Компьютерные технологии фациального и седиментационного анализа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ухтинский государственный технический университет

Компьютерные технологии фациального и седиментационного анализа

Шарипов В.И.

Научный руководитель Кобрунов А.И.

Интенсивное внедрение компьютерных технологий в практику построения моделей геологических объектов при подсчете запасов, проектировании и анализе разработки нефтяных месторождений привело к тому, что на российском рынке появилось свыше десяти зарубежных и столько же, если не больше, отечественных пакетов геомоделирования.

Фациальный анализ - реконструкция географических, физико-химических и биологических условий образования осадков. В нефтегазовой геологии имеет главной целью прогноз местоположения, масштаба, формы литологических тел, их коллекторских и изолирующих свойств. В общем виде фациальный анализ проводится в несколько этапов.

Первым этапом является составление возможно более подробной карты фактического материала изучаемого интервала осадочного разреза. Детальность этой карты зависит от плотности точек наблюдения (разрезы скважин или обнажений), в которых имеется каменный материал по соответствующему интервалу разреза.

Второй этап фациального анализа состоит в детальном изучении структурных и текстурных особенностей всех разностей пород этого интервала - разреза, в выявлении степени их диагенетической и эпигенетической преобразованности, в изучении танатоценозов.

Третий этап заключается в реконструкции фаций в точках наблюдений. Прежде всего, реконструируются осадки (седифации) и биоценозы (биофации), а также геохимические фации. На этом этапе исходная литологическая карта преобразуется в фациальную карту той же детальности.

Четвертым этапом фациального анализа является трансформация фациальной карты в палеогеографическую, т.е. карту обстановок осадконакопления. На этом этапе с привлечением актуалистических представлений об эволюции обстановок осадконакопления, должны быть осуществлены общие палеогеографические реконструкции, охватывающие и изучаемый район. Составленная палеогеографическая карта должна быть значительно детализирована по сравнению с исходной фациальной за счет прогноза местоположения тех или иных обстановок осадконакопления. Так, если на фациальной карте, в какой-либо точке наблюдения установлены фации рифообразующих организмов, то на палеогеографической карте должен быть дан прогноз полосы возможного развития рифогенных обстановок. Аналогично, должны быть показаны преимущественные простирания (тренды) полос развития обстановок барьерных островов, пляжей, речных русел и т.д.

На пятом этапе фациального анализа на основе исходной карты фактического материала строят уточненную литологическую карту, на которую наносят местоположение литологических тел определенной формы, размеров и состава, в соответствии с прогнозируемыми на палеогеографической карте обстановками. Такая карта, распространения литологических тел, содержит в себе элементы прогноза качества покрышек и коллекторов, образовавшихся из осадков тех или иных обстановок. Так, пляжевые пески изначально уже имеют более высокие коллекторские свойства, чем пески аллювиальные, а глубоководные глины изначально обладают лучшими экранирующими свойствами по сравнению с лагунными глинами и т. д.

Следует иметь в виду, что фациальный анализ позволяет давать реконструкции только для сравнительно больших интервалов времени, как правило, превышающих длительность существования каждой конкретной обстановки осадконакопления. Поэтому, палеогеографическая карта представляет собой лишь модель усредненных, наиболее вероятных обстановок в целом для данного интервала времени. Это делает содержание результирующей карты распространения литологических тел, в частности прогноз местоположения ловушек нефти и газа, прогноз качества коллекторов и покрышек и пр., вероятностным. Построение более полноценной карты прогноза коллекторских и экранирующих свойств горных пород служит предметом специального исследования, в значительной мере сводящегося к изучению эпигенетической преобразованности пород, и не входящего как этап в фациальный анализ. Проведенный в пределах какого-либо участка литосферы для ряда последовательных интервалов времени фациальный анализ, позволяет дать внешнюю, выраженную в последовательной смене обстановок осадконакопления оценку тектонических движений, прежде всего колебательных.

Сложность образования осадочных пород требует определения генезиса, для чего применяют различные приемы. Для современной литологии характерно применение точных методов изучения, дающих количественную характеристику, с последующей обработкой с применением математической статистики. Для определения генезиса осадочных пород нужен ряд факторов собранных, как в поле, так и по результатам лабораторных исследований.

Полевыми методами фиксируются признаки, обусловленные особенностями отложения:

• мощность фаций;

• характер замещения;

• типы слоистости;

• характер органических остатков и другие признаки.

Ряд признаков осадочных пород выявляются при изучении минералогического состава обломочных пород. Фациальные исследования должны осветить особенности истории образований древних осадков.

