Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка методики скоростного анализа в сложно-построенных средах

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

Автореферат диссертации по теме "Разработка методики скоростного анализа в сложно-построенных средах"

и

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА им. И. М. ГУБКИНА

На правах рукописи

ДВОРЕЦ НИКИТА НИКИТОВИЧ

УДК 550.834.05

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СКОРОСТНОГО АНАЛИЗА В СЛОЖНО-ПОСТРОЕННЫХ СРЕДАХ

Специальность 04.00.12 — геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1991

Работа-выполнена в Госддарственной - академии нефти и газа им.И.М. Губкина я в Центральной Геофизической Экспедиции (ЦГЭ) Миннефтегазпроыа СССР.

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук, проф. Й.К.Нрцпов.

Официальные оппоненты: доктор Физико-математических наук В.М.Глоговский,

кандидат геолого-минералогических наук О.С.Аккуратов.

I

Ведуцее предприятие трест "Грозиефтегеофизика"

Защита состоится , в часов на

заседании специализированного совета Д.053.27.08.по защите диссертаций на соискание» ученой степени кандидата наук при Государственной академии нефти и газа им.И.И.Губкина по адресу 11791?; Носква,'Ленинский проспект,д.65. ....." '

С диссертацией маяно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "_____"__________1991г.

Учений секретарь

специализированного совета,

кандидат технических надо ..........Н.И.Кривко

ы 0£

О-г.'^л йсссртгций

ОБЕЗПЯ ХАРЙКШ'ИСТШ РАБОТЫ

Актуальность темы. Внедрение методики общий глубинной точки, а также постоянно совершенствующейся цифровой обработки сейсмической информации на базе современной вычислительной техники обеспечили реиение широкого крцга задач при поисках нефтяных, газовых и месторождений других полезных ископаемых.

При поисках ловушек как структурного, так и неструктурного типов все бояьиее внимание уделается изучении вещественного состава геологических сред. Как вытекает из теории и практики сейсморазведки, успешность поиска ловушек и самих залежей не в последнюю очередь зависит от степени изученности скоростей распространения упругих сейсмических волн.

Как известно, наиболее достоверную и имеете с тем достаточно детальную информации о скоростях можно получить путем непосредственных измерений в скважинах и других горных выработках. Однако, учитывая ограличгчные объемы этой информации, на практике первостепенное значение придается метода« изучения скоростных характеристик среди по данным метода отраженных волн. К настоящему времени создано немало способов реиения этой проблемы, основанных на различных видах преобразования исходной сейсмической информации и реализованных в таких программных комплексах, как ПСИ-ЦМРНП. КИНГ. РСМ-2 и другие.

Определение ско/зстей в большинстве известных комплексов основано на аппроксимации среды упрощенными моделями с плоскими границами и постоянными в пределах области определения пластовыми скоростями и последушщим пересчете скоростей ОГ'Г и времен Ьо

в интервальные (пластовые) скорости. Однако, в последнее время большое значение приобретает поиск лопчиек в районах со сложными сейсмо-геологическими условиями, где указанные комплексы недог. ■

таточно эффективны. После проведения сейсмических исследований такие районы описываются сложно-построенными моделями срсды, включавшими резкая и, визну границ и большие контрасты, или аномальную изменчивость пластовых скоростей. Такие модели естественный образом нарушит гиперболичность годографов ОГТ, пршшма емцв в качестве допущения при стандартной обработке сейсмоданных. Вносимая при этой логреииость в значения Чогт и 1о способна привести к снижении точности оценки скоростной модели среды, и, тек самым, к искакеиив глубинной модели.

Можно полагать, что отказ от использования упрощенных моделей и пересчета значений Уогт » (а в пользу непосредственного расчета исходных сейсмограмм долкен привести к повышении достоверности информации по скоростей в словно-ностроенных средах. Позтонд настоящая работа посвящена разработке методики скоростного анализа и определению интервальных (пластовых) скоростей непосредственно по исходный сейсиограмман ОГТ без допущений о негиперболячности годографов.

Цель работа: повышение достоверности скоростного анализа при обработке сейсморазведочных данных для слояно-построенных сред.

Основные задачи:

- Исследование существующих промышленных алгоритмов расчета интервальных скоростей с целью оценки их возмошюстей;

- Теоре,ическое обоснование и разработка комплекса ал. .>-ритмов расчета скоростной модели среды с криволинейными границами по исходным сейсмограммам ОГТ;

- Разработка комплекса программ и методики построения скоростной и геометрической хар :теристик среды на основе созданной алгоритмической базы;

- Исследование работоспособности и технологичности создан' •'го программного комплекса на модельном материале;

- Оценка геологической эф, лпивпости предложенной методики на основе ее опробования на модельном и полевом сейсмическим материале.

