На правах рукописи УДК 550.834 Глебов Алексей Алексеевич
advertisement
На правах рукописи УДК 550.834 Глебов Алексей Алексеевич ВЫЯВЛЕНИЕ НЕЛИНЕЙНО-УПРУГОЙ ДИНАМИКИ СРЕДЫ ПРИ ПОИСКЕ И РАЗВЕДКЕ НЕФТЕГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ 25.00.10– Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа – 2011 2 Работа выполнена в ОАО «Институт геологии и разработки горючих ископаемых» (OAO «ИГиРГИ»). Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, профессор Грунис Евгений Борисович. Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор, член - корреспондент РАН Николаев Алексей Всеволодович доктор геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Ленский Владимир Анатольевич Ведущая организация: ОАО «ТНГ-Групп» (г. Бугульма) Защита диссертации состоится заседании «10» июня 2011 г. в 16 часов на диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.020.01 при Открытом акционерном обществе «Научнопроизводственная фирма «Геофизика» (ОАО НПФ «Геофизика») по адресу: 450005, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 8 Марта, д.12 С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО НПФ «Геофизика». Автореферат разослан «06» мая 2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук Хисаева Д.А. 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В настоящее время большинство крупнейших нефтегазовых месторождений вступает в стадию падения добычи, что обуславливает актуальность работ, направленных на восполнение ресурсносырьевой базы. Данный факт отражается в увеличении геологоразведочных работ на нефть и газ, связанных с доразведкой слабо изученных периферийных частей объема планомерной нефтегазоносных бассейнов. Особый практический интерес представляет подготовка к глубокому бурению недоизученных склоновых частей разрабатываемых месторождений, в которых наличие или отсутствие углеводородных скоплений может быть установлено только по результатам сейсмического картографирования нефтегазоносных объектов различного морфолого-генетического типа. Данные целевые объекты характеризуются сложным зональным распределением флюидонасыщенных коллекторов, для которых использование стандартных линейных подходов не всегда позволяет достичь ожидаемых результатов. Ключом к решению современных задач является четкое понимание нелинейности физических и геомеханических процессов, которые реально происходят в конкретных областях земной коры (Хаин В.Е., Гольдин С.В.). В этом проявляется новый подход в развитии геодинамических наук, который сейчас используется в передовых научно-технических организациях. Актуальность работы определяется ее направленностью на выявление нелинейно-упругой динамики нефтегазовых залежей по данным стандартных сейсморазведочных исследований отраженных волн. Цель диссертационной работы - выявление по данным сейсморазведки и подготовка к глубокому бурению новых нефтегазоперспективных объектов на основе нелинейных эффектов распространения сейсмических волн. Объект исследования - нефтегазовые залежи различного морфологогенетического типа. Предмет исследования - нелинейно-упругие нефтегазовых залежей, изучаемые сейсморазведочным методом. характеристики 4 Основные задачи исследования 1.Анализ причин возникновения и особенностей проявления нелинейноупругих эффектов в сейсмических экспериментах. 2.Изучение искажений импульсных и вибрационных сейсмических сигналов, возникающих при прохождении и отражении продольных волн в нелинейных средах. Разработка математического (полиномиально-сверточного) способа описания установленных закономерностей. 3.Разработка методики сейсмодинамической идентификации нелинейных эффектов отражения (НЭО). Анализ ее возможностей и ограничений на синтетических и экспериментальных материалах. 4.Обоснование выбора и подготовки к глубокому бурению нефтегазоперспективных объектов с использованием комплексного параметра «углеводородной нелинейности», рассчитываемого по временным разрезам отраженных волн. Методы исследования 1.Анализ сейсмических сигналов и импульсных синтетических сейсмограмм, рассчитанных на основе скважинных данных АК и ГГКп. 2.Вычисление спектральных характеристик временных разрезов с целью динамической идентификации нелинейных эффектов отражения (НЭО). 3.Разработка авторских программ нелинейных спектрально-временных преобразований (СВП, кратных коррелограмм и др.) для комплексного использования с широко известными возможностями программных продуктов в области сейсмической интерпретации. Научная новизна 1.Установлен предсказуемый нелинейной теорией относительный рост (с увеличением расстояния) высокочастотных («кратно-гармонических») колебаний в спектре сейсмического сигнала, объясняемый проявлением нелинейно-упругих свойств самой среды распространения. 