|
УДК 553.98:550.812 |
Основные положения оптимизации разведочного процесса методом покрытий зонами обоснованности
С. А. АФАНАСЬЕВ (ИГиГ СО АН СССР)
Типичные задачи разведки месторождений нефти и газа в геологическом отношении постоянны и общеизвестны. В методическом плане также есть ряд задач, которые не меняются на протяжении всей истории геологоразведочных работ на нефть и газ. К таким задачам следует отнести: а) рациональное размещение скважин на площади разведуемого месторождения; б) обоснование их оптимального числа; в) выбор очередности бурения скважин.
Что касается средств решения этих задач, то они со временем претерпели значительные изменения. Опуская анализ применения тех или иных подходов при разработке методики оптимизации разведки месторождений нефти и газа, отметим лишь, что в настоящее время многие исследователи приходят к отказу от традиционных жестких схем размещения разведочных скважин и предлагают различные методики оптимизации их размещения [1, 3, 4-9], в частности используют аппарат статистической теории оптимального эксперимента и оптимального управления [4-7, 9]. Представляется правомерным применять для адаптивной оптимизации размещения разведочных скважин аппарат дискретной математики.
Рассмотрим основные геолого-методические аспекты предлагаемого подхода.
Основная цель разведки месторождений нефти и газа формулируется следующим образом: необходимо осуществить подготовку запасов месторождения для передачи его в разработку минимальным числом скважин.
Строго говоря, нахождение минимального числа скважин для решения всех задач разведки - проблема практически неразрешимая в силу специфики самого разведочного процесса. В условиях неполноты априорной информации заложение каждой последующей скважины преследует частные, локальные цели. Поэтому весь разведочный процесс представляет собой очерёдность принятий локально-оптимальных решений [6, 9], которые в принципе могут и не привести к всеобщему, глобальному оптимуму. Но применение методики принятия последовательных решений позволяет, получив результаты бурения очередных скважин, корректировать заложение очередной. В этом заключается принцип адаптивности [6, 7]. Согласно этому принципу, заложение каждой последующей разведочной скважины должно основываться на учете всей информации по ранее пробуренным скважинам. Адаптивное управление разведкой позволяет сократить число законтурных скважин, а также гораздо рациональнее определить количество и места заложения всех разведочных скважин.
Выбирая точки для заложения скважин, геолог зачастую руководствуется целью получения максимума информации о тех или иных геологических параметрах в пределах разведуемой залежи, т. е. принципом максимальной информативности [9]. При этом он исходит из существования вполне определенных участков изучаемых поверхностей, характеризующихся качественным сходством всех точек - так называемых геологических и структурных ситуаций. Это могут быть зоны отсутствия коллектора в продуктивном горизонте, зоны повышенных эффективных мощностей, структурно-крыльевые, периклинальные и сводовые ситуации и т. д. Совокупность всех ситуаций той или иной поверхности даёт полную картину ее изменения в пределах изучаемого объекта.
Практически геолог имеет дело, как правило, с отображениями геологических поверхностей. Это карты всевозможных видов - карты подсчётных параметров, карты промысловых характеристик пласта и залежи и другие специализированные карты.
Опыт показывает, что наибольшее влияние на точность подсчета запасов оказывает изменение площади залежи (F), эффективной нефтенасыщенной (газонасыщенной) мощности (hЭф), открытой пористости (m0) и коэффициента нефтегазонасыщения (Кнг), С оценкой этих параметров в процессе разведочных работ связаны основные трудности и ошибки.
Очевидно, главное внимание при разведке месторождений должно уделяться изучению именно этих целевых подсчетных параметров. Кроме них большое внимание уделяется структурному плану залежи. Поэтому для более эффективного изучения залежи кроме целевых параметров следует учитывать структурные, характеризующие структурный план локального поднятия. Для этого в список характеристических признаков введены структурно-пространственные параметры, жестко фиксирующие любую точку поверхности. Это дает возможность сравнивать положение точек в плане и гипсометрически относительно друг друга и относительно элементов локального поднятия (свод, ось, периклинали, оконтуривающая изогипса).
