Автоматизированная интерпретация данных геофизических исследований

скважины (пласты горных пород) характеризуются своими усред­ ненными физическими свойствами (рис. 2). Эти свойства характерны и для всей системы (разреза скважины), но ее эмерджентным свойст­ вом системного уровня является, например, упорядоченная последо­ вательность (усредненных по пластам горных пород) геофизических показаний (на интегральных кривых ГЙС - ступенчатая последова­ тельность показаний на отрезках неравной длины). Корни таких свойств скрыты в свойствах составляющих систему элементов.

Эффективное использование диаграмм ГИС по группе скважин для построения модели геологического объекта (например, нефтяной залежи) зависит не только от конфигурации каротажных диаграмм, но и от воспринимающего ее устройства (человеческого мозга или «интеллектуального» технического устройства в виде компьютера и его программного обеспечения). Если рассматривать геологические объекты как пространственные, то составляющие их элементы мож­ но группировать в пространственно связные, компактные подсисте­ мы различных порядков и можно выйти на так называемое псевдостатистическое моделирование [60], идеи которого были использова­ ны применительно к литолого-стратиграфической интерпретации данных ГИС (подробнее об этом см. в третьей части).

Для более полного и научно обоснованного выделения систем различных уровней в геологии целесообразно разработать иерархи­ ческие модели этих систем. Моделирование в самом общем в и д е - это метод исследования какого-либо процесса или объекта путем воспроизведения его самого или существенных его свойств в виде материальной или мысленной модели [15, 48, 59], что показано, на­ пример, при построении горно-геометрических моделей некоторых месторождений Пермского Прикамья.

Модель - это такая система, представляемая мысленно или реализованная материально, которая отражает или воспроизводит в какой-то степени объект исследования, но в то же время способна замещать его так, что изучение этой системы дает новую инфор­ мацию об изучаемом объекте. Поэтому очевидно, что всякая модель

есть упрощение (огрубление), а это значит, что моделируемое строе­ ние объекта как бы освобождено от затеняющих ее деталей (локаль­ ных несущественных неоднородностей).

В досистемный период интуитивное понимание выводимости эмерджентных свойств системы из свойств ее элементов послужило основой так называемого редукционизма (или физикализма) [59], суть которого заключается в постулировании широких возможно­ стей вывода знаний о системах из знаний о системообразующих элементах.

Иногда говорят о системно-структурном подходе, системно­ структурной методологии, имея в виду такую ситуацию, когда ре­ шающее значение для достижения высокой эффективности исследо­ ваний приобретает взвешенный выбор схемы расчленения (декомпо­ зиции, структуризации), выявления явно выраженных оснований структуризации изучаемого объекта. Поэтому в нефтегазовой отрасли изучение связей и взаимодействия геологических систем на разных уровнях их организации позволяет подойти к пониманию значения геологических структур. Для установления закономерностей связи между частями геологических структур по данным ГИС необходим специальный логико-математический аппарат системно-структурного моделирования и в частности статистическая обработка промыслово­ геофизической информации с использованием кластерно-дискрими­ нантного, дисперсионно-регрессионного и факторного анализов, сопоставления эмпирических распределений и т.п.

Структура системы - это устойчивая картина взаимных отно­ шений элементов целостного объекта, который всегда может быть представлен в качестве системы. Если известна система, то структура предстает как некоторый аспект системы, а именно как единство ее

инвариантных свойств. Инвариантность, как важнейшая характери­ стика структуры системы, приводит к понятию связи, так как струк­ тура в итоге и есть не что иное, как совокупность устойчивых связей объекта изучения. Структура есть специфическая, но весьма абст­ рактная характеристика системы. Эта абстрактность заключается

в том, что компоненты и их связи, отвлеченные от их размерностей, становятся различными абстрактными элементами. Поэтому струк­ тура системы - это вид композиции упорядоченности элементов, устойчивой относительно определенного диапазона тех или иных изменений системы. Структура не мыслима вне системы, равно как и система по своей архитектонике всегда структурна [40].

Структурные отношения важны не сами по себе, но только в той связи, в какой они характеризуют устойчивость системы. Структурные исследования систем строятся на основе синтеза макро- и микропод­ ходов к познанию этих систем, когда исследования свойств состав­ ляющих их элементов необходимым образом дополняют и видоизме­ няют друг друга.

Учение о структурах наиболее важно и наиболее перспективно для геологических систем (геологических объектов). Если система - это нечто реальное, то структура - это тот разрез, в котором мы ее рассматриваем, т.е. структура - это мгновенный снимок внутренних взаимоотношений в системе.

На практике при геологической интерпретации данных ГИС предлагается любой изучаемый геологический объект (залежь, разрез скважины и т.п.) представлять в виде системы, состоящей из подсистем и элементов, относящихся к определенным иерархи­ ческим уровням и связанных определенными отношениями между собой.

Основные положения применения системно-структурного подхода при изучении геологических объектов, изложенные в на­ стоящей главе, позволили разработать программу автоматизиро­ ванной литолого-стратиграфической интерпретации данных ГИС, базирующуюся на псевдостатистическом моделировании, и прово­ дить горно-геометрическое моделирование нефтегазовых залежей на персональном компьютере как в интерактивном, так и автомати­ ческом режимах [31, 34].