2.Теоретически обоснована применимость полиномиально-сверточной модели сейсмического сигнала, согласно которой нелинейно-упругие эффекты 5 распространения сейсмических сигналов в наибольшей степени проявляются в случае ортогональности нелинейных импульсных характеристик среды М-ого порядка. 3.Предложено проводить исследование нелинейно-упругих характеристик нефтегазовых залежей на основе расчета коррелограмм временных разрезов с сигналами, ортогональными к зондирующему импульсу S(t). Основные защищаемые научные положения 1.Установленные фундаментальные эффекты относительного роста высокочастотных составляющих сейсмических сигналов являются экспериментальным доказательством наличия нелинейных упругих свойств в реальных геологических средах. 2.Методы динамической идентификации нелинейности на сейсмических разрезах отраженных волн обеспечивают площадную локализацию нефтегазоперспективных объектов с повышенной плотностью запасов УВ. переоценка 3.Адекватная сырьевых активов на существующих месторождениях УВ должна производиться с учетом ресурсного потенциала нефтегазоперспективных объектов различного морфолого-генетического типа, выделяемых по результатам динамической идентификации сейсмической нелинейности. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в рамках настоящего диссертационного исследования, обеспечивается их подтверждением на основе скважинной информации (данные ГИС и результаты испытаний). Практическая Разработанная значимость методика и реализация выявления нефтегазовых залежей по исследований обеспечивает данным повышение результатов нелинейно-упругой стандартных работы. динамики сейсморазведочных кондиционности глубокому бурению новых нефтегазоперспективных объектов. подготовки к 6 В северной части Тевлинско-Русскинского лицензионного участка к бурению подготовлено три нефтегазоперспективных объекта с суммарными запасами свыше 5 млн.т. Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследования, непосредственном участии в получении, сборе и анализе геолого-геофизической информации. Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, проведенных лично автором. Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на международных конференциях: "ГЕОМОДЕЛЬ-2007" (г.Геленджик); «Геофизика-2005» (г.Санкт-Петербург, 2005); II Сибирской Международной научной конференции молодых ученых и студентов (г.Новосибирск, 2004; Х Международном симпозиуме студентов и молодых ученых имени академика М.А.Усова (г.Томск, 2006); Международной геофизической конференции и выставке в Австрии EAGE/Вена’2006. Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в рекомендованных ВАК изданиях. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 170 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 4 таблицы. Список литературы содержит 100 наименований. Данная работа подготавливалась в два этапа. Методика изучения нелинейных эффектов отражения разрабатывалась под научным руководством академика Гольдина С.В. в институте Геофизики СО РАН. Обобщение и систематизация материалов, оформление их в виде диссертационной работы производились автором в Институте геологии и разработки горючих ископаемых под научным руководством д.г.-м.н., профессора Груниса Е.Б. Всем своим руководителям и наставникам автор выражает глубокую благодарность. За ценные советы и полезные дискуссии автор признателен Сибирякову Б.П., Юшину В.И., Карстену В.В., Квасову К.Б., Керусову И.Н., Черновой О.В., Мордвинцеву М.В., Скачеку К.Г., Беляевой Н.В. и др. 7 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель и задачи работы, научная новизна, защищаемые положения и практическая значимость, а также дается краткое описание структуры работы. Глава 1. Современная проблематика экспериментально- теоретического и практического изучения нелинейно-упругих сред. Геологическая среда представляет собой сложно построенную структуру, характеризующуюся неоднородным напряженным состоянием, наличием границ контрастного изменения физико-химических свойств горных пород, существованием трещиноватости и порового пространства, содержащих различные флюиды (пластовая вода, нефть, газ). Несмотря на эти очевидные факты, используемая на практике теория колебаний и распространения волн построена из предположений о сплошности среды, линейности закона Гука, а также малости деформаций. Следствием любого отклонения от данных постулатов линейной теории упругости становится появление нелинейных зависимостей между напряжениями и деформациями, деформациями и внутренней энергией среды и т.