Способ предсказания количественных значений свойства скальной породы или текучей среды в продуктивном пласте с помощью сейсмических данных
Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для создания размерной геологической модели подземного продуктивного пласта текучей среды. Предложен способ для предсказания значения установленного свойства скальной породы или текучей среды в подземном геологическом объеме. Экспериментально определенное сейсмическое значение акустического импеданса назначается для модельного объема, связанного с подземным геологическим объемом. Первое предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды также назначается для модельного объема. Первое предсказанное значение акустического импеданса для модельного объема вычисляется из модели откликов с помощью первого предсказанного значения установленного свойства скальной породы или текучей среды, причем модель откликов отвечает на изменения в предсказанных значениях установленного свойства скальной породы или текучей среды. Первое предсказанное значение акустического импеданса сравнивается с сейсмическим значением акустического импеданса, чтобы определить разность между предсказанным и сейсмическим значениями акустического импеданса. Первое предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды подстраивается в ответ на разность, чтобы создать второе предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды, причем второе предсказанное значение снижает эту разность. Технический результат: повышение информативности способа. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область изобретения
Настоящее изобретение относится в целом к способу для создания размерной геологической модели подземного продуктивного пласта текучих сред. В частности, изобретением является способ наполнения размерной геологической модели количественными значениями определенного свойства скальной породы или текучей среды, которые минимизируют ошибки с помощью модели петрофизических откликов и сейсмических данных. Получающаяся размерная геологическая модель облегчает управление разведкой или выработкой несущих углеводородное сырье продуктивных пластов.
Существующий уровень техники
При разведке на наличие углеводородов или разработке углеводородов из подземных сред существует постоянная необходимость точно характеризовать представляющие интерес подземные продуктивные пласты. Знание протяженности по площади, содержания углеводородов и проницаемости для текучих сред несущего углеводородное сырье продуктивного пласта чрезвычайно важно для снижения риска экономических потерь и, наоборот, для увеличения скорости отдачи углеводородной продукции из продуктивного пласта. Такая информация, касающаяся подземного продуктивного пласта, наиболее просто получается из одной или нескольких скважин, которые пробуриваются через этот продуктивный пласт. Скорости бурения, буровые шламы, изменения в составе бурового раствора и керны из скважины обеспечивают требуемую информацию. Каротажные диаграммы, вырабатываемые при прохождении скважины каротажными инструментами, также являются хорошим источником информации. Каротажные диаграммы обеспечивают ценную информацию, касающуюся свойств скальных пород и текучих сред подземного продуктивного пласта, таких как пористость, опознавание текучей среды и объем нефтеносных сланцев. Примерные каротажные диаграммы включают в себя записи удельного электрического сопротивления, гамма-лучей, плотности, скорости сжатия, скорости расширения и нейтронов.
Поскольку каротажные диаграммы измеряют свойства скальных пород и текучих сред только до примерно одного фута от ствола скважины, а в громадную часть продуктивного пласта скважины не проникают, каротажные диаграммы, к сожалению, способны характеризовать лишь чрезвычайно малую долю продуктивного пласта. Более того, операция бурения сжимает скальную породу, окружающую ствол скважины, тем самым изменяя свойства скальных пород и вводя ошибку в измерения, полученные каротажем скважины и анализом кернов. Существует давняя необходимость точно характеризовать свойства скальных пород и текучих сред практически по всему подземному продуктивному пласту и, в частности, точно характеризовать свойства скальных пород и текучих сред в областях продуктивного пласта, которые не затрагиваются скважинами.
Данные из скважин обычно экстраполируют в стороны от ствола скважины, чтобы охарактеризовать весь продуктивный пласт, когда данные из скважин ограничены. Обычные методы экстраполяции изображают подземный продуктивный пласт как множество трехмерных матриц из блоков или ячеек, которые объединяются вместе для формирования трехмерной модели продуктивного пласта. Как правило, оси X, Y и Z каждого блока определяются и по абсолютной высоте, и по стратиграфическим поверхностям, и для определения точек относительных данных в окрестности каждого блока используются поисковые алгоритмы. Кроме того, свойства скальных пород каждого блока назначаются посредством оценочных способов, таких как способы, основанные на расстояниях, с использованием способов интерполированного усреднения, которые основаны на значениях соседних данных, и геостатистические способы, которые рассчитывают как расстояние, так и пространственную протяженность свойств скальных пород.
