Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Выявление нелинейно-упругой динамики среды при поиске и разведке нефтегазовых залежей

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Выявление нелинейно-упругой динамики среды при поиске и разведке нефтегазовых залежей"

На правах рукописи

УДК 550.834

404 I и«-«

Глебов Алексей Алексеевич

ВЫЯВЛЕНИЕ НЕЛИНЕЙНО-УПРУГОЙ ДИНАМИКИ СРЕДЫ ПРИ ПОИСКЕ И РАЗВЕДКЕ НЕФТЕГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

25.00.10- Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 МАЙ 2011

Уфа-2011

4847329

Работа выполнена в ОАО «Институт геологии и разработки горючих ископаемых» (ОАО «ИГиРГИ»).

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор

Грунис Евгений Борисович.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор,

член - корреспондент РАН Николаев Алексей Всеволодович

доктор геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Ленский Владимир Анатольевич

Ведущая организация: ОАО «ТНГ-Групп» (г. Бугульма)

Защита диссертации состоится «10» июня 2011 г. в 1600 часов на заседании диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.020.01 при Открытом акционерном обществе «Научно-производственная фирма «Геофизика» (ОАО НПФ «Геофизика») по адресу:

I г-

450005, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 8 Марта, д. 12 "Ч

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО НПФ «Геофизика».

Автореферат разослан «06» мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, __Хисаева Д.А.

доктор химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время большинство крупнейших нефтегазовых месторождений вступает в стадию падения добычи, что обуславливает актуальность работ, направленных на восполнение ресурсно-сырьевой базы. Данный факт отражается в увеличении объема геологоразведочных работ на нефть и газ, связанных с планомерной доразведкой слабо изученных периферийных частей нефтегазоносных бассейнов. Особый практический интерес представляет подготовка к глубокому бурению недоизученных склоновых частей разрабатываемых месторождений, в которых наличие или отсутствие углеводородных скоплений может быть установлено только по результатам сейсмического картографирования нефтегазоносных объектов различного морфолого-генетического типа. Данные целевые объекты характеризуются сложным зональным распределением флюидонасыщенных коллекторов, для которых использование стандартных линейных подходов не всегда позволяет достичь ожидаемых результатов.

Ключом к решению современных задач является четкое понимание нелинейности физических и геомеханических процессов, которые реально происходят в конкретных областях земной коры (Хаин В.Е., Гольдин C.B.). В этом проявляется новый подход в развитии геодинамических наук, который сейчас используется в передовых научно-технических организациях.

Актуальность работы определяется ее направленностью на выявление нелинейно-упругой динамики нефтегазовых залежей по данным стандартных сейсморазведочных исследований отраженных волн.

Цель диссертационной работы - выявление по данным сейсморазведки и подготовка к глубокому бурению новых нефтегазоперспективных объектов на основе нелинейных эффектов распространения сейсмических волн.

Объект исследования - нефтегазовые залежи различного морфолого-генетического типа.

Предмет исследования - нелинейно-упругие характеристики нефтегазовых залежей, изучаемые сейсморазведочным методом.

Основные задачи исследования

1.Анализ причин возникновения и особенностей проявления нелинейно-упругих эффектов в сейсмических экспериментах.

2.Изучение искажений импульсных и вибрационных сейсмических сигналов, возникающих при прохождении и отражении продольных волн в нелинейных средах. Разработка математического (полиномиально-сверточного) способа описания установленных закономерностей.

3.Разработка методики сейсмодинамической идентификации нелинейных эффектов отражения (НЭО). Анализ ее возможностей и ограничений на синтетических и экспериментальных материалах.

4.0боснование выбора и подготовки к глубокому бурению нефтегазоперспективных объектов с использованием комплексного параметра «углеводородной нелинейности», рассчитываемого по временным разрезам отраженных волн.

Методы исследования

1. Анализ сейсмических сигналов и импульсных синтетических сейсмограмм, рассчитанных на основе скважинных данных АК и ГТКп.

2.Вычисление спектральных характеристик временных разрезов с целью динамической идентификации нелинейных эффектов отражения (НЭО).

3.Разработка авторских программ нелинейных спектрально-временных преобразований (СВП, кратных коррелограмм и др.) для комплексного использования с широко известными возможностями программных продуктов в области сейсмической интерпретации.

Научпая новизна

1.Установлен предсказуемый нелинейной теорией относительный рост (с увеличением расстояния) высокочастотных («кратно-гармонических») колебаний в спектре сейсмического сигнала, объясняемый проявлением нелинейно-упругих свойств самой среды распространения.

2.Теоретически обоснована применимость полиномиально-сверточной модели сейсмического сигнала, согласно которой нелинейно-упругие эффекты

распространения сейсмических сигналов в наибольшей степени проявляются в случае ортогональности нелинейных импульсных характеристик среды М-ого порядка.

3.Предложено проводить исследование нелинейно-упругих характеристик нефтегазовых залежей на основе расчета коррелограмм временных разрезов с сигналами, ортогональными к зондирующему импульсу Бр).

Основные защищаемые научные положения

1. Установленные фундаментальные эффекты относительного роста высокочастотных составляющих сейсмических сигналов являются экспериментальным доказательством наличия нелинейных упругих свойств в реальных геологических средах.

2.Методы динамической идентификации нелинейности на сейсмических разрезах отраженных волн обеспечивают площадную локализацию нефтегазоперспективных объектов с повышенной плотностью запасов УВ.

3. Адекватная переоценка сырьевых активов на существующих месторождениях УВ должна производиться с учетом ресурсного потенциала нефтегазоперспективных объектов различного морфолого-генетического типа, выделяемых по результатам динамической идентификации сейсмической нелинейности.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций,

полученных в рамках настоящего диссертационного исследования, обеспечивается их подтверждением на основе скважинной информации (данные ГИС и результаты испытаний).

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработанная методика выявления нелинейно-упругой динамики нефтегазовых залежей по данным стандартных сейсморазведочных исследований обеспечивает повышение кондиционности подготовки к глубокому бурению новых нефтегазоперспективных объектов.

В северной части Тевлинско-Русскинского лицензионного участка к бурению подготовлено три нефтегазоперспективных объекта с суммарными запасами свыше 5 млн.т.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследования, непосредственном участии в получении, сборе и анализе геолого-геофизической информации. Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, проведенных лично автором.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на международных конференциях: "ПЮМОДЕЛЬ-2007" (г.Геленджик); «Геофизика-2005» (г.Санкт-Петербург, 2005); II Сибирской Международной научной конференции молодых ученых и студентов (г.Новосибирск, 2004; X Международном симпозиуме студентов и молодых ученых имени академика М.А.Усова (г.Томск, 2006); Международной геофизической конференции и выставке в Австрии EAGE/BeHa'2006.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в рекомендованных ВАК изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 170 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 4 таблицы. Список литературы содержит 100 наименований.

Данная работа подготавливалась в два этапа. Методика изучения нелинейных эффектов отражения разрабатывалась под научным руководством академика Гольдина C.B. в институте Геофизики СО РАН. Обобщение и систематизация материалов, оформление их в виде диссертационной работы производились автором в Институте геологии и разработки горючих ископаемых под научным руководством д.г.-м.н., профессора Груниса Е.Б.

Всем своим руководителям и наставникам автор выражает глубокую благодарность. За ценные советы и полезные дискуссии автор признателен Сибирякову Б.П., Юшину В.И., Карстену В.В., Квасову К.Б., Керусову И.Н., Черновой О.В., Мордвинцеву М.В., Скачеку К.Г., Беляевой Н.В. и др.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель и задачи работы, научная новизна, защищаемые положения и практическая значимость, а также дается краткое описание структуры работы.

Глава 1. Современная проблематика экспериментально-теоретического и практического изучения нелинейно-упругих сред.

Геологическая среда представляет собой сложно построенную структуру, характеризующуюся неоднородным напряженным состоянием, наличием границ контрастного изменения физико-химических свойств горных пород, существованием трещиноватости и порового пространства, содержащих различные флюиды (пластовая вода, нефть, газ). Несмотря на эти очевидные факты, используемая на практике теория колебаний и распространения волн построена из предположений о сплошности среды, линейности закона Гука, а также малости деформаций. Следствием любого отклонения от данных постулатов линейной теории упругости становится появление нелинейных зависимостей между напряжениями и деформациями, деформациями и внутренней энергией среды и т.д. Данные нелинейные взаимосвязи приводят к нелинейным уравнениям движения в среде, решение которых не может быть представлено в виде простых гармонических решений [Николаев A.B., 1987].