д. Данные нелинейные взаимосвязи приводят к нелинейным уравнениям движения в среде, решение которых не может быть представлено в виде простых гармонических решений [Николаев А.В., 1987]. Проведенный анализ результатов современных исследований нелинейноупругих сред показал, что за последнее время чрезвычайно возрос исследовательский интерес в данной области. В поле зрения исследователей попали новые типы аномально высоких нелинейностей - структурная, гистерезисная, контактная. Они характерны для огромного количества материалов, в которых имеются разнообразные дефекты сплошности. Такие нелинейности определяются не молекулярной структурой среды, а динамикой макромасштабных элементов пространственной неоднородности. На основе экспериментальных исследований физических и реологических моделей микронеоднородных сред показано, что наличие даже очень малых концентраций высокосжимаемых дефектов (например, трещин) приводит к 8 сильному увеличению нелинейности материала при практически неизменной величине линейных упругих модулей [Зименков С.В., Назаров В.Е, 1993]. Нелинейными свойствами обладают двух- и трехфазные среды: коллектор-флюид, коллектор-флюид-газ. Вариации объёмного содержания газа в породе приводят к резкому изменению её нелинейно-упругих свойств, наиболее ярко проявляющихся в изменениях её нелинейных параметров [Егоров В.Г.,2006]. Это напрямую связано с возможностью выделения в геологическом разрезе флюидонасыщенных пород, содержащих газ. В области практического применения нелинейности геологической среды на сегодняшний день выделяются два основных направления: параметрические сейсмовибрационные исследования и сейсмоэмиссионные методы. Параметрические сейсмовибрационные исследования основаны на изучении нелинейных составляющих волнового поля (кратные гармоники, суммарные и разностные частоты), возникающие при распространении вибрационных сигналов в среде. Сигналы кратных гармоник имеют достаточно стабильные характеристики на довольно больших расстояниях от источника (до 3000 м), вне зависимости от условий приема и возбуждения [Шнеерсон М.Б., Жуков А.П., Логинов К.И., Жарков А.В., Максимов Л.А., 2001]. Это определяет возможность практического использования кратных сигналов (главным образом, вторую гармонику) при изучении реальных сред. Главные принципы сейсмоэмиссионных методов основаны на экспериментально-установленном различии поля регистрируемых микросейсм в низкочастотном (2-4 Гц) или сейсмическом (10 – 100 Гц) диапазонах частот в законтурной и внутриконтурной частей залежи после её возбуждения внешним (искусственным) или естественным источником упругих колебаний [Садовский М.А., Николаев А.В., Алексеев А.С., Кузнецов О.Л., Арутюнов С.Л., Карнаухов С.М., Ермаков Б.Д., Сиротинский Ю.В., 1997]. 9 Глава 2. Теоретические экспериментального исследования оценивания и нелинейных возможности характеристик геологических сред. Недостаточные изученность и понимание нелинейных особенностей волновых полей затрудняют обнаружение практически значимых нелинейных физических эффектов распространения продольных волн и препятствуют развитию методик по их использованию для данных, полученных при проведении взрывной сейсморазведки. С целью выявления основных физических особенностей волновых полей, возникающих в реальной среде, и способов их математического описания автором проводились экспериментальные и теоретические исследования процессов распространения продольных волн, основанные на пяти-константной теории упругости. 1.На основе изучения экспериментально-наблюденного волнового поля, полученного в ближней зоне двух сейсмических источников (рис. 1) - ударноимпульсного и вибрационного, - автором установлено, что в волновом поле отчётливо выделяется до 4 кратных гармоник: одна основная (линейная) I и три кратные (нелинейные) II-IV. На удалении 0.5 м наиболее интенсивной из кратных является третья гармоника, что объясняется искажениями, связанными с условиями возбуждения импульса. При дальнейшем распространении свип сигнала в среде доминирующей из кратных гармоник становится вторая (рис. 1а). Для импульсного воздействия с увеличением расстояния источникприемник (рис. 1б) основными различиями в регистрируемых сигналах являются незначительное смещение максимума, сужение полосы частот в районе основного максимума, появление побочных экстремумов, обуславливающее расширение амплитудного спектра [Глебов А.А., 2006]. 2.