СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ СТРУКТУРЫ ЗАЛЕЖЕЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПЛАСТОВ И МАШИНОЧИТАЕМЫЙ НОСИТЕЛЬ
METHOD OF IDENTIFYING STRUCTURE OF RESERVOIRS OF GEOLOGIC STRATA AND MACHINE-READABLE MEDIUM

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к области геологоразведки, а, в частности, к способу распознавания структуры залежей геологических пластов.
Уровень техники
В настоящее время в области разведки полезных ископаемых, в частности углеводородов, все возрастающее значение играет точность, с которой определяется подземная структура и оцениваются запасы сырья в ней, что обеспечивает более экономную добычу полезных ископаемых.
В заявке на патент РФ №2006128689 (опубл. 20.02.2008) охарактеризован способ оценки текущих и прогноза плотности распределения остаточных запасов сырья на любой стадии разработки нефтяных месторождений с коллекторами терригенного типа. В этом способе на основании исследования материалов из нефтяных скважин и каротажных данных вычисляют коэффициенты корреляции для каждой из установленных двухфакторных парных корреляционных связей между величинами плотности остаточных запасов сырья и соответствующих параметров, полученных в ходе упомянутого исследования, а затем осуществляют численное решение многочленного линейного регрессионного уравнения.
Этот способ является весьма трудоемким, а точность оценки и прогноза, получаемых данным способом, невелика из-за невозможности учета всех факторов формирования пласта.
В патенте РФ №2389875 (опубл. 20.05.2010) раскрыт способ определения геологических свойств терригенной породы, в котором на основе геофизических исследований скважин осуществляют моделирование породы как структурного каркаса с различными размерами поровых каналов, причем характеристики породы определяются именно размерами поровых каналов в ней на основании эмпирических зависимостей.
Данный способ также обеспечивает невысокую точность оценки вследствие того, что выбранная модель недостаточно адекватно отражает характеристики породы.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является способ корреляции результатов каротажа скважин, описанный в заявке на патент США №2010/0004864 (опубл. 07.01.2010). В этом способе на основе результатов каротажа группы скважин вычисляют ошибку привязки к скважине по контурам из нескольких скважин, суммируют ошибки по каждому контуру и минимизируют суммарную ошибку привязки к скважине, после чего и осуществляют автоматическую корреляцию с использованием полученных минимизированных ошибок.
Этот способ обеспечивает недостаточно точные результаты вследствие того, что процесс корреляции осуществляют только на основе суммарных ошибок, минимизированных по контуру скважин, практически без учета особенностей реального геологического строения пластов и в соседних контурах.
Раскрытие изобретения
Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в разработке такого способа распознавания структуры залежей и построения моделей их пластов, который обеспечивал бы более высокую точность в процессе распознавания геологической структуры залежей и построения их модели.
Для решения этой задачи и обеспечения указанного технического результата предложен способ распознавания структуры залежей геологических пластов, содержащий этапы, на которых получают каротажные данные в ходе геофизического исследования множества скважин в виде зависимостей изменения конкретных параметров по глубине каждой из множества скважин; строят на этом множестве скважин триангуляционную сеть; осуществляют автоматическую корреляцию для каждой пары соседних по триангуляционной сети скважин при использовании по меньшей мере некоторых из полученных зависимостей; сопоставляют результаты автоматической корреляции для скважин в каждом треугольнике триангуляционной сети с целью выявления рассогласований; выделяют те из треугольников, в которых величина рассогласования в результатах корреляции превышает заранее заданный порог; исправляют результаты корреляции в выделенных треугольниках путем интерактивного внесения изменений в результаты корреляции соответствующих пар соседних скважин.
Особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что в нем возможно на этапе сопоставления результатов корреляции в заданном треугольнике учитывать по отдельности значения рассогласования по каждой глубине, на этапе выделения треугольников выделять те глубины, на которых эти значения рассогласования максимальны, а на этапе исправления результатов корреляции исправлять результаты корреляции именно на выделенных глубинах.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что в качестве зависимостей изменения конкретных параметров могут использовать зависимости изменения параметров из группы, состоящей из следующего: потенциал самопроизвольной поляризации пластов, гамма-каротаж, боковой каротаж, индукционный каротаж, нейтронный гамма-каротаж.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что в качестве триангуляционной сети используют триангуляцию из группы, состоящей из следующего: триангуляция Делоне, триангуляция Делоне с ограничениями, жадная триангуляция.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что определение величины Е рассогласования в результатах корреляции в зависимости от глубины h для заданного треугольника из скважин могут проводить по любому уравнению из группы, состоящей из следующих выражений:
12
32
13
E(h)=|C(h)-C(C(h))|,
13
23
12
E(h)=|C(h)-C(C(h))|,
12
32
13
13
23
12
E(h)=(|C(h)-C(C(h))|+|С(h)-C(C(h))|)/2,
ij
где функция C (i, j=1, 2, 3, i≠j) есть результат автоматической корреляции между скважинами i и j, отображающая глубины стратиграфических реперов со скважины i на глубины скважины j. При этом по заданному треугольнику в качестве величины рассогласования, не зависящей от глубины h, могут выбирать среднее или максимальное значение E(h) по всем глубинам одной из скважин этого треугольника.
