|
УДК 550.83:681.3.832 |
Автоматизированное определение коллекторских свойств пласта
Э.Ю. МИКОЛАЕВСКИЙ, Н.Н. СОХРАНОВ, Г.М. СЫТИК (ВНИИгеофизика)
Одним из способов определения коллекторских свойств пластов является решение системы уравнений, характеризующих петрогеофизическую модель пласта. Основные трудности реализации этого способа связаны со следующими причинами: недостаточное обоснование моделей параметров пласта, совокупность которых образует его петрогеофизическую модель; выбор оптимального решения; сложность настройки на разрез. Из-за указанных причин программные средства решения задачи комплексной интерпретации должны обеспечить ее многовариантность, которая реализуется на основе использования набора следующих компонент: модели пластов (петрофизическая, петрогеофизическая), методы решения всей задачи и отдельных ее этапов, эффективные инструменты современной технологии (системы управления базами данных - СУБД и диалога).
Петрогеофизическая
модель пласта. Эта модель разработана с учетом следующих
требований: 1) уравнения геофизических параметров 
в системе (1) должны иметь ясный
физический смысл, обеспечивающий их настройку на разрез и внесение поправок; 2)
при упрощении модели породы зависимости общего вида должны сводиться к частным.
Петрогеофизическая модель пласта представляется системой уравнения
где 
-
-й геофизический или физический параметр,
- пористость скелета
породы,
- объемная
соответственно слоистая и дисперсная (рассеянная) глинистость, 
- коэффициент водонасыщенности,
- объемное содержание
скелета породы, a, m -структурные параметры, определяющие пористость породы в
уравнении В.Н. Дахнова, b, n - коэффициенты зависимости параметра насыщения от 
- физические свойства
соответственно фильтрата, слоистой глины, дисперсной рассеянной глинистой
компоненты, заполняющих межскелетное пространство и скелета породы. Величины 
обычно являются априорными, определяемыми
по данным анализа керна.
Петрогеофизическая
модель - система уравнений (1) взаимно увязывают основные петрофизические и
геофизические параметры породы (пласта). При допущениях 
или (и) 
петрогеофизическая модель переходит в модель породы
с дисперсной или слоистой глиной, а также неглинистой породы соответственно.
Кроме уравнений (1) возможно использование ранее полученных данных [1, 2].
Методы решений. Для удобства изложения представим зависимости (1) в виде нелинейного операторного уравнения
где F:
- оператор, действующий из EN в ЕM, т. е.
петрогеофизическая модель, 
- неизвестные (коллекторские параметры), 
- геофизические
параметры, ЕN, ЕM - эвклидовы
пространства размерности N и М.
В связи с
некорректностью постановки условий задача (2) заменяется поиском элемента 
, обеспечивающего минимум
функционала
Комплекс KOLSWO реализует, в частности, следующий итерационный процесс минимизации (3) с использованием регуляризации [3]
где 
- матрица Якоби оператора F, 
- траспонированиая матрица Якоби, 
- коэффициент итерации, b - симметрическая положительно
определенная 
-
матрица, n - номер итерации,
>0. Момент остановки
итерации подбирается так, чтобы невязка приближенного решения по величине была
сравнима с уровнем точности исходных данных.
База данных подсистемы KOLSWO. Создание и ведение базы данных (БД) подсистемы KOLSWO осуществлено средствами сетевой СУБД ГЕОКОМПАС, позволяющей организовать на внешних носителях структурированные архивы данных [4]. Модель данных подсистемы KOLSWO имеет иерархическо-сетевую структуру и позволяет осуществлять эффективный доступ к разнородным данным. БД включает: 1) ГИС (общие сведения о площади, скважине и интервале обработки, геофизические параметры пластов, априорные данные, коллекторские параметры); 2) петрогеофизические и петрофизические модели; 3) справочные сведения об именах элементов и самой БД подсистемы.
Под петрофизическими моделями понимаются обобщенные классификации коллекторов нефти и газа, составленные по материалам работ разных авторов (А.А. Ханин, П.П. Авдусин и др.), исследовавших на кернах их свойства. Кроме этого здесь могут быть сосредоточены различные петрофизические зависимости, характерные для данного района. Петрогеофизические модели расклассифицированы по методам ГИС, типам коллекторов с учетом авторства.
Интерактивный режим интерпретации. В рассматриваемой автоматизированной системе этот режим применен в связи с неопределенностью некоторых оперируемых данных - приближенным описанием пород петрогеофизическими и петрофизическими моделями, не всегда достоверными априорными данными и др. В этих условиях решение задачи геологической интерпретации может рассматриваться как моделирование реальных пластов в соответствии с имеющимися о них представлениями с помощью программных средств вычислительной системы. Моделирование представляет собой итерационный процесс, последовательно улучшающий промежуточные результаты. Число итераций зависит от сложности задачи (строения пород-коллекторов).