Проведенный анализ результатов современных исследований нелинейно-упругих сред показал, что за последнее время чрезвычайно возрос исследовательский интерес в данной области. В поле зрения исследователей попали новые типы аномально высоких нелинейностей - структурная, гистерезисная, контактная. Они характерны для огромного количества материалов, в которых имеются разнообразные дефекты сплошности. Такие нелинейности определяются не молекулярной структурой среды, а динамикой макромасштабных элементов пространственной неоднородности.

На основе экспериментальных исследований физических и реологических моделей микронеоднородных сред показано, что наличие даже очень малых концентраций высокосжимаемых дефектов (например, трещин) приводит к

сильному увеличению нелинейности материала при практически неизменной величине линейных упругих модулей [Зименков C.B., Назаров В.Е, 1993].

Нелинейными свойствами обладают двух- и трехфазные среды: коллектор-флюид, коллектор-флюид-газ. Вариации объёмного содержания газа в породе приводят к резкому изменению её нелинейно-упругих свойств, наиболее ярко проявляющихся в изменениях её нелинейных параметров [Егоров В.Г.,2006]. Это напрямую связано с возможностью выделения в геологическом разрезе флюидонасыщенных пород, содержащих газ.

В области практического применения нелинейности геологической среды на сегодняшний день выделяются два основных направления: параметрические сейсмовибрационные исследования и сейсмоэмиссионные методы.

Параметрические сейсмовибрационные исследования основаны на изучении нелинейных составляющих волнового поля (кратные гармоники, суммарные и разностные частоты), возникающие при распространении вибрационных сигналов в среде. Сигналы кратных гармоник имеют достаточно стабильные характеристики на довольно больших расстояниях от источника (до 3000 м), вне зависимости от условий приема и возбуждения [Шнеерсон М.Б., Жуков А.П., Логинов К.И., Жарков A.B., Максимов Л.А., 2001]. Это определяет возможность практического использования кратных сигналов (главным образом, вторую гармонику) при изучении реальных сред.

Главные принципы сейсмоэмиссионных методов основаны на экспериментально-установленном различии поля регистрируемых микросейсм в низкочастотном (2-4 Гц) или сейсмическом (10 - 100 Гц) диапазонах частот в законтурной и внутриконтурной частей залежи после её возбуждения внешним (искусственным) или естественным источником упругих колебаний [Садовский М.А., Николаев A.B., Алексеев A.C., Кузнецов О.Л., Арутюнов С.Л., Карнаухов С.М., Ермаков Б.Д., Сиротинский Ю.В., 1997].

Глава 2. Теоретические исследования и возможности экспериментального оценивания нелинейных характеристик геологических сред.

Недостаточные изученность и понимание нелинейных особенностей волновых полей затрудняют обнаружение практически значимых нелинейных физических эффектов распространения продольных волн и препятствуют развитию методик по их использованию для данных, полученных при проведении взрывной сейсморазведки. С целью выявления основных физических особенностей волновых полей, возникающих в реальной среде, и способов их математического описания автором проводились экспериментальные и теоретические исследования процессов распространения продольных волн, основанные на пяти-константной теории упругости.

1.Ha основе изучения экспериментально-наблюденного волнового поля, полученного в ближней зоне двух сейсмических источников (рис. 1) - ударно-импульсного и вибрационного, - автором установлено, что в волновом поле отчётливо выделяется до 4 кратных гармоник: одна основная (линейная) I и три кратные (нелинейные) II-IV. На удалении 0.5 м наиболее интенсивной из кратных является третья гармоника, что объясняется искажениями, связанными с условиями возбуждения импульса. При дальнейшем распространении свип -сигнала в среде доминирующей из кратных гармоник становится вторая (рис. 1а). Для импульсного воздействия с увеличением расстояния источник-приемник (рис. 16) основными различиями в регистрируемых сигналах являются незначительное смещение максимума, сужение полосы частот в районе основного максимума, появление побочных экстремумов, обуславливающее расширение амплитудного спектра [Глебов A.A., 2006].

2.Рассматривая процесс нормального падения плоской продольной волны на границу между линейным и нелинейными (пяти-константным) полупространствами, автором получены аналитические формулы для расчета нелинейного коэффициента отражения RN и преломления PN:

2 (Ра С, + р0с,){с, )

где P - линейный коэффициент преломления плоской продольной волны, р/с/ и ро'с" - акустические жесткости верхней линейно-упругой и нижней нелинейно-упругой среды (произведение объемной плотности и скорости продольной волны), /?/' - нелинейно-упругий модуль нижнего полупространства, для верхнего: ß'=0.

Для этого частного случая также показано, что главной особенностью поля отраженных волн, измеряемого скоростью смещения U'(t), является существование нелинейной квадратичной составляющей.

U\t) = Rf(t) + RNf\t) (2)

3.В рамках предложенного автором математического описания

стационарных нелинейных систем в виде полиномиальной зависимости М-ого

порядка [Глебов A.A., 2006]:

£/, = Д0, +ÄU5t + +...,

U(t) = ИШ) + R\(t) ® 5(0 + R2(t) ®S2(t)+... + RM(t)®SM(t) + ...,

где S(t) - входной сигнал, U(t) - выходной сигнал, ® - операция свертки,

нелинейные эффекты проявляются в наибольшей степени, когда

соответствующие им импульсные характеристики RM(t) сопоставимы друг с

другом по абсолютной величине:

|Я(ф|Л2(ф...г|ЯМ(/)| (4)

и значимо не коррелируют:

Co\{RN(t)RM(t)]-> 0. (5)

Сформулированный выше принцип ортогональности импульсных характеристик (формулы 4-5) является главной предпосылкой экспериментального изучения нелинейных эффектов распространения сейсмических волн в реальных средах.

4,Для экспериментального оценивания нелинейных параметров среды для сейсмических данных, полученных при зондирующем сигнале произвольной

г

Рис. 1. Сопоставление спектральных характеристик вибрационного (а) и импульсного (б) источников при различных расстояниях до вертикально расположенных сейсмоприемников (1-1У - порядковый номер гармоники).

формы S(t), автором предлагается использовать разложение наблюденного волнового поля по оптимальным ортогональным функциям, построенным к сигналу S(t) [Иванов А.И., Сверкунов Ю.Д., 1996]. В рамках проведенных исследований автор показывает, что данное разложение является представлением волнового поля в полиномиально-гармонический ряд (формула 3).

Фактически предлагаемая методика сводится к изучению коррелограмм, полученных между сейсмическими данными и членами оптимальной ортогональной системы, построенной к зондирующему сигналу. В частности, для способа вибрационной сейсморазведки с монохромным зондирующим сигналом частоты со0, в рамках данной методики, исследование изменения нелинейных характеристик разреза проводится по серии коррелограмм, полученной для ортогональных сигналов с частотами: соо, 2щ, Зсо0,4со0 и т. д.

Для данных, полученных при проведении взрывных сейсморазведочных работ, аналитическое задание системы оптимальных ортогональных функций, построенных к сигналу S(t) невозможно, вследствие неконтролируемости исходной формы импульса. Для применения методики необходимо вначале определить форму зондирующего импульса, а далее - его систему оптимальных ортогональных функций. Для нелинейных сред, взаимодействие которых с зондирующим сигналом S(t) происходит по закону (формула 3), и в предположении некоррелируемости друг с другом всех импульсных характеристик среды (формула 5), автором показано, что определение по сейсмическим данным U(t) формы зондирующего сигнала S(t) следует проводить стандартным способом на основе скважинной информации.

5.Результаты применения предлагаемой методики для среды с одной нелинейно-отражающей границей представлены на рис. 2 и 3. Рассматриваемая среда состоит из двух линейно- и одной нелинейно-отражающих границ, при этом нелинейный эффект отражения происходит на второй границе. Нелинейный коэффициент отражения равен линейному. Моделируемое

волновое поле однократно-отраженных продольных волн полностью описывается уравнением полиномиально-гармонической свертки 2-го порядка:

U{t) = Rl(t)®S{t) + R2(t)®S\t), (6)

где Rl(t) - линейная импульсная трасса коэффициентов отражения, R2(t) - нелинейная импульсная трасса коэффициентов отражения второго порядка, S(t) - зондирующий сигнал, ® - операция свертки. В синтетические данные был внесен шум (сигнал/помеха = 20), после чего они подвергались фильтрации в полосе частот 5-7-70-90 Гц.

Используя информацию о линейных коэффициентах отражении, были определены форма сейсмического импульса и его система оптимальных ортогональных функций (рис.2).

Рис. 2. Построение системы ортогональных функций к заданному сигналу: а - форма определенного сигнала; б - система ортогональных функций.