Научная новизна. Одним из факторов, сдерзиващих применение большинства существующих алгоритмов для определения скоростной и геометрической характеристик среди со слоеной геометрией отр. ;а~ нщих горизонтов, является допущение о гиперболичности годографов ОГТ, Впервые в рамках двумерной модели среды, била разработана алгоритмическая база, учитывающая > негиперболичпость поведения наблшдаеыых годографов ОГТ, что позволяет применять I .здашшй комплекс программ для расчета скоростной модели среди в слоа-но-построешшх средах. Применительно к данный ОГТ исследована сходимость итеративного процесса решения прямой и обратной кинематической задачи, на уровне сейсмограмм ОГТ для модели среды с кусочно-линейной аппроксимацией криволинейных границ раздела с возможностью латерального изменения пластовых скоростей.

Практическая ценное работа. Созданные автором методика и комплекс алгоритмов полоаены в основу комплекса программ о] )-деления интервальных (пластовых) скоростей и восстановления глубинной модели среды за счет использования исходных сейсмограмм ОГТ.

На основе разработанной методики к предложенных алгоритмов создан комплекс программ для ЕС ЗВМ расчета скоростной и глубинной моделей среды для регионов со сложным строением. Применение комплекса рекомендуется в районах со слонной тектоникой, там, где традиционные способы расчета моделей среды оказываются 1 малоэффективными.

Комплекс передан в ОФЛП ЦГЗ Нтшефтепрома, тем самым созданы необходимые условия для промшвяен • го применения разработанной методики в организациях, проводяцих сейсмо- !зведоч!ше исследования.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содг.'р*ит 76 страниц маиинописного текста и 47 рисунков. Список литературы содервит 60 наименований.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ОБЗОР АЛГОРИТМОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТНОЙ И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДН.

Проведен обзор действующих программных комплексов, предназначенных для определения скоростных моделей среды. На основе обзора литературных источников и анализа программных комплексов выделено и кратко охарактеризовал пять основных алгоритмических направлений.

1. Алгоритмы расчета скоростной модели среды на основе перехода к предельным значениям кинематических-параметров отравен-ннх волн. Выделенные здесь две группы алгоритмов включают в себя алгоритмы пересчета исходных данных (Иогт и to) с использованием корректирующих мноителей за отклонение среды от модели (Нрупов Й.К..Йккуратов О.С.), а такке способ последовательного пересчета ( программа 0SH2 комплекса РСМ-2 ЦГЗ П }, в котором вначале на основе приблияенннх представлений о модели строится распределение эффективных скоростей Уэф (to.x), которое на последующих этапах пересч--нвается. в пластовую модель и модель средних скоростей. Последовательность этапов пересчета может быть представлена следипщей схемой:

иогт Озф—♦ Ue иогтл~^> ипл, Ucp.

Данный способ могет применяться при сравнительно спокойной тектоиике, давая существенные овибки в случаях резкой кривизны границ раздела.

2. Алгоритмы расчета скоростной модели срсды по взаимным

точкам годографов отраженных boj . Здесь можно выделить подход, отраженный в работе Я.В.Невинного и ft.К.Ярупова, состоящий в послойной определении параметров пола скоростей в слоистых средах за счет использования параметров волн на взаимных пикетах, а такае-параметров криволинейной кровли. В качестве исходных данных использцотся годографа ОТВ.

Еще к одной реализации метода взаимных точек относится алгоритм, изложенный в работе В.М.Глоговского и др., основанный на определении исходных данных для имевшихся пар взаимных точек при наблюдениях методом ОГТ. Данный алгоритм реализован в bi е программы RSÜT (комплекс РСМ-2 ЦГЗ МНЮ.

3. Итеративные алгоритмы расчета скоростной и геонетричес-кой характеристик среды, Известные алгоритмы различается параметрами итераций. По указанному признаку можно выделить три вида алгоритмов:

3.1. На основе точных решений обратной задачи для простых моделей сред корректируют я исходные эффективные значения скоростей. Таким образом, введение поправок в исходные данные мс-ч-ли создает итерационный процесс, существенно снижающий погрев-ности определения глубин и пластовых скоростей (Гогоненков Г.Н.Борейко И.Ф.);

3.2. Оценка скоростных и структурных параметров модели производится путем подбора параметров среды, обеспечивающих минимальное значение целевой функции, характеризующей расховдение между теоретическими и экспериментальными временными полями всех отраженных волн (алгоритм КИНГ.Гольдин С.й. и др.). Здесь итера-