ГЛАВА 2. И н т е р п р е т а ц и я д а н н ы х ГИС

В СВЕТЕ СИСТЕМНО-СТРУКТУРНОГО ПОДХОДА

Осадочный бассейн в нефтегазоносномотношении представ­

ляет собой целостную систему и находится на более высоком инте­ гративном уровне организации, чем слагающие его нефтегазо-гео­ логические компоненты разреза (залежь, продуктивная толща, слой). Разрез любого осадочного бассейна описывается в виде чередую­ щихся слоев, представленных теми или иными литологическими разновидностями горных пород. По литологическому составу одни

породы являются нефтесодержащими породами-коллекторами,

а другие, препятствующие перемещению углеводородов, - плотными непроницаемыми породами (покрышками). Поэтому при выделении геологических объектов разреза различного ранга (слоев, прослоев, слойков, пластов, пропластков и т.п.) необходимо исходить из ос­ новных признаков, отражающих сущность выбираемой в качестве основной (базисной) единицы объекта.

Важнейшую роль при изучении геологических объектов игра­ ют ГИС - комплекс геофизических работ, выполняемых в скважине с целью детального изучения ее геологического разреза, выделения частей этого разреза, содержащих те или иные полезные ископаемые, оценки промышленного значения углеводородного сырья, определе­ ния положения скважин в пространстве и их технических характери­ стик. Сущность методов ГИС и методики интерпретации результатов скважинных наблюдений изложены во многих учебниках и справоч­ ной литературе [17, 21, 45, 46]. В зависимости от физических свойств, изучаемых при каротаже скважин, различают такие методы карота­ жа, как электрический, радиоактивный, ядерно-магнитный, акустиче­ ский и др. Полученные при каротаже величины геофизических пара­ метров служат основой для выделения ряда разновидностей горных пород в разрезе скважины, а также для проведения границ между слоями, сложенными породами разного состава или отличающимися одна от другой по своим физическим свойствам. Данных ГИС вполне достаточно для рациональной декомпозиции разреза каждой ийтер-

претируемой скважины и для построения в дальнейшем с помощью межскважинной корреляции общей схемы иерархического расчлене­ ния разбуренного объема земной коры на части, сменяющие одна другую по вертикали.

Выделенные по данным ГИС разновидности горных пород увя­ зываются с петрографическими характеристиками образцов пород, полученных при бурении скважин с определенных глубин в виде кер­ на, шлама или проб, отобранных грунтоносами. Однако керн отбира­ ется далеко не во всех скважинах. Поэтому относительно полные представления о петрографическом составе горных пород и условиях их залегания практически всегда опираются на данные ГИС, а переход от ГИС к геологическому описанию разрезов скважин базируется на изучении связей промыслово-геофизических параметров с физико­ геологическими свойствами горных пород [60].

Параметры, измеряемые в процессе исследования скважин гео­ физическими методами, лишь в редких случаях дают возможность непосредственно определять истинные значения физических свойств горных пород, так как на показания геофизических приборов сильное влияние оказывают породы, вскрытые скважиной в соседних интерва­ лах, промывочная жидкость и проникновение фильтрата промывочной жидкости в пласт, размеры зондов и т.п. Исправление геофизических параметров осуществляется введением поправок на влияние аппара­ туры, бурового раствора и длины зонда, снятием влияния фона и других мешающих факторов и приведением геофизических парамет­ ров к какому-либо стандарту (например, к двойному разностному параметру). Характеристики, полученные при каротаже скважин, нельзя отождествлять с истинными параметрами горных пород. Это своеобразные «геофизические» параметры. По своему существу все геофизические методы дают лишь косвенные сведения о составе и свойствах пород, вскрытых скважиной.

Чтобы от этих косвенных сведений перейти к идентификации литологического состава, стратиграфической принадлежности пород, к оценке их истинных геолого-физических свойств, необходимо вы­ полнить геологическую интерпретацию материалов ГИС. Для интер­