Далее был рассчитан набор коррелограмм, характеризующих линейную и нелинейные компоненты исходного волнового поля (рис. 3). Вид полученных кривых-ФВК связан с формами оптимальных ортогональных функций, построенных к сигналу S(t) (рис. 26, 36, г). Получения более «привычных» форм ФВК можно добиться за счет определенных преобразований трассы, например, путем расчета её четвертой производной (рис. Зв). Такой подход к преобразованию ФВК, как и другие, должен обладать и рядом недостатков. Например, полученные функции являются более зашумленными (рис. Зв).

Время, с

Время, с

Наличие "нулевых"значений :•>* коррелограмм, связанное с / отсутствием нелинейного отражения сейсмической волны

. Наличие "ненулевого" значения второй коррелограммы,

связанное с наличием нелинейного отражения сейсмической волны

Побочные экстремумы коррелограмм, связанные с формой ортогональных функций . к выбранному сигналу

Наличие области "ярких" экстремумов производной второй коррелограммы, связанное с наличием нелинейного отражения сейсмической волны

- линейный \ случай отражения ; - нелинейный !

случаи отражения |

Наличие "шумового"характера значений производных коррелограмм, связанное с отсутствием нелинейного отражения сейсмической волны

с

СЭвигп

1 врем

ени, с

г - ФВК между откликами от линейно-и нелинейно-отражающей границами

Рис. 3. Результаты идентификация нелинейно-отражающих границ для среды с одной нелинейно-отражающей границей: а - волновое поле для среды с одной нелинейно-отражающей границей; б - нормированные к-тые коррелограммы волнового поля для среды с одной нелинейно-отражающей границей; в - нормированные производные к-тых коррелограмм волнового поля для среды с одной нелинейно-отражающей границей.

Из представленного материала видно:

A. На 1-ой (линейной) коррелограмме до (рис. 36) и после (рис. Зв) проведения специальных процедур выделения нелинейного отклика отчетливо идентифицируются времена, соответствующие отражающим границам (границы с линейным эффектом отражения). При этом на первой коррелограмме выявленным границам можно однозначно соотнести отражения в исходном волновом поле (рис. З.а-в).

Б. На 2-ой (квадратичной) коррелограмме до (рис. 36) и после (рис. Зв) проведения специальных процедур выделения нелинейного отклика на времени, соответствующем второй отражающей границе, наблюдается ненулевое значение амплитуды (рис. 36). Данный факт показывает наличие нелинейного эффекта отражения второго порядка. На других выявленных временных интервалах линейно-отражающих границ амплитуды 2-ой (квадратичной) коррелограммы близки к нулевым значениям. Более того, можно заметить, что на 2-ой коррелограмме в интервале 2-ой отражающей границы сама форма сигнала отличается от форм сигнала от других выявленных отражающих границ (рис. Зг). Наблюдаемый импульс от 2-ой отражающей границы соответствует форме сигнала, отвечающей существованию нелинейного эффекта отражения второго порядка (рис. 36, г).

B. На 3-ой и 4-ой (нелинейных) коррелограммах на временах, соответствующих линейным отражениям, обнаруживаются нулевые значения амплитуд (рис. 36). Данный факт показывает отсутствие на выявленных временных интервалах нелинейных эффектов отражения соответственно третьего и четвертого порядков.

Результаты проведенного математического моделирования, обосновывают принципиальную возможность идентификации нелинейно-отражающих границ на основе использования разработанной методики («оценивания нелинейных параметров среды») для данных, полученных в рамках сейсмических экспериментов с различными формами сигналов.

Глава 3. Исследование нелинейно-упругих характеристик нефтяных залежей на примере неокомских пластов Покачевского клиноциклита в северной части Тевлино-Русскинского месторождения Западной Сибири.

Для поддержания добычи и восполнения ресурсно-сырьевой базы особую актуальность приобрело геолого-промысловое изучение периферии разрабатываемых месторождений с целью выделения залежей различного морфолого-генетического типа на незатронутых бурением участках. По результатам планомерного изучения Тевлино-Русскинского месторождения и его месторождений-спутников был создан сейсмический проект, включающий девять ЗД-кубов площадью более 1000 км2 и 2Д-профилей более 1700 пог. км, покрывающих крупное Тевлинско-Русскинское месторождение и Кочевскую группу месторождений-спутников. Основная нефтеносность связана с неокомскими породами-коллекторами Покачевского клиноциклита (пласты группы БС10).

Изучение нефтяных залежей продуктивных пластов БСШ2 и БСш1й+5 производилось автором на основе методики "оценивания нелинейных параметров среды", изложенной во второй главе. Примеры временных разрезов исходного волнового поля, линейной и нелинейных коррелограмм (второго и третьего порядка) продемонстрированы на рис. 4. Для выделения зон с различной степенью проявления нелинейности, по полученным кубам линейной и нелинейных составляющих волнового поля, были рассчитаны сейсмические атрибуты в симметричном временном окне (шириной 8 мс) относительно кровли изучаемых пластов. Данный материал на примере карт нормированных средних амплитуд представлен на рис. 5.

Основные результаты анализа взаимного распределения нормированных значений средних амплитуд линейной и нелинейной (квадратичной) составляющих исходного волнового поля в интервале зоны распространения "аккумулятивного шельфа" в зависимости от типа коллектора (водонасыщенный коллектор, нефтенасыщенный коллектор, неколлектор) для

1В

тт

Рис. 5. Карты атрибута "средняя амплитуда", рассчитанного в симметричном временном окне 8 мс вблизи кровли пластов БС102 и БС|0Ш+5: а-линейная составляющая исходного волнового поля; б - нелинейная составляющая второго порядка исходного волнового поля.

пластов БСю2 и БСю"2+5 представлены на рис. 6. Данная процедура проводилась на основе изучения гистограмм рассчитанных амплитудных характеристик. Из представленного материала видны незначительные отличия гистограмм для неколлекторов и водоносных коллекторов, которые заключаются лишь в сравнительно небольшом перераспределении амплитуд в краевых частях гистограмм как по линейной, так и по квадратичной составляющим волнового поля. На фоне описанных выше двух гистограмм отчетливо выделяется гистограмма средних амплитуд, полученная для области нефтеносности изучаемых пластов. При этом различия выделяются как по данным, полученным по линейной, так и по квадратичной составляющим волнового поля, и заключаются в следующем:

А. Для линейной составляющей волнового поля гистограмма средних амплитуд не имеет форму нормального распределения. Произошло увеличение относительного количества амплитуд в области наиболее отрицательных значений гистограммы. Наблюдается смещение главного максимума в сторону наиболее отрицательных значений (со значения -0.09 на -0.15 для пласта БСц/ и со значения -0.11 на -0.18 для пласта БСю1/2+5), т.е. нефтенасыщение коллекторов отображается в повышении в полтора раза интенсивности линейной составляющей в исходном волновом поле.

Б. Для квадратичной составляющей волнового поля сохраняется форма нормального распределения гистограммы средних амплитуд. Наблюдается смещение главного максимума в сторону наиболее отрицательных значений (со значения -0.09 на -0.22 для пласта БСю2 и со значения -0.11 на -0.33 для пласта БСю"2+5), т.е. нефтенасыщение коллекторов отображается в повышении в два-три раза интенсивности нелинейной составляющей исходного волнового поля.

Таким образом, наличие нефтеносности приводит к существенным изменениям в амплитудных характеристиках различных составляющих исходного волнового поля. При этом на каждую составляющую это влияние различно. Реакция изучаемых компонент исходного волнового поля происходит независимо друг от друга (рис. бв-е). Наличие залежей нефти приводит к более

сильному увеличению интенсивности квадратичной составляющей в сравнении с линейной компонентой исходного волнового поля (рис. бв-е).

Основываясь на полученных результатах, автором предлагаются некоторые варианты комплексного применения амплитудных характеристик линейной и нелинейной составляющих исходного волнового поля (рис. 7).

Так, например, на схеме районирования для пласта БСю2 (рис.7а), полученной на основе изучения различий в соотношении между линейной и нелинейной составляющими исходного волнового поля, отчетливо выделяются зоны соответствующие нефтяным залежам БСю2" и БС1025. При этом зона развития, соответствующая области нефтеносности БСщ2\ характеризуется более высоким проявлением нелинейности, чем область залежи БСю26. Такое различие в интенсивности квадратичной составляющей наблюдается и на кросс-плоте (рис. 76). Данное явление связано, скорее всего, с фактом промышленной разработки залежи пласта БС!026, в результате чего происходит обводнение указанной области, что должно приводить к понижению абсолютных значений нелинейно-упругих характеристик среды.