Рассматривая процесс нормального падения плоской продольной волны на границу между линейным и нелинейными (пяти-константным) полупространствами, автором получены аналитические формулы для расчета нелинейного коэффициента отражения RN и преломления PN: 10 P RN PN II II I I II 2( 0 cl 0 cl ) cl lII 2 , (1) где Р – линейный коэффициент преломления плоской продольной волны, ρ0IсlI и ρ0IIсlII - акустические жесткости верхней линейно-упругой и нижней нелинейно-упругой среды (произведение объемной плотности и скорости продольной волны), βlII нелинейно-упругий - модуль нижнего полупространства, для верхнего: βlI=0. Для этого частного случая также показано, что главной особенностью поля отраженных волн, измеряемого скоростью смещения U’(t), является существование нелинейной квадратичной составляющей. U (t ) Rf (t ) RNf 2 (t ) 3.В рамках предложенного автором (2) математического описания стационарных нелинейных систем в виде полиномиальной зависимости M-ого порядка [Глебов А.А., 2006]: U i R0i R1ik Sk R2ik Sk2 R3ik Sk3 ... RM ik SkM ..., U (t ) R0(t ) R1(t ) S (t ) R2(t ) S 2 (t ) ... RM (t ) S M (t ) ..., (3) где S(t) – входной сигнал, U(t) – выходной сигнал, – операция свертки, нелинейные эффекты проявляются в наибольшей степени, когда соответствующие им импульсные характеристики RM(t) сопоставимы друг с другом по абсолютной величине: R1(t ) R2(t ) ... RM (t ) (4) и значимо не коррелируют: Cov[ RN (t ) RM (t )] 0. Сформулированный характеристик выше (формулы экспериментального изучения принцип 4-5) ортогональности является нелинейных (5) главной эффектов импульсных предпосылкой распространения сейсмических волн в реальных средах. 4.Для экспериментального оценивания нелинейных параметров среды для сейсмических данных, полученных при зондирующем сигнале произвольной 11 f, Гц 800 2.5 IV 700 III x 10 10 Амплитуда 2.25 2 II 600 1.75 500 1.5 400 1.25 Z=0.5м I 300 1 0.75 200 0.5 100 0 0.25 0 800 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 t, ceк f, Гц 15 IV 700 III f, Гц 0 0 x 10 200 7 400 600 800 Амплитуда 12.5 II 600 10 500 Z=3м 400 7.5 I 300 5 200 2.5 100 0 0 800 f, Гц 0.2 0.4 0.6 0.8 1 f, Гц t, ceк 1.4 9 III IV 700 1.2 0 0 x 10 200 6 400 600 400 600 800 Амплитуда 8 II 7 600 6 500 Z=6м 400 5 4 300 3 I 200 2 100 1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 а 1 1.2 1.4 t, ceк 0 0 f, Гц 200 б Рис. 1. Сопоставление спектральных характеристик вибрационного (а) и импульсного (б) источников при различных расстояниях до вертикально расположенных сейсмоприемников (I-IV – порядковый номер гармоники). 800 12 формы S(t), автором предлагается использовать разложение наблюденного волнового поля по оптимальным ортогональным функциям, построенным к сигналу S(t) [Иванов А.И., Сверкунов Ю.Д., 1996]. В рамках проведенных исследований автор представлением показывает, волнового поля что в данное разложение является полиномиально-гармонический ряд (формула 3). Фактически предлагаемая методика сводится к изучению коррелограмм, полученных между сейсмическими данными и членами оптимальной ортогональной системы, построенной к зондирующему сигналу. В частности, для способа вибрационной сейсморазведки с монохромным зондирующим сигналом частоты ω0, в рамках данной методики, исследование изменения нелинейных характеристик разреза проводится по серии коррелограмм, полученной для ортогональных сигналов с частотами: ω0, 2ω0, 3ω0, 4ω0 и т. д. Для данных, полученных при проведении взрывных сейсморазведочных работ, аналитическое задание системы оптимальных ортогональных функций, построенных к сигналу S(t) невозможно, вследствие неконтролируемости исходной формы импульса. Для применения методики необходимо вначале определить форму зондирующего импульса, а далее - его систему оптимальных ортогональных функций. Для нелинейных сред, взаимодействие которых с зондирующим сигналом S(t) происходит по закону (формула 3), и в предположении некоррелируемости друг с другом всех импульсных характеристик среды (формула 5), автором показано, что определение по сейсмическим данным U(t) формы зондирующего сигнала S(t) следует проводить стандартным способом на основе скважинной информации. 5.Результаты применения предлагаемой методики для среды с одной нелинейно-отражающей границей представлены на рис. 2 и 3. Рассматриваемая среда состоит из двух линейно- и одной нелинейно-отражающих границ, при этом нелинейный эффект отражения происходит Нелинейный коэффициент отражения равен на второй границе. линейному. Моделируемое 13 волновое поле однократно-отраженных продольных волн полностью описывается уравнением полиномиально-гармонической свертки 2-го порядка: U (t ) R1(t ) S (t ) R2(t ) S 2 (t ), где R1(t) - линейная импульсная трасса (6) коэффициентов отражения, R2(t) - нелинейная импульсная трасса коэффициентов отражения второго порядка, S(t) – зондирующий сигнал, - операция свертки. В синтетические данные был внесен шум (сигнал/помеха ≈ 20), после чего они подвергались фильтрации в полосе частот 5-7-70-90 Гц. Используя информацию о линейных коэффициентах отражении, были определены форма сейсмического импульса и его система оптимальных ортогональных функций (рис.2). 