книги / Методические основы трехмерного геологического моделирования и методы оценки качества построенных моделей

в

Рис. 6. Реальный пример корректировки положения ствола скважины одного из месторождений Березниковского палеоплато: а – до корректировки; б – после корректировки; в – осредненные скважинные данные после корректировки

11

Рис. 7. Погрешность ВНК при измерениях инклинометрии

В данной ситуации пересмотр пространственного положения ствола скважины (в пределах «конуса неопределенности») помогает скорректировать положение принятого ВНК в конкретной скважине (рис. 8). Данный тип корректировки может применяться при исправлении ошибок, связанных с появлением наклонного ВНК. Корректировка осуществляется изменением абсолютной отметки ВНК и пластопересечений в скважине на одну и ту же величину в пределах заданного интервала разреза путем введения поправки в значения инклинометрии. Используя подобный механизм редактирования инклинометрии, можно исключить либо существенно снизить неизбежное влияние ошибок в исходных данных, что ведет к более точному построению трехмерной модели и достоверной оценке запасов на ее основе.

Рис. 8. Пример корректировки положения ВНК

12

Использование новых функциональных возможностей программных комплексов в части работы с инклинометрией на практике дает возможность корректного исправления инклинометрии в среде для создания трехмерных геологических моделей. Результатом являются трехмерные геологические модели, в которых минимизировано влияние ошибок в исходных данных.

Для малоизученных месторождений данные для модели лучше всего взять с соседних месторождений (аналогов), максимально изученных с помощью бурения и сейсморазведки, с выполненным комплексом специальных петрофизических исследований керна, таких как литолого-фациальный и биостратиграфический анализ.

2. Структурное 3Д-моделирование

Структурное моделирование позволяет получить геометризацию моделируемого геологического объекта. Результатом является структурная модель, которую также называют структурным каркасом. Структурный каркас представляет собой набор поверхностей кровель и подошв пластов в трехмерном пространстве (рис. 9). Существует общий алгоритм для построения структурной модели по данным скважин и данным сейсморазведки. Первый шаг – это расчет в скважинах толщины пластов и плотных перемычек с учетом инклинометрии скважин. Затем строятся карты толщин пластов и плотных перемычек между пластами. На основе карт толщин от опорных отражающих горизонтов строят поверхности кровли и подошвы продуктивных пластов. Для моделирования структурного каркаса с разломами добавляются этапы построения структурной модели разломов и встраивания их в уже созданную структурную модель.

Последним этапом структурных построений является контроль точности построения в пределах скважин. Данная последовательность действий является наиболее распространенной и исключает пересечение кровель и подошв продуктивных пластов. Существуют различные модификации построения структурного каркаса, реализованные в пакетах трехмерного геологического моделирования, отличающиеся главным образом степенью автоматизации структурного моделирования и учетом дополнительных ограничений.

13

Рис. 9. Структурная модель кровли и подошвы продуктивного пласта

Структурные поверхности представляют собой 2D-сетки. Учитывая размеры залежей, для структурных построений рекомендуется выбирать следующие размеры ячеек 2D-сеток: 25×25, 50×50 или 100×100 м. При этом желательно выполнять условие, чтобы отметки пластопересечений двух скважин непопадали водну ячейку 2D-сетки.

Построение структурных поверхностей продуктивных пластов проводится от отражающего горизонта (вниз, вверх) или между ними.

Алгоритмы построения структурных поверхностей на сегодняшний день очень разнообразны и позволяют строить поверхности любой сложности и практически при любом объеме исходных данных. Наиболее распространенные – это алгоритмы на основе крайкинга (kriging), сплайнов и триангуляции.

Суммарная толщина отложений промежуточных горизонтов практически никогда не является равной толщине отложений между опорными горизонтами. В то же время опорные горизонты и толщи между ними подразумеваются как более надежные, чем толщи промежуточных горизонтов. В связи с этим проводится коррекция толщ промежуточных горизонтов с целью совпадения их с толщами между опорными горизонтами. Чаще всего используется метод пропорциональной коррекции, когда толщи промежуточных горизонтов корректируются в зависимости от их веса в суммарной толщи промежуточных горизонтов [1].

14

3. Создание трехмерной сетки

Этап создания трехмерной сетки – это процесс разбиения пространства между кровлей и подошвой залежи на трехмерные ячейки.

Построение трехмерной сетки определяется структурным каркасом и принятой концептуальной моделью. Структурный каркас играет роль формы, ограничивающей трехмерную сетку, и роль направляющей для слоев сетки. Существуют два глобальных типа сеток – регулярные и нерегулярные. Регулярные сетки ограничены определенной геометрией ячеек сетки, а нерегулярные могут принимать любую геометрию ячеек. Существуют два наиболее распространенных основных типа сеток. Тип XYregular и тип Cornerpoint отличаются друг от друга формой и направленностью ячеек. Тип XYregular, выбранный для всех объектов моделирования, характеризуется тем, что все ячейки сетки имеют одинаковую длину и ширину. Тип Cornerpoint представляет собой более гибкую систему, где размер ячеек варьируется [1].

Трехмерные сетки также делятся по принципу вертикальной нарезки слоев на сетки. В частности, существует возможность выбора сеток с равным числом слоев (рис. 10), распределяемых между кровлей и подошвой пласта (как правило, применяются в пластовых залежах и позволяют устанавливать связь с законтурной областью) и равным значением толщины ячейки (применимы для массивных или значительно изменяющихся по толщине пластовых залежей (рис. 11)) [2]. Сетки с равной толщиной ячейки чувствительны к выбору поверхности, от которой выполняется построение. Сетка, построенная от подошвы (см. рис. 11), сильно отличается от сетки, построенной от кровли (рис. 12). Рекомендуется при выборе направления напластования учитывать закономерности условий осадконакоплений.