и- ционный процесс реализован в повторении следупщей последовательности -расчетов: 1) изменение вектора неизвестных параметров модели; 2) выполнение прямой кинематичо ой задачи и 3) вычисление целевой функции;

3.3. В алгоритме SNELL1. реализованном в комплексе РСМ-2,

параметрами итераций становятся значения разности пластовых скоростей, полученных на соседних итерациях. При этом, сначала оценивается поправка зд смещение предельных значений параметров годографа ОГТ относительно их спектральных значений. Далее с ее помощью корректируются исходные времена модели среды для их приближения к предельным значениям, и затеи алгоритмом SNELL0 строится i-e приближение модели, рассчитывавшее Пластову® скорость по аналогу формулы Ярупова-Дикса для криволинейных границ.

Глава 1 завершается исследованием ряда проблем, связанных с определением скоростной модели среди и влиявших на достоверность определения пластовых скоростей. Оцениваются ошибки, обусловленные допущениями, залоаенныии в вычислительнуи схему алгоритма, исследуется помехозащищенность з""сритмов.

Делается вывод о необходимости.сравнительного анализа ииро-ко применяемых на практике алгоритмов (пакет программ РСМ-2) с цельв оценки возможностей их применения при изучении сложно-построенных сред.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ПОСТРОЕНИЙ СКОРОСТНОЙ й ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДЫ Hfl МОЛЕЛЬНЫХ ДАННЫХ.

Сделана попытка определить влияние важнейших факторов, фор-мируицих модель среды, на т. шость оценки скоростной модели следы в комплексе РСМ-2. Дана оценка возможностей пакета программ РСИ-2 при расчете интервальных скоростей для выбранных серий моделей среди.

Для двух серий моделей исследуптся результаты варьирования геометрии, в одном лучае отражающей, а в другом - преломлянщей границ. Установлено, что для указанных серий результирующие модели в большинстве своем оказываится довольно простыми, и прак-

тичесии любой алгоритм комплекса РСИ-2 даст хорошее приблиаение расчетной скоростной модели среды к истинной. Погрешности в определении пластовых скоростей связаны, в основном, с краевыми эффектами данных моделей (для алгоритмов 05Н2 И'КЯиТ), однако, и их можно было бн уменьшить за счет экстраполяции глубинных границ моделей и другими способами, применяемыми в практике обработки модельного материала.

Изучено влияние глубины залегания отражавших границ и мощности пластов на основе сравнительной обработки алгоритмами и двух моделей среды, отличавшихся одна от другой удвоенной глубиной залегания одноименных отражавших границ (3 плоские и одна криволинейная преломляющие границы раздела). Результаты расчетов показывают, что уменьшение фактора 1/Н (отношение длины годографа к средней глубине границы раздела) приводит к снивенив точности определения пластовых скоростей (в данном случае примерно в 3 раза по 4-му горизонту модели по программе ЗИЕНП. При этом, сопоставление с результатами расчетов программой ¡^Т указывает на предпочтительность программы 5НЕ1ЛЛ для обработки моделей среды с криволинейными промеяуточ-иныи границами раздела.

Учитывая наименьшие погрешности программы БНЕЬ. для оценки работы комплекса РСМ-2 в сложных сейсмологических условиях, были исследованы результаты работы этого алгоритма на модели с сильно искривленной преломляющей границей раздела. Погрешности определения пластовых скоростей оказались довольно существенными: максимальные отклонения/ составили около 400 м/с.

Одним из факторов, влиявших на появление этих погреиностей является негиперболичность годографов ОГТ, по которым рассчитываются исходные данные модели (Уогт и 1о), Негиперболичиость годографов ОГТ приводит к искааенив исходных данных модели и тем самым вносится, погрешность при расчета скоростной нодй»й среди.

- в -

Учитывая, что все алгоритмы коь.^лекса РСМ-2 используют скорости Иогт и времена 1о в качестве исходных данных, возникает потребность в разработке новых алгоритмов для расчета скоростной ноде-ли среды, по возможности устраняющих влияние негиперболичности годографов ОГТ. Данный подход позволил бы сделать оценку скоростной модели среды с меньшими погрешностями.

Глава 3. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ ДЛЯ РАСЧЕТА СКОРОСТНОЙ МОДЕЛИ В СЛОШ-ПОСТРОЕНШ СРЕДАХ.

Разработан комплекс программ двухзтапного расчета интервальных скоростей и положения отражающих границ в районах со сложными сейсмо-геологическими условиями.