Целевые параметры разведки, как и любые другие параметры пласта и залежи, обосновываются результатами бурения. Каждая пробуренная скважина является носителем информации о точках с относительно устойчивыми целевыми и структурно-пространственными параметрами в пределах площади, тяготеющей к скважине. Эти точки образуют зону обоснованности скважиной. Размеры такой зоны обоснованности определяются интенсивностью изменения целевых, структурно-пространственных и других параметров в ее пределах. Сказанное можно подытожить в виде еще одного принципа управления разведочным процессом - принципа обоснованности разведкой (в данном случае бурением). Он заключается в следующем: рисовка карт целевых и других существенных параметров надежно только в пределах зоны обоснованности скважиной (или разведочной выработкой).
Представляется, что сформулированные три принципа в основном достаточны для решения трех главных задач методики разведки месторождений нефти и газа. Задачи рационального размещения скважин и очередности бурения решаются на основе принципов адаптивности и максимальной информативности. Вторая задача решается на основе принципа обоснованности.
Исходя из вышеизложенного, последовательность принятия решений по конкретной скважине в методе покрытия зонами обоснованности бурением такова: 1) в соответствии с принципом адаптивности производится полный учет имеющейся информации; 2) для заложения скважины отыскивается точка, в которой ожидается максимальный прирост информации (точка с максимальной ожидаемой зоной обоснованности бурением); 3) по окончании бурения скважины производятся оценка обоснованности ею целевых и иных параметров разведки и выделение зоны обоснованности бурением.
Реализовать рассмотренные принципы для управления разведочным процессом на месторождениях нефти и газа можно с помощью аппарата дискретного анализа. Для этого необходима модель разведуемой залежи, которой соответствуют карты целевых параметров разведки и структурная карта. В принципе не имеет значения, каким способом составлены такие карты. Они могут быть выполнены любым из известных ныне методов, так как предлагаемый способ оптимизации разведочного процесса не зависит от способа построения моделей геологических поверхностей. Учитывая необходимость повышения точности разведки, следует, на наш взгляд, отдавать предпочтение методу сплайн-аппроксимации геологических поверхностей [4-7].
Описав любую точку разведуемой залежи структурно-пространственными признаками и целевыми параметрами разведки, можно свести весь разведочный процесс к задаче о нахождении покрытий зонами обоснованности бурением.
Карты отдельных геологических параметров, построенные поданным бурения, можно рассматривать как отображения поверхностей, составленных множеством точек. Точки, характеризующиеся совокупностью структурно-пространственных и целевых признаков, образуют некоторую гиперповерхность разведуемой залежи. Любая точка такой поверхности может быть похожа или отлична от другой ее точки (реально пробуренной скважины) по всем или части ее характеристических признаков. Задавая пороги сходства-различия по каждому из признаков, для любой точки поверхности путем ее сравнения со всеми другими точками можно выделить окрестность, внутри которой все точки будут похожи на данную. При этом похожими считаются точки, у которых разница по каждому характеристическому признаку - структурно-поверхностному или целевому - не превышает заранее заданного порога сходства-различия. В случае, когда такой точкой является пробуренная скважина, похожие на нее точки образуют зону обоснованности бурением. Отметим, что выбор величины порога сходства-различия для структурно-пространственных признаков зависит от степени изученности месторождения или залежи, сложности геологического строения (ситуационных особенностей), а для целевых параметров - от требований, предъявляемых к точности разведки. Так как результаты разведки обычно представляют основу для составления либо проекта опытной эксплуатации, либо технологической схемы разработки, пороги сходства-различия по целевым параметрам можно выбрать исходя из типовых требований к точности определения параметров залежи [13].
Для обработки исходная информация снимается со структурной карты и карт целевых параметров в узлах сетки с размером ячейки lхl. Размер ячейки выбирается исходя из масштаба карт и размеров месторождений. Обычно l=1 км в масштабе карт. Выбираются пороги сходства-различия для точек изучаемой поверхности. Для каждой пробуренной скважины отыскиваются все узлы сетки, сходные с ней. Напомним, что множество этих узлов образует зону обоснованности скважиной. Таким образом, на данном шаге управления разведочным процессом реализуется принцип адаптивности; учитывается необходимая информация по всем пробуренным скважинам.