Также на представленном материале существуют области сопоставимые с залежью БСю28 по интенсивности нелинейной составляющей. Данные объекты локализуются в районе залежи БСю2" и представляют собой три разделенные друг от друга зоны. Первая находится южнее скв. №40. Вторая располагается южнее скв. №111. Третья отмечается восточнее скв. №61. Основным их отличием от залежи БС,02" является более низкая интенсивность линейной составляющей исходного волнового поля, что может быть связано с уменьшенными суммарными эффективными толщинами указанных объектов. Данный факт подтверждается установленной прямой зависимостью между суммарными эффективными толщинами и амплитудами линейной составляющей исходного волнового поля.

Таким образом, основываясь на полученных результатах, объект БСю2" является наиболее перспективным для обнаружения промышленной залежи УВ в исследуемом интервале.

Рис. 6. Анализ распределения амплитуд линейной и квадратичной составляющих волнового поля в интервале распространения зоны

"аккумулятивного шельфа" для пластов БСц)2 и БС 10 а, б - гистограмма амплитуд линейной и квадратичной составляющих волнового поля; в, г - сравнение гистограмм амплитуд линейной составляющей волнового поля в зависимости от типа отложений; д, е - сравнение гистограмм амплитуд квадратичной составляющей волнового поля в зависимости от типа отложений; ж, з - районирование в зависимости от типа отложений.

а - результат районирования интервала исследования на основе изучения различий в соотношении между линейной и нелинейной составляющих исходного волнового поля для плата БС ю : б - атрибут "УВ-нелинейности" для пласта БСю2; в - атрибут "УВ-нелинейности" для пласта БСю"2+5; г, д, е - кросс-плот между и К2.

Рис. 7. Примеры комплексного применения амплитудных характеристик линейной (¿) и нелинейной (второго порядка - К2) составляющих исходного волнового поля при интерпретации сейсмических данных.

Другой из предлагаемых способов (рис. 7в-д) основан на расчете атрибута, представляющего собой произведение между линейной и нелинейной составляющим исходного волнового поля - атрибут "УВ-нелинейности" (УВН). Максимальные значения УВН-параметра соответствуют максимальным величинам удельных нефтенасыщенных объемов, а минимальные определяют зоны с незначительной удельной плотностью запасов. Анализ площадного распределение УВН-параметра для пластов БСШ2 и БС|01/2>5 показывает, что:

• для кромкошельфового пласта БСю2 перспективным объектом для поисково-разведочного и эксплуатационного бурения является зона развития нефтенасыщенных коллекторов БСю2", выделенная на юго-востоке района работ (рис.7б, д);

• для шельфового плзстз БСю перспективными районами являются участки, расположенные западнее скв. №61, 111, 118 и скв. 106 (рис.7в,е).

Основные выводы

1.Проведенный аналитический обзор современных сейсмических исследований микронеоднородных, трещиноватых, флюидонасыщенных сред показывает, что без построения нелинейной модели невозможно полностью объяснить экспериментально наблюдаемые эффекты распространения сейсмических волн.

2.Наиболее однозначным свидетельством существования в реальных средах нелинейно-упругих эффектов является «кратно-гармоническая» реакция среды на монохромное воздействие, фиксируемая на спектрально-временных диаграммах как серия ортогональных друг к другу монохром кратной частоты.

З.Эффект ортогональных сейсмических сигналов наблюдается не только для гармонических, но и для импульсных, взрывных и сложных вибрационных воздействий. В стандартных сейсморазведочных экспериментах наличие серии интерферирующих ортогональных сигналов фиксируется изменением формы сейсмической волны как в пространстве, так и во времени.

4.На основе разработанной автором полиномиально-сверточной модели сейсмической трассы было показано, что исследование нелинейно-упругих

характеристик нефтегазовых залежей следует проводить на основе расчета коррелограмм временных разрезов с сигналами, ортогональными к зондирующему импульсу.

5.Разработанная методика успешно прошла апробацию на производственных материалах и готова к массовому использованию с целью форсированной подготовки к глубокому бурению нефтегазоперспективных объектов различного морфолого-генетического типа. Так только, в пределах северной части Тевлинско-Русскинского месторождения выделено и подготовлено к бурению три нефтегазоперспективных объекта.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1.Глебов, A.A. Полиномиально-свёрточная модель сейсмической трассы./ A.A. Глебов // Геофизика. - 2006. - №3. - С.9-18.

2.Глебов, A.A. Нелинейные эффекты отражения-преломления второго порядка при нормальном падении продольной волны на границу раздела линейно-упругого и нелинейно-упругого полупространств. / A.A. Глебов // Технологии сейсморазведки. - 2011. - №1 - С. 16-21.

В других изданиях:

3.Глебов, A.A. Математическое исследование нелинейных искажений сейсмических сигналов в пятиконстантных средах. / A.A. Глебов // Российский геофизический журнал. - 2006. - №43-44. - С.10-16.

4.Глебов, A.A. Нелинейные аспекты распространения сейсмических волн./ A.A. Глебов // Сборник тезисов II Сибирской международной научной конференции молодых ученых и студентов. -Новосибирск: ОИГГиМ СО РАН, изд-во НГУ. - 2004. -С.44-45.

5.Глебов, A.A. Исследование нелинейных изменений сейсмических сигналов в пяти-константных средах. / A.A. Глебов.// Тезисы докладов V международной научно-практической геолого-геофизической конференции

молодых ученых и специалистов «Геофизика-2005». -СПб.: СПбГУ, ВВМ. -2005. - С.68-70.

6. Глебов, A.A. Алгоритм Прони - фильтрации для прогноза нефтеперспективных объектов. / A.A. Глебов // Сборник тезисов X Международного симпозиума студентов и молодых ученых имени академика М.А.Усова "Проблемы геологии и освоения недр". - Томск: ТПУ. - 2006. - С.12-14.

7. Glebov, A.A. Some Nonlinear Effects Observed in Seismic Examples. / A.A. Glebov, S.V. Goldin, G.M Mitrofanov // Ext.Abstr., Session Non-Conventional Scismic: -Vienna: EAGE. - 2006. -P054.

8. Глебов, A.A. Применение AVO-анализа с использованием трехчленной аппроксимации Шуэ для прогноза залежей структурно-литологического типа в ачимовских отложениях (Западная Сибирь). / A.A. Глебов, О.В. Чернова, И.Н. Керусов, К.Г. Скачек, М.В. Мордвинцев // Сборник тезисов докладов IX Международной научно-практической конференции и выставки "Геомодель-2007". -Геленджик: EAGE. - 2007. - С.88-89.

9. Глебов, A.A. Выявление и оконтуривание неантиклинальных структурно-литологических залежей в неокомских отложениях по динамическим аномалиям типа «яркое пятно» на сейсмических данных. / A.A. Глебов, A.B. Ершов, О.В. Чернова, И.Н. Керусов, К.Г. Скачек, М.В. Мордвинцев // Сборник докладов XII научно-практической конференции "Пути реализации нефтегазового и рудного потенциала Ханты-Мансийского Автономного Округа - Югра". - Ханты-Мансийск. - 2009. - С. 371-377.

Подписано в печать 03.05.2011 г. Формат 60x84'/i6-Усл.печ. л. 1,45. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Тираж 100 экз. Заказ № 77. Печать па ризографе.

Отпечатано в типографии ООО «Лайм» г.Уфа, ул. Новосибирская, 2.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Глебов, Алексей Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1: СОВРЕМЕННАЯ ПРОБЛЕМАТИКА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОГО И ПРАКТИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ НЕЛИНЕЙНО-УПРУГИХ СРЕД;.;.

1.1. Общие вопросы нелинейности сред. Виды нелинейности. Геометрическая и физическая нелинейность. Статическая и динамическая нелинейность.

1.2. Реальная среда. Теоретические исследования в области нелинейности сред. Основы нелинейной сейсмики.

1.2.1. Теоретические исследования в области нелинейности сред.

1.2.2. Основы нелинейной сейсмики. Трещиноватость. Акустическая эмиссия. Эффект Кайзера. Акустические свойства флюидо-насыщенных сред.

1.3. Экспериментальные приемы исследования нелинейности реальных сред. Сейсмические эксперименты оценивания нелинейности.

1.3.1. Параметрические сейсмовибрационные исследования геологической среды.

1.3.2. Сейсмо - эмиссионные методы исследования геологической среды.

1.4. Основные направления исследований, первоочередные задачи.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Выявление нелинейно-упругой динамики среды при поиске и разведке нефтегазовых залежей"

Наличие обширного, полного и подробного фактического материала, использование эффективных методик, знание механизма изменения — все это традиционно считается геологами необходимой основой надежного прогнозирования, а само оно — непременным атрибутом геологии как науки. Достигнутые результаты в прогнозировании, месторождений полезных ископаемых, многих геологических процессов и явлений, далеко- еще не удовлетворяющие потребности общества, тем не менее породили глубокую убежденность в том, что поскольку нет предела расширению и углублению опытного познания геологической действительности, то нет и предела увеличению долгосрочности, точности прогнозирования. Вопрос лишь в том, какого уровня достигла изученность к данному моменту. Но в последние два-три десятилетия ученые и практики все чаще сталкиваются с тем, что, несмотря на продолжающееся накопление наблюдательных и экспериментальных данных и совершенствование методик исследования, надежность прогнозирования, достигнув некоторого уровня, дальше не растет [Хаин В.Е., 1997].