Другая особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что на этапе выделения треугольников либо на этапе выделения глубин могут отображать полученные результаты для визуального восприятия и маркируют треугольники в зависимости от величины рассогласования. При этом маркировку могут осуществлять нумерацией числами, присвоенными в соответствии с заранее установленным соотношением в зависимости от величины рассогласования, либо присвоением цветовой метки в соответствии с заранее установленным правилом в зависимости от величины рассогласования. Такую цветовую метку могут выбирать в виде насыщенности одного и того же цвета в зависимости от величины рассогласования или в виде одного спектрального цвета в зависимости от величины рассогласования.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что этап исправления результатов корреляции могут многократно повторять с учетом исправлений, внесенных при предыдущих повторениях, до тех пор, пока величина максимального рассогласования не перестанет превышать заранее заданную величину.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что в качестве глубин используют относительные величины, отсчитываемые либо от поверхности скважины, либо от уровня моря.
Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что на этапе автоматической корреляции могут осуществлять интерактивное управление работой алгоритма автоматической корреляции.
Наконец, еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что перед этапом автоматической корреляции могут осуществлять этап предварительной обработки зависимостей изменения параметров, на котором выполняют по меньшей мере одну обработку из группы, состоящей из следующего: нормировка зависимостей, нелинейное масштабирование, фильтрация зависимостей, приведение к единым диапазонам глубин.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение поясняется приложенными чертежами.
На фиг.1 изображена блок-схема алгоритма, поясняющая этапы осуществления способа по настоящему изобретению.
На фиг.2 показаны графики двух выбранных зависимостей по глубине, полученных разными методами каротажа.
На фиг.3 представлен примерный вид триангуляционной сети скважин.
На фиг.4 показан пример автоматически выполненной корреляции.
На фиг.5 представлен примерный вид триангуляционной сети скважин по фиг.2 с выделенными треугольниками с максимальным рассогласованием.
Подробное описание варианта осуществления
Прежде чем описывать сам заявленный способ, целесообразно дать некоторые предварительные пояснения.
Корреляция геологических разрезов скважин представляет собой выделение и прослеживание по площади одноименных стратиграфических комплексов, горизонтов и пластов для выяснения условий их залегания, степени постоянства состава и толщины.
Процесс корреляции основан на сопоставлении геофизических характеристик пород в разрезах скважин и выделении одинаковых по возрасту (изохронных) отложений. В результате корреляции получается стратиграфический структурный каркас месторождения, показывающий изменение внутреннего строения залежей, коллекторских свойств, литологии.
Корреляция разрезов скважин является основополагающей составляющей изучения внутреннего строения отложений и моделирования любого геологического объекта. На результатах корреляции базируются все последующие процедуры создания геологических статических и динамических двух- и трехмерных моделей залежей полезных ископаемых, в частности углеводородов.
В настоящий момент особенно актуален вопрос о восстановлении детальной внутренней стратиграфической структуры пластов вплоть до пропластков шириной менее метра для дальнейшего использования в трехмерных геологических и фильтрационных моделях. Такая детальность изучения возможна только на основе корреляции с использованием данных геофизических исследований скважин (ГИС), и никакие другие методики не позволяют восстановить геологическую структуру месторождения с сопоставимой точностью. При этом сама детальная корреляция скважин обоснованно считается сложнейшей неформализованной процедурой, требующей от промыслового геолога высокой квалификации и больших временных затрат.
В основе корреляции лежит выявление и учет последовательности напластования отложений, опирающиеся на следующие положения.
1. Разрезы, сложенные осадочными породами, представляют собой чередование пластов разного литологического состава, возраст которых последовательно уменьшается снизу вверх по разрезу, т.е. каждый вышележащий пласт моложе нижележащего.