7.5 1 П о р я д к о в ы й 06 0.75 а б 0.5 4.5 0 0.25 03 0 1.5 0 -0.25 III н о м II е р I 0 00 -0.5 -0.1 IV -0.05 0 0.05 0.1 -0.1 Время, c -0.05 0 0.05 0.1 Время, c Рис. 2. Построение системы ортогональных функций к заданному сигналу: а – форма определенного сигнала; б – система ортогональных функций. Далее был рассчитан набор коррелограмм, характеризующих линейную и нелинейные компоненты исходного волнового поля (рис. 3). Вид полученных кривых-ФВК связан с формами оптимальных ортогональных функций, построенных к сигналу S(t) (рис. 2б, 3б, г). Получения более «привычных» форм ФВК можно добиться за счет определенных преобразований трассы, например, путем расчета её четвертой производной (рис. 3в). Такой подход к преобразованию ФВК, как и другие, должен обладать и рядом недостатков. Например, полученные функции являются более зашумленными (рис. 3в). 1 0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Время, c 1 -1 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 1 2 3 4 0.6 Порядковый номер коррелограммы -0.6 0.8 в 1 5 0.8 0.8 -0.8 0.7 0.7 б 1 2 4 5 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 Сдвиг по времени, c Побочные экстремумы коррелограмм, связанные с формой ортогональных функций к выбранному сигналу Наличие "ненулевого" значения второй коррелограммы, связанное с наличием нелинейного отражения сейсмической волны Наличие "нулевых" значений коррелограмм, связанное с отсутствием нелинейного отражения сейсмической волны Рис. 3. Результаты идентификация нелинейно-отражающих границ для среды с одной нелинейно-отражающей границей: а - волновое поле для среды с одной нелинейно-отражающей границей; б - нормированные k-тые коррелограммы волнового поля для среды с одной нелинейно-отражающей границей; в – нормированные производные k-тых коррелограмм волнового поля для среды с одной нелинейно-отражающей границей. г – ФВК между откликами от линейнои нелинейно-отражающей границами -0.15 -1.5 -1 - нелинейный -0.5 случай отражения 0.5 1 1.5 2 - линейный случай отражения 0 Наличие "шумового" характера значений производных коррелограмм, связанное с отсутствием нелинейного отражения сейсмической волны 3 Порядковый номер коррелограммы Наличие области "ярких" экстремумов производной второй коррелограммы, связанное с наличием нелинейного отражения сейсмической волны 1 0.9 0.6 0.6 Амплитуда 0.5 0.5 0.9 0.4 0.2 0.4 а 0.1 0.3 Местоположение сейсмического отражения 0 Время, c 0.3 0.2 0.1 0 Время, c 14 15 Из представленного материала видно: А. На 1-ой (линейной) коррелограмме до (рис. 3б) и после (рис. 3в) проведения специальных процедур выделения нелинейного отклика отчетливо идентифицируются времена, соответствующие отражающим (границы с линейным эффектом отражения). При этом границам на первой коррелограмме выявленным границам можно однозначно соотнести отражения в исходном волновом поле (рис. 3.а-в). Б. На 2-ой (квадратичной) коррелограмме до (рис. 3б) и после (рис. 3в) проведения специальных процедур выделения нелинейного отклика на времени, соответствующем второй отражающей границе, наблюдается ненулевое значение амплитуды (рис. 3б). Данный факт показывает наличие нелинейного эффекта отражения второго порядка. На других выявленных временных интервалах линейно-отражающих границ амплитуды 2-ой (квадратичной) коррелограммы близки к нулевым значениям. Более того, можно заметить, что на 2-ой коррелограмме в интервале 2-ой отражающей границы сама форма сигнала отличается от форм сигнала от других выявленных отражающих границ (рис. 3г). Наблюдаемый импульс от 2-ой отражающей границы соответствует форме сигнала, отвечающей существованию нелинейного эффекта отражения второго порядка (рис. 3б, г). В. На 3-ой и 4-ой (нелинейных) коррелограммах на временах, соответствующих линейным отражениям, обнаруживаются нулевые значения амплитуд (рис. 3б). Данный факт показывает отсутствие на выявленных временных интервалах нелинейных эффектов отражения соответственно третьего и четвертого порядков. Результаты проведенного математического моделирования, обосновывают принципиальную возможность идентификации нелинейноотражающих границ на основе использования разработанной методики («оценивания нелинейных параметров среды») для данных, полученных в рамках сейсмических экспериментов с различными формами сигналов. 