Ключом к решению современных задач, стоящих перед геологическими науками, является четкое понимание нелинейности физических и геомеханических процессов, которые реально происходят в конкретных областях земной коры [Гольдин C.B., 2004]. В этом проявляется новый подход в развитии геодинамических наук, который сейчас реально проводится*в передовых научно-технических организациях. Фундаментальные положения нелинейно-динамической концепции, по мнению многих авторитетных ученых, существенно меняют наше мировоззрение и картину мира. В. последние годы осознание огромной и нетривиальной роли нелинейности геодинамических систем, таких фундаментальных особенностей их поведения, как чрезвычайная чувствительность к начальным условиям, хаотичность эволюции, активность, принципиальная в общем случаи непрогнозируемость, все глубже проникает в геологию. С этих позиций разными исследователями проанализировано множество разнотипных и разномасштабных явлений, изучаемых в сейсмологии, геодинамике,, геотектонике и многих других разделах геологической науки. Несомненно, что эта тенденция - нелинейного взгляда на мир - в ближайшие годы будет крепнуть, проявляясь в исследованиях все новых геологических объектов и процессов, приводя к неожиданным результатам как фундаментального, так и прикладного характера [Хаин В.Е., Гольдин С.В, Николаев А.В].

В конце XX века нелинейным сейсмическим явлениям отводилась скромная роль, их использовали в, основном лишь при описании сильных движений в очаговых областях землетрясений и взрывов. С появлением новых методик геофизического эксперимента, постепенным^ повышением, их уровня, точности измерений^ глубокой проработки полученного материала исследователи нашли неопровержимые доказательства существования нелинейных процессов и пришли к пониманию того, что начиная с определённого рубежа линейная модель приводит к существенным отклонениям от наблюдаемых геофизических явлений [Николаев А.В:, 1987].

Актуальность работы определяется ее направленностью на выявление нелинейно-упругой динамики нефтегазовых залежей по данным стандартных сейсморазведочных исследований отраженных волн.

Цель диссертационной работы - выявление по данным сейсморазведки и подготовка к глубокому бурению новых нефтегазоперспективных объектов на основе нелинейных эффектов распространения сейсмических волн.

Объект исследования - нефтегазовые залежи различного морфолого-генетического типа.

Предмет исследования - нелинейно-упругие характеристики нефтегазовых залежей, изучаемые сейсморазведочным методом.

Основные задачи исследования

1 .Анализ причин возникновения и особенностей проявления нелинейно-упругих эффектов в сейсмических экспериментах.

2.Изучение искажений импульсных и вибрационных сейсмических сигналов, возникающих при прохождении и отражении продольных волн в нелинейных средах. Разработка математического (полиномиально-сверточного) способа описания-установленных закономерностей.

3.Разработка методики1 сейсмодинамической идентификации нелинейных эффектов отражения (НЭО). Анализ, ее возможностей; и ограничений на синтетических* и экспериментальных материалах.

4.0боснование выбора и подготовки к глубокому бурению нефтегазоперспективных объектов с использованием комплексного параметра «углеводородной нелинейности», рассчитываемого по временным разрезам отраженных волн.

Методы исследования

Анализ, сейсмических сигналов и импульсных синтетических сейсмограмм, рассчитанных на основе скважинных данных АК и ГГКп.

2.Вычисление спектральных характеристик временных разрезов с целью динамической идентификации нелинейных эффектов отражения (НЭО).

3.Разработка авторских программ нелинейных спектрально-временных преобразований (СВП, кратных коррелограмм и др.) для комплексного использования с широко известными возможностями программных продуктов в. области сейсмической интерпретации.

Научная новизна

1 .Установлен предсказуемый нелинейной теорией относительный рост (с увеличением расстояния) высокочастотных («кратно-гармонических») колебаний в спектре сейсмического сигнала, объясняемый проявлением нелинейно-упругих свойств самой среды распространения.

2.Теоретически обоснована применимость полиномиально-сверточной модели сейсмического сигнала, согласно которой нелинейно-упругие эффекты распространения сейсмических сигналов в наибольшей степени проявляются в случае ортогональности нелинейных импульсных характеристик среды М-ого порядка.

3.Предложено проводить исследование нелинейно-упругих характеристик нефтегазовых залежей на основе расчета коррелограмм временных разрезов с сигналами, ортогональными к зондирующему импульсу S(t).

Основные защищаемые научные положения

1 .Установленные фундаментальные эффекты относительного роста высокочастотных составляющих сейсмических сигналов являются экспериментальным доказательством наличия нелинейных упругих свойств в реальных геологических средах.

2.Методы динамической идентификации нелинейности на сейсмических разрезах отраженных волн обеспечивают площадную локализацию нефтегазоперспективных объектов с повышенной плотностью запасов УВ.

3. Адекватная переоценка сырьевых активов на существующих месторождениях У В должна производиться с учетом ресурсного потенциала нефтегазоперспективных объектов различного морфолого-генетического' типа, выделяемых по результатам динамической идентификации сейсмической нелинейности.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в рамках настоящего диссертационного исследования, обеспечивается их подтверждением на основе скважинной информации (данные ГИС и результаты испытаний).

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанная методика выявления- нелинейно-упругой динамики нефтегазовых залежей по данным стандартных сейсморазведочных исследований обеспечивает повышение кондиционности подготовки к глубокому бурению новых нефтегазоперспективных объектов.

Так. только, в северной части Тевлинско-Русскинского лицензионного участка к бурению подготовлено три нефтегазоперспективных объекта с суммарными запасами свыше 5 млн.т.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследования, непосредственном участии в получении, сборе и анализе геолого-геофизической информации. Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, проведенных лично автором.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на международных конференциях: "ГЕОМОДЕЛЬ-2007" (г.Геленджик); «Геофизика-2005» (г.Санкт-Петербург, 2005); II Сибирской Международной научной конференции молодых ученых и студентов (г.Новосибирск, 2004; X Международном симпозиуме студентов и молодых ученых имени академика М.А.Усова (г.Томск, 2006); Международной геофизической конференции и выставке в Австрии EAGE/BeHa'2006.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в рекомендованных ВАК изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 170 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 4 таблицы. Список литературы содержит 100 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Глебов, Алексей Алексеевич

Основные результаты анализа взаимного распределения нормированных значений средних амплитуд линейной и нелинейной1 (квадратичной) составляющих исходного волнового поля для выявленных зон интервала распространения пласта БСюШ+5 представлены на рис. 3.29. Данная процедура проводилась на основе изучения гистограмм распределений выбранных амплитудных характеристик. Из приведенного материала видно, что данный временной интервал характеризуется в основном развитием отрицательных сейсмических амплитуд линейной и квадратичной составляющих исходного волнового поля (рис. 3.29а). При этом наблюдается некоторые различия в формах гистограмм распределений этих амплитудных характеристик. Основным несоответствием является некоторое "размазывание" местоположения главного максимума (наличие двух главных максимумов на значениях -0.11 и -0.184) для гистограммы средних амплитуд квадратичной составляющей исходного волнового поля (рис. 3.29а).

Для зоны развития неколлекторов пласта БСю'/2+5 анализ средних амплитуд линейной' и нелинейной составляющих исходного волнового поля не проводился в виду небольшого количества информации и слабой представительности данных для этого литотипа.

Для зоны развития водоносных коллекторов рассматриваемых неокомских отложений средние амплитуды линейной составляющей исходного волнового поля (рис. 3.296) лежат в большинстве своем в отрицательной области значений от 0 до -0.3. При этом наблюдается незначительная часть положительных средних амплитуд среди общего количества значений. Для квадратичной составляющей исходного волнового поля (рис. 3.29в) средние амплитуды также имеют преимущественно отрицательные значения и располагаются в основном в интервале от 0 до -0.3. Также наблюдается достаточное количество положительных значений рассматриваемой амплитудной характеристики. Описанные выше распределения амплитудных характеристик линейной и нелинейной составляющих в целом приводят к различию форм гистограмм, но с сохранением местоположения их главных максимумов (рис. 3.296-в).

Л Л А $ Л Л Л \\ ^ ^ Л Л Л Л к% ¿ь А $ У )>■ Я- Л- Я Я- У й- »-> V 6- Ч- 1

0.9 0.1 0.7 0.6 1 б.

