CC BY
2225.00.10 Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых (технические науки)
DOI: 10.31660/0445-0108-2019-2-37-44
УДК 550.8.053:550.8.013
Некоторые особенности применения современных программных продуктов для сейсмического моделирования при подготовке кадров высшей квалификации
А. С. Смирнов1' 2, Г. В. Прозорова2*, А. В. Макарова1
1ООО «Газпром геологоразведка», г. Тюмень, Россия 2Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, Россия *e-mail: prozorovagv@tyuiu.ru
Аннотация. В работе описаны некоторые особенности применения современного программного обеспечения для полноволнового сейсмического моделирования при подготовке кадров высшей квалификации по специальности «Технология геологической разведки».
Сейсмическое моделирование является решением прямой задачи сейсморазведки, то есть построения сейсмического образа исследуемого объекта при заданных параметрах геологической модели: мощности пластов, скорости и плотности. Кроме того, с помощью рассматриваемого программного обеспечения может проводиться моделирование как сейсмограмм, так и временных разрезов, кубов для различных геологических моделей, причем данные модели могут быть любой сложности: от резких скоростных изменений по латерали до блочного строения геологической структуры.
На примере одной из площадей, расположенной в Восточной Сибири, характеризующейся непростыми условиями, такими как большие перепады альтитуд рельефа, аномально высокое пластовое давление, соляные пропла-стки и различные тектонические нарушения, показаны возможности программного обеспечения и сравнение реального и модельного разрезов.
Ключевые слова: сейсмическое моделирование; программное обеспечение; подготовка кадров
Some features of the application of modern software products for seismic
modeling in training high-qualification frame
Alexander S. Smirnov1, 2, Galina V. Prozorova2*, Alexandra V. Makarova1
1LLC «Gazprom Geologorazvedka», Tyumen, Russia 2Industrial University of Tyumen, Tyumen, Russia *e-mail: prozorovagv@tyuiu.ru
Abstract. The article describes some features of the application of modern software for the full-waveform seismic modeling in the training of students for top-qualification level in the specialty «Technology of geological exploration».
Seismic modeling is the solution to the building a seismic image of the examined object with the given parameters of the geological model. These parameters are reservoir thickness, velocity and density. Additionally, mentioned software can be applied for modeling both seismograms and time sections, cubes for various geological models, and these models can be of any complexity: from rapid lateral changes in velocity to the block structure of the subsurface geology.
We show software capabilities in comparison of real and model sections a case study of one of the areas in the territory of Eastern Siberia. This area is characterized
by complicated seismic conditions, such as large différences in surface altitudes, abnormally high reservoir pressure, sait layers and various tectonic faults. Conclusions are drawn that modern software can be useful in analysis of reservoir properties.
Key words: seismic modeling; software; training
Введение
В данной статье описаны некоторые особенности применения современного программного обеспечения (ПО) для полноволнового сейсмического моделирования в курсе подготовки кадров, обучающихся по специальности 21.05.03 «Технология геологической разведки» направлений подготовки 21.04.01 «Нефтегазовое дело» (программа «Нефтегазовая геология и геофизика»), 09.04.02 «Информационные системы и технологии» (программа «Цифровые технологии в геологии и нефтегазодобыче»).
На сегодняшний день сейсморазведка МОВ ОГТ — основной метод разведочной геофизики в нефтегазовой отрасли [1]. Сейсморазведка является неотъемлемым этапом работ по изучению структурного плана, строения продуктивных отложений, по оценке характера насыщенности перспективных пластов. Сейсмическое моделирование является решением прямой задачи сейсморазведки, то есть построения сейсмического образа исследуемого объекта при заданных параметрах геологической модели: мощности скорости и плотности. В данной статье описаны особенности использования ПО Tesseral Pro1. Это ПО реализовано на базе программного обеспечения на основе вычислительной схемы и принципов построения модели Tesseral 2D. Она включает в себя дополнительные инструменты, такие как трассировка лучей, и предназначена для интерактивного анализа и изучения глубинно-скоростной модели месторождений нефти и газа с использованием геолого-геофизических баз данных.
Программное обеспечение позволяет создавать глубинно-скоростные модели по каротажным данным, картам геологических поверхностей, 2D и 3D сейсмическим скоростным моделям, выполнять расчеты многокомпонентных синтетических данных 2D и 3D на основе построенных моделей, а также готовить задания для вычислительных кластеров.