Интерактивный режим интерпретации позволяет значительно повысить эффективность использования вычислительной системы и ускорить процесс моделирования, которое осуществляется в течении одного сеанса работы на ЭВМ с получением конечного результата. Здесь большую роль играет интуиция интерпретатора, как и при ручной интерпретации. Вычислительная система должна включать возможность быстрой экранной оценки полученных результатов как в цифровой, так и в графической формах. Такие экспрессные оценки позволяют провести настройку вычислительной системы на исследуемый разрез, а также переобработать отдельные пласты, для которых по разным причинам могут отличаться параметры настройки.
Комплекс KOLSWO реализует технологию, которая обеспечивает многовариантность моделирования в интерактивном режиме.
Реализация методики оценки коллекторских свойств на ЭВМ. С учетом вышеназванных положений разработана подсистема «Коллекторские свойства» (комплекс программ KOLSWO). Она создана в операционной среде СУБД ГЕОКОМПАС, которая обеспечивает накопление, хранение и обмен данными между различными приложениями геофизики. Ее программные средства обеспечивают проведение интерпретации данных ГИС как в интервале разреза, так и отдельного пласта, осуществляя при этом для интервала разреза или пласта выбор различных петрогеофизических и петрофизических моделей и методов их решения, а также экранную экспресс-оценку полученных результатов. Интерпретация ГИС (определение коллекторских свойств) ведется в диалоговом режиме, организованном на специализированном языке высокого уровня. Диалоговые средства подсистемы включают следующие основные типы директив: 1) поиск объектов исследований в их иерархической подчиненности, а для отдельных структур реализована навигация по одному уровню (например, первый или последний пласт и т. д.), 2) модификацию априорных данных петрогеофизических моделей и настроечных констант алгоритмов решения задачи, 3) задание моделей, алгоритмов и режимов прохождения задачи, 4) отображение данных в графической или цифровой форме и др.
Комплекс KOLSWO имеет развитые программные средства по ведению БД: 1) автономная загрузка данных (существенные значения ГИС для пластов и др.); 2) загрузка данных из рабочих разделов АСОИГИС; 3) чистка БД, т. е. удаление любых экземпляров структур данных.
Технологическая схема оценки коллекторских параметров пласта включает следующие этапы решения задачи: 1) оценка начального приближения коллекторских параметров (используется петрофизическая и петрогеофизическая модели пласта), 2) определение коллекторских параметров по петрогеофизической модели, 3) установление коллекторских параметров по петрофизической модели.
Первый этап реализуется путем минимизации наиболее вероятного вектора петрогеофизической модели на подмножестве классов заданной петрофизической модели. Оптимальный вектор начального приближения х0 соответствует минимуму дисперсии расхождений фактических и модельных значений параметров ГИС. Отметим, что отдельные значения вектора х0 определяются по усредненным величинам класса с использованием зависимостей Кп.ск=Кп+Кр, Кп.эф=Кп(1- Кв.о), где Кп - пористость породы, Кп.эф - пористость эффективная, Кв.о - коэффициент остаточной водонасыщенности, Кв выбирается для пластов водонасыщенного, нефтегазонасыщенного и неопределенного характера насыщения.
На втором этапе оптимальное решение х достигается путем минимизации функционала (3) на нескольких вариантах априорных данных и по разным методам решений.
На третьем этапе вектор решения х используется для выбора класса заданной петрофизической модели и оценки его параметров. При этом входными параметрами в класс может быть величина Кс или общей глинистости, Кв.о или а, m. Путем интерполяции значений строк, характеризующих пределы изменении коллекторских параметров класса, оценивается спектр коллекторских значений пласта (таблица). Интерполяционная зависимость может быть линейной и нелинейной, согласуясь с априорными представлениями о связи между параметрами. Работа с подсистемой KOLSWO производится следующим образом. В начале (режим сценария) происходит настройка подсистемы на объект исследований, выбор петрогеофизических и петрофизических моделей, варианта априорных данных. Это обязательный этап и подсистема последовательно запрашивает для ввода необходимую информацию. Отметим, что необходимые данные для работы подсистемы KOLSWO предварительно должны быть помещены в БД. Это достигается использованием упомянутых выше программ по ведению БД. В режиме диалога подсистема KOLSWO средствами СУБД проверяет наличие запрашиваемой информации и при ее отсутствии или погрешностях ввода данных с экрана выдает соответствующие диагностические и справочные сообщения с приглашением проведения дальнейшей работы. Затем подсистема переходит в режим языка директив. Язык директив включает: 1) поиск и выборку информации (первого или последнего пласта, следующего или предыдущего, по значению его глубины подошвы залегания или номеру, варианта априорных данных петрогеофизической или петрофизической моделей, нового интервала интерпретации или новой площади); 2) графическое изображение (коллекторских параметров, априорных данных, списка директив, условных обозначений и др.); 3) модификацию данных (замена параметров априорных данных или постановку в БД новых их вариантов, замена констант в методах решений и режимов работы подсистемы и др.); 4) интерпретацию (обработку) всего интервала или части интервала, отдельного пласта.