Прежде всего, предполагается выяснить:

• характер среды отложения;

• ее физико-химические свойства;

• характер движения;

• направление и скорость;

• наличие перерывов в накоплении осадков;

• глубину накопления отложений;

• рельеф области отложения;

• состав пород, слагающих область сноса и ее рельеф;

• климатические условия образования осадков;

• тектонический режим в эпоху формирования осадочных пород;

• особенности окаменения и выветривания.

Углубленное фациальное исследование, и синтез всех литологических наблюдений, позволяют давать прогнозы о наличии полезных ископаемых и нефти и газа в осадочных отложениях.

Анализ фаций применим в двух аспектах - пространственном, когда изучается распределение фаций по площадям для ограниченного стратиграфического интервала, и временном, когда исследуется смена фаций во времени в пределах ограниченного района. Анализ распределения фаций по площади производится с помощью специальных карт, составленных по данным изучения как естественных обнажений, так и скважин.

Facies modeling (моделирование фаций) - это средство распределения дискретных фаций по гриду модели. Обычно у пользователя есть каротажные диаграммы с дискретными свойствами, перемасштабированные в грид модели, и, возможно, тренды, определенные в пределах пласта путем анализа данных в процессе Data Analysis. Является ли свойство дискретным, или нет, определено шаблоном свойства.

Рисунок 1 Отредактированная фациальная модель

Этап процесса Facies Modeling включает в себя семь разных подходов моделирования фаций:

Стохастический:

• Object Modeling (Моделирование объектов) позволяет наполнять модель дискретных фаций разнообразными телами различной геометрии, кодом фаций и фракциями.

• Sequential Indicator (Последовательный индикатор) - Позволяет выполнить стохастическое распределение свойства с использованием заранее определенной гистограммы. Задающие направление установки, такие как вариограмма и пространственные тренды, также учитываются.

• Facies Transition Simulation (Моделирование перехода фаций) - Позволяет выполнять стохастическое распределение фаций на основе заданного перехода между фациями, и направлениями тренда. Форма и направление тренда задаются интерактивно в диалоговом окне. Также задаются ранги вариограммы.

Детерминистический:

• Indicator Kriging (индикаторный кригинг) - обеспечивает дискретное распределение свойства, с учетом предопределенной гистограммы;

• Assign values (приписать значения) - дает четыре опции для выбора: Undefined (неопределенное), Constant (постоянное), Other Property (другое свойство) и Surface (поверхность). Для каждой из них пользователь может оставлять или переписывать исходные значения перемасштабированных каротажных диаграмм;

• User defined algorithm (Определенный пользователем алгоритм) - позволяет пользователю экспортировать файлы (ASCII) из Petrel в стандартном Geo-EAS формате. Пользователь может использовать эту информацию для выполнения предпочтительных алгоритмов за пределами Petrel и импортировать результаты в Petrel, когда моделирование закончено. Интерактивный:

• Позволяет пользователю раскрасить фации прямо в модели в 3D.

Получаемые в результате фации могут использоваться в качестве условий для Petrophysical Modeling (петрофизического моделирования).

Седиментация - образование всех видов осадков в природных условиях перехода осадочного материала из подвижного или взвешенного состояния (в водной или воздушной среде) в неподвижное (осадок). Наблюдается на втором и третьем этапах стадии седиментогенеза. Формирование осадков происходит на поверхности суши, в реках, озёрах, морях, океанах, частично за счёт терригенного(аллотигенного) материала, принесённого извне в готовом виде, частично за счёт биогенной и хемогенной садки некоторых (обычно наиболее труднорастворимых) соединений наддонной воды (в водоёмах) и текущей (в реках, ручьях стекающих со склонов). В ледовом типе литогенеза осадки формируются за счёт таяния ледника, загрязнённого обломочным материалом. В вулканогенно-осадочном типе - за счёт лавового, пеплового, гидротермального и эксгалятивного материала, выбрасываемого вулканом. компьютерный реконструкция нефтяной месторождение

Перенос осадка. Образовавшийся осадочный материал в большинстве случаев не остается на месте. Под воздействием внешних сил он перемещается и накапливается в понижениях рельефа суши или на дне водоемов. Транспортировка его осуществляется в водной, воздушной или твердой (ледники) средах. Во всех случаях решающую роль играет сила тяжести. Именно она обуславливает перемещение ледников, рек, регламентирует дальность переноса атмосферой. Некоторую работу осуществляют и живые организмы.

