МНОГОВАРИАНТНОЕ 3D МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРОЕНИЯ ЗАЛЕЖЕЙ УВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ОЦЕНКИ ИХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАПАСОВ НЕФТИ И СНИЖЕНИЯ РИСКОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

GEOLOGIA| ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

МНОГОВАРИАНТНОЕ 3D МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРОЕНИЯ ЗАЛЕЖЕЙ УВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ОЦЕНКИ ИХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАПАСОВ НЕФТИ И СНИЖЕНИЯ РИСКОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

Алымова Мария Владимировна

ведущий специалист отдела геологического моделирования месторождений углеводородов ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг»

MULTIVARIATE MODELING 3D STRUCTURE DEPOSITS OF HYDROCARBONS DEPOSITS TO IMPROVE THE RELIABILITY ASSESSMENT OF THEIR GEOLOGICAL OIL RESERVES AND REDUCING RISKS ASSOCIATED WITH EXPLORATION WORK

Alymova M. V. leading specialist the Department of geological modeling hydrocarbons OOO «LUKOIL-Engineering»

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена актуальной проблеме повышения надежности подсчета запасов нефти и снижению геологических рисков открытых и подготавливаемых к разработке месторождений. Методологический подход многовариантного моделирования и вероятностной оценки геологических запасов нефти позволяет дать полноценный анализ имеющейся геологической информации и определить значимые элементы геологического строения залежей, их удельный вес при оценке запасов и масштаб относительной ошибки.

ABSTRACT

The article is devoted the problem of increase of reliability of calculation of reserves of oil and reduction of geological risks of open and prepared to the production oil reservoir. The methodological approach of multivariate modeling and probabilistic assessment of geological oil reserves allows to provide a full analysis of available geological information and identify significant elements of the geological structure of the deposits, their share in reserves and the magnitude of the relative error.

Ключевые слова: геологическое моделирование, геологические риски, вероятностная оценка запасов нефти.

Key words: geological modeling, geological risks, the probabilistic assessment of oil reserves.

Модели строения нефтяных месторождений и подсчет запасов реализуются программными средствами, позволяющими оценить неопределенности строения и масштаб запасов нефти при помощи многовариантного моделирования. Рациональное использование затрат на разработку месторождений УВ ставит задачу надежного изучения объекта в период разведки. Особую важность решение данной задачи приобретает на месторождениях сложного строения и месторождениях, расположенных на шельфе. Обобщение геолого-геофизической информации обеспечивает часто, неоднозначные, но равно обоснованные результаты интерпретации полученных материалов. Это приводит к многообразию интерпретационных моделей и к неопределенности основополагающей геологической модели залежи нефти, которая используется в качестве базовой при подсчете запасов и выработке стратегии геологоразведочных работ (ГРР).

Разработка методики количественной оценки неопределенности геологической модели, обусловленной многообразием результатов интерпретации параметров, представляющих геологическую основу трехмерной (3D) модели залежи нефти состоит из решения нескольких задач: - систематизация вариантов альтернативных, но равно

обоснованных интерпретационных моделей элементов геологического строения залежи, обеспечивающая многовариантное моделирование;

- оценка геологических запасов нефти комбинированных реализаций вариантов геологических моделей залежи на основе созданной матрицы эксперимента;

- представление вариантов моделей числовым показателем геологических запасов, отражающим интегральное свойство варианта геологической модели залежи;

- выбор в качестве критерия для характеристики геологической модели залежи нефти, величины относительной ошибки оценки запасов, названной геологическим риском;

- обоснование выбора базовой геологической модели залежи и ее запасов на основе вероятностной оценки запасов нефти и геологического риска;

- оптимизация процесса принятия решений относительно базовой геологической модели месторождений в условиях многообразия интерпретационных результатов на основе проведения факторного анализа степени влияния неопределенности интерпретации каждого из элементов строения залежи на геологический риск оценки запасов;

- выработка мероприятий по рационализации прове-

-10Sh

дения геологоразведочных работ на основе факторного анализа неопределенностей в интерпретации элементов геологического строения.

