CC BY
6
УДК 550.812.14
Развитие прикладных сейсмических исследований в России в ХХ!веке
Ключевые слова:
сейсморазведка,
аппаратура,
технология,
обработка,
интерпретация,
комплексирование,
метод общей
глубинной точки
(МОГТ).
Д.Н. Крылов
ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Российская Федерация, 142717, Московская обл., no. Ленинский, пос. Развилка, ул. Газовиков, зд. 15, стр. 1 E-mail: D_Krylov@vniigaz.gazprom.ru
Тезисы. Сейсмическая разведка основана на изучении распространения упругих волн и является основным геофизическим методом проведения геологоразведочных работ. Успешные результаты применения сейсморазведки для обнаружения месторождений были получены еще в начале 1920-х гг. В последующие годы аппаратура и технология проведения сейсморазведочных работ непрерывно развивались, оказывая друг на друга стимулирующее влияние. К середине 1980-х гг. возникли условия для осуществления одновременной регистрации параметров объемного волнового поля. С середины 1990-х гг. сейсмическая съемка проводится при эксплуатации месторождений с целью мониторинга разработки. В благоприятных сейсмогеологических условиях удается осуществить прогноз вещественного состава, емкостных свойств пород-коллекторов и их флюидонасы-щенности на основе анализа детальных особенностей сейсмической записи. В ближайшем будущем в России развитие прикладных сейсмических исследований будет связано с микросейсморазведкой и совершенствованием отдельных аппаратурно-технологических направлений, связанных непосредственно с приемом и регистрацией колебаний.
Сейсмическая разведка основана на изучении распространения упругих волн в породах осадочного чехла и фундамента. Сейсморазведка на сегодняшний день является основным геофизическим методом при проведении геологоразведочных работ (ГРР), может применяться самостоятельно или в комплексе с другими методами изучения геологического разреза на различных этапах изучения недр. На основе данных сейсморазведки решается следующий комплекс задач геологической интерпретации:
• проведение структурных построений;
• анализ сейсмостратиграфических и сейсмофациальных характеристик геологического разреза;
• прогноз вещественного состава, емкостных свойств пород-коллекторов и их флюидонасыщенности (в благоприятных сейсмогеологических условиях) [1, 2].
Первые успешные результаты применения сейсморазведки для обнаружения месторождений нефти получены в Северной Америке еще в начале 1920-х гг. Примитивная аналоговая регистрация преломленных волн, возбуждаемых мощными взрывами динамита, уже тогда позволила «заглянуть вглубь» недр. По результатам ручной интерпретации в местах традиционной нефтедобычи выявлялись неглубоко залегающие и доступные для вскрытия буровыми установками того времени крупные антиклинальные структуры. По сравнению с применявшейся до этого технологиями визуальной съемки рельефа местности или регистрации положения уровня воды в ведре, перемещаемом по профилю на телеге, это был очевидный прогресс и начало становления разведочной геофизики как необходимой составной части нефтегазовой отрасли.
В последующие годы аппаратура и технология проведения сейсморазведочных работ непрерывно развивались и совершенствовались, оказывая друг на друга сильное стимулирующее влияние. С середины 1950-х гг. благодаря появлению магнитной регистрации (тогда еще аналоговой) стало возможным получение многократно воспроизводимых регулярных записей отраженных волн. Возросли глубинность и детальность исследований. Это позволило открыть и освоить целый ряд наиболее
крупных нефтяных и газовых месторождений в нашей стране (прежде всего в Западной Сибири), основываясь на результатах структурной интерпретации.
В начале 1970-х гг. благодаря росту аппаратурно-технических возможностей геофизического приборостроения и широкому внедрению вычислительной техники стали возможными цифровая обработка и регистрация геофизических данных. С этим периодом связано возникновение и развитие основного метода современной сейсмической разведки - метода общей глубинной точки (МОГТ). Основой метода являются многократное получение сейсмических отражений от каждого элемента сейсмогеологической границы, последующее их суммирование и различные преобразования [3, 4].
К середине восьмидесятых годов прошлого столетия возникли условия для перехода на более эффективную модификацию МОГТ, с которой связывают современный этап развития сейсморазведки. Ее принято называть пространственной, или трехмерной, сейсморазведкой МОГТ-3D. Для нее характерны использование пространственных приемных апертур и расположение пунктов возбуждения на площади исследований, а следовательно, и одновременная регистрация параметров объемного волнового поля. Основными параметрами технологии МОГТ-3D являются размеры бина (элементарной отражающей площадки) и кратность системы наблюдений. Число трасс, попавших в бин, определяет кратность системы наблюдений. Чем выше кратность наблюдений и меньше размер бина, тем выше детальность данных. Однако при этом неизбежно возрастают стоимость и трудоемкость работ [1, 2].
Переход на пространственную регистрацию сейсмических данных и развитие сопутствующих интерпретационных технологий, основывающихся на комплексном анализе амплитуд сейсмических отражений, позволили преодолеть наметившийся спад добычи углеводородов, обусловленный существенным ухудшение качества их запасов. К середине 1980-х гг. «все сливки» с ресурсной базы уже были сняты... В благоприятных сейсмогеоло-гических условиях удалось осуществить прогноз вещественного состава, емкостных свойств пород-коллекторов и их флюидонасыщенно-сти. Это стало возможным на основе анализа детальных особенностей сейсмической записи.
Появились такие технологии, как атрибутный анализ, изменение амплитуд от азимута (англ. Amplitude Variation with Azimuth, AVAZ), изменение амплитуд с удалением (англ. Amplitude Variation with Offset, AVO), инверсии [1, 5]. Однако надо понимать, что в большинстве случаев решаемая ими интерпретационная задача неоднозначна, т.е. имеет множество решений. Важно, чтобы получаемое решение было достаточно близко к истинному. Тут уместно провести аналогию с прогнозом погоды: отсутствие гарантии правильного прогноза компенсируется его серьезным теоретическим обоснованием. Каждая такая технология имеет свои естественные ограничения, которые необходимо знать и учитывать при выборе времяем-ких и дорогостоящих процедур интерпретации, а также при последующем выборе направлений поисково-разведочного бурения. С другой стороны, иногда относительно простые вычислительные алгоритмы помогают решить сложные интерпретационные задачи [5-7].
Одним из удачных примеров современного комплексирования сейсмической информации является построение региональных цифровых геологических моделей, охватывающих значительную часть региона или весь регион в целом [8]. Такие модели можно использовать как инструмент стратегического планирования и принятия ключевых управленческих решений по освоению перспективных регионов. В рамках региональной геологической модели аккумулируются на единой географической основе вся имеющаяся (или доступная) геолого-геофизическая информация и гипотетические представления исследователей о строении геологической среды. Такая модель обладает простым и интуитивно понятным интерфейсом, что существенно облегчает работу пользователей. Помимо решения классических задач геологоразведки - выявления региональных закономерностей формирования залежей и поиска новых месторождений углеводородного сырья, привлечение региональной информации в форме цифровой модели даст возможность оптимизировать разведочное бурение, определить порядок ввода объектов в эксплуатацию, увязав его с прогнозами успешности ГРР, обосновать региональную схему производства, подготовки и транспортировки добытой продукции. Цифровая геологическая модель достаточно легко актуализируется за счет ввода вновь полученной информации
и по мере дальнейшего развития вычислительных средств вполне может стать частью постоянно действующей модели комплексного освоения различных регионов. В связи с этим необходимо развитие сопутствующих методик обработки, интерпретации и анализа сейсмических данных. В ПАО «Газпром» такие технологии развиваются и используются уже более 10 лет [6, 8].
С середины 1990-х гг. сейсмическая съемка активно проводится на этапе эксплуатации месторождений с целью мониторинга хода разработки в едином комплексе с данными промыслово-геологического анализа. Полученная информация служит основанием для оптимизации разработки и планирования мероприятий по повышению нефтегазо-отдачи. Появилась новая модификация МОВ1 ОГТ - 4D, в рамках которой осуществляется непрерывная или периодическая во времени регистрация параметров объемного волнового поля. Получили развитие методы сейсмического профилирования и акустических исследований в скважинах, специальные методы пассивной и микроволновой сейсморазведки.
В рамках общего направления микросейсморазведки созданы специальные модификации сейсморазведки, особенность которых состоит в исключении зеркальных отражений из волнового поля и применении специальных процедур обработки импульсов сейсмической эмиссии и рассеянных волн. Данные микросейсморазведки не могут непосредственно использоваться для получения количественных характеристик геологической среды, однако с успехом применяются с целью изучения и мониторинга активных гидротермальных и вулканических областей, локализации эпицентров землетрясений, контроля параметров гидроразрыва пласта и мониторинга месторождений углеводородов в процессе их разработки.