Размер ячеек по латерали, как правило, соответствует размеру ячеек структурных поверхностей (25×25, 50×50, 100×100 м). Размер ячеек по вертикали выбирается, исходя из дискретности каротажных данных или результатов интерпретации геофизических исследований скважин (ГИС). Минимальный размер ячейки по вертикали не может быть меньше 20 см, таков шаг записи ГИС.

15

Рис. 10. Фрагмент трехмерной сетки с равным числом слоев

Рис. 11. Трехмерная сетка с равной толщиной ячейки, построенная от кровли

Рис. 12. Трехмерная сетка с равной толщиной ячейки, построенная от подошвы

16

4. Осреднение скважинных данных на ячейки 3Д-сетки

Цель осреднения – это перенос данных из скважин на 3Дсетку. Осреднение выполняется в два этапа: сначала рассчитываются ячейки, через которые проходит скважина в трехмерной сетке, а затем на них усредняются данные ГИС из скважин (рис. 13). Важным моментом при выполнении данного этапа является контроль полного переноса проницаемых пропластков и параметров РИГИС на 3Дсетку в пределах скважин.

Рис. 13. Пример осреднения на ячейки трехмерной сетки кривой литологии, полученной по данным РИГИС

5. Литолого-фациальное 3Д-моделирование

Процесс индексации ячеек трехмерной сетки в пределах моделируемой залежи по литотипам и фациям называется литологофациальным моделированием. Результатом моделирования являются кубы литотипов и фаций (рис. 14). На рисунке разным цветом показаны различные типы пород. Темно-серый цвет – это порода «коллектор», светлый цвет – «неколлектор».

17

Моделирование обычно выполняется в два этапа. На первом этапе выполняется моделирование фациальных зон, а на втором распределяются коллекторы и литотипы в разных фациальных зонах. Моделирование можно выполнять как детерминистским способом, так и стохастическим, а также часто их комбинируют. Стохастическое моделирование делится на два подхода: объектный и пиксельный. Объектный подход позволяет моделировать заполнение пространства 3Д-сетки геологическими телами, например, линзами или руслами рек. Пиксельное моделирование решает задачу литологофациальной типизации для каждой конкретной ячейки 3Д-сетки. Детерминистский способ представлен трехмерной интерполяцией.

На практике из-за недостатка литолого-фациальных исследований выполняют только литологическое моделирование, где трехмерное пространство разбивается на коллектор и неколлектор. По этой причине этап называют сокращенно литологическим моделированием.

Рис. 14. Продольные и поперечные разрезы куба литологии. Темно-серым цветом показан коллектор, светло-серым – неколлектор

Данному этапу также соответствует процесс построения карт эффективных и эффективных нефтенасыщенных толщин. Карты эффективных толщин продуктивного пласта являются основой для построения карт эффективных нефтенасыщенных толщин и отобра-

18

жают общее геологическое строение залежи. Процесс литологического моделирования сложных месторождений не может сопровождаться использованием обычных интерполяционных алгоритмов, за исключением зон с частой сеткой эксплуатационных скважин.

В современных программных пакетах процесс целенаправленного распределения литологии в трехмерной сетке реализован достаточно упрощенно и не позволяет отображать все геологические особенности строения сложных месторождений. При этом единый алгоритм применяется во всей области моделирования. Возможности интерполяции в значительной степени определяют на этом этапе качество построенной модели. Поэтому для большего приближения модели к реальному объекту необходимо искать способы корректировки интерполяции с учетом конкретных особенностей геологических объектов. Примером таких приемов может служить введение «фиктивных» скважин для правильного оконтуривания зон замещения и выклинивания коллекторов, а также создание трендовых параметров и т.д.

Опыт моделирования месторождений углеводородов позволил выработать в «ПермНИПИнефть» рекомендации [6] по распределению литологии, снижающие риск геологически необоснованного пространственного распределения в модели пород-коллекторов. В частности, установлена необходимость разделения процессов распределения литологии на интерполяцию межскважинного пространства и экстраполяцию остальной области моделирования. Первоначально производится интерполяция межскважинного пространства по наиболее оптимальному алгоритму для конкретных геологических условий. Затем по полученным результатам интерполяции и исходным данным осуществляется экстраполяция литологии в остальном пространстве моделирования. В процессе экстраполяции необходимо учитывать зональные геологические особенности распределения коллекторов, характерные для данного региона (рис. 15).

Одним из отрицательных эффектов упрощенной экстраполяции можно считать увеличение доли коллекторов на границах области моделирования. В последующем это часто приводит к ошиб-

19

кам при размещении скважин и дополнительным экономически необоснованным затратам при проектировании процесса разработки нефтяных месторождений.

Решение этой проблемы сводится к постепенному уменьшению доли коллекторов за пределами сетки скважин на основе зональной тенденции. Помимо зональной зависимости алгоритм экстраполяции также должен учитывать пределы области моделирования, чтобы определить оптимальный интервал действия при экстраполяции. Такой подход реализован на практике (см. рис. 16).

В основу принципа в данном случае заложены традиционные формулы распределения литологии в пределах эллипсоида интерполяции:

где а, b, c – радиусы интерполяции в направлении x, y, z.

В случае, если а = b = c = r, то эллипсоид интерполяции представляет собой сферу с радиусом r (рис. 16). Варьируя радиусом r в различных направлениях, можно при интерполяции отразить анизотропию в распределении моделируемых свойств. При этом используется следующая весовая функция:

20