Анализ результатов геолого-геофизических исследований и их интерпретация по группе нефтяных месторождений различных регионов позволил автору статьи оценить неопределенности геологического моделирования и оценки запасов залежей нефти, обусловленных многовариантностью интерпретационных моделей месторождений. Формулировка основного принципа формализации геологического моделирования, заключена в обязательности использования интегрального количественного показателя геологической модели залежи-оценки ее геологических запасов нефти. Разработанные методологические приемы вероятностных оценок запасов на основе комбинированного многовариантного 3D моделирования позволяют определить вероятность выполненных оценок и построить для них функцию риска. Предлагаемый подход основан на факторном анализе неопределенности интерпретации элементов строения залежи УВ при помощи введения целевых показателей вероятности подсчета объема запасов и относительной ошибки с целью обоснования оценки геологических запасов нефти, принятия решений по уточнению геологической модели и выработки стратегии проведения ГРР. Поэтому основными этапами алгоритма моделирования неопределенности геологического строения залежей нефти являются:

- создание комбинированных геологических моделей и введение интегрального количественного показателя геологической модели залежи в виде оценки геологических запасов нефти;

- переход к вероятностной оценке запасов, который позволяет определить основополагающую (базовую) геологическую модель залежи УВ.

В научных трудах (Гладкова Е. А., Закревского К. Е., Черницкого А. В. и др.) показано, что 3D геологическая модель математически формализована для решения геолого-технологических задач [2, 4]. Неопределенности строения нефтегазоносных регионов и их локальных перспективных объектов подразделяются на региональные и детальные. Сейсмические исследования определяют вероятное наличие ловушки УВ, уточняемое бурением скважин. Основные геологические характеристики делятся на: структурные, петрофизические, положение флюидораз-дела. Геометризация резервуара зависит от результатов

интерпретации 2D, 3D сейсмических исследований и их погрешностей. Неоднозначное определение емкостного пространства вызвано различиями между интерпретацией геофизических исследований скважин (ГИС), керновы-ми исследованиями. Каждая характеристика строения интерпретируется по-разному в связи с неоднозначностью и вариативностью интерпретационных моделей элементов геологического строения залежей УВ (рис. 1).

Проблема количественных оценок геологических рисков состоит в расчете доли влияния неопределенности интерпретационной модели каждого элемента строения на запасы базовой модели залежи. Детерминированные методы предполагают точечную оценку геологических запасов, по вариантам их распределения Р10, Р50, Р90, значения изменяются от меньшего (Р10) к большему (Р90), значение Р50 соответствует базовому варианту технико-экономических расчетов. Экономическая эффективность проектов нефтедобывающей отрасли определяется подсчитанными геологическими запасами залежей УВ. Геологический признак промышленной оценки залежей это объем запасов на разных стадиях ГРР, поэтому необходимо учитывать вероятности подтверждения оценки и связанные с ней геологические риски. Принятие решения в условиях неопределенности означает присутствие риска. Вероятностные оценки запасов позволяют производить экономические расчеты с использованием методов анализа рисков и принятия решений [1].

Моделирование основывается на системном исследовании и изучении сходства залежей УВ с целью получения дополнительной информации об объекте исследования. Количественная характеристика неопределенностей интерпретации элементов геологического строения и ее влияние на масштаб запасов нефти залежей это методологическая основа снижения геологических рисков в ходе принятия решений при планировании разведочных работ, в том числе размещения скважин, а также, выполнения в них дополнительных исследований. Комбинирование вариантов интерпретации геолого-промысловой информации в соответствии с характеристиками строения залежи нефти и основополагающих концепций геологического строения позволяет создать матрицу эксперимента геологического моделирования, а компьютерные программы дают возможность построить совокупность реализаций 3D моделей с оценкой запасов каждого варианта.

Рис. 1. Блок-схема соответствия этапов геологического моделирования и неопределенности интерпретационных моделей

Очевидно, что не существует единого мнения и одного способа изучения глубинного строения нашей планеты. Чамберлин Т. говорит о том, что присутствуют три основных метода или теории научного познания геологических процессов: метод правящей теории, метод рабочей гипотезы и метод множества рабочих гипотез (СЬашЬегНп Т. С., 1897). Поскольку результаты дистанционного (глубинного) изучения залежей УВ прямыми и косвенными методами неоднозначны, сохраняется актуальность вопроса множественных рабочих гипотез или существования вариантов интерпретационных моделей элементов геологического строения. Геологи располагают фактической информацией и на основе ее интерпретации строят модель залежи и месторождения. Систематизация неопределенностей геологического строения залежей УВ по отдельным элементам основана на оценке состояния изученности месторождения и доведения этой изученности до оптимальной. Обоснованный вариант интерпретационной модели каждого элемента строения залежи равновероятен. Путь снижения геологического риска-это вычисление относительной ошибки оценки запасов по каждой неопределенной и вместе с тем равновероятной интерпретационной модели геологической характеристики [3]. Повышение надежности подсчета запасов достигается путем анализа неопределенностей строения залежей и