Tesseral Pro позволяет создавать тонкослоистые модели с большой точностью и правильно их моделировать. Наряду с каротажными кривыми можно использовать дополнительные данные скважин: координаты и инклинометрию, стратиграфию, карты горизонтов и т. д.
Объект и методы исследования
В современном мире геологии и геофизики все больше специалистов отмечают необходимость применения сейсмического моделирования на различных этапах изучения недр Земли [2-8]. Даже такие гиганты, как ООО «Сейсмотек» [9] и ООО «Парадайм геофизикал», внедряют в свои комплексы модули по моделированию.
Пакет Tesseral Pro использовался исключительно для учебных целей в рамках учебных программ Тюменского индустриального университета по следующим дисциплинам:
• современные технологии в нефтегазовой геофизике;
• прогнозирование геологического разреза;
• интерпретация данных сейсморазведки.
1 TetraSeis Inc&Tesseral Technologies Inc: коммерческое программное обеспечение [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.tesseral-geo.com.
Кроме того, пакет Tesseral Pro проходил официальную апробацию в компании ООО «Газпром геологоразведка» в период с 2013 по 2016 гг. [10, 11], для тестирования возможностей и сравнения функционала с российскими аналогами (Prime [9], Волна-М [12]). По результатам тестирования пакет Tesseral Pro зарекомендовал себя с наилучшей стороны с наиболее полным набором инструментов и возможностей.
Ниже приведена краткая сравнительная таблица функционала пакетов и модулей по моделированию (рис. 1).
Функционал TesseralPro Prime Волна-М
(Canada) (Россия) (Россия)
Лучевоемоделированне Сеточное полноволновое .моделирование ЗВ моделирование Моделирование ВС'П
Экспресс-моделирование методами «взрывающаяся поверхность», «взрывающиеся границы»
Учет анизотропии
Включение в модель зоны малых скоростей Использование тонкослоистой модели
Использование данных трицнноватости, добротности, пористости среды
Рис. 1. Сравнительная таблица функционала различных пакетов моделирования
Основные функции и возможности сейсмического моделирования
Моделирование сейсмических данных выполнялось в пакете полноволнового моделирования Tesseral Pro компании TESSERAL Technologies Inc. 2, которая разрабатывает коммерческое программное обеспечение для высокоточного моделирования волнового поля на основе цифровой модели сложнопостроенного твердого тела.
С помощью данного программного обеспечения проводится моделирование сейсмограмм, временных разрезов, кубов для различных геологических моделей, причем данные модели могут быть любой сложности: от резких скоростных изменений по латерали до блочного геологического строения геологической структуры.
Большим преимуществом данного пакета является возможность использования тонкослоистых моделей, которые строятся на основе данных акустического и плотностного каротажа и состоят из множества слоев, а также возможность просмотра «мгновенных снимков» волнового поля.
Сейсмическое моделирование в пакете Tesseral Pro дает возможность получать сейсмические данные, почти идентичные тем, что мы будем наблюдать при полевых сейсмических работах (с применением такой же системы наблюдения, как и при моделировании).
При наличии достаточной априорной информации о строении верхней части геологического разреза, скоростях распространения продольных и поперечных волн, а также плотности горных пород синтетические сейсмограммы, полученные при полноволновом моделировании, содержат все типы полезных волн и волн-помех. Это дает возможность заранее обосновать не только систему наблюдений, но и эффективную последовательность процедур обработки наблюденных данных
2 TetraSeis Inc...
для выделения целевых отражений на фоне волн-помех и, таким образом, в более сжатые сроки успешно решить геологическое задание.
Пакет полноволнового моделирования Tesseral Pro используется для следующих целей:
• планирование систем сейсморазведочных работ;
• изучение влияния зоны малых скоростей верхней части разреза;
• проверка спорных моментов интерпретации;
• тестирование параметров обработки;
• выяснение природы различных типов волн;
• изучение влияния анизотропии среды;
• изучение влияния тонкослоистости.
Моделирование сейсмических разрезов на примере Восточной Сибири
Геология Восточной Сибири характеризуется непростыми условиями: здесь и большие перепады альтитуд рельефа, аномально высокое пластовое давление (АВПД) [3, 4, 6, 13], соляные пропластки, различные тектонические нарушения.
Профили, которые использовались для учебных целей, имеют большую протяженность и проходят через ряд скважин одного из месторождений Восточной Сибири [10, 11]. Имея акустический каротаж в данных скважинах, а также разбивки, мы можем построить глубинно-скоростную модель. Насколько точна и достоверна будет она, зависит от исходных данных, получение которых осложняется соляно-купольной тектоникой района работ. Основными причинами осложнений, возникающих при строительстве скважин на данном месторождении, являются зоны с АВПД, зоны поглощений, химически активных пород (ангидрит, соли) и флюидов (высокоминерализованная вода).