2. При согласном залегании пластов их чередование представляет собой закономерную последовательность, которая в разрезах, вскрытых разными скважинами, одинакова, т.е. не нарушена.
3. При несогласном залегании пластов последовательность напластования нарушена в результате перерывов в осадконакоплении, размывов, тектонических нарушений с нарушением сплошности пластов, что проявляется в постепенном изменении толщины отложений, в выпадении или повторении в разрезах соседних скважин пластов или больших интервалов разреза.
Процедура корреляции является исключительно трудоемкой даже при простой попластовой корреляции, когда прослеживаются стратиграфические границы продуктивных пластов без изучения их внутренней структуры. Практика попластовой корреляции переносит вопрос о восстановлении внутренней структуры пласта на этап трехмерного геологического моделирования, где он не может быть адекватно решен. Таким образом, возникает проблема автоматизации процесса детальной корреляции разрезов ГИС.
Способ распознавания структуры залежей геологических пластов по настоящему изобретению направлен на использование автоматической корреляции данных для множества скважин, что резко сокращает и облегчает работу промыслового геолога.
Согласно способу по настоящему изобретению выполняется поэтапно в соответствии с блок-схемой алгоритма, приведенной на фиг.1. Однако специалисты должны понимать, что некоторые из указанных этапов являются опциональными, а некоторые этапы могут выполняться одновременно либо заранее, что будет специально отмечено ниже.
Способ по настоящему изобретению начинается (фиг.1) с этапа 11, на котором в ходе геофизического исследования каждой из множества скважин получают каротажные данные. Эти данные получаются в виде зависимостей, каждая из которых представляет изменение какого-то конкретного параметра по глубине в данной скважине из этого множества.
В качестве таких зависимостей изменения конкретных параметров по глубине скважины можно использовать изменения по глубине различных параметров. К примеру, в качестве таких параметров можно использовать потенциал самопроизвольной поляризации пластов, гамма-каротаж, боковой каротаж, индукционный каротаж, нейтронный гамма-каротаж. В принципе, вполне возможно использовать и данные, полученные, например, в ходе акустического каротажа или данные какого-либо иного каротажа.
На этапе 12 из данных, полученных на этапе 11, выбирают наиболее информативные зависимости. При этом можно руководствоваться, например, такими соображениями.
Если две зависимости при их отображении в виде графиков весьма похожи одна на другую, их использование приведет лишь к замедлению процесса корреляции. Поэтому следует выбирать такие зависимости, графики которых максимально независимы. Кроме того, целесообразно выбирать такие отличные по форме зависимости, которые позволят определять разные части разреза с разной детальностью. Конкретнее, например, график одной выбранной зависимости может быть достаточно гладким, тогда как график другой выбранной зависимости будет более «шумоподобным».
С точки зрения надежности результатов получаемой в заявленном способе корреляции целесообразно выбирать не менее трех зависимостей, полученных разными методами. Но при этом следует иметь в виду, что применение более чем пяти зависимостей усложняет процедуру автоматической корреляции.
На фиг.2 приведен пример двух выбранных кривых ГИС, из которых верхняя представляет исследования потенциала самопроизвольной поляризации, а нижняя - исследования методом гаммокротажа.
Специалистам понятно, что этап 12 может быть частично совмещен с этапом 11 в том плане, что получаемые в процессе каротажа данные могут сразу оцениваться на пригодность для использования в автоматической корреляции.
Одновременно с этапом 11 получения каротажных данных, или одновременно с этапом 12 выбора информативных зависимостей, либо по завершении одного или обоих этих этапов, либо даже до начала этапа 11 выполняется этап 13, на котором на множестве скважин строят триангуляционную сеть. Пример такой сети показан на фиг.3. При построении такой триангуляционной сети можно использовать, например, триангуляцию Делоне, триангуляцию Делоне с ограничениями (Скворцов А.В. Триангуляция Делоне и ее применение. - Томск: Изд-во Томского ун-та, 2002. - теорема 3 на стр.11) или жадную триангуляцию (Ф.Препарата, М.Шеймос. Вычислительная геометрия: Введение. - М.: Мир, 1989. - стр.286-290).
По завершении этапов 11-13 (по меньшей мере, этапов 11 и 13) или в процессе этапов 11 и (или) 12 осуществляют этап 14, на котором производят предварительную обработку полученных зависимостей изменения параметров. Этот этап 14 может отсутствовать, либо выполняться выборочно для отдельных зависимостей. На этом этапе могут выполнять, например, такие виды предварительной обработки как нормировка зависимостей, нелинейное масштабирование, фильтрация зависимостей, приведение к единым диапазонам глубин. Такая предварительная обработка выполняется для того, чтобы последующая автоматическая корреляция осуществлялась быстрее и точнее. Все эти, а также не указанные здесь виды предварительной обработки известны специалистам и описаны, например, в (С.С.Итенберг. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин. - М.: «Недра», 1987. - с.213-368).