На первом этапе расчетов итеративным способом на основе традиционных исходных данных (скоростей иогт и времен 1о) делается оценка априорной скоростной модели среды.

Затем, на втором этапе эта оценка уточняется за счет прив-. чения в качестве исходных данных исходных сейсмограмм ОГТ.

Предложен и обоснован итеративный алгоритм расчета скоростной и геометрической характеристик среды при'использовании кинематических характеристик волнового поля (Оогт и Ьо). Идея итеративного метода заключается в варьировании пластовой скорости в горизонте, лежащем над отражающей границей, с последующим реве-нием прямой и обратной задач и сравнении полученных кинематических характеристик с данными реальных наблюдений. В ходе работы алгоритма, при расчете параметров 1-го пласта, варьируют тестируемые значения пластовых скоростей. Работа данного комплекса алгоритмов заключается в реиг'ии прямой задачи для заданного варианта пластовой скорости и последующего решения обратной кинематический задачи. На этапе реакция обратной задачи сформирован-

ные в результате трассирования сейсмических лучей годографы ОТВ сортирувтся в годографы ОГТ, по которым и рассчитывается теоретически с значения скоростей UorT.

При этом, итерация с максимальной близостью наблюденных и теоретических законов VorT(x) считается окончательной.

В ходе исследований выяснено, что при корректном подборе управлявших параметров программы, использование UorT и io при расчете сложно-построенных сред не ведет к существенным погрси-ностям при оценке скоростей на модельных данных.

Второй этап расчетов заключается в использовании исходных сейсмограмм ОГТ для уточнения априорной оценки скоростной модели среды. При этом, большая часть процедур совпадает с процедурами первого этапа вычислений.

Получение окончательной скоростной и геометрической характеристик среды достигается учетом негиперболичности годографов ОГТ, вызванной, в общем случае, повышенной сложностью модели среды.

В соответствии с клшчевой идеей алгоритма, для каждой сейсмограммы ОГТ оценивается суммарная энергия (схожесть) трасс в заданном временном окне, сформированном вдоль теоретического годографа ОГТ. Суммирование полученных значений по набору сейсмограмм дает спектральное значение на данной итерации.

При достижении истинного значения пластовой скорости, на i-той итерации, теоретические годографы ОГТ будут совпадать с соответствующими годографами в исходных сейсмограммах ОГТ, давая тем самым максимальна«! энергии сигнала в выбранной окне. Значение пластовой скорости на этой итерации считается окончательным, и по ней восстанавливается окончательное положение текшей отражающей границ».

Исследование возможности расчета пластовых скоростей и положения отражавших границ в миделях среди, визшмпаих иргкгшр'ю ■

личность годографов ОГТ. HccjiOhJuaime ставило задачей выяснить следующие вопросы, которые могли бы возникнуть при практическом использовании алгиритма:

- если даже линии 1о(х) и можно проследить, то из-за искажения сигнала она может оказаться неверной;

- значения Уогт, найденные по спектрам плохого качества (снова из-за негииербсличнссти годографа) могут оказаться плохими данными для получения начальных приближений на нервом этапе работы алгоритма.

Исследования показали, что:

1. Суцествушт "нромекуточные" ситуации, когда годографы ОГТ уже но являются гиперболами, esse можно получить исходные данные для модели, но уже нужно учитывать негиперболичность при решении обратной задачи.

2. При расчетах сложно-построенных моделей среды применение исходных сейсмограмм ОГТ позволяет добиться уточнения оценки скоростной модели среды за счет учета негипербсличности годографов ОГТ.

3. "Реальные" l/огт не влияит на точность окончательной оценки пластовых скоростей в комплексе 1US, но могут потребовать больвего количества итераций на втором этапе работы алгоритма из -за смешения априорной оценки скоростной модели среды на первом этапе работы комплекса.

Глава 4. ОПРОБОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ НА РЕАЛЬНОМ ИАТЕРЙАЛЕ.

Опробование разработанного комплекса программ проведено на реальном материале. При этом по возможности был подобран материал с криволинейными границами раздела пластов (Индия, Азербайджан и Грозный).

4.1. Сопоставление обработки материала из Индии (площадь СПЮУ) в различных комплексах показывает, что для субгоризон-тальннх границ раздела оценки скоростных и геометрической моделей среды практически одинаковы. В связи с этим, далее комплекс ШЬ' был опробован для более сложных сейсмо-геологических условий.