16 Глава 3. Исследование нелинейно-упругих характеристик нефтяных залежей на примере неокомских пластов Покачевского клиноциклита в северной части Тевлино-Русскинского месторождения Западной Сибири. Для поддержания добычи и восполнения ресурсно-сырьевой базы особую актуальность приобрело геолого-промысловое изучение периферии разрабатываемых месторождений с целью выделения залежей различного морфолого-генетического типа на незатронутых бурением участках. По результатам планомерного изучения Тевлино-Русскинского месторождения и его месторождений-спутников был создан сейсмический проект, включающий девять 3Д–кубов площадью более 1000 км2 и 2Д-профилей более 1700 пог. км, покрывающих крупное Тевлинско-Русскинское месторождение и Кочевскую группу месторождений–спутников. Основная нефтеносность связана с неокомскими породами-коллекторами Покачевского клиноциклита (пласты группы БС10). Изучение нефтяных залежей продуктивных пластов БС102 и БС101/2+5 производилось автором на основе методики "оценивания нелинейных параметров среды", изложенной во второй главе. Примеры временных разрезов исходного волнового поля, линейной и нелинейных коррелограмм (второго и третьего порядка) продемонстрированы на рис. 4. Для выделения зон с различной степенью проявления нелинейности, по полученным кубам линейной и нелинейных составляющих волнового поля, были рассчитаны сейсмические атрибуты в симметричном временном окне (шириной 8 мс) относительно кровли изучаемых пластов. Данный материал на примере карт нормированных средних амплитуд представлен на рис. 5. Основные результаты анализа взаимного распределения нормированных значений средних амплитуд линейной и нелинейной (квадратичной) составляющих исходного волнового поля в интервале зоны распространения "аккумулятивного шельфа" в зависимости от типа коллектора (водонасыщенный коллектор, нефтенасыщенный коллектор, неколлектор) для 17 а б БС8 БС8 Б Б Т Т в г БС8 БС8 Б Б Т Т Рис. 4. Примеры временных разрезов исходного волнового поля (а), линейной (б) и нелинейных коррелограмм второго (в) и третьего (г) порядков (вдоль линии запад-восток через скв. № 7099 и №111). 18 max аБС102 бБС102 min max аБС101/2+5 бБС101/2+5 min Рис. 5. Карты атрибута "средняя амплитуда", рассчитанного в симметричном временном окне 8 мс вблизи кровли пластов БС102 и БС101/2+5: а –линейная составляющая исходного волнового поля; б - нелинейная составляющая второго порядка исходного волнового поля. 19 пластов БС102 и БС101/2+5 представлены на рис. 6. Данная процедура проводилась на основе изучения гистограмм рассчитанных амплитудных характеристик. Из представленного материала видны незначительные отличия гистограмм для неколлекторов и водоносных коллекторов, которые заключаются лишь в сравнительно небольшом перераспределении амплитуд в краевых частях гистограмм как по линейной, так и по квадратичной составляющим волнового поля. На фоне описанных выше двух гистограмм отчетливо выделяется гистограмма средних амплитуд, полученная для области нефтеносности изучаемых пластов. При этом различия выделяются как по данным, полученным по линейной, так и по квадратичной составляющим волнового поля, и заключаются в следующем: А. Для линейной составляющей волнового поля гистограмма средних амплитуд не имеет форму нормального распределения. Произошло увеличение относительного количества амплитуд в области наиболее отрицательных значений гистограммы. Наблюдается смещение главного максимума в сторону наиболее отрицательных значений (со значения –0.09 на –0.15 для пласта БС102 и со значения –0.11 на –0.18 для пласта БС101/2+5), т.е. нефтенасыщение коллекторов отображается в повышении в полтора раза интенсивности линейной составляющей в исходном волновом поле. Б. Для квадратичной составляющей волнового поля сохраняется форма нормального распределения гистограммы средних амплитуд. Наблюдается смещение главного максимума в сторону наиболее отрицательных значений (со значения –0.09 на –0.22 для пласта БС102 и со значения –0.11 на –0.33 для пласта БС101/2+5), т.е. нефтенасыщение коллекторов отображается в повышении в дватри раза интенсивности нелинейной составляющей исходного волнового поля. Таким образом, наличие нефтеносности приводит к существенным изменениям в амплитудных характеристиках различных составляющих исходного волнового поля. При этом на каждую составляющую это влияние различно. Реакция изучаемых компонент исходного волнового поля происходит независимо друг от друга (рис. 6в-е). Наличие залежей нефти приводит к более 20 сильному увеличению интенсивности квадратичной составляющей в сравнении с линейной компонентой исходного волнового поля (рис. 6в-е). Основываясь на полученных результатах, автором предлагаются некоторые варианты комплексного применения амплитудных характеристик линейной и нелинейной составляющих исходного волнового поля (рис. 7). Так, например, на схеме районирования для