Общемировые тенденции и направления развития метода МОГТ-3D заключаются в росте числа приемных каналов сейсмостан-ций и числа линий приема, кратности наблюдений, росте количества получаемой информации на единицу площади (в том числе многокомпонентная регистрация волн) и увеличении разрешающей способности за счет сокращения расстояния между приемными линиями и размера бина, а также расширения спектра
МОВ - метод отраженных волн.
регистрируемых колебаний путем оптимизации условий возбуждения и приема. При этом в идеале необходимо обеспечить первичную обработку получаемых полевых данных в режиме реального времени для внесения оперативных изменений в параметры и дизайн съемки. В этой связи наиболее узким местом отечественной сейсморазведки является морально устаревшая аппаратурная и вычислительная база главным образом импортного производства. В условиях жесткой санкционной политики стран Запада решение этой стратегической проблемы потребует значительных финансовых затрат и времени, однако потенциал развития отечественной геологоразведочной отрасли и накопленный нами исторический опыт, без сомнения, позволят преодолеть все возникающие трудности.
В ближайшем будущем в России развитие прикладных сейсмических исследований, по всей видимости, будет ассоциироваться в целом с микросейсморазведкой и совершенствованием отдельных аппаратурно-технологических направлений, связанных непосредственно с приемом и регистрацией колебаний. Так, например, большие надежды наши специалисты связывают с развитием и применением модульной регистрации сейсмических колебаний. На суше модульная многокомпонентная регистрация обеспечивает гибкость дизайна съемки и работу в эксклюзивных зонах, определяемых расположением объектов инфраструктуры и особенностями сложно-пересеченного рельефа местности. На акваториях, помимо этого, обеспечивается донная регистрация колебаний, позволяющая существенно повысить эффективность съемок МОВ ОГТ - 4D и возможности анализа амплитуд сейсмических отражений. В настоящее время в ПАО «Газпром» эта технология активно осваивается. Перспективно направление развития компактных источников возбуждения колебаний типа «Енисей», также успешно обеспечивающих гибкость дизайна съемки и работу в эксклюзивных зонах.
В части обработки и интерпретации данных намечается общая положительная тенденция «возвращения в геологию» после «безоглядного» увлечения возможностями прогресса в области информационных технологий. Появилось понимание того, что без детального представления особенностей строения геологической среды применение самых передовых
идей и алгоритмов может превратиться в бесполезную формальность. Обработка сейсмических данных и их интерпретация должны быть максимально объектоориентированы. Тем более, как уже упоминалось выше, каждая разведочная технология имеет свою область применения и естественные ограничения. В этой связи возрастает роль экспертного сообщества, и возникает необходимость построения логической системы экспертирования технологий и проектов.
На данный момент уровень прикладных отечественных программно-алгоритмических разработок вполне сопоставим с западными аналогами и даже превосходит их в части учета характерных географических и геологических особенностей нашей страны. Отмечается лишь заметное отставание в части развития технологий инверсии, однако оно вполне преодолимо уже в ближайшем будущем.
Список литературы
1. Левянт В.Б. Методические рекомендации по использованию данных сейсморазведки (2D, 3D) для подсчета запасов нефти
и газа / В.Б. Левянт. - М.: Центральная геофизическая экспедиция, 2006.
2. Левянт В.Б. Методические рекомендации по применению пространственной сейсморазведки 3D на разных этапах геологоразведочных работ на нефть и газ / В.Б. Левянт. - М.: Минприроды России, 2000.
3. Авербух А.Г. Математическое моделирование волновых полей как основа комплексной интерпретации сейсмической, промыслово-геофизической и геологической информации / А.Г. Авербух и др. - М.: ВНИИОЭНГ, 1985.
4. Гогоненков Г.Н. Изучение детального строения осадочных толщ сейсморазведкой /
Г.Н. Гогоненков. - М.: Недра, 1987.
5. Крылов Д.Н. Детальный прогноз геологического разреза в сейсморазведке / Д.Н. Крылов. - М.: Недра, 2007.
6. Крылов Д.Н. Использование модификации сейсмического скоростного анализа на этапе региональных исследований в Западной Сибири / Д.Н. Крылов // Технологии сейсморазведки. - 2015. - № 4. - С. 109-120. -D0I:10.18303/1813-4254-2015-4-109-120.
7. Крылов Д.Н. Использование технологии оптимизационного осреднения при решении задач интерпретации числовых характеристик геологической среды / Д.Н. Крылов // Технологии сейсморазведки. - 2016. - № 4. -С. 13-20. - DOI: 10.18303/1813-4254-2016-413-20.