Водная среда - один из основных агентов переноса осадочного материала. Реки, временные потоки, возникающие при выпадении атмосферных осадков, таянии снега и льда, морские и океанические течения несут огромные количества различного вещества. Величина переносимых обломочных частиц определяется скоростью перемешивания водных потоков и плотностью материала. Перемещение частиц, в зависимости от их формы, размера и плотности, осуществляется во взвешенном состоянии, скачкообразно (путем сальтации) или перекатыванием. Вовлечь частицы в движение труднее, чем поддерживать их перемещение. Помимо обломочного материала вода переносит большое количество вещества в растворенном и коллоидальном состоянии.

Огромную работу совершают временные потоки, особенно в горных районах - сели. Транспортирующее значение морских и океанических течений определяется их скоростью (в среднем 3м/сек) и протяженностью - тысячи километров (например Гольфстрим). Деятельность приливно-отливных и прибрежных течений, в значительной степени, связано со взмучиванием осадка. В прибрежных частях на глубине до 200м и более, волнения взмучивают осадок в широкой зоне, поэтому перемещение терригенного материала имеет значительно большие масштабы.

Воздушная среда. Ее транспортирующая способность определяется скоростью движения воздушной массы. Плотность воздуха несравненно ниже, чем воды, поэтому и транспортирующие возможности при равной скорости у воздушной массы значительно ниже. Вовлечь в процесс перемещения влажный материал значительно труднее, чем сухой. Максимальный размер обломочных частиц, переносимых ветром, не превышает 20мм. Колоссальные количества обломочного материала переносят ураганные ветры и песчаные бури.

Расстояния, на которые переносится материал, определяются размером частиц, постоянством скорости и направленности воздушного потока.

Твердая среда. Материковые льды, перемещаясь вниз по падению каменного ложа, увлекают с собой обломки различного состава и размера. Не отсортированные, мало или совсем не окатанные, они могут транспортироваться дальше талыми водами или накапливаются с образованием конечной морены. Объем и дальность переноса зависят от характеристики ледника, скорости его перемещения и прочности пород, слагающих ложе ледника. Протяженность конечных морен составляет 10-100м, а мощность - нескольких метров, иногда до 1015м.

Ледники, сползающие с материков и островов в моря (айсберги), также несут осадочный материал, который по мере таяния оседает на дно морей и океанов. Поэтому крупные обломки пород, и даже глыбы, оказываются далеко в океане и погребены среди тонкозернистого и глинистого осадка. Из морских льдов, как средство переноса осадочного материала, имеют значение лишь прибрежные (припай) льды, которые достигают дна водоемов. В результате таяния таких льдов происходит переотложение прибрежных осадков на значительное удаление от берега.

Действие силы тяжести проявляется не только при переносе частиц водой, атмосферой и ледниками, но и самостоятельно. Наиболее ярко, как фактор переноса, ее можно наблюдать в горных районах, особенно при землетрясениях, вызывающих интенсивное растрескивание пород, и в морях и океанах при возникновении мутьевых (или турбидных) потоков, скорость перемещения которых может достигать нескольких десятков километров в час. С перемещением под действием силы тяжести связаны и такие явления, как осыпи и оползни.

Роль упомянутых сил природы в транспортировке осадочного материала не одинакова в различных физико-географических условиях. Во влажных районах с обильным растительным покровом, перенос материала осуществляется, в основном, водными потоками. В области развития пустынь и полупустынь основную работу выполняет атмосфера. В высокогорных районах и полярных областях - ледники и сила тяжести.

В процессе переноса обломочный материал шлифуется, окатывается и уменьшается в размерах. Быстрее всего окатываются крупные обломки. Механически непрочные обломки (сланцы, слюды и др.) дробятся и переходят в пелитоморфное состояние или полностью разрушаются (кальцит, доломит, гипс и прочее). Химически нестойкие соединения в условиях дневной поверхности (пироксены, основные плагиоклазы, органические вещества и др.) в значительной мере разлагаются и растворяются.

Все выше сказанное применительно не только к существующей географической обстановке, но может быть использовано и при анализе условий переноса в более древние этапы геологической истории. Не вызывает сомнений, что в геологическом прошлом роль отдельных сил природы в процессе транспортировки материала существенно отличалась от современной.

Осадочный материал, растворенные газообразные вещества, находившиеся в состоянии неустойчивого равновесия, при взаимодействии с окружающей средой, между собой и при участии живых организмов могут перейти в осадок. Места его накопления - водные бассейны и поверхность суши, однако значение первых несравненно выше. Общий объем осадка и его физико-химические признаки определяются, с одной стороны, качеством и количеством поступающего осадочного материала, с другой - физико-географической обстановкой, в которой происходит седиментогенез.