4.2. Профиль П/ШР4 (Азербайджан) входит составной частью в региональный профиль, пересекающий территории., которую с геотектонической точки зрения можно отнести к сочленения двух зон молодой складчатости (Большого и Малого Кавказа). Данный профиль связывает Иижне-Куринскув впадину на северо-востоке через Саатлы -Геокчайскун систому поднятий с Евлах-йгдяабединским прогибом и складчатой областью Малого Кавказа на западе.

Для профиля 1ШДАР4, согласно данным бурения скважины N2 Западного Гарасу, выделяют 4 горизонта:

- СГ-1 - по всем скважинам площади ПЛДОР проходит ниве кровли продуктивной толщи (Г1Т) в пределах 120-180 м (на разрезе существует горизонт, совпадавший с кровлей ПТ);

- СГ-П - на 120-140 м вние подошвы ПТ. Здесь СГ-П проходит на 1460 м нияе кровли ПТ (в северо-восточном направлении мощность ПТ увеличивается);

- СГ-Ш - стратиграфически можно привязать только к скважине 1 Западного Гарасу, где этот горизонт проходит на 80 м ниже кровли мэотиса. В остальных скважинах этот горизонт не вскрыт:

- СГ-"Р" - тоже иогет быть привязан к разрезу скважины 1 Западного Гарасу, где проходит на 50 м нияе кровли сармата. Этот горизонт приурочивается к меловым отложениям, не вскрытым бурением.

Результат обработки в комплексе ШБ выбранной четырехплас-товой модели среды для данного профиля показывает, что первые три горизонта полученной глубинной модели среды хорошо аппроксимирует данные сквамншх наблыдеиий по одноименным горизонтам

(четвертый горизонт модели нахо; гея ниже точки забоя скважины).

4.3. Исследуемый профиль <ПР 85-070002 - Грозный) расположен в районе Юго-Восточной периферии Прикаспийской впадины, где можно выделить 4 основных структурных этапа: подсолевой. кун-гурско-триасовый, врско-палеогеновый и неогена--четвертичный.

Подсолсвые отложения характеризуются поведением отражающих горизонтов Пу (подоива соли, ориентировочная глубина залегания 4500~4'/00м) и кровли терригенного девона около 4700-5200м). Нунгурско-триасовый комплекс характеризуется проявлением солевой тектоники (с мощностью соленосной толщи от 0 до 3000м). Юрс-ко-палеогеновый этаж залегает с резким угловым несогласием на кунгурско-триасовом. Характерное отражение - подошва неокома с субгоризонтальным залеганием. Мощность отложений неоген-четвертичного этажа незначительна и составляет около 80 м.

Обработка данного профиля из-за тектонических нарушений (сброс) в центральной части включила в себя расчет в комплексе I US двух фрагментов профиля - участки хорошо коррелируемых отражений, соответствуйте основным структурным этажам геологического разреза в левой и правой части профиля. Полученные глубинные модели хорошо согласуются с ориентировочными глубинами залегания подсолевых отложений flj и кровли терригенного девона Пу

Б заключении сформулированы основные выводы и защищаемые положения диссертации:

1. Существует ряд "промежуточных" ситуаций при описании модели среды, когда годографы 0ГТ уже не являются гиперболами, еще можно получить исходные данные для модели, но уже нужно учитывать их негиперболичность при решении обратной задачи.

2, Предложенные алгоритма позволяют создать эффективный пакет программ двухэтапного расчета скоростной и геометрической характеристик сред по сложным строением, превосходящий по точности 1йрокп применяемый г. ластоязие крему итеративной алгир.чш SHELL!

(комплекс РСН-2).

3. На основе проведенных исследований можно утверждать, что итераг ные алгоритмы расчета скоростной нодели среды и положения отражающих границ имеют широкие перспективы применения для поиска структурных ловуиек углеводородов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИЙ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Дворец H.H. Способ определения скоростной и геометрической характеристик среди с существенной негиперболичностыо годографов ОГТ. В сб. "Научно-производственные достижения нефтяной проммлснности в новых условиях хозяйствования",М. ,1989,вып. 11, с.12-15.

2. Дворец ¡1.11. Оценка применимости исходных данных при расчете скоростной модели в условиях сложного строения среды. Экспресс-информация, сер. "Нефтегазовая геология и геофизика", И. ИЭ'М .вып 11.

3. Дворец H.H. Оценка применимости и.сходных данных при расчете скоростной нодели в условиях сложного строения среды. Бюллетень ассоциации "Нефтегазгеофизика",Н.,1992,вып 2.

Подп. к печати 20 -У 199 i г. Ф.П.Л. О, 7JT Тираж .ипография ОХО Миннефтегазпрома СССР. Зак. № 2^06,