пласта БС102 (рис.7а), полученной на основе изучения различий в соотношении между линейной и нелинейной составляющими исходного волнового поля, отчетливо выделяются зоны соответствующие нефтяным залежам БС102в и БС102б. При этом зона развития, соответствующая области нефтеносности БС102в, характеризуется более высоким проявлением нелинейности, чем область залежи БС102б. Такое различие в интенсивности квадратичной составляющей наблюдается и на кросс-плоте (рис. 7б). Данное явление связано, скорее всего, с фактом промышленной разработки залежи пласта БС102б, в результате чего происходит обводнение указанной области, что должно приводить к понижению абсолютных значений нелинейно-упругих характеристик среды. Также на представленном материале существуют области сопоставимые с залежью БС102в по интенсивности нелинейной составляющей. Данные объекты локализуются в районе залежи БС102а и представляют собой три разделенные друг от друга зоны. Первая находится южнее скв. №40. Вторая располагается южнее скв. №111. Третья отмечается восточнее скв. №61. Основным их отличием от залежи БС102в является более низкая интенсивность линейной составляющей исходного волнового поля, что может быть связано с уменьшенными суммарными эффективными толщинами указанных объектов. Данный факт подтверждается установленной прямой зависимостью между суммарными эффективными толщинами и амплитудами линейной составляющей исходного волнового поля. Таким образом, основываясь на полученных результатах, объект БС102в является наиболее перспективным для обнаружения промышленной залежи УВ в исследуемом интервале. 1 - - - 4 0. 7 - 4 0. 1 - 3 0. 5 - 2 0. 8 - 2 0. 2 - 1 0. 6 - 0 0. 9 - 0 0. 3 . -0 44 . -0 38 . -0 32 . -0 25 . -0 19 . -0 13 . -0 06 - - - 1 - 4 0. 4 - 3 0. 8 - 3 0. 2 - 2 0. 5 - 1 0. 9 - 1 0. 3 - 0 0. 6 .7 .7 4 0 -0 -0 .6 .6 -0 6 -0 г 3 .5 .5 9 5 -0 -0 .5 .4 2 8 - 7 0. 4 - 6 0. 6 - 5 0. е 9 - 5 0. 2 - .4 .4 4 0. -0 -0 4 4 1 - .3 .3 3 0. -0 -0 7 7 3 - .2 .2 2 0. -0 -0 9 9 6 - .2 .1 2 0. -0 -0 2 2 8 - .1 .1 1 0. -0 -0 5 5 1 - .0 .0 0 0. -0 -0 7 7 4 00 07 15 22 29 37 44 52 59 66 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. БС101/2+5 00 07 15 22 29 37 44 52 59 66 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. БС101/2+5 04 11 18 26 33 41 48 55 63 70 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. БС101/2+5 нефтенасыщенных коллекторов водонасыщенных коллекторов Зона развития неколлекторов з БС101/2+5 Нефтеносных коллекторов водонасыщенных коллекторов Зона развития неколлекторов Фация подножия склона Фация склона ж БС102 Рис. 6. Анализ распределения амплитуд линейной и квадратичной составляющих волнового поля в интервале распространения зоны "аккумулятивного шельфа" для пластов БС102 и БС101/2+5: а, б – гистограмма амплитуд линейной и квадратичной составляющих волнового поля; в, г – сравнение гистограмм амплитуд линейной составляющей волнового поля в зависимости от типа отложений; д, е – сравнение гистограмм амплитуд квадратичной составляющей волнового поля в зависимости от типа отложений; ж, з – районирование в зависимости от типа отложений. 00 06 13 19 25 32 38 44 51 57 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0 5 0. 0 7 0.1 0.1 5 0. 0.2 3 0.3 0.2 0.5 0.4 БС102 0.6 0.7 0.8 0.3 6 0. д -0 -0 б в, г, д, е – 1 цветом показан тип коллектора. 0.9 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 00 06 13 19 25 32 38 44 51 57 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0 51 0 . -0 0.1 57 0.2 0.1 . -0 0.3 0.2 63 0.4 0.3 0.6 0.7 0.5 БС102 0.8 0.4 . -0 в 0.5 0.6 0.7 0.8 1 0.9 1 0.9 03 09 16 22 28 35 41 47 54 60 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0 4 0.1 0 5 0. 0.2 0.1 0 0.3 0.2 0.5 0.6 0.7 0.8 0.4 БС102 1 0.9 0.3 6 0. а линейная нелинейная 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 21 а – результат районирования интервала исследования на основе изучения различий в соотношении между линейной и нелинейной составляющих исходного волнового поля для плата БС102: б – атрибут "УВ-нелинейности" для пласта БС102; в – атрибут "УВ-нелинейности" для пласта БС101/2+5; г, д, е - кросс-плот между L и K2. L г К2 Рис. 7. Примеры комплексного применения амплитудных характеристик линейной (L) и нелинейной (второго порядка - K2) составляющих исходного волнового поля при интерпретации сейсмических данных. К2 а в б L д К2 е L 22 23 Другой из предлагаемых способов (рис. 7в-д) основан на расчете атрибута, представляющего собой произведение между линейной и нелинейной составляющим исходного волнового поля - атрибут "УВ-нелинейности" (УВН). Максимальные значения УВН-параметра соответствуют максимальным величинам удельных нефтенасыщенных объемов, а минимальные определяют зоны с незначительной удельной плотностью запасов. Анализ площадного распределение УВН-параметра для пластов БС102 и БС101/2+5 показывает, что: для кромкошельфового пласта БС102 перспективным объектом для поисково-разведочного и эксплуатационного бурения является зона развития нефтенасыщенных коллекторов БС102в, выделенная на юговостоке района работ (рис.7б, д); для шельфового пласта БС101/2+5 перспективными районами являются участки, расположенные западнее скв. №61, 111, 118 и скв. 106 (рис.7в,е). Основные выводы 1.