После этапа 14 - если он выполняется - или после этапов 11-13 (по меньшей мере, этапов 11 и 13) осуществляют этап 15 автоматической корреляции. На этом этапе 15 автоматическую корреляцию выполняют для каждой пары соседних по триангуляционной сети скважин, составленной на этапе 13, при использовании, по меньшей мере, некоторых из полученных на этапе 11 зависимостей (по выбранным на этапе 12 зависимостям). Такая корреляция в чем-то напоминает поиск на фотографиях похожих лиц, сфотографированных под разными ракурсами и при разной освещенности. Алгоритм корреляции пары скважин должен быть устойчив к таким геологическим факторам как фациальные замещения, выклинивания, изменения толщины и даже локальное отсутствие каротажа.
В программе, под управлением которой осуществляется автоматическая корреляция, задан некий порог (скажем, 10%) для искажений, вызванных упомянутыми факторами (хотя бы одним из них). Если доля искажений не превышает этот порог, их можно игнорировать. Величина такого порога может быть найдена экспериментально или задана принудительно, в зависимости от конкретных задач корреляции.
В принципе, в упомянутой программе может быть предусмотрена возможность вмешательства оператора в работу того вычислительного средства (компьютера, процессора, контроллера и т.п.), которое работает под управлением этой программы.
IK
PZ
GK
Результат примерной корреляции показан на фиг.4. Свойства каротажных кривых соответствующих низкой детализации показывают характерное поведение различных параметров индукционного каротажа () - точечная пунктирная линия, потенциала зонда () - штрихпунктирная линия, и гамма-каротажа () - сплошная линия, в диапазоне 1240-1260 м на верхней скважине (№2999) и такое же поведение этих кривых в диапазоне 1050-1100 м на нижней скважине (№2945), что позволяет сделать вывод о том, что это одни и те же пласты с одинаковыми физическими свойствами породы.
По завершении этапа 15 для пар скважин в одном из треугольников триангуляционной сети, построенной на этапе 13, переходят к этапу 16. На этом этапе 16 сопоставляют результаты автоматической корреляции для скважин в каждом треугольнике с целью выявления рассогласований. Понятно, что наличие подземных неоднородностей может приводить к тому, что при «замыкании» треугольника триангуляционной сети результаты корреляции для пары, скажем, первой и второй скважин этого треугольника стыкуются по глубине с результатами корреляции для второй и третьей скважин этого же треугольника. Но вот результаты корреляции для третьей и первой скважин не стыкуются с результатами корреляции для первой и второй скважин этого треугольника.
В этом случае на следующем этапе 17 определяют величины рассогласований в каждом треугольнике построенной триангуляционной сети. Такое определение величины Е рассогласования в результатах корреляции в зависимости от глубины h для заданного треугольника из скважин можно проводить по-разному. Например, можно использовать какое-либо из следующих выражений:
12
32
13
E(h)=|C(h)-C(C(h))|,
13
23
12
E(h)=|C(h)-C(C(h))|,
12
32
13
13
23
12
E(h)=(|C(h)-С(С(h))|+|C(h)-C(C(h))|)/2,
h2, h3
22
12
23
E(h)=MIN(|C(h2)-h|+|C(h)-h2|+|С(h2)-h3|+
32
13
31
+|С(h3)-h2|+|C(h)-h3|+|C(h3)-h|)/6,
h2, h3
21
12
23
2
2
2
E(h)=√{MIN[(C(h2)-h)+(C(h)-h2)+(С(h2)-h3)+
32
13
31
2
2
2
+(С(h3)-h2)+(C(h)-h3)+(C(h3)-h)]/6}.
ij
В этих выражениях функция C (i, j=1, 2, 3, i≠j) есть результат автоматической корреляции между скважинами i и j, отображающая глубины стратиграфических реперов со скважины i на глубины скважины j.
Наиболее предпочтительными являются первые три выражения, поскольку в них, в отличие от двух последних, не нужно определять минимум.
При вычислениях на этапе 17 в качестве величины рассогласования, не зависящей от глубины h, можно выбирать среднее или максимальное значение E(h) по всем глубинам одной из скважин этого треугольника.