на этой основе принятия решения по проведению ГРР с целью снижения геологических рисков в оценках запасов УВ. Главный способ количественной оценки неопределенности геологического строения основан на вычислении случайных погрешностей, методы расчета которых различаются в зависимости от исследуемого параметра. При вероятностном подходе каждый параметр рассматривается как случайная величина, а величина запасов-как функция этих случайных параметров: Qн=Б*hэф.н*Кпо*Кн*9*р, где Qн-начальные (геологические) запасы нефти; Б-площадь нефтеносности; Ьэф.н-эффективная нефтенасыщенная толщина пласта; Кпо- коэффициент открытой пористости; Кн-коэффициент нефтенасыщенности; 9-пересчет-ный коэффициент; р-плотность нефти при стандартных условиях. Случайные погрешности всегда присутствуют при определении подсчетного параметра. Итоговая оценка погрешности определения запасов объемным методом представляет собой среднегеометрическую сумму погрешностей подсчетных параметров. Реализацию концептуальных положений количественной оценки и снижения геологических рисков, необходимо выполнять при помощи современных компьютерных технологий. Создание матрицы эксперимента на основе вариантов интерпретационных моделей характеристик геологического строения позволяет создать совокупность реализаций 3D

геологической модели залежи нефти, оценка запасов моделей дает возможность провести вероятностную оценку запасов залежи и геологического риска их подтверждения (рис. 2). Неопределенности геологического строения залежей это следствие многообразия интерпретационных моделей в определении: структурного каркаса, петрофи-зической модели и подсчетных параметров, положения флюидораздела. Систематизация интерпретационных

моделей строения залежей является основой многовариантного геологического моделирования. Геологический риск вызван опасностью не достижения оценки запасов, а количественный эквивалент геологического риска равен относительной ошибке вероятностного подсчета запасов. Интерпретационные варианты геологического строения залежи более значимы, чем случайные ошибки подсчет-ных параметров для выбора стратегии ГРР.

Рис. 2. Общая схема вероятностной оценки запасов нефти и геологического риска при помощи многовариантного моделирования строения залежи УВ

Общие принципы систематизации равновероятных интерпретационных моделей и созданный на этой основе алгоритм многовариантного моделирования позволил установить геологические риски подсчета запасов нефти залежи шельфового месторождения УВ. Алгоритм многовариантного геологического моделирования послужил инструментом вероятностной оценки запасов нефти на базе создания статистической совокупности детерминированных вариантов интерпретационных 3D моделей природного резервуара залежи УВ, которая позволила определить стандартные варианты 3D моделей Р10, Р50, Р90 распределения запасов нефти и геологический риск (относительную ошибку) подсчета запасов. Установлено, что минимальный геологический риск (20%) подсчета запасов нефти соответствует вариантом 3D моделей от Р50 до Р22 и изменению их запасов от 160 до 190 млн. т (рис. 3). С целью повышения надежности подсчета запасов нефти, геологические риски их оценок должны быть снижены, поэтому наилучшим средством является бурение оценочной скважины. Для выбора оптимального варианта разработки, высокой степенью неопределенности характеризуется параметр активности водоносного горизонта. Поэтому целесообразно провести опробование водонасыщенных интервалов разреза пласта, вскрытого оценочной скважиной. Таким образом, в процессе создания модели залежи шельфового месторождения установлены три группы неопределенностей геологического строения: структурный фактор, петрофизические свойства и положение водоне-фтяного контакта (ВНК). Вклад каждой группы в общую

относительную ошибку (геологический риск) подсчета запасов нефти (30%) распределился следующим образом: структурный фактор-20%; петрофизические свойства-2%; надежность положения ВНК-8%. С учетом перечисленных групп, обосновано положение новой оценочной скважины на месторождении. Проведенные исследования позволили предложить механизм повышения надежности оценки запасов нефти и снижения геологических рисков на базе вероятностной оценки запасов нефти и структурирования значимых неопределенностей геологического строения залежи. Структурирование неопределенностей по интерпретационным моделям элементов геологического строения показало высокий риск интерпретации структурной модели залежи. Поэтому было принято решение о заложении оценочной скважины на шельфовом месторождении. Целью бурения новой скважины было не только уточнение структурной модели, но и оценка напора законтурной области с целью рационализации проектирования технико-экономических показателей месторождения.

Результаты бурения оценочной скважины и комбинирование уточненных интерпретационных моделей элементов геологического строения позволило создать 60 вариантов возможных 3D моделей залежи и выполнить оценку их геологических запасов нефти. По результатам многовариантного моделирования построено распределение запасов нефти и функция геологического риска (относительной ошибки) подсчета запасов. Результаты исследований керна, ГИС, опробований в поисково-оценочной скважине, подтвердили концепции геологического строе-

-112-

ния залежи, обоснованные в оптимальном варианте (Р38) геологической модели залежи. Запасы актуализированной модели варианта Р-38 (2011)-178 млн. т (рис.4). Функция геологического риска подсчета запасов нефти показала, что риск оценки базового варианта геологической модели снижен до 10%, а его минимальным значениям (8%) соответствуют запасы нефти от 170 до 180 млн. т. Из под-контактной части пласта получен высокопродуктивный приток воды из пласта гравелитистого песчаника с проницаемостью >3000мД. Таким образом, результатом бурения одной скважины является не только уточнение геологиче-

ского строения залежи и повышение надежности подсчета запасов нефти, но и сокращение числа горизонтальных нагнетательных скважин в южной части при разработке месторождения. Геологический риск подсчета запасов базового варианта геологической модели залежи снижен в два раза (с 21% до 10%). Выработанные рекомендации по бурению скважины позволили повысить надежность оценки запасов (178 млн. т.) и минимизировать геологический риск (относительную ошибку) оценки запасов геологической модели базового варианта (10%).

190 160 170 ISO 190 200

ТСОЛОГНЧРСК11С Н171СЫ кгфш. 'LIК. I

Рис. 3. Вероятностная оценка запасов нефти залежи шельфового месторождения

ISO iW tit) ]№

r«*tl*l икшнишнфп, 1Ш т

Рис. 4. Вероятностная оценка запасов нефти залежи шельфового месторождения

Выводы и предложения надежность оценки запасов нефти и снизить геологиче-

Применение вероятностного подхода и методологии ские риски в оценке запасов нефти шельфового место-

структурирования неопределенностей интерпретации ге- рождения.

ологического строения позволило на практике повысить Концептуальные 3Б геологические модели залежей и

-112т

месторождений это научная система эмпирических исследований, которая служит средством получения информации (знаний) о природном резервуаре УВ. На практике принятие решений по проведению ГРР происходит в условиях ограниченной информации, по причине того, что знания о месторождениях УВ не могут быть получены со 100% уверенностью, поэтому и начальные геологические запасы не могут быть определены точно. В связи с этим особую ценность приобретает создание многовариантных 3D геологических моделей, которые восполняют потребности выбора, сравнения и дают возможность поиска альтернативных наилучших решений и их технологических реализаций.

В научной литературе изложено применение методов вероятностной оценки запасов при помощи заданных законов распределений исходных параметров геологического моделирования, которое повсеместно выполняется стохастическими алгоритмами, в частности, Монте-Карло. Недостаток стохастических методов состоит в том, что случайное вероятностное распределение запасов моделей не сопровождается адресной 3D геологической моделью ввиду задания случайных распределений подсчетных параметров и их случайного комбинирования в процессе подсчета возможных значений запасов. Поэтому актуальность приобретает задача детерминированных оценок запасов УВ при помощи инструментов трехмерного моделирования и создания равновероятных геологических мо-

делей, на основе комбинирования вариантов интерпретационных моделей геологического строения.

Практическая значимость состоит в том, что появляется возможность проводить технико-экономические расчеты с использованием метода количественной оценки геологического риска и принятия решений по его снижению при помощи структурирования геологических неопределенностей и вычисления относительной ошибки каждой группы неопределенностей, выделяя значимые факторы неопределенностей геологического строения и их вклад в геологический риск промышленных оценок запасов нефти.

Список литературы:

1. Емельянова Н. М., Пороскун В. И. Агрегирование оценок запасов нефти и газа при детерминированном и вероятностном методах подсчета // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2005.-№ 8.

2. Закревский К. Е. Геологическое 3D моделирование. - М.: ООО ИПЦ «Маска», 2009.

3. Фролов Е. Ф. Оптимизация разведки нефтяных месторождений / Фролов Е. Ф., Быков Н. Е., Егоров Р. А., Фурсов А. Я. - М.: «Недра», 1976.

4. Черницкий А. В. Методические особенности геолого- математического моделирования залежей в карбонатных коллекторах // Геология нефти и газа. - 1998.-№3.

-Шт