Я Л Л Л Л Л Л ей л <Л .Я V Л Л сЯ

У У У у у у у у у у У У У У и- в5 I

Л Л «Я Л I» <\ -Л Л Л Л # Л А Л V к1 <? ьь у у у у у у у у у У «• о- о'

Для области нефтеносности пласта БСю'/2+5 наблюдается максимальные различия в поведении амплитудных характеристик изучаемых составляющих исходного волнового поля (рис. 3.29б-в). Главные отличия заключаются в основном в различной форме гистограмм распределений значений средних амплитуд и разном местоположении их главных максимумов. Для линейной составляющей исходного волнового поля (рис. 3.376) средние амплитуды имеют преимущественно отрицательные значения, располагающиеся в интервале от 0 до -0.4. Наблюдается незначительное количество положительных средних амплитуд не превышающих 10% от общего числа значений. Для гистограммы линейной составляющей исходного волнового поля (рис. 3.296) при сравнении с соответствующей гистограммой (рис. 3.296) средних амплитуд для водонасыщенных коллекторов пласта БСю'/2+5, возможно сделать следующие выводы: водонасыщенных коллекторов нефтенасыщенных коллекторов

IV«

Рис. 3.29. Анализ распределения амплитуд линейной и квадратичной составляющих волнового поля в интервалеппласта БСю'/2+5-а - гистограммы амплитуд линейной и квадратичной составляющих волнового поля; б - сравнение гистограмм амплитуд линейной составляющей волнового поля в зависимости от типа отложений; в - сравнение гистограмм амплитуд квадратичной составляющей волнового поля в зависимости от типа отложений; г - районирование в зависимости от типа отложений.

Зона развития неколлекторов

1. Наблюдается некоторое выравнивание общего числа значений между центральной и краевой (область наиболее отрицательных амплитуд) зонами гистограммы. Указанное выравнивание произошло, главным образом, за счет перераспределения амплитуд из центральной области гистограммы (интервал: от 0 до -0.3) в краевую часть наиболее отрицательных значений (интервал: от-0.3 до -0.7).

2. Наблюдается смещение главного максимума в сторону наиболее отрицательных значений. При этом главный максимум сместился со значения —0.11 для водоносных коллекторов и на -1.8 для нефтеносных коллекторов, т.е. нефтенасыщение коллекторов привело к повышению приблизительно в полтора раза интенсивности линейной составляющей в исходном волновом поле.

Для области нефтенасыщения пласта БСю средние амплитуды нелинейной составляющей исходного волнового поля (рис. 3.29в) лежат преимущественно в отрицательной области значений, в интервале от -0.1 до -0.5. Существует незначительное количество положительных средних амплитуд. Для рассматриваемой гистограммы (рис. 3.29в) при сравнении с соответствующей гистограммой средних амплитуд (рис. 3.29в), рассчитанных для водонасыщенных коллекторов пласта БСю'/2+3, можно отметить следующее:

1. Произошло существенное смещение рассматриваемой гистограммы относительно соответствующей для водонасыщенных коллекторов. Данный факт выражается в изменении интервала центральной полосы значений от 0 до -0.2 для водонасыщенных коллекторов и от -0.2 до -0.4 для нефтенасыщенных (рис. 3.29в).

2. Произошло смещение главного максимума в сторону наиболее отрицательных значений. При этом главный максимум сместился со значения -0.11 для водоносных коллекторов на —0.33 для нефтеносных коллекторов. Т.е. нефтенасыщения коллекторов привело к повышению в три раза интенсивности нелинейной составляющей в исходном волновом поле. При этом следует заметить, что в интервале от -0.3 до -0.1 рассматриваемой гистограммы произошло выравнивание амплитудных значений.

Описанные выше поведения гистограмм распределений амплитудных характеристик изучаемых составляющих в области нефтеносности пласта БСю позволяет сделать вывод о том, что:

Наличие нефтеносности приводит к существенным изменениям в амплитудных характеристиках различных составляющих исходного волнового поля. При этом на каждую составляющую это влияние различно, т.е. реакция изучаемых компонент исходного волнового поля происходит независимо друг от друга. Основываясь на полученном материале, наличие залежей нефти> привило к более сильному увеличению интенсивности квадратичной составляющей в сравнении с линейной компонентой исходного волнового поля.

Согласно представленному материалу, на практическом примере показано наличие максимальных отличий линейной и квадратичной составляющих в зоне нефтеносности пласта БСю1/2+5 как между собой, так и при сравнении с рассматриваемыми составляющими исходного волнового поля в областях развития водоносных коллекторов. Таким образом, доказана практическая возможность, идентификации нефтеносности на основе изучения различий между линейной и нелинейной составляющими исходного волнового поля. Примеры возможных вариантов комплексного применения амплитудных характеристик линейной и нелинейной составляющих исходного волнового поля, представлены на рис. 3.30.

На основе районирования временного интервала пласта БСюШ+3 (рис. 3.30), полученного в рамках изучения линейной и нелинейной составляющих исходного волнового поля, можно выделить ряд зон:

1.3она, характеризующаяся нормированными значениями средних амплитуд линейной составляющей превышающих значение -0.2 либо положительными fзначениями квадратичной компоненты. Данная зона в основном приурочена к водонасыщенному интервалу пласта БСю'/2+3.

2.3она, характеризующаяся нормированными значениями средних амплитуд линейной составляющей меньшими значения -0.2 и отрицательными значениями квадратичной компоненты. Данная зона в основном приурочена к нефтенасьнценному интервалу пласта БСю'/2+5.

3.Район скв. №39, наличие сильной положительной аномалии нелинейной составляющей исходного волнового поля, появляющейся В) результате динамической неоднородности записи в зоне объединения двух сейсмических кубов.

Вторая зона является наиболее интересной для дальнейшей интерпретации полученных материалов. Как это видно из приведенных данных (рис. 3.30а), указанная область распадается'на два разделенных друг от друга объекта, отличающихся различными соотношениями между линейной и нелинейной/составляющими исходного волнового поля. Первый объект, отмеченный на рис.3.30а римской цифрой I, расположен вблизи скв. №61, №111, №118. Второй объект отмечен на рис. 3.30а римской цифрой II и расположен вблизи скв. №106, №63. Оба эти объекта характеризуются повышенным проявлением нелинейных свойств, что объясняется наличием нефтяной залежи в данном районе. Главным отличием этих объектов друг от друга является интенсивность линейной составляющей исходного волнового поля. У первого объекта она ниже, что может быть объяснено меньшими ріліліршппрттг

Коэффициенты отражения монохромной

Рис. 3.30. Примеры комплексного применения амплитудных характеристик линейной (Ь) и нелинейной (второго порядка - К2) составляющих г-т/~г 1/2+5 исходного волнового поля при интерпретации сейсмических данных для пласта Б С ¡о . а - результат изучения различий в соотношении между линейной и нелинейной составляющих исходного волнового поля; б — атрибут "УВ-нелинейности"; в, г - кросс-плот между Ьн К2 (цветом показана соответствующая карта). суммарными толщинами коллекторов по сравнению со вторым объектом (рис. 3.18 ). Зона, разделяющая одно тело от другого можно, характеризуется пониженным уровнем нелинейной составляющей. Ее наличие, скорее всего, связано со следующим фактом. Как это отмечалось выше, пласт БСю1/2+3 является объединением двух отдельных пластов БСю'/2 и БСю'/2+3. Как это видно из рис. 3.30а, данная зона как раз и расположена в месте примыкания одного пласта к другому. В результате чего в данном месте сейсмические амплитуды носят интерференционный характер. Это приводит к ошибкам в расчете амплитуд линейной и квадратичной составляющих исходного волнового поля. Таким образом, на основании приведенных результатов, зонами с повышенным уровнем интенсивности линейной и квадратичной составляющих являются:

• район восточнее скв. №61, №111, №118. Зона значений нормированных средних амплитуд для линейной составляющей меньших -0.2 и отрицательных значений квадратичной составляющей.

• район скв. №64, №106. Зона значений нормированных средних амплитуд для линейной составляющей меньших -0.5 и для квадратичной составляющей меньших -0.4.

Поскольку для изучаемых отложений было установлено, что увеличение суммарной мощности коллекторов приводит к увеличению интенсивности линейной составляющей, а наличие нефтенасыщенности приводит к увеличению интенсивности квадратичной составляющей, то данные факты можно использовать для локализации зон повышенной плотности запасов УВ, т.е. увеличения удельного нефтенасыщенного объема.