Полученную на этапе 17 величину рассогласования для каждого треугольника упомянутой триангуляционной сети сравнивают на этапе 18 с заранее заданным порогом. Этот порог может быть выражен в виде некоторого абсолютного значения или части от найденного значения. Например, предпочтительным представляется задавать этот порог как максимальное значение из рассогласований для всех треугольников; после нахождения такого максимума - как максимальное значение из рассогласований для всех оставшихся треугольников и т.д. При этом, разумеется, можно учитывать и абсолютное значение рассогласования. Тогда, например, значения, попадающие в диапазон от общего максимума до некоторой промежуточной величины, попадут в первую группу («большое рассогласование»), а значения, оказавшиеся ниже этой величины, попадут во вторую группу («малое рассогласование»). Таких групп может быть больше двух. Скажем, при задании двух промежуточных величин, из которых первая превышает вторую, получим такие группы: «большое рассогласование» для значений больше первой промежуточной величины; «малое рассогласование» для значений ниже второй промежуточной величины и «среднее рассогласование» для значений, оказавшихся между этими промежуточными величинами.
Если сравнение на этапе 18 дает результат, который превосходит заранее заданный порог, то треугольник, в котором получен такой результат, выделяется. Это выделение может происходить и для выделенных глубин. В случае, когда результаты сравнения треугольников отображаются для визуального восприятия, можно производить маркировку треугольников в зависимости от найденной величины рассогласования.
Такую маркировку можно осуществлять, например, посредством нумерации треугольников числами, присвоенными в соответствии с заранее установленным соотношением в зависимости от величины рассогласования. Например, при упомянутом выше последовательном выделении максимумов номера (числа) можно присваивать в порядке убывания или возрастания величины рассогласования.
Можно, однако, маркировать треугольники путем присвоения цветовой метки в соответствии с заранее установленным правилом в зависимости от найденной величины рассогласования. К примеру, такую цветовую метку можно выбирать в виде насыщенности одного и того же цвета (например, зеленого) в зависимости от найденной величины рассогласования. Можно, однако, такую цветовую метку выбирать и в виде одного спектрального цвета (цвета радуги) в зависимости от найденной величины рассогласования. Поскольку важно исправить большие рассогласования, целесообразно использовать маркировку именно в виде насыщенности одного и того же цвета (см. фиг.5).
Помеченные соответствующей маркировкой или просто выделенные треугольники со значениями рассогласования, превышающими заранее заданный порог (ДА на этапе 18), подают на этап 19. На этапе 19 исправляют результаты корреляции в выделенных треугольниках путем интерактивного внесения изменений в результаты корреляции соответствующих пар соседних скважин. Как правило, большие значения рассогласования, полученные в процессе автоматической корреляции, бывают вызваны сложной геологической структурой в этом месте разреза исследуемой залежи полезных ископаемых. Для такой ситуации характерно наличие нескольких одинаково правдоподобных вариантов локального распространения геологических структур. Обычно это имеет место вокруг зон разломов, как показано более темными треугольниками, обведенными кружками на фиг.5.
После исправления, проведенного оператором (геологом), процесс обработки от этапа 19 возвращается к этапу 15 для повторного проведения автоматической корреляции для данного треугольника и соседних с ним треугольников. Такая процедура может выполняться итеративно до тех пор, пока на этапе 18 не будет получен отрицательный ответ.
В этом случае (НЕТ на этапе 18) данный треугольник считается распознанным, т.е. геологическая структура в пределах данного треугольника триангуляционной сети считается известной.
Следует отметить, что в качестве глубин в данном способе можно использовать относительные величины, которые отсчитываются либо от поверхности скважины, либо от уровня моря.
После распознавания структуры залежей геологических пластов по всем треугольникам триангуляционной сети полученные результаты могут использоваться, например, для построения модели всего месторождения, чтобы в процессе получить прогноз продуктивности скважин.
Рассмотренный алгоритм способа позволяет составить компьютерную программу, которая может быть записана на машиночитаемый носитель. При использовании такого носителя в процессе работы соответствующего компьютера (вычислительного средства) исполнение этой программы приведет к тому, что будут выполняться, по меньшей мере, некоторые из описанных выше этапов способа по настоящему изобретению, поэтому такой машиночитаемый носитель с упомянутой программой является еще одним объектом данного изобретения.
Данное описание приведено не для ограничения настоящего изобретения рассмотренными примерами, которые являются всего лишь иллюстрациями. Объем настоящего изобретения определяется только приложенной формулой изобретения с учетом возможных эквивалентов.