В осадочном чехле выделяются три структурно-тектонических комплекса: нижний — подсолевой, средний — солевой и верхний — надсолевой [3].
Средний галогенно-карбонатный комплекс и тесно связанный с ним верхний — надсолевой имеют более сложное тектоническое строение. Наблюдаемые здесь изменения обусловлены влиянием соляной тектоники в составе среднего структурно-тектонического комплекса. Наиболее мощные проявления соляного текто-генеза характерны для двух интервалов: усольского и ангарско-литвинцевского.
Таким образом, осадочный чехол представляет собой высокоскоростную среду, главной особенностью которой являются тонкая слоистость и сильная дифференциация по акустическим жесткостям нижнекембрийских и венд-кембрийских отложений. Эти два фактора определяют существование в разрезе многочисленных отражающих границ, расположенных близко к друг другу и порождающих большое число отраженных волн. Тем не менее среди них выделяются опорные регионально выдержанные отражения, которые соответствуют реальным геологическим границам.
Опорные сейсмические горизонты в солевом комплексе: Н1 — кровля солевого комплекса (кровля литвинцевской свиты); Н2 — кровля келорского горизонта; Н3 — кровля нижнеангарской подсвиты; Н4 — кровля булайской свиты; К2 — кровля нижнеесреднебельской подсвиты.
Опорные сейсмические горизонты в подсолевом комплексе: А — кровля под-солевого комплекса (кровля осинского пласта доломитов); Б — кровля мотской свиты; М2 — кровля нижнемотской подсвиты; Ф — поверхность кристаллического фундамента.
Перечисленные сейсмические горизонты соответствуют реальным геологическим (стратиграфическим) границам, на которых происходит резкое изменение скоростных свойств пород (перепад скорости на этих границах достигает 1 700 м/с, а значения коэффициентов отражения изменяются от 0,12 до 0,18). Бла-
годаря такой высокой контрастности эти границы достаточно уверенно прослеживаются на временных разрезах в виде высокоамплитудных отражений.
Парфеновский горизонт — базовый объект разведки и сосредоточения промышленных запасов газа и составляющих его компонентов, поэтому именно он является главным исследуемым объектом на рассматриваемой территории [14].
Глубинно-скоростная модель (рис. 2) была построена с применением скважин-ных данных, а именно акустического каротажа. Благодаря имеющейся информации скорость и плотности в пластах были автоматически проинтерполированы согласно значениям кривой БТ. Плотностные характеристики пластов посчитаны согласно корреляционной зависимости из значений скорости. Таким образом, мы получили полноценную тонкослоистую глубинно-скоростную модель, которая максимально близка к реальной геологической среде.
Рис. 2. Глубинно-скоростная модель
Отражение залежей углеводородов в синтетическом волновом поле
Для изучения влияния парфеновского резервуара на форму записи отраженных волн в пределах исследуемой территории было выполнено сейсмическое моделирование двух пересекающихся профилей. Всего в моделировании задействовано 15 скважин с различными эффективными мощностями парфеновского горизонта.
Основой моделирования является глубинно-скоростная модель, которая была создана с использованием акустического каротажа и разбивок, скоростные свойства пород соответствуют каротажным характеристикам в каждой скважине и интерполируются в межскважинном пространстве.
На рисунке 3 представлен фрагмент глубинно-скоростной модели, на основе которой происходил расчет синтетический сейсмограмм с шагом ПВ = 50 м, 1111 = 25 м. Цветом здесь обозначена скорость, определенная по данным акустического каротажа. Как видно, в этом небольшом интервале (500 м) скорость изменяется в широком спектре — от 3 000 до 7 500 м/с. Как видно на границе М2, которая соответствует кровле чорской свиты, происходит резкая смена литологического состава: с высокоскоростных карбонатов на терригенные отложения. В составе чорской свиты был выделен продуктивный парфеновский горизонт, состоящий из двух пластов: П и П2. Породы-коллекторы парфеновского горизонта имеют отличные от вмещающих отложений свойства: скорость распространения акустиче-
ских колебаний в них уменьшается до 4 200-4 600 м/с, а плотность — до 2 380-2 490 кг/м3. Такие свойства пород-коллекторов обусловлены как наличием пористости, так и газонасыщенностью.
Представлен фрагмент одного из сейсмических разрезов, на который нанесены геологические границы модели (рис. 3 б). Разрез представлен в глубинном масштабе. В левой части разреза — отрицательная фаза, приуроченная к кровле чор-ской свиты, здесь в скв. 134 вг эффективная мощность пласта П2 составляет 5 м, в скв. 56 — 13 м. По мере того как эффективная мощность пласта начинает возрастать в северо-восточном направлении, амплитуда отраженной волны также начинает увеличиваться, и в скважинах 17, 1 и 13 фаза волны имеет двойную форму, а в скв.10Х, где эффективная мощность П2 составляет уже 31 м, отражение от его кровли выделяется в отдельную устойчивую фазу отрицательного знака.
3600 3000 4000 4200 +400 4600 4000 5000 5200 5400 »00 5000 6000 6200 6400 6600 6000 7000 7200 74С
Рис. 3. Фрагмент глубинно-скоростной модели по профилю 1:
а) глубинно-скоростная модель; б) сейсмический глубинный разрез
Рассматривая фрагмент сейсмического разреза (см. рис. 3 б), можно сделать вывод о том, что в районе скважин со значительной эффективной мощностью пласта П2 (скв. 17, 1, 13, 58, 15, 3) наблюдается увеличение отрицательной фазы, приуроченной к кровле чорской свиты. Амплитуда отраженной волны, которая формируется на границе двух сред, определяется величиной коэффициента отражения (Котр). Значения Котр были рассчитаны в каждой скважине и сопоставлены со значением эффективной мощности изучаемого пласта. Полученная зависимость имеет прямой характер: чем больше эффективная мощность пласта, тем выше значение коэффициента отражения. В этих скважинах Котр изменяется от -0,09 до -0,12. В районе скважин с эффективной мощностью пласта П2 от 2 до 5 м, а также в скв. 2Ch, где он является неколлектором, коэффициент отражения изменяется в пределах от 0,01 до -0,03 и в волновом поле никак не выделяется. Как видно из приведенного примера сейсмического моделирования, коллектора парфеновского горизонта отражаются в сейсмическом поле амплитудными
аномалиями [10, 11, 14], которые обладают свойствами управляемости и поли-морфности [14].
Сопоставляя реальный и модельный разрез (рис. 4), можно сделать вывод о том, что в сложных сейсмогеологических условиях, таких как в Восточной Сибири, моделирование волновых полей может быть полезным аппаратом для динамического анализа реальных сейсмических разрезов и использоваться для дальнейшего прогноза коллекторских свойств. Сейсмические характеристики пород-коллекторов парфеновского горизонта напрямую зависят от скоростных изменений в породах [14], при этом эти изменения могут варьироваться по разрезу и по площади по многочисленным причинам и быть не связанными только с пористостью и насыщенностью.
ПР1 Реальный разрез ^ГГ
Рис. 4. Сопоставление реального и модельного разрезов в районе скв. 17
Результаты и выводы
Сейсморазведка МОВ ОГТ остается, как и прежде, основным методом разведочной геофизики в нефтегазовой отрасли. Сейсмическое моделирование в современных условиях проведения геолого-разведочных работ в различных регионах Российской Федерации является обязательным элементом полевых и камеральных работ [2, 3, 11, 13] и учебного процесса с целью поисков и разведки месторождений УВ, а также подготовки кадров высшей квалификации.
На текущий момент список ПО для полноценного моделирования в арсенале интерпретаторов и обработчиков сейсморазведочных данных сильно ограничен. Наиболее интересным инструментарием обладает рассматриваемый программный продукт.
Выбор способов моделирования определяется решаемыми задачами и исключительно востребованностью конкретных процедур моделирования.
Библиографический список
1. Нежданов А. А. Геологическая интерпретация сейсморазведочных данных: курс лекций. - Тюмень: ТИУ, 2017. - 171 с.
2. Поперечные и обменные волны в морских исследованиях ГСЗ (результаты математического моделирования) / Т. М. Яварова [и др.] // Геофизические методы исследования земной коры: материалы Всеросс. конф., посвященной 100-летию со дня рождения академика Н. Н. Пузырева (Новосибирск, 8-13 декабря 2014 г.). - Новосибирск, 2014. - С. 291-296.
3. Интеграция геолого-геофизических данных — путь к созданию достоверной модели Ковыктинского газоконденсатного месторождения / А. С. Смирнов [и др.] // Геология нефти и газа. - 2016. - № 2. - С. 56-66.