На следующем шаге отыскивается точка (узел сетки) изучаемой поверхности, ожидаемая зона обоснованности которой покрывает максимальное количество узлов сетки. В соответствии с принципом максимальной информативности такая точка оптимальна для заложения в ней разведочной скважины на данном этапе разведки. Вообще- то может быть несколько таких точек, незначительно отличающихся друг от друга числом покрываемых узлов. Поэтому в целях ускорения разведки месторождений для заложения разведочных скважин следует выбирать две-три точки с максимальными ожидаемыми зонами обоснованности. Следует отметить, что для заложения очередной разведочной скважины не всегда могут быть взяты точки, дающие максимальный прирост информации. Особенно часто такие случаи имеют место при разведке структурно-литологических залежей нефти и газа. Точка, обеспечивающая максимум прироста информации, может оказаться зависимой от результатов бурения скважины в менее информативной точке. В этом случае предпочтительнее наилучшая из менее информативных, но независимых точек. При разведке пластовых сводовых залежей на ранних стадиях разбуривания может оказаться необходимым уточнить структурный план локального поднятия. В этом случае предпочтение следует отдать точке, дающей несколько меньший прирост информации, но устраняющей информационную неопределенность какой-либо структурной ситуации.
Вообще говоря, возможно положение, когда максимальную ожидаемую зону обоснованности дает точка, находящаяся в заведомо законтурной части залежи. Для большей целенаправленности разведки на такие точки накладывается запрет и они, оставаясь покрываемыми, в качестве возможных мест заложения скважин не рассматриваются.
В тех случаях, когда на очередном шаге обнаруживается несколько точек, покрывающих наибольшее и одинаковое число узлов, не покрытых на предыдущих шагах, для выбора одной из них устанавливаются определенные приоритеты. В ходе поочередного размещения скважин, имитирующего разведочный процесс, такой прием в силу своей гибкости позволяет им управлять. На основе приоритетов разведка может быть сориентирована либо на выявление ВНК, либо на обосновании приращиваемых запасов, в зависимости от целей на каждом конкретном шаге. В качестве приоритетных показателей можно использовать, в частности, признаки, характеризующие: а) расстояние от оконтуривающей изогипсы; б) расстояние от оси или от свода, в зависимости от соотношения размеров короткой и длинной осей складки.
После бурения очередной скважины в выбранной точке на карте отрисовывается ее зона обоснованности. Для отыскания очередной точки заложения скважины необходимо повторить процесс выбора сначала.
В качестве критерия минимизации общего числа скважин на разведуемом месторождении (залежи) пригодны геолого-экономические показатели разведки. Пошаговый процесс выбора точек заложения скважин прекращается, если на очередном шаге наилучшая точка покрывает площадь с ожидаемыми запасами, которые не обеспечивают высокую эффективность бурения в ней скважины.
Конечные результаты предлагаемой схемы оптимизации разведки фиксируются в виде карты зон обоснованности бурением всеми скважинами и величиной А = (a/N)*100 %, где а - фактическое число покрываемых узлов; N - общее число узлов.
Таким образом, предлагаемый метод нацелен на достижение максимального покрытия зонами обоснованности карт любых параметров (в первую очередь целевых параметров разведки), представляющих интерес для геолога-разведчика. Эти параметры, определенные по результатам бурения конкретной скважины, справедливы лишь в пределах зоны обоснованности этой скважиной. Поэтому выделяемые зоны обоснованности бурением представляют интерес еще с одной стороны. Внутри этих зон целевые параметры разведки (основные подсчетные параметры) обосновываются с заранее заданной точностью, достаточной для проведения качественного подсчета запасов. При условии выполнения в пробуренных скважинах полного комплекса промыслово-геофизических и промыслово-геологических исследований все запасы в пределах зон обоснованности должны классифицироваться исключительно по промышленным категориям. Запасы, подсчитываемые вне зон обоснованности бурением, могут классифицироваться лишь по категории С2.