При обильном поступлении материала и стабильной обстановке может образовываться мощный слой осадка, и наоборот - периодическое изменение обстановок приводит к формированию тонкого переслаивания осадочных образований, различных по составу, генезису и строению.

Крупные частицы имеют большую скорость осаждения, и будут накапливаться ближе к источникам сноса. Мелкие, могут путешествовать длительное время.

Определенное влияние на скорость осаждения частиц оказывает вязкость водной среды, возрастающая с понижением температуры, повышением солености и концентрации коллоидальных частиц. Скорость накопления осадков в водной среде колеблется в очень широких пределах - от долей мм до нескольких см/год. Минимальная скорость в современную эпоху наблюдается в центральных частях океанов и составляет 0,006-0,008мм/год. Максимальные - характерны для дельт крупных и горных рек и бассейнов с высокой минерализацией вод (до 20см/год и более).

Остановимся на компьютерных технологиях. В программном комплексе DV SeisGeo выполняется выявление и детальное изучение литофаций и сейсмофаций, седиментационных тел, палеоканалов и малоамплитудных нарушений, влияния флюидонасыщения и других аномалий геологического разреза на основе седиментационного анализа трехмерных геолого-геофизических данных.

В процессе седиментационного анализа трехмерных геолого-промысловых параметров и сейсмических атрибутов дополнительная информация об условиях осадконакопления получается с помощью изоповерхностей, последовательно восстанавливающих на определенный момент геологического времени картину распределения фильтрационно-емкостных свойств или любых других параметров по площади исследуемого региона. Выполняемые функции:

• построение поверхностных сечений в интервалах с меньшим шагом дискретизации, чем анализируемые данные;

• обширные возможности интерпретации формы поверхности палеогоризонтов, выделения разломов и седиментационных тел;

• анализ изменчивости сейсмических атрибутов и геологических параметров вдоль палеогоризонта;

• гибкая система окон отображения палеогоризонтов;

• управление параметрами прослеживания палеогоризонтов;

• визуальный анализ палеогоризонта в динамическом режиме.

Рисунок 2 - Выполняемые функции в DV SeisGeo

В системе DV-1 Discovery разработана специальная технология для разделения эффекта седиментации и последующих тектонических преобразований геологического разреза (патент N№ 2165630).

Эта технология базируется на корреляции всех опорных отражений (опорных палеогеоизохронных поверхностей), перестроении исходного сейсмического куба (временного или глубинного) в куб палеогеоизохронных слайсов.

Седиментационный слайс представляет собой карту амплитуд сейсмических отражений, выбранных по положению палеогеоизохронной поверхности. Этим достигается устранение структурного (тектонического) фактора, что позволяет увидеть особенности строения локальных тел.

Рисунок. 3 Наложение на изображение фрагментов вертикального разреза

Важным элементом седиментационного анализа, является возможность наложения на изображение фрагментов вертикального разреза в малых окнах, что позволяет осуществлять идентификацию выделенных седиментационных объектов на вертикальных разрезах.

В точках пересечения скважин с палеогеоизохронными поверхностями могут быть открыты "окна", содержащие изображения фрагментов каротажных кривых.

Различные способы визуализации седиментационных слайсов позволяют детально изучать геологические тела.

Рисунок 4 - Различные способы визуализации слайсов

Основными видами изображения являются:

• изображение амплитуд

• карты углов наклона палеогеоизохронных поверхностей

• изображение освещенных амплитуд

• вертикальное накапливание слайсов

• отфильтрованное изображение слайсов.

Применяемая в пакете технология позволяет эффективно извлечь из сейсмического куба информацию о палеогеографии: погребенных каналах, локальных телах, малоамплитудных и полигональных нарушениях; позволяет увидеть влияние залежей углеводородов и других аномалий геологического разреза по изменению динамики сейсмической записи.

Рисунок 5 Выделение газовой залежи и зон тектонических нарушений

Седиментационный анализ позволяет получить новый вид сейсмической информации - структурные, седиментационные, сейсмофациальные кубы.

Список используемых источников

1. Сайт Центральной геофизической экспедиции [электронный ресурс]. http://www.cge.ru/

2. Интерпретация фаций и стратиграфическая последовательность. Хэллем А. 1983 г.

3. Краткое описание версии Petrel 2013.2 Schlumberger, документ в формате PDF.

Размещено на Allbest.ru