Листинг распечатки работы подсистемы KOLSWO. Листинг распечатки работы подсистемы KOLSWO содержит протокол запрашиваемой информации, когда подсистема работает в режиме сценария (рисунок). В частности, печатаются имя площади, Номер интервала обработки, вариант априорных данных, набор уравнений или методов ГИС, что здесь тождественно. Для обрабатываемого интервала или его части выдается заголовок, который содержит следующую информацию: сведения о включаемых в обработку пластах (литология и минимальная мощность), данные по условиям обработки (способы определения начального приближения х0, варианты определения коллекторских параметров по петрофизической модели, метода минимизации функционала (3), имени ключа результата данных, помещаемых в БД. В конце таблицы обработки приводятся оценки погрешностей интерпретации, позволяющие судить о ее качестве. В частности, для интервала разреза (отдельного пласта) - это средние квадратичные отклонения относительных расхождений фактических и модельных параметров ГИС по совокупности параметров и дифференцированно по каждому параметру. Графические представления результатов определений коллекторских параметров содержат пояснения условных обозначений.
Опрoбoвaниe пoдcиcтeмы KОLSWО. Результаты этого опробования по материалам трех скважин Салымской и Лодочной площадей приведены в таблице. Интерпретируемые пласты - коллекторы по скв. 12 Лодочной представлены кварцевыми песчаниками и алевролитами, карбонатность которых по отдельным анализам керна изменяется от нуля до 40 %, пористость от 2,5 до 19 %, глинистость от 7,8 до 40 %. Коллекторы по скв. 198 и 221 Салымским относятся к объекту БС4,5 и являются глинистыми и нефтенасыщенными.
Для сопоставления использованы данные анализов керна и определений пористости по ГИС (средние значения параметров по АК и ПС скв. 198, 221). Сопоставления ограничены теми параметрами, по которым были данные (Кп, Сгл и характер насыщения). По подсистеме KOLSWO для оценки коллекторских параметров были использованы данные акустического, нейтронного каротажа, гамма-каротажа и результаты обработки БКЗ.
Средняя квадратическая погрешность определений Кп составила 0,98 %, Сгл - 4,12%. Оценки насыщения по подсистеме KOLSWO не противоречат заключениям по данным пластам.
Выводы
Эффективная система комплексной интерпретации данных ГИС должна быть многовариантной и включать следующие компоненты: набор петрогеофизических и петрофизических моделей сред, различные методы решения обратных задач каротажа, программные средства настройки на разрез. Она опирается на современные средства (СУБД и дисплеи), обеспечивающие интерактивный режим интерпретации.
Положительные результаты опробования подсистемы KOLSWO позволяют надеяться на широкое использование подобных систем в производстве, в том числе при интерпретации данных полевой геофизики, в частности в системе КОМПАС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методика оценки глинистости пород по данным геофизических исследований в скважинах / Э.Ю. Миколаевский, Р.Г. Алиев, Т.И. Русинова и др. // Э. И. ВИЭМС. Сер. Регион, развед. и промысл, геофизика.- 1981.- Вып. 14.- С. 4-16.
2. Оценка коллекторских свойств пластов на ЭВМ / Э.Ю. Миколаевский, Н.Н. Сохранов, Г.М. Сытик и др. // Обзор. Сер. Регион, развед. и промысл, геофизика.- М.: ВИЭМС, 1979.
3. Старостенко В.И., Оганесян С.M. Устойчивые операторные процессы и их применение в задачах геофизики // Изв. АН СССР. Физика Земли.- 1977.- № 5.- С. 51-74.
4. Филиппов В.И. Система управления базами данных Компас // Прикладная информатика.- М.: Финансы и статистика, 1982, с. 42-54.
