CC BY
4УДК 504.5.06
DOI 10.29222/ipng.2078-5712.2018-23.art91
ПРИМЕНЕНИЕ СЕТОЧНО-ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ СЕЙСМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
Стогний П.В.1, Хохлов Н И.12, Петров И.В.12 1 - Московский физико-технический институт (государственный университет), 2 - Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук E-mail: stognii@phystech.edu
Аннотация. В работе представлены результаты сейсмического моделирования для состояния газонасыщенных пород в различные периоды времени от одного до 4-х лет для двумерной и трехмерной постановки задачи. Проводится сравнительный анализ волновых картин откликов от газонасыщенных пород. Делается вывод о правомерности замены трехмерной модели двумерной с целью упростить расчеты.
Ключевые слова: газонасыщенные породы, сейсмической моделирование, сейсмический мониторинг.
APPLICATION OF THE NETWORK-CHARACTERISTIC METHOD FOR THE
SEISMIC MONITORING TASK
Stognii P.V.1, Khokhlov N.I.1-2, Petrov I.B.1'2 1 - Moscow Institute of Physics and Technology (State University), 2 - Research Institute for System Studies of the Russian Academy of Sciences E-mail: stognii@phystech.edu
Abstract. The paper presents the results of seismic modeling for the gas-saturated rock state in different periods of time from one to four years for the two-dimensional and three-dimensional formulation of the problem. A comparative analysis of response wave patterns from gas-saturated rocks was held. The conclusion is made about the legitimacy of replacing the three-dimensional model with two-dimensional in order to simplify the calculations.
Keywords: gas saturated rocks, seismic modelling, seismic monitoring.
Введение
Задача сейсмического мониторинга состоит в проведении анализа изменения сейсмического отклика от залегающих под платформой грунтовых пород с содержанием газа с течением времени. Решение данной задачи крайне важно, так как при установке нефтяных платформ часто возникают опасные ситуации, связанные с возможными выбросами газа [1] на поверхность. С целью их предотвращения, необходимо
Материалы представлены в авторской редакции
1
Труды Международной конференции «Дегазация Земли: геология и экология - 2018»
прогнозировать возможные места скопления газа [2]. Для этого проводится сейсмический мониторинг добычи нефти и газа, во время которого система источник - приемники помещается на поверхности воды и на дне (4D сейсморазведка) [3].
Проведение работ такого рода требует значительных денежных ресурсов. Поэтому перед проведением сейсмических работ проводится моделирование распространения газонасыщенных пород через слои грунта.
Математическая модель и методы расчета
Для описания динамических процессов, которые происходят в гетерогенных геологических средах, в работе используются уравнения линейной упругости (1), (2) и акустики (3), (4):
давление, с - скорость звука в идеальной жидкости, t - время.
Для численного решения систем уравнений (1), (2) и (3), (4) применяется сеточно-характеристический метод [4]. Он позволяет строить корректные численные алгоритмы расчета точек на границах [5] и точек, лежащих на поверхностях раздела двух сред с разными плотностями и разными параметрами Ляме. Во всех вычислениях использовался сеточно-характеристический метод на основе схемы Русанова 3-го порядка точности.
Модель газовых карманов - 2D
Моделировалось распространение сейсмических волн в слоистом грунте для двумерного случая. Базовая модель состояла из девяти слоев: водного слоя, ила, влагонасыщенного песка (3 слоя), глины (3 слоя), нефтеносного слоя. Схематичное изображение слоистой структуры грунта для базовой модели представлено на рис.1а. Проводились расчеты распространения сейсмических волн в 1, 2, 3 и 4 года. Считается, что в 1 году газонасыщенные осадки отсутствуют. Данный случай согласуется с моделью
Р — и = (V- а )т ,
(1)
на рис.1а. Начиная со 2 года, область газонасыщенных пород распространяется снизу вверх и в стороны. Схематичные изображения моделей во 2, 3 и 4 года представлены на рис. 1б, в, г.
~г~г
а) модель слоистой среды без
газовых карманов - 1 год
б) модель слоистой среды с 1 газовым карманом - 2 год
~г~г
I I
ТТ
I I
в) модель слоистой среды с 2 газовыми карманами - 3 год
г) модель слоистой среды с 3 газовыми карманами - 4 год
Рис. 1. Схематичное изображение моделей с газовыми карманами в 1, 2, 3 и 4 год
На рисунке 2 представлены разности волновых картин отражений для 2, 3 и 4 года с волновой картиной 1 года в различные моменты времени. Разности на рис. 2 являются явно выделенными отражениями от газовых карманов. Из рис. 2в, г видно, что волновые отражения от газового кармана в 4 год расчета приближаются к поверхности воды.
=Е т —
—I '—
а) t = 0,7 с., 2 (2-1) год
б) 1 = 0,5 е., 3(3-1) год -" -■—-
в) t = 0,3 с., 4(4-1) год
г) t = 0,4 с., 4(4-1) год
Рис. 2. Разности волновых картин для 2, 3 и 4 года с волновыми картинами 1 года - отражения от
газовых карманов
Модель газовых карманов - 3D
Были проведены аналогичные расчеты распространения сейсмических волн в слоистой структуре грунта для трехмерной модели на прямоугольных сетках. На рисунке 3 представлены разности волновых картин отражений для 2, 3 и 4 года с волновой картиной 1 года в различные моменты времени. Разности на рис. 3 являются явно выделенными отражениями от газовых карманов. Из рис. 3в видно, что волновые отражения от газового кармана в 4 год расчета приближаются к поверхности воды. Результаты аналогичны результатам 2D расчетов.
а) t = 0,45 с (2-1) год б) t = 0,65 с (3-1) год в) t = 0,3 с (4-1) год
Рис. 3. Разности волновых картин для 2, 3 и 4 года с волновыми картинами 1 года - отражения от
газовых карманов
Выводы. В работе представлены результаты моделирования распространения сейсмических волн в слоистой структуре грунта в присутствии газонасыщенных карманов для двумерной и трехмерной постановки задачи. Представлены разности волновых картин для 2, 3 и 4 года расчета с 1 годом для явного отображения сейсмических откликов от газонасыщенных пород для двумерных и трехмерных моделей. Волновая картина сейсмических откликов от газонасыщенных карманов на 4 год расчета показала приближение отраженных волн к поверхности расчетной области. Результат подтверждает правомерность замены трехмерной модели двумерной для упрощения расчетов.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-07-00233 а.
ЛИТЕРАТУРА
1. Миронюк С.Г. Морские инженерные изыскания и оценка опасности субаквальных геологических процессов. Инженерные изыскания на акваториях. №4,2014
2. Анисимов Л.А., Маштаков А.С.. Геодинамические риски при эксплуатации нефтяных платформ и самоподъемных буровых установок в северной части Каспийского моря. Вестник ВолГАСУ. Сер.: Стр-во и архит. 2012. Вып. 26 (45). С. 12-15.
3. Богоявленский В.И. Чрезвычайные ситуации при освоении ресурсов нефти и газа в Арктике и Мировом океане. Безопасность деятельности человека в Арктике. Арктика: экология и экономика. № 4 (16). 2014.
4. Магомедов К.М., Холодов А.С.. Сеточно-характеристические численные методы. М.:Наука, 1988.
5. Golubev V.I., Petrov I.B.,. Khokhlov N.I. Numerical simulation of seismic activity by the grid-characteristic method. Computational Mathematics and Mathematical Physics. V. 53, No 10. P.1523-1533, 2013.