Используются также сейсмические изыскания для обеспечения сейсмической информации по частям подземного продуктивного пласта, которые не охватываются скважиной. Ударные устройства, такие как источники вибраций, газовые пушки, пневмопушки и падающие грузы применяются на поверхности земли или в стволе скважины в качестве сейсмических источников для генерирования волн расширения и сжатия в подземных слоях. Эти волны передаются через подземные слои, отражаются на изменениях акустического импеданса и записываются, обычно на поверхности земли, посредством записывающих устройств, размещенных в решетке. Эти записанные данные, как правило, обрабатываются с помощью программного обеспечения, которое разработано для минимизации шума и сохранения амплитуды отражений. Эти сейсмические изыскания выливаются, в конце концов, в наборы трехмерных данных, представляющие непосредственное измерение поверхностей скальных пород, которые определяют подземный продуктивный пласт. Эти наборы данных все в большей степени используются для оценки и картографирования подповерхностных структур для целей разведки и эксплуатации нефтяных, газовых или минеральных резервов. Однако сейсмические данные не используются в общем случае в трехмерных геологических моделях для целей иных, нежели определение вершины и основания модели. Настоящее изобретение раскрывает необходимость в более эффективном объединении сейсмических данных с геологическими моделями для того, чтобы точно характеризовать подземные продуктивные пласты.
Соответственно, цель настоящего изобретения состоит в обеспечении способа для более точного предсказания количественных значений свойств скальных пород и текучих сред в подземном продуктивном пласте посредством объединенного использования сейсмических данных и размерных геологических моделей. Другая цель настоящего изобретения состоит в обеспечении способа предсказания количественных значений свойств скальных пород и текучих сред в подземном продуктивном пласте, которые конкретно применимы для добычи углеводородного сырья, позволяя практикам более точно определять величину и границы несущего углеводородное сырье продуктивного пласта. Еще одна цель настоящего изобретения состоит в обеспечении способа предсказания количественных значений свойств скальных пород и текучих сред в подземном продуктивном пласте, которые конкретно применимы для управления несущим углеводородное сырье продуктивным пластом, позволяя практикам в большей степени максимизировать или иным образом оптимизировать добычу углеводородного сырья из этого продуктивного пласта. Эти и другие цели достигаются в соответствии с описанным здесь далее изобретением.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение представляет собой в общем случае способ создания размерной геологической модели подземного продуктивного пласта текучих сред, которая пополняется относительно точными количественными данными свойств скальных пород и текучих сред. Получающаяся размерная геологическая модель точно характеризует продуктивный пласт текучих сред, тем самым облегчая управление разведкой и выработкой несущих углеводородное сырье продуктивных пластов. Этот способ выполняется путем начального описания геологического объема, в том числе представляющего интерес продуктивного пласта текучих сред, в терминах модельного объема, который подразделяется на множество модельных подобъемов. Эти модельные подобъемы связываются с конкретными местоположениями по всему геологическому объему. Для каждого из этих модельных подобъемов итеративно определяются минимизирующие ошибку значения назначенного свойства скальной породы или текучей среды. Результирующие минимизирующие ошибку значения должным образом назначенного свойства скальной породы или текучей среды конкретно применимы для разведки углеводородного сырья, позволяя практику более точно определять величину и границы несущего углеводородное сырье продуктивного пласта в геологическом объеме. Дополнительно или альтернативно, результирующие минимизирующие ошибку значения должным образом назначенного свойства скальной породы или текучей среды конкретно применимы для управления несущим углеводородное сырье продуктивным пластом в геологическом объеме, позволяя практику в большей степени максимизировать или иным образом оптимизировать добычу углеводородного сырья из этого продуктивного пласта.
В соответствии с конкретным выполнением настоящего способа обеспечивается подземный геологический объем, в каковом геологическом объеме экспериментально определяется распределение сейсмических значений акустического импеданса. Этот геологический объем характеризуется модельным объемом, имеющим множество модельных подобъемов. Модельный подобъем выбирается из множества модельных подобъемов, и для этого модельного подобъема назначается сейсмическое значение акустического импеданса из распределения. Устанавливается свойство скальной породы или текучей среды, релевантное для геологического объема, и для модельного подобъема назначается первое предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды. Первое предсказанное значение акустического импеданса для модельного подобъема вычисляется из модели отклика с помощью первого предсказанного значения установленного свойства скальной породы или текучей среды, причем эта модель отклика отвечает на изменения в предсказанных значениях установленного свойства скальной породы или текучей среды. Это первое предсказанное значение акустического импеданса сравнивается в сейсмическим значением акустического импеданса для определения первой разности между предсказанным и сейсмическим значениями акустического импеданса. Первое предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды подстраивается в ответ на первую разность для создания второго предсказанного значения установленного свойства скальной породы или текучей среды, причем это второе предсказанное значение уменьшает первую разность.
После этого вычисляется второе предсказанное значение акустического импеданса для модельного подобъема из модели отклика с помощью второго предсказанного значения установленного свойства скальной породы или текучей среды. Это второе предсказанное значение акустического импеданса сравнивается с сейсмическим значением акустического импеданса для определения второй разности между предсказанным и сейсмическим значениями акустического импеданса, причем эта вторая разность меньше, чем первая разность. Эти шаги итеративно повторяются до тех пор, пока разность перестанет превышать заранее заданный максимальный допуск. Предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды