Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Прогноз начальных суммарных ресурсов нефти и газа с использованием геолого-математического моделирования

ВАК РФ 04.00.17, Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Аль Хиндави Абдул Карим Хмеди, Москва

' У/

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации Российский Государственный Университет нефти и газа

им. И.М.Губкина

На нравах рукописи УДК 553.98.048:51.001.57

АЛЬ ХЙНДАВН АБДУЛ КАРИМ ХМЕДИ

ПРОГНОЗ НАЧАЛЬНЫХ СУММАРНЫХ РЕСУРСОВ НЕФТИ И ГАЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОЛОГО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 04.00.17 -Геология, поиски и разведка нефтяных и газовых месторождений

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор, член-корреспондент РАЕН М.М.Элланский

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва, 1999.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4

Глава 1 Методологические аспекты проблемы 8

Моделирования поисково-разведочного процесса в нефтегазовой геологии

1.1. Система моделей поисково-разведочного процесса и 8

ее особенности.

1.2 Различные подходы к построению и использованию математических 11 моделей в нефтегазовой геологии.

1.3 Общие принципы построения математических моделей 12 в нефтегазовой геологии.

1.4 Использование априорной информации при селекции 13 математических моделей с помощью фильтров

Глава 2. Краткая геологическая характеристика перспективных 16

нефтегазоносных зон Хекбери и Минелузы.

2.1. Олигоценовая формация Хекбери юго-восточной части штата 16

Луизиана и штата Техас.

2.2Перспективная зона Минелуза нефтегазоносного региона Паудер - 34 Ривер

Глава 3. Описание распределений залежей нефти и газа 46

по величине запасов с помощью теоретических законов распределения случайных величин.

3.1. Обзор предшествующих работ по использованию теоретических 46 распределений для описания распределения открытых залежей.

3.2. Анализ применимости различных теоретических распределений для 49 описания выборочных данных.

Глава 4. Кривые роста. Использование кривых роста для прогноза 61

начальных суммарных ресурсов углеводородов.

4.1. Введение (кривые роста и эффекты торможения) 61

4.2. Кривые роста, фазовые переходы и сорбция. 65

4.3. Кривые роста в биологии. 66 4.4 Кривые роста в наукометрии и экономике. 71 4.5. Применение кривых роста для прогноза начальных суммарных 72 извлекаемых ресурсов нефти и газа.

4.6 Сопоставление различных кривых роста друг с другом. 75

Глава 5. Формальные алгоритмы оценивания параметров. 78

78

5.1. Некоторые требования к методу статистического оценивания.

5.2. Классификация методов оценивания параметров. 81

5.3. Классификация алгоритмов нелинейного оценивания 83

5.4. Гибридная схема оценивания. 84

Глава 6. Имитационное моделирование процессов открытия залежей 87

нефти и газа.

6.1. Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент. 87

6.2. Описание некоторых особенностей реализации метода Монте-Карло 89 на модельном примере.

6.3. Особенности постановки задачи моделировании процесса открытия 92 залежей.

6.4. Некоторые особенности применения метода Монте-Карло для 94 моделировании процесса открытия залежей.

Глава 7. Практическая реализация методики прогноза начальных 97

суммарных ресурсов (с помощью кривых роста)

7.1. Некоторые особенности первичных данных, используемых при 97 апробации методики.

7.2. Совместное рассмотрение выборочных данных для двух выборок. 97 Нормализация данных.

7.3. Построение кривых роста по выборке залежей формации Хекбери. 103

7.4.Построение кривых по выборке залежей перспективной зоны 105 Минелуза

7.5. Сравнение экстраполяционных свойств различных кривых роста при 108 разном объеме выборочных данных для выборки открытых залежей олигоцеового комплекса Хекбери.

Глава 8. Результаты имитационного моделирования процесса открытия 113

залежей.

8.1. Порядок выполнения работы и выбор инструментария для 113 проведения компьютерного моделирования

8.2. Уточнение двух алгоритмов процесса открытия залежей 114

8.3. Уточнение алгоритма розыгрыша процесса открытия залежей, 116 исходящего из гиперболической зависимости

8.4. Результаты имитационного моделирования процесса открытия 119 залежей по величине запасов нефти и газа

8.5. Имитационное моделирование процесса открытия залежи по 125 гиперболической схеме

Заключение 129

Литература 131

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В последние годы « возникло новое направление в нефтегазовой геологии - моделирование поисково-разведочного процесса и долгосрочное прогнозирование направлений и условий поисков нефти и газа на далекую перспективу, определение оптимального размещения объемов геологоразведочных работ и прогноз их результатов» (Н. А. Крылов, 1984 г). В современных экономических условиях необходимость опережающего (до того, как приступить к непосредственному ведению поисково-разведочных и эксплуатационных работ) моделирования всей системы работ на нефть и газ - прогноз ресурсов нефти и газа, прогноз открытия новых залежей, исследование динамики поисково-разведочного процесса (переход начальных ресурсов в промышленные запасы, а запасов - в добычу нефти и газа), разработка и эксплуатация залежей и т.д. в пределах конкретных территорий - еще более возросла.

Такое моделирование необходимо для определения целесообразности инвестиций, для оценки геологического и экономического рисков. Для России актуальность проблемы создания эффективных математических моделей поисково-разведочных работ обусловлена спецификой добычи углеводородов и, в первую очередь, нефти в этом столетии. Освоение ресурсов нефти основных нефтегазодобывающих регионов России в течение последних лет характеризуется снижением эффективности геологоразведочных работ, уменьшением величины открываемых залежей, ухудшением характеристик приращиваемых запасов (с точки зрения их добычи) и, как следствие, ростом себестоимости подготовки запасов и добычи нефти. Возникла государственная проблема геолого-экономической оценки перспектив освоения неразведанных ресурсов нефти регионов с высокой степенью освоения нефтегазовых недр. Для успешного решения этой проблемы необходимо создать эффективные имитационные математические модели не отдельных звеньев поисково-разведочных работ, а всего поисково-разведочного процесса, позволяющие выбирать оптимальный сценарий этого процесса и организовать эффективное управление поисково-разведочным процессом.

Конечно, геологический прогноз неотделим от оценки экономической значимости прогнозируемых скоплений разномасштабных объектов. Но не менее очевидно и то, что собственно геологический прогноз сохранил и представляет до сих пор самостоятельную ценность. Поэтому необходимо обобщение опыта геологического прогноза, необходимо построение геолого-математических моделей, адекватных природным объектам, и моделей распределения в них ресурсов углеводородов, и создание отвечающих современным требованиям систем прогнозирования нефтегазоносности разномасштабных объектов,

опирающихся на компьютерные технологии и последние достижения в области методики и методологии прогнозирования.

Цель работы - усовершенствовать модели а) прогноза начальных потенциальных ресурсов углеводородов и б) процесса открытия новых залежей в частично опоискованных, разведанных и разрабатываемых (последнее не обязательно) крупных нефтегазоносных объектах. Такой объект должен быть «направлением поисково-разведочных работ». Зарубежный аналог названия такого объекта - единая перспективная зона - «play».

Для достижения этой цели были сформулированы следующие основные задачи исследований:

• исследовать характер выборочных распределений открытых залежей по величине запасов углеводородов и возможности их аппроксимации теоретическими распределениями,

• расширить круг кривых роста, используемых для прогноза суммарных начальных ресурсов нефти и газа выбранных объектов исследования по данным о приросте промышленных запасов углеводородов (накопленной добычи нефти и газа) как функции времени или объема поисково-разведочных работ, выбрать наиболее эффективные из них и усовершенствовать методику оценки их коэффициентов,

• разработать более совершенные, чем имеющиеся, модели процесса открытия новых залежей углеводородов по величине их запасов,

• опробовать разработанные модели на фактических материалах при прогнозе суммарных начальных ресурсов углеводородов и при моделировании процесса открытия новых залежей по величине запасов углеводородов.

Научная новизна, личный вклад.

• Предложено использовать для прогноза суммарных начальных ресурсов углеводородов выбранных нами объектов (помимо уже использующихся кривых роста -Гомперца и логистической кривой) ранее не применяющиеся в нефтегазовой геологии кривые Берталанфи и непрерывного смешения.

• Предложена оптимальная методика оценки коэффициентов кривых роста.

• Предложено две модели процесса открытия залежей нефти и газа по величине запасов, одна из которых учитывает выявленную диссертантом гиперболическую

закономерность открытия залежей, а вторая объединяет две «крайние» модели открытия: а) жесткую зависимость порядка открытия от размера залежи и б) случайное открытие, не зависящее от размера залежи, учитывающая как размер открываемой залежи, так и элемент случайности

Практическая ценность работы.

• Разработанные методики прогноза суммарных начальных ресурсов углеводородов и моделирования процесса открытия новых залежей нефти и газа по величине запасов могут быть использованы в регионах с высокой степенью освоения недр, в частности, в основных нефтегазоносных провинциях России,

• Эти же методики можно использовать таким фирмам, как ЛУКОЙЛ, ЮКОС и др. при оценке перспектив лицензионных участков,

Фактический материал. В процессе работы были использованы фактические данные о залежах нефти и газа (название залежи, величина запасов, год открытия) по двум крупным нефтегазоносным регионам США. Первый регион связан с одной из крупнейших областей прогибания - впадиной Мексикансокго залива. В нем выделена в качестве объекта исследования олигоценовая формация Хекбери. Второй район - Паудер-Ривер - является одним из многочисленных бассейнов Скалистых Гор, каждый из которых приурочен к отдельным впадинам. В этом районе в качестве объекта исследования выбрана перспективная зона Минелуза. Выполненный диссертантом анализ геологических материалов по выделенным объектам показал, что они могут рассматриваться как единые «направления поисково-разведочных работ» (единые перспективные зоны -«play»).

Аппробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на XIV Губкинских чтениях «Развитие идей И. М. Губкина в теории и практике нефтегазового дела»

Структура и объем работы, Диссертация состоит из введения и 8 глав. Общий

< . наименований.

Диссертация выполнена на кафедре теоретических основ поисков и разведки нефти и газа РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина под научным руководством доктора геолого-

в 1996 г.

объем работы v , страниц,

таблиц и ., рисунков. Библиография включает

минералогических наук, профессора М.М. Элланского. Научным консультантом по вопросам использования методов оптимизации при оценке параметров кривых роста и программирования для персональных компьютеров был кандидат технических наук Б. Н. Еникеев (ЦГЭ МинТопЭнерго). Своему научному руководителю и научному консультанту автор выражает искреннюю благодарность за большую помощь, ценные советы и консультации в процессе работы над диссертацией.

Во время работы автор пользовался советами профессоров Л.В.Каламкарова ,Н.А.Крылова, В.И.Ермолкина, доцента А.Н.Руднева, которым автор выражает свою искреннюю признательность.

Диссертант в своих исследованиях широко использовал теоретические и методические разработки в области методологии и методов моделирования поисково-разведочных работ на нефть и газ отечественных и зарубежных специалистов: : К.С.Баймухаметова, М. Д. Белонина, Ю. Н. Батурина, Н. И. Буялова, А. М. Волкова, В. И.Демина, Г. X. Дикенштейна, Н. А. Еременко, В. И. Ермакова, А. Н. Золотова, А.Э. Канторовича, Н. А. Крылова, Ю.С.Кувыкина, В. С. Лазарева, М.Г.Лейбсона, М. С. Моделевского, В. Д. Наливкина, И. И. Нестерова, М.М.Саттарова, Г. П. Сверчкова, В. В. Семеновича, В.В.Стасенкова, Ю. В. Подольского, В. М. Рыжика, Э. М. Халимова, В. И.Шпильмана, Г.Т.Юдина, М. Хабберта, Л. Дрью, Ж. Шуенмайера и др.