Например один из предлагаемых способов (рис.3.306) основан на расчете атрибута, представляющего собой произведение между линейной и нелинейной составляющей исходного волнового поля: атрибут "УВ-нелинейности" (УВН). Максимальные значения УВН-параметра будут соответствовать максимальным величинам удельных нефтенасыщенных объемов, а минимальные будут определять зоны с незначительной удельной плотностью запасов. Площадное распределение УВН-параметра для пласта БСм'/2+5 представлено на рис. 3.306. Согласно приведенному материалу, большая часть остаточных запасов для исследуемого пласта БСю1/2+5 сосредоточена в районе скв. №64, №106 и №111. При этом единственной областью незатронутой эксплутационным бурением является зона, располагающаяся вблизи скв. №106. Поскольку данная область находится в зоне нефтеносности пласта БСю и характеризуется повышенной интенсивностью нелинейной составляющей исходного волнового поля, данный участок был рекомендован автором для проведения эксплуатационного бурения.

Таким образом, на основе данных, полученных при комплексном изучении соотношений между линейной и квадратичной составляющих исходного волнового поля во временном интервале пласта БСюШ+5, показано, что:

Дальнейшие перспективы добычи нефти для пласта БСю'/2+3 на Северо-Тевлинском участке связаны с проведением работ по интенсификации добычи (район скв. №111 и №64), а также в проведении дополнительного объема эксплутационного бурения в районе скв. №106.

3.4. Заключение к третьей главе.

Исследование нелинейно-упругих характеристик среды при поисках нефтяных залежей проводилось на примере пластов Покачевского клинициклита, расположенных в пределах северной части Тевлино-Русскинского месторождения.

Отложения Покачевского клиноцоциклита (КЦ) распространены на всей площади исследований. Максимальные толщины отложений достигают порядка 200 м. На территории работ Покачевский клиноциклит представлен ундоформной и клиноформной частями.

В ходе выполнения комплексной интерпретации геолого-геофизического материала установлено, что для района работ нефтепродуктивными горизонтами являются пласты

2 ГП 1/2+5 , ¿С/о

На основании проведенной стандартной комплексной интерпретации геолого-геофизической информации на данной территории исследований автором было установлено:

1. Для кромкошельфовых пластов БСю2'

Пласты имеют сложное геологическое строение, что объясняется седементационными условиями их образования. Данные отложения формировались на границе аккумулятивного шельфа и склона, т.е. эти отложения имеют «кромковошельфовый» генезис. Данный процесс характеризуется приносом достаточно большого количества песчаного материала, вследствие чего можно увидеть довольно мощные песчаные тела, достигающие на площади работ толщин до 30 м. На территории исследования, для изучаемого интервала было выделено три проградации бровки шельфа. Данный геологический процесс привел, в свою очередь, к образованию трех продуктивных пластов, выклинивающихся по схеме кровельного прилегания, и проиндексированных с востока на запад, как БСю2в, БСю26, БСюа. В пределах исследуемой площади залежи нефти содержится во всех трех пластах. Выявленные залежи нефти для кромкошельфовых пластов БСю2 являются пластовыми, относится к структурно-литологическому типу. Залежи в пластах БСю26, БСю2а уже разработаны эксплутационным бурением. Залежь в пласте БСюв вскрыта только одной поисково-разведочной скважиной (скв №119), и представляет собой один из наиболее перспективных объектов для дальнейшей добычи нефти. Прирост извлекаемых запасов для кромкошельфовых пластов БСю2 составил около 2 млн. тонн.

2. Для шелъфового пласта БСю'/2+5'

Шельфовая модель строения достаточно хорошо описывает весь набор геолого-геофической информации, которая существует для изучаемых отложений на данной территории. Пласт БС101/2+5 в северо-западной части площади становится водоносный, а в восточном направлении наблюдается его глинизация. Оконтуренная залежь нефти в пласте БСю1/2+5 относится к структурно-литологическому типу. Производственная разработка пласта БСюШ+5 ведётся с 2003 года. Дальнейшие перспективы добычи нефти по данному объекту связаны с различными способами интенсификации притоков нефти и ввода в разработку выявляемых зон остаточных запасов. Прирост извлекаемых запасов для шельфового пласта БСю'/2+5 составил около 3 млн. тонн. На основе изучения нелинейно-упругих характеристик выявленных нефтепродуктивных пластов БСю2, БСю1/2+5 и с использованием разработанной собственной методики "оценивания нелинейных параметров среды" автором на экспериментальном материале показано:

• Близость распределений амплитудных характеристик исходного волнового поля и его линейной составляющей.

• Ряд существенных отличий в распределении сейсмических амплитуд между линейной и нелинейными составляющими исходного волнового ПОЛЯ. I

• Наличие различного взаимного распределения между линейным и нелинейными характеристиками волнового поля для разных литофациальных зон. Данный факт обуславливает необходимость изучения нелинейно-упругих характеристик для каждой такой зоны отдельно.

Проведенное автором изучение влияния характера насыщения на изменение характеристик различных составляющих исходного волнового поля на экспериментальном материале показало, что:

1. Наличие нефтеносности приводит к существенным изменениям в амплитудных характеристиках различных составляющих исходного волнового поля. При этом на каждую составляющую это влияние различно, т.е. реакция изучаемых компонент исходного волнового поля происходит независимо друг от друга.

2. Основываясь на полученном материале, наличие залежей нефти приводит к более сильному увеличению интенсивности квадратичной составляющей в сравнении с линейной компонентой исходного волнового ПОЛЯ.

Согласно проведенной автором комплексной интерпретации данных, полученных по линейной и квадратичной составляющим исходного волнового поля, установлено, что наиболее высоким уровнем проявления нелинейности среды, вызванной увеличением ее удельного нефтенасыщенного объема, являются зоны: Для кромкошелъфовых пластов БСю2:

- вся область нефтеносности пласта БС102в. Для шельфового пласта БСюШ+5'

- районы восточнее скв. №61, №111, №118 и скв. №64, №106.

Заключение

Настоящая работа посвящена развитию методов изучения нелинейно-упругих характеристик нефтегазовых залежей по данным стандартных сейсморазведочных исследований отраженных волн. На основании выполненных исследований автором сделаны следующие основные выводы:

1 .Проведенный аналитический обзор современных сейсмических исследований микронеоднородных, трещиноватых, флюидонасыщенных сред показывает, что без построения нелинейной модели невозможно полностью объяснить экспериментально наблюдаемые эффекты распространения сейсмических волн.

2.Наиболее однозначным свидетельством существования в реальных средах нелинейно-упругих эффектов является «кратно-гармоническая» реакция среды на монохромное воздействие, фиксируемая на спектрально-временных диаграммах как серия ортогональных друг к другу монохром кратной частоты.

3.Эффект ортогональных сейсмических сигналов наблюдается не только для гармонических, но и для импульсных, взрывных и сложных вибрационных воздействий. В стандартных сейсморазведочных экспериментах наличие серии интерферирующих ортогональных сигналов фиксируется изменением формы сейсмической волны как в пространстве, так и во времени.

4.Таким образом на основе разработанной автором полиномиально-сверточной модели сейсмической трассы было показано, что исследование нелинейно-упругих характеристик нефтегазовых залежей следует проводить на основе расчета коррелограмм временных разрезов с сигналами, ортогональными к зондирующему импульсу.

5.Разработанная методика успешно прошла апробацию на производственных материалах и готова к массовому использованию с целью форсированной подготовки к глубокому бурению нефтегазоперспективных объектов различного морфолого-генетического типа.

Так только, в пределах северной части Тевлинско-Русскинского месторождения выделено и подготовлено к бурению три нефтегазоперспективных объекта.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Глебов, Алексей Алексеевич, Уфа

1. Авербух, А.Г. Изучение состава и свойств горных пород при сейсморазведке. -М.: Недра.-1982.-232 с.

2. Алексеев, A.C. Активная сейсмология с мощными вибрационными источниками./А.С. Алексеев, Н.И. Геза, Б.М. Глинский и др.//Рос.АН. Сиб. отд-ние. Новосибирск.- 2004. -386 с.

3. Алешин, A.C. Экспериментальные исследования нелинейных взаимодействий сейсмических поверхностных волн / A.C. Алешин, В.В. Гущин, М.М. Креков и др.// Докл. АН СССР. 1981. - т.260, 3. - С.574-575.

4. Бакулин, В.Н. О наличии нелинейных эффектов при распространении упругих волн в горных породах / В.Н. Бакулин, А.Г. Протосеня// Докл. АН. СССР. 1982. - Т 263,№2.-С. 314-316.

5. Био, М. А. Теория упругости и консолидации анизотропной пористой среды // Механика. Пероид. сб. переводов иностр. статей.- 1957 — 1, N.35.-C. 140—147.

6. Бойко, B.C. Элементарные дислокационные механизмы акустической эмиссии / B.C. Бойко, В.Д. Нацик// Элементарные процессы пластической деформации кристаллов. Киев: Наукова думка,-1978,- С. 159-188.

7. Васильев, Ю.И. Измерение напряжений и деформаций в грунте при распространении взрывных волн/ Ю.И. Васильев, JT.A. Иванова, М.Н. Щербо//Изв. АН СССР. Физика Земли.-1969,-№ 1.-С.21-37.

8. Виноградов, С.Д. Акустические наблюдения процессов разрушения горных пород. М.: Наука.-1964.-84 с.

9. Ведерников, Г.В. Исследование кратных гармоник вибросигналов/ Г.В. Ведерников, JI.A. Максимов, A.B. Жарков// Геофизика, спец. Выпуск. Москва-2001.-С. 33-38.

10. Воскресенский, Ю. Н. Изучение изменений амплитуд сейсмических отражений для поисков и разведки залежей углеводородов. — М.: РГУ нефти и газа.-2001.- 237 с.

11. Галкин, И.Н. Проблемы нелинейной сейсмики. / И.Н. Галкин, М.А. Гринфелъд// Изв. АН СССР. Физика Земли.-1984.- №4.- С. 101-104.

12. Гвоздев, AJI. О явлении частичного откола./ AJI. Гвоздев, В.В. Кузнецов// Изв. АН СССР. Физика Земли.- 1967.- № 2. С. 21-27.

13. Гейзер, П. Сейсмическая томография-1,2: использование сейсморазведки для непосредственного нанесения на карту участков проницаемости коллектора. / П. Гейзер, Ж. Вермилье, Р. Скэммел, С. Рекер // Oil&Gas Journal Russia.-2007-№ 1.-С.36-40.

14. Гиц, И.Д. Об оценке констант упругости третьего порядка изотропных твердых тел по модуляции звука звуком./ И.Д. Гиц, Б.А. Конюхов// Акуст. журн.-1973.-Т. 19, №2.- С. 150-155.

15. Глебов, A.A. Нелинейные аспекты распространения сейсмических волн. // Сборник тезисов II Сибирской международной научной конференции молодых ученых и студентов. -Новосибирск: ОИГГиМ СО РАН, изд-во НГУ. 2004. -С.44-45.

16. Глебов, A.A. Алгоритм Прони фильтрации для прогноза нефтеперспективных объектов. // Сборник тезисов X Международного симпозиума студентов и молодых ученых имени академика М.А.Усова "Проблемы геологии и освоения недр". - Томск: ТПУ. - 2006. - С.12-14.

17. Глебов, A.A. Математическое исследование нелинейных искажений сейсмических сигналов в пятиконстантных средах. // Российский геофизический журнал. — 2006. -№43-44.-С. 10-16.

18. Глебов, A.A. Полиномиально-свёрточная модель сейсмической трассы.// Геофизика. — 2006. -№3.-С.9-18.

19. Глебов, A.A. Нелинейные эффекты отражения-преломления второго порядка при нормальном падении продольной волны на границу раздела линейно-упругого и нелинейно-упругого полупространств.//Технологии сейсморазведки.-2011.-№1-С. 16-21.

20. Глебов, А.Ф. Геолого-математическое моделирование нефтяного резервуара. М.: Научный мир. 2006.-344 с.

21. Гогоненков, Г.Н. Изучение детального строения осадочных толщ сейсморазведкой. -М.: Недра.- 1987.-221 с.

22. Гриценко, С.А. Фильтрация по методу Прони: / С.А. Гриценко, С.Б. Фомель, B.C. Черняк//Геофизика, Спец. выпуск «30 лет Сибнефтегеофизике». 2001. - С.25-26.

23. Гольдин, C.B. Линейные преобразования сейсмических сигналов.-М.:Недра.-1974.-350с.

24. Гольдин, C.B. Сейсмические волны в анизотропных средах. Новосибирск: Издательство СО РАН.- 2008.- 375 с.

25. Грешников, В.А. Акустическая эмиссия. Применение для испытаний материалов и изделий / В.А. Грешников, Ю.В. Дробот. М.: Изд-во стандартов, 1976. - 272 с.

26. Гурвич, И.И. Сейсмическая разведка./ И.И. Гурвич, Г.Н. Боганик М.:Недра-1980- 320с.

27. Гущин, В.В. О возможности использования нелинейных сейсмических эффектов в задачах вибрационного просвечивания Земли./ В.В. Гущин, Г.М. Шалашов// Исследование Земли невзрывными сейсмическими источниками. М.: Наука.- 1981.- С. 144-155.

28. Дахнов, В.Н. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. М.: Недра, 1982. - 256 с.

29. Егоров, Г.В. Экспериментальное измерение величины упругой нелинейности пористой среды при ее насыщении газом.//Физическая мезомеханика-Т.9.1.Томск-2006г.-С. 77-80.

30. Жарков, A.M. Неантиклинальные ловушки углеводородов в нижнемеловой клиноформной толще Западной Сибири // Геология нефти и газа.-2001.-№1.—С. 18-23.

31. Зарембо, Л.К. Введение в нелинейную акустику. / Л.К. Зарембо, В.А. Красильников М. Наука.- 1966.-520 с.

32. Зарембо, Л.К.Нелинейная акустика./Л.К. Зарембо, В.И. Тимошенко-М.:МГУ-1984—104с.

33. Зайцев, В.Ю. «Неклассические» проявления микроструктурно-обусловленной нелинейности: новые возможности для акустической диагностики. / В.Ю. Зайцев, В.Е. Назаров, В.И. Таланов//УФН-2006-т. 176,№1.-С. 15-21.

34. Зименков, C.B. Нелинейные акустические эффекты в образцах горных пород./ C.B. Зименков, В.Е. Назаров // Физика Земли- 1993- №1- С. 13-18.

35. Иванов, А.И. Ортогональная идентификация нелинейных динамических объектов. Л.: ЛЭТИ.- 1987. - 139 с.

36. Иванов, А.И. Быстрая идентификация нелинейных динамических объектов. Пенза: Изд-во ПГУ.-1995.- 226 с.

37. Иоффе, А.Д. Механические свойства кристаллов // Успехи физических наук.-1928:-Т. 8. Вып. 4.-G. 466.

38. Ковалев, В.П. Применение метода выделения скрытых периодичностей при изучении динамики сейсмических волн./ В.П. Ковалев, Г.Ф. Телепнев //Докл. АН УССР;-1981. -№5- С. 10-14. '

39. Кондратьев, C.B. Методика измерений относительных перемещений блоков-горного массива. // Сейсмические приборы. М.: ОИФЗ РАН.-1996. - Вып. 25-26. -С.151-156.

40. Конторович, А.Э. Геология нефти и газа Западной Сибири. М.: Недра,- 1975.- 680 с.

41. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров./ Г. Корн, Т. Корн // -М.: Наука. 1974. - 832 с.

42. Корчагин, A.C. Механизм низкочастотных резонансов в пористой породе.// Геофизика-2000- N6. -С. 23-30.

43. Кочарян, Г.Г. Малые возмущения и напряженно-деформированное состояние земной коры. / Г.Г. Кочарян, A.A. Кулюкин, В.К. Марков, Д.В. Марков, Д.В. Павлов// Физ.мезомех. 2005;-Т.8,№1- С. 23-36.

44. Кочарян, Г.Г. Некоторые особенности деформирования границ между блоками; земной коры./ Г.Г. Кочарян, A.A. Кулюкин, Д.В1 Павлов // Геология и геофизика. 2006. - №5.

45. Кочарян, Г.Г. Роль нелинейных эффектов в механике накопления малых возмущений./Г.Г. Кочарян, A.A. Кулюкин, Д.В. Павлов//Физическая мезомеханика-Т.9.№1.-2006г.-С.5-14.

46. Кузнецов, О.Л. Особенности аккумулирования; энергии механических напряжений и аномальное сейсмоакустическое излучение в нефтегазонасыщенных породах./ О. Л. Кузнецов, В.П. Дыбленко, И.А. Чиркин и др.// Геофизика.-2007 -№ 6-С.8-15.

47. Кузнецов, О.Л. Акустическая эммисия при деформировании и разрушении горных пород (Обзор)Ю.Л. Кузнецов, А.В Лавров.//Акуст. Журнал. 2005- T. 51.-С.6-18.

48. Кузнецов, В.В. Влияние условий установки вибратора на возбуждаемое волновое поле./ В.В. Кузнецов, А.М; Каузов., И.Б. Крьшов и др.//Исследование Земли невзрывными сейсмическими источниками. М;::Наука.- 1981.- С. 211-219:

49. Ландау, Л.Д. Теория упругости./ Л.Д. Ландау, Е.М Лифшиц,- М.: Наука.-1965.- 203 с.55