каждый из методов Г'ИС обладает разной эффективностью при «уз­ навании» той или иной литологической разновидности пород. Так, в терригенно-карбонатном разрезе скважин нижнего карбона место­ рождений юга Пермского края высокопористые песчаники (коллек­ торы) уверенно фиксируются отрицательными аномалиями на диа­ граммах потенциалов собственной поляризации ПС и естественной радиоактивности ГК, положительными приращениями на микрозон­ дах М3, сужением диаметра скважины за счет образования глини­ стой корки на стенках скважины на кавернограмме ДС. Глинистые породы уверенно отбиваются по высоким значениям ПС и ГК, харак­ теризуются низкими показаниями при нулевом приращении на М3, увеличенным диаметром скважины за счет вымывания глин и обра­ зования каверн в процессе бурения, минимальными показаниями нейтронного каротажа НГК. Алевролитам, алевропесчаникам и пес­ чано-глинистым разностям пород отвечают нечетко выраженные экс­ тремальные показания на кривых ПС, М3, ГК, НГК, ДС (см. рис. 1). Все это позволяет при достаточной изученности разреза по керновым данным, опираясь на известные петрофизические зависимости, с по­ мощью кривых ГИС с относительно высокой надежностью выделять и классифицировать основные и промежуточные литологические разности пород, используя в конкретной ситуации наиболее эффек­ тивные геофизические методы. В карбонатной части разреза сущест­ вующий комплекс ГИС обычно обеспечивает надежное выделение глинистых и плотных разностей карбонатных пород и некоторых ти­ пов карбонатных коллекторов. Кривая ПС для расчленения карбо­ натных пород малопригодна. Плотные известняки и доломиты узна­ ются по повышенным показаниям НГК и низким показаниям ГК и плотностного каротажа ГГК. Против пористых карбонатных пород наблюдается обратная картина - минимальные показания НГК и по­ вышенные ГК и ГГК. Карбонатные коллекторы фиксируются также по уменьшению диаметра скважины ДС и положительным прираще­ ниям на микрозондах М3. Весьма информативен при литологическом расчленении карбонатного разреза акустический каротаж АК.

Вполне однозначное решение задачи литологического расчле­ нения разрезов скважин по данным Г'ИС далеко не всегда достижи­ мо. Это связано с очень большим разнообразием типов горных по­ род, широким распространением переходных разновидностей пород, непостоянством природных факторов и технологических условий проводки скважин, вносящих искажения в показания ГИС. Неодно­ значность рекомендаций по использованию того или иного комплек­ са ГИС, предлагаемых в учебниках и научных публикациях, лишний раз подтверждают необходимость творческого системного подхода к интерпретации данных ГИС, высокую значимость учета конкрет­ ных геологических и технических условий, максимально полного использования всей геолого-промысловой информации и обоснован­ ного комплексирования методов ГИС.

При выделении пластов и прослоев лучше всего следовать пра­ вилам, разработанным в электрическом каротаже [17, 30], где для установления границ пластов и определения харакгера насыщения пластов-коллекторов используются методы электрического каротажа в различных модификациях (боковое каротажное зондирование БКЗ, боковой БК, микробоковой МБК и индукционный ИК каротажи).

При определении по данным ГИС границ крупных стратигра­ фических подразделений (подсистем в разрезе скважины как системы) возникает необходимость в выделении опорных пластов. К опорным пластам (элементам подсистемы) предъявляются следующие основ­ ные требования: хорошая выдержанность по площади; четкая геофи­ зическая характеристика, резко отличная от характеристики их ок­ ружения и легко выявляемая при анализе стандартных диаграмм ГИС; приуроченность к стратиграфическим границам или палеонто­ логически охарактеризованным комплексам. Опорные пласты, при­ легающие к важнейшим стратиграфическим границам и обладающие характерными особенностями (физическими свойствами) при записи кривых ГИС, являются своеобразными стратиграфическими репера­ ми, с помощью которых в ряде случаев можно прослеживать грани­ цы на больших территориях [22]. Выделение четких реперов позво­ ляет успешно проводить корреляцию межреперных пространств.

При всем многообразии традиционных «ручных» методов гео­ логической интерпретации материалов ГИС все они реализуются по одной схеме: вначале разрез скважины расчленяется на внутренние относительно однородные участки-слои; затем определяются лито­ логический состав, стратиграфическая принадлежность выделенных слоев и характер насыщения тех из них, которые сложены породамиколлекторами. Дифференциация горных пород с помощью ГИС осу­ ществляется по физическим свойствам пород в зависимости от грану­ лометрического состава, характера цементации, структурных и тек­ стурных особенностей. Однозначность интерпретации существенно повышается, если для изучения геологического строения разрезов скважин используется обязательный комплекс методов ГИС - стан­

разрезов скважин и межскважинной корреляции для выявления глав­ ных закономерностей разреза и сглаживания локальных неоднород­ ностей, зафиксированных на каротажных кривых, целесообразно со­ ставлять интегральные диаграммы ГИС [31]. Для построения по­ следних весь разрез исследуемой скважины разбивается на неравные интервалы, каждый из которых представляет участок кривой ГИС с близкими друг к другу показаниями того или иного геофизического параметра (см. рис. 2). Таким образом, мы имеем дело с обобщенными образами слоев горных пород, и их сравнение при корреляции разре­ зов скважин осуществляется по осредненным (огрубленным) пара­ метрам слоев. Важное значение имеет четкое определение границ стратиграфических подразделений, причем детальность расчленения базируется на объединении задач, решающих одновременно вопросы литологического состава и стратиграфической принадлежности. Обычно для выделения крупных стратиграфических подразделений используются диаграммы радиоакгивного и акустического каротажа. После «качественной» интерпретации для слоев, предположительно представленных коллекторами нефти и газа или могущих служить путями движения реагентов, вытесняющих нефть и газ, оцениваются значения различных геолого-физических параметровпористости, глинистости, нефтенасыщенности, иногда проницаемости и т.п.