Проведенный аналитический обзор современных сейсмических исследований микронеоднородных, трещиноватых, флюидонасыщенных сред показывает, что без построения нелинейной модели невозможно полностью объяснить экспериментально наблюдаемые эффекты распространения сейсмических волн. 2.Наиболее однозначным свидетельством существования в реальных средах нелинейно-упругих эффектов является «кратно-гармоническая» реакция среды на монохромное воздействие, фиксируемая на спектрально-временных диаграммах как серия ортогональных друг к другу монохром кратной частоты. 3.Эффект ортогональных сейсмических сигналов наблюдается не только для гармонических, но и для импульсных, взрывных и сложных вибрационных воздействий. В стандартных сейсморазведочных экспериментах наличие серии интерферирующих ортогональных сигналов фиксируется изменением формы сейсмической волны как в пространстве, так и во времени. 4.На основе разработанной автором полиномиально-сверточной модели сейсмической трассы было показано, что исследование нелинейно-упругих 24 характеристик нефтегазовых залежей следует проводить на основе расчета коррелограмм временных разрезов с сигналами, ортогональными к апробацию на зондирующему импульсу. 5.Разработанная методика успешно прошла производственных материалах и готова к массовому использованию с целью форсированной подготовки к глубокому бурению нефтегазоперспективных объектов различного морфолого-генетического типа. Так только, в пределах северной части Тевлинско-Русскинского месторождения выделено и подготовлено к бурению три нефтегазоперспективных объекта. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В изданиях, рекомендованных ВАК: 1.Глебов, А.А. Полиномиально-свёрточная модель сейсмической трассы./ А.А. Глебов // Геофизика. – 2006. - №3. – C.9-18. 2.Глебов, А.А. Нелинейные эффекты отражения-преломления второго порядка при нормальном падении продольной волны на границу раздела линейно-упругого и нелинейно-упругого полупространств. / А.А. Глебов // Технологии сейсморазведки. - 2011. - №1 – C. 16-21. В других изданиях: 3.Глебов, А.А. Математическое исследование нелинейных искажений сейсмических сигналов в пятиконстантных средах. / А.А. Глебов // Российский геофизический журнал. – 2006. - №43-44. – С.10-16. 4.Глебов, А.А. Нелинейные аспекты распространения сейсмических волн./ А.А. Глебов // Сборник тезисов II Сибирской международной научной конференции молодых ученых и студентов. –Новосибирск: ОИГГиМ СО РАН, изд-во НГУ. - 2004. –С.44-45. 5.Глебов, А.А. Исследование нелинейных изменений сейсмических сигналов в пяти-константных средах. / А.А. Глебов.// Тезисы докладов V международной научно-практической геолого-геофизической конференции 25 молодых ученых и специалистов «Геофизика-2005». –СПб.: СПбГУ, ВВМ. 2005. – С.68-70. 6. Глебов, А.А. Алгоритм Прони – фильтрации для прогноза нефтеперспективных объектов. / А.А. Глебов // Сборник тезисов Х Международного симпозиума студентов и молодых ученых имени академика М.А.Усова "Проблемы геологии и освоения недр". – Томск: ТПУ. - 2006. - С.1214. 7. Glebov, A.A. Some Nonlinear Effects Observed in Seismic Examples. / A.A. Glebov, S.V. Goldin, G.M Mitrofanov // Ext.Abstr., Session Non-Conventional Seismic: -Vienna: EAGE. - 2006. -P054. 8. Глебов, А.А. Применение AVO-анализа с использованием трехчленной аппроксимации Шуэ для прогноза залежей структурно-литологического типа в ачимовских отложениях (Западная Сибирь). / А.А. Глебов, О.В. Чернова, И.Н. Керусов, К.Г. Скачек, М.В. Мордвинцев // Сборник тезисов докладов IX Международной научно-практической конференции и выставки "Геомодель2007". –Геленджик: EAGE. - 2007. - C.88-89. 9. Глебов, А.А. Выявление и оконтуривание неантиклинальных структурнолитологических залежей в неокомских отложениях по динамическим аномалиям типа «яркое пятно» на сейсмических данных. / А.А. Глебов, А.В. Ершов, О.В. Чернова, И.Н. Керусов, К.Г. Скачек, М.В. Мордвинцев // Сборник докладов XII научно-практической конференции "Пути реализации нефтегазового и рудного потенциала Ханты-Мансийского Автономного Округа - Югра". – Ханты-Мансийск. – 2009. - C. 371-377.