8. Ампилов Ю.П. Опыт построения региональных геолого-геофизических цифровых моделей на примере Ямало-Карского региона / Ю.П. Ампилов, Я.И. Штейн,
А.А. Ахапкин и др. // IV Международная конференция «К новым открытиям через интеграцию геонаук»: тезисы докладов. - СПб., 2010.
Advancement of applied seismic explorations in Russia in 21st century
D.N. Krylov
Gazprom VNIIGAZ LLC, Bld. 1, Estate 15, Gazovikov street, Razvilka village, Leninskiy urban district, Moscow Region, 142717, Russian Federation E-mail: D_Krylov@vniigaz.gazprom.ru
Abstract. The seismic measurements base on studying propagation of the elastic waves, and seismic shooting is the main geophysical method of geological prospecting. The first successful results of its application for spotting the fields of natural resources go back to 1920s. In subsequent years, the seismic instruments and techniques have permanently advanced and mutually stimulated each other. To the middle of 1980s, the conditions became right to accomplish the simultaneous registration of the 3D wave field characteristics. Beginning from the middle 1990s, the seismic shooting is done to monitor the field development. In favorable seismic conditions, detailed analysis of seismic records helps to predict the material composition, the filtration and porosity properties of reservoirs and their fluid saturation. In the nearest future, advancing of the seismic logging will relate with the micro seismic studies and perfection of the instruments and technologies for reception and registration of oscillations.
Keywords: seismic shooting, apparatus, technology, processing, interpretation, complexation, common depth point
method.
References
1. LEVYANT, V.B. Methodical guidelines on applying seismic data (2D, 3D) to calculate oil and gas reserves [Metodicheskiye rekomendatsii po ispolzovaniyu dannykh seysmorazvedki (2D, 3D) dlya podscheta zapasov nefti i gaza]. Moscow: Central Geophysical Expedition, 2006. (Russ.).
2. LEVYANT, V.B. Methodical guidelines on applying 3D seismic data at different stages of oil and gas geological prospecting [Metodicheskiye rekomendatsii po primeneniyu prostranstvennoy seysmorazvedki 3D na raznykh etapakh geologorazvedochnykh rabot na neft i gaz]. Moscow: Ministry of Natural Resources and Environment of the Russian Federation, 2000. (Russ.).
3. AVERBUKH, A.G., et al. Mathematical modelling of wave fields as a foundation of complex interpreting seismic, field geophysical and geological information [Matematicheskoye modelirovaniye volnovykh poley kak osnova kompleksnoy interpretatsii seysmicheskoy, promyslovo-geofizicheskoy i geologicheskoy informatsii]. Moscow: VNIIOENG, 1985. (Russ.).
4. GOGONENKOV, G.N. Studying detailed structure ofsedimentary series by means ofseismic surveys [Izucheniye detalnogo stroyeniya osadochnykh tolshch seysmorazvedkoy]. Moscow: Nedra, 1987. (Russ.).
5. KRYLOV, D.N. Detailed prediction of a geological section in seismic prospecting [Detalnyy prognoz geologicheskogo razreza v seysmorazvedke]. Moscow: Nedra, 2007. (Russ.).
6. KRYLOV, D.N. West Siberia frontier areas exploration via modified seismic velosity analysis [Ispolzovaniye modifikatsii seysmicheskogo skorostnogo analiza na etape regionalnykh issledovaniy v Zapadnoy Sibiri]. Tekhnologii Seysmorazvedki, 2015, no. 4, pp. 109-120, ISSN 1813-4254. DOI:10.18303/1813-4254-2015-4-109-120. (Russ.).
7. KRYLOV, D.N. The use of optimized averaging technology for geodata interpretation [Ispolzovaniye tekhnologii optimizatsionnogo osredneniya pri reshenii zadach interpretatsii chislovykh kharakteristik geologicheskoy sredy]. Tekhnologii Seysmorazvedki, 2016, no. 4, pp. 13-20. ISSN 1813-4254. DOI: 10.18303/1813-42542016-4-13-20. (Russ.).
8. AMPILOV, Yu.P., Ya.I. SHTEYN, A.A. AKHAPKIN, et al. Practice of designing regional geological-geophysical digital simulators. A case of Yamal-Kara region [Opyt postroyeniya regionalnykh geologo-geofizicheskikh tsifrovykh modeley na primere Yamalo-Karskogo regiona]. Proc. of the 4th International conference "To the new discoveries through the integration of geosciences", St. Petersburg, 2010. (Russ.).
