно интересны скорости продольных и поперечных волн). Карбонаты нередко имеют различные скорости распространения сейсмических волн в матрице породы по различным направлениям, то есть обладают свойством анизотропии скоростей. Это вызывается закономерными изменениями физических свойств матрицы породы (в результате выщелачивания, доломитизации, каль-цитизации и др.), раздроблением породы системами трещин. Предлагается использовать в качестве математической модели карбонатного разреза совокупность "толстых" трансверсально-изотропных однородных слоев. С помощью такой модели можно учитывать не только тонкую слоистость разреза, но и существенную неоднородность карбонатов.

В III-й главе "Теория и алгоритмы компьютерной программы математического моделирования волновых процессов в анизотропных средах" для математического моделирования кинематических и динамических особенностей отраженных волн в анизотропных средахприводятся основные теоретические положения и алгоритмы программы, разработанной автором и использованной им для исследований.

В ГУ-Й главе "Применение А\^0-анализа к полевым материалам сейсмического метода ОГТ на примере Нижнекоробковского поднятия (Доно-Медведицкий вал)" дается описание конкретного сейсмического полевого материала метода ОГТ. Производится обработка этой информации по методу А\^0 и выявляются особенности поведения

графиков зависимости амплитуды отраженных волн от РИП.

\/-я глава "Проверка проведенных исследований с помощью математического моделирования" посвящена проверке и подтверждению исследований, описанных в IV главе. Для этого используется математическое моделирование с помощью разработанной автором программы. Делаются выводы относительно влияния типа насыщающего флюида на характер А\/0-зависимости.

ГЛАВА 1. ОБЗОР РАБОТ, СВЯЗАННЫХ С ПРОБЛЕМОЙ ИЗУЧЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ АМПЛИТУД ОТРАЖЕННЫХ ВОЛН ОТ РАССТОЯНИЯ ИСТОЧНИК-ПРИЕМНИК

В 80-е годы значительные исследования на Западе были посвящены определению литологии и типа порового флюида с помощью анализа зависимости амплитуды отраженных волн от расстояния источник-приемник (РИП). Авторы работ [29,35] эффективно использовали связь амплитуда-от-РИП (атрНШс1е^ег5и8-о££8е1:, АУО) в выборке ОГТ (совокупности сейсмотрасс, полученных при разных РИП, но с общей для всех глубинной точкой отражения) для разделения амплитудных аномалий, генерируемых газосодержащими пластами от остальных других высокоамплитудных аномалий.

В данном обзоре рассмотрены статьи зарубежных (как правило, американских) авторов, посвященные А\^0-анализу сейсмической информации, вышедшие в свет после 1984 года. Обзор включает основополагающую работу [35], новые методические разработки других авторов [28, 37, 39, 43], а также конкретный пример использования А\^0-анализа [26].

1.1. КОЭФФИЦИЕНТЫ ОТРАЖЕНИЯ ПЛОСКОЙ ВОЛНЫ ОТ ГАЗОСОДЕРЖАЩИХ КОЛЛЕКТОРОВ ПРИ НАКЛОННОМ ПАДЕНИИ НА ГРАНИЦУ

В разведочной сейсморазведке часто встречаются амплитудные аномалии, вызываемые непромышленными скоплениями газа или вообще не связанные с залежами газа. Данную проблему трудно решить. Однако, амплитудные аномалии, обусловленные несодержащими газ высоко- или низкоскоростными слоями, могут иметь специфические

характеристики. Здесь рассматривается статья [35], посвященная методу, который, в принципе, потенциально способен различить аномалии, связанные с газом, от аномалий, обусловленных другими объектами (например, пластовыми интрузиями).

1.1.1. Теоретические основы

Коэффициент Пуассона СТ для изотропного упругого материала связан простой зависимостью со скоростями Р- и 5-волн в этом материале:

сг =

(УрЛ/8)2-2п

{Ур/УвУ -1

(1.1)

Это уравнение показывает, что коэффициент Пуассона может быть определен с помощью полевых или лабораторных измерений Мр

и У5.

Коэффициенты отражения. Используя упрощенные уравнения Цеппритца [44] из [32] можно показать, что на отдельной границе отражения/преломления между двумя изотропными средами существуют 4 независимых переменных: 1) отношение скоростей Р-волн в двух средах; 2) отношение плотностей в двух средах; 3) коэффициент Пуассона в верхней среде; 4) коэффициент Пуассона в нижней среде. Перечисленные величины определяют коэффициенты отражения и прохождения для плоской волны на сейсмической границе.

Автор работы [32] обнаружил, что при значительно различающихся значениях коэффициента Пуассона в двух граничащих средах происходят большие изменения формы зависимости коэффициен