ГЛАВА 1

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНОГО ПРОЦЕССА В НЕФТЕГАЗОВОЙ ГЕОЛОГИИ

1.1. Система моделей поисково-разведочного процесса и

ее особенности.

Во введении уже говорилось о том, что в последние 20-30 лет возникло новое направление в нефтегазовой геологии - изучение и моделирование поисково-разведочного процесса.

В ходе исследования проблемы моделирования поисково-разведочного процесса как российскими, так и зарубежными учеными прояснились многие стороны этой проблемы. В частности, было установлено, что имеют место устойчивые закономерности, свойственные тем или иным аспектам поисково-разведочного процесса.

Именно это делает необходимым логико-профессиональное изучение и моделирование основных закономерностей поисково-разведочного процесса. Причем необходимо построить не просто модели отдельных звеньев процесса, а всего комплекса развивающихся во времени поисково-разведочных работ и поставить вопрос об оптимальном управлении этим комплексом.

При моделировании поисково-разведочного процесса необходимо учесть, что его протекание зависит от большого числа факторов - геологических, технологических, социальных, экологических, политических, то есть, возможны различные варианты развития поисково-разведочного процесса даже в данных конкретных геологических условиях. В принципе, полная и замкнутая система математических моделей должна позволить исследовать эти варианты и выбрать из них оптимальный с помощью комплексного (векторного) критерия, учитывающего все существующие факторы, влияющие на поисково-разведочный процесс.

Следовательно, математические модели поисково-разведочного процесса должны иметь имитационный характер и быть существенно многомерными.

В итоге общая система моделирования поисково-разведочного процесса должна включать в себя глобальные блоки моделирования всех вышеуказанных факторов (в условиях современной России это означает еще и моделирование стратегии инвестиций и политики, что делает задачу очень сложной и практически неустойчивой). Принципиальная

недетерминированность и сложность моделирования этой задачи заставляет диссертанта ограничиться более реальными возможностями существующей практики.

Поэтому представляется необходимым ограничиться для моделирования лишь частью блоков, из которых должна быть создана система математических моделей. Мы уже отмечали во введении, что мы не будем рассматривать весь поисково-разведочный процесс, а ограничимся лишь задачами а) прогноза суммарных начальных ресурсов (с использованием историко-статистического метода) и б) прогноза открытия новых залежей в зависимости от величины запасов нефти и газа. Кроме того, мы не будем рассматривать объекты, на которых поисковые работы начинаются "с нуля". Предлагаемые нами модели будут описывать поисковые работы на частично опоискованных, разведанных и разрабатываемых (последнее не обязательно) объектах.

При построении системы моделей поисково-разведочного процесса необходимо:

а) выбрать объекты исследования,

б) выбрать объекты моделирования,

в) построить математические модели для каждого объекта моделирования,

г) по возможности объединить эти модели в систему, позволяющую в зависимости от входных параметров (отражающих геологические, технологические, социальные, экономические и др. факторы) моделировать различные варианты протекания поисково-разведочного процесса.

В качестве объекта исследования, как уже отмечалось во введении, мы выбрали так называемое направление поисково-разведочных (геологоразведочных работ) на нефть и газ. В 1984 г. Н.А.Крылов дал следующее определение этого объекта: «под направлением геологоразведочных работ на нефть и газ следует понимать совокупность однотипных месторождений (открытых и неоткрытых или предполагаемых), поиски и разведка которых ведутся по единой методике (и единым комплексом технических средств), которые сосредоточены в одном нефтегазоносном этаже и в пределах одной тектонической зоны, включающей один или несколько смежных структурных элементов». За рубежом практически аналогичный смысл имеет так называемая единая перспективная зона - "play".

Рассмотренное определение направления поисково-разведочных работ в настоящее время понимается более широко. Главные черты этого объекта следующие: а) один этаж нефтегазоносности, выбор которого зависит как от геологических, так и от технологических факторов, б) однородное распределение залежей по в