4. Картирование сложно построенных трещинно-кавернозных зон с АВПД в геологическом разрезе осадочного чехла северо-восточного борта Ангаро-Ленской ступени по геофизическим данным / А. С. Смирнов [и др.] // GeoBaikal 2018: материалы 5-й международной науч.-практ. конф. - Иркутск: EAGE, 2018. DOI: 10.3997/2214-4609.201802041
5. Inversion of TEM responses to create a near surface velocity structure / I. Shelokhov [et. al.] // First break. - 2018. - Vol. 36. - P. 47-51.
6. Integration of geomechanical, geoelectric and structural-tectonic models for the Kovykta gas condensate field geological model improvement / I. V. Buddo [et al.]. - Saint-Petersburg, 2018. DOI: 10.3997/2214-4609.201800285
7. Интегрирование данных электромагнитных и сейсморазведочных исследований на всех стадиях геолого-разведочных работ: от поисково-оценочного этапа до разработки месторождений углеводородов / И. В. Буддо [и др.] // Экспозиция Нефть Газ. - 2018. - № 6. - С. 60-64.
8. Шелохов И. А., Буддо И. В., Смирнов А. С. Подход к восстановлению скоростных характеристик верхней части разреза на основе данных нестационарных электромагнитных зондирований // Приборы и системы разведочной геофизики. - 2018. - № 1-2. - С. 58-67.
9. Система интерпретационной обработки сейсмических 2D/3D/3C данных Prime (Прайм) / О. А. Силаенков [и др.] // Экспозиция Нефть Газ. - 2014. - № 6 (38) - С. 8-12.
10. Исследование динамических характеристик парфеновского горизонта Ковыктин-ского ГКМ на основе сейсмогеологического моделирования / А. В. Кирильчатенко [и др.] // Моделирование газовых и нефтегазоконденсатных месторождений: материалы молодежной науч.-практ. конф. - Москва: Газпром ВНИИГАЗ, 2014. - С. 31.
11. Кирильчатенко А. В., Смирнов А. С., Яицкий Н. Н. Анализ проявления залежей УВ в волновом поле в пределах Ковыктинской зоны моделирования // 3-я Байкальская молодежная науч. конф. по геологии и геофизике: материалы байкальской молодежной науч.-практ. конф. по геологии и геофизике. - Улан-Удэ: СО РАН, 2015. - С. 318-321.
12. Гонтаренко И. А., Гуленко В. И. Разработка программных средств для экспресс моделирования сейсмических волновых полей // Георесурсы. - 2012. - № 1 (43). - С. 15-18.
13. Геофизические методы изучения природных межсолевых резервуаров кембрия и флюидных систем / А. С. Смирнов [и др.] // Совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока: материалы XXII всеросс. совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. - Новосибирск: ИПЦ НГУ, 2018. - С. 452-456.
14. Барышев Л. А. Прогнозирование нефтегазовых залежей на основе физико-геологических моделей в сейсмогеологических условиях юга Сибирской платформы: дис. ... д-ра геол.-минерал. наук. - Иркутск, 2009. - 204 с.
Сведения об авторах
Смирнов Александр Сергеевич, к. г.-м. н., доцент кафедры прикладной геофизики, Тюменский индустриальный университет, начальник отдела Инженерно-технического центра ООО «Газпром геологоразведка», г. Тюмень, e-mail: smirno-vas@tyuiu.ru
Прозорова Галина Владимировна, к. пед. н., доцент кафедры прикладной геофизики, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, e-mail: prozoro-vagv@tyuiu.ru
Макарова Александра Васильевна, геофизик 2 категории Инженерно-технического центра ООО «Газпром геологоразведка», г. Тюмень, e-mail: a.makarova @ggr.gazprom. ru
Information about the authors
Alexander S. Smirnov, Candidate of Geology and Mineralogy, Associate Professor at the Department of Applied Geophysics, Industrial University of Tyumen, Division Head of the Engineering and Technical Center, LLC «Gazprom Geologorazvedka», Tyumen, e-mail: smirnovas@tyuiu.ru
Galina V. Prozorova, Candidate of Pedagogics, Associate Professor at the Department of Applied Geophysics, Industrial University of Tyumen, e-mail: prozoro-vagv@tyuiu.ru
Alexandra V. Makarova, Geophysicist of the 2nd category, the Engineering and Technical Center, LLC «Gazprom Geologo-razvedka», Tyumen, Russia, e-mail: a. makarova@ggr.gazprom. ru