Таблица Сопоставление результатов определений пористости и глинистости коллекторов по подсистеме KOLSWO с данными анализов керна и ручной интерпретации ГИС
|
Площадь, скважина |
Интервал, м |
Результаты определений, % |
Характер насыщения |
|||||||
|
Керн |
ГИС |
KOLSWO |
||||||||
|
Кп |
Сгл |
Кп |
Кп |
Ср |
Ст |
Сгл |
По ГИС |
Кнг, % (по KOLSWO) |
||
|
Салымская, 221 |
2563-2563,8 |
|
|
16,7 |
15,8 |
8 |
12 |
10 |
Нефть |
73 |
|
2564,4-2565,2 |
17 |
7,4 |
17,2 |
17,6 |
3,7 |
7 |
10,7 |
» |
76 |
|
|
2565,6-2568,8 |
21,2 |
9 |
20,5 |
21,6. |
3 |
6 |
9 |
» |
85 |
|
|
2570,2-2575,2 |
- |
- |
19,6 |
18,9 |
6,3 |
11 |
17,3 |
» |
79 |
|
|
2576,4-2577,6 |
- |
- |
16,8 |
17,2 |
9,5 |
14 |
23,6 |
» |
74 |
|
|
2578,4-2578,8 |
- |
- |
15,7 |
18,7 |
9,6 |
14 |
23,6 |
» |
75 |
|
|
2579,2-2579,6 |
- |
- |
16,6 |
15,6 |
11,6 |
17 |
28,6 |
» |
70 |
|
|
2580-2580,8 |
- |
- |
17,8 |
17,1 |
8,1 |
11 |
19,1 |
» |
76 |
|
|
2581,2-2582 |
- |
- |
15,5 |
14,4 |
11,6 |
18 |
29,6 |
» |
69 |
|
|
2582,4-2582,8 |
- |
- |
14,9 |
13,6 |
12,4 |
17 |
29,4 |
» |
68 |
|
|
2583,6-2584 |
- |
- |
- |
11 |
15,2 |
24 |
39,2 |
» |
65 |
|
|
2584,4-2586 |
- |
- |
17,6 |
16,2 |
8 |
12 |
20 |
» |
74 |
|
|
2588,4-2589,2 |
- |
- |
15,9 |
17,6 |
9,7 |
12 |
21,7 |
» |
74 |
|
|
Салымская, 198 |
2483,4-2484,8 |
- |
- |
16,3 |
16,9 |
3,8 |
6 |
9,6 |
» |
80 |
|
2485,8-2491,6 |
- |
- |
- |
22,8 |
1,5 |
2 |
3,5 |
» |
84 |
|
|
2496,4-2499,6 |
17,5 |
10,2 |
17,5 |
16,9 |
6,1 |
11 |
17,1 |
» |
76 |
|
|
2499,6-2501 |
17 |
9,6 |
17,3 |
17,4 |
3 |
8 |
11 |
» |
80 |
|
|
2504-2504,8 |
- |
- |
17 |
17,8 |
6,1 |
11 |
17,1 |
» |
76 |
|
|
2511,2-2512 |
- |
- |
17,1 |
15,8 |
3,6 |
8 |
11,6 |
» |
79 |
|
|
Лодочная, 12 |
2921,8-2922,4 |
15,4 |
21,3 |
- |
17,6 |
12 |
19 |
31 |
» |
67 |
|
2922,4-2922,8 |
16,4 |
13,2 |
- |
16,8 |
12 |
19 |
31 |
» |
70 |
|
|
2924,8-2925,2 |
17 |
16,4 |
- |
17,8 |
7,2 |
11 |
18,2 |
» |
72 |
|
|
2927,4-2927,8 |
- |
11,4 |
- |
17 |
10 |
1,0 |
11 |
Вода |
31 |
|
|
2927,8-2928,4 |
- |
12,3 |
- |
17 |
11 |
0 |
11 |
» |
32 |
|
|
2928,4-2928,6 |
- |
12,3 |
- |
17 |
11 |
0 |
11 |
» |
32 |
|
|
2928,6-2937,2 |
17,3 |
12,4 |
- |
17 |
11 |
0 |
11 |
» |
32 |
|
Рисунок Результаты определений коллекторских параметров по подсистеме KOLSWO (скв. 123 Лодочная):
1 - скелет породы; глина: 2 - слоистая, 3 - дисперсная; 4 - вода; 5 - нефть или газ. ZП - глубина подошвы пласта, Н - толщина пласта, П - проницаемость, S - удельная поверхность пор, В - остаточная водонасыщенность (верхняя шкала), Э-эффективная пористость, О - остаточная водонасыщенность. Обрабатываются все пласты с индексом литологии 1, у которых толщина >= 0,2 м. Данные результата: способ минимизации 1, способ определения x0=1, способ оценки классификации 1, ключ результата MINFNT - ХАНИН. Коллекторские параметры: площадь Лодочная, скв. 123, глубина кровли 2900,8,подошвы 2940 м, Дскв=0,19, ROC-=l,1