Данный момент оптимизации разведки нефтяных и газовых месторождений разработан в ИГиГ СО АН СССР и реализован в виде комплекса специализированных алгоритмов и программ для ЭВМ [2, 10-12]. Комплекс опробован на ряде месторождений Восточной и Западной Сибири [2]. Анализ результатов разведки Первомайского месторождения нефти Томской области показал, что хотя оно разведано оптимальным числом скважин, размещены они не лучшим образом. Расстановка разведочных скважин по предлагаемой методике могла бы увеличить площадь, покрываемую зонами обоснованности, в 1, 5 раза.
Входящие в комплекс алгоритмы распознавания позволяют уже на завершающих стадиях разведочных работ выделять по коэффициенту продуктивности (удельной продуктивности) первоочередные участки для эксплуатационного разбуривания.
В заключение следует отметить, что предложенный подход при соответствующей модификации и учете гидродинамических характеристик нефтяной залежи может лечь в основу методики оптимизации сети эксплуатационных скважин, а при необходимых доработках использоваться и для оптимизации разведки месторождений иных видов минерального сырья.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аронов В.И. Об оптимальном размещении разведочных скважин. - Труды ВНИГНИ, М„ 1979, вып. 211, с. 3-13.
2. Афанасьев С.А., Воробьев В.Н„ Красавчиков В.О. Применение логико-математических методов при поисках и разведке месторождений нефти и газа. - В кн.: Геологические условия и методические особенности поисков залежей нефти и газа на Сибирской платформе (Тез. докл.). М., 1981, с. 179-180.
3. Бриндзинский А.М., Габриэлянц Г.А., Саркисов В.А. Некоторые положения методики разведки многозалежных месторождений, аппроксимированных суммарным резервуаром в пределах этапа разведки. - Труды ВНИГНИ, М„ 1977, вып. 201, с. 93-111.
4. Волков А.М. Решение практических задач геологии на ЭВМ. М., Недра, 1980.
5. Волков А.М., Никашкин А.М., Яковлев В.М. Оптимизация размещения разведочных скважин с помощью ЭВМ. - Геология нефти и газа, 1978, № 11, с. 31-38.
6. Волков В.А. Адаптивная оптимизация разведочного процесса. - В кн.: Проблемы нефти и газа Тюмени. Тюмень, 1974, с. 67-70.
7. Волков В.А. Моделирование геологических поверхностей в связи с задачами размещения скважин и установления достаточности разведки нефтяных месторождений. М., Недра, 1977.
8. Габриэлянц Г.А., Карпушин В.З., Пороскун В.И. Методика разведки массивных залежей нефти и газа. - Труды ВНИГНИ, М., 1978, вып. 197, с. 1-137.
9. Кноринг Л.Д. Основы теории оптимизации разведки нефтяных месторождений. Л., Недра, 1980.
10. Красавчиков В.О. Непрерывная Д.Н.Ф. и ее приложение к распознаванию. - В кн.: Тезисы IV Всесоюзной конференции по теоретической кибернетике. Новосибирск, 1977, с. 199-201.
11. Опыт прогнозирования зон развития пород-коллекторов на основе логико-математических методов / С.А. Афанасьев, В.Н. Воробьев, В.О. Красавчиков, А.Д. Соколов. - Геология и геофизика, 1979, № 2, с. 115-121.
12. Опыт применения логико-информационных методов при решении вопросов разведки литолого-стратиграфических залежей / С.А. Афанасьев, В.Н. Воробьев, В.О. Красавчиков, А.Д. Соколов. - В кн.: Проблемы литолого-стратиграфических и структурных исследований. Новосибирск., 1980, с. 73-91.
13. Фурсов А.Я., Черницкий А.В. Рациональная разведка нефтяных месторождений. М., ВНИИОЭНГ, 1976, с. 1-40.
Поступила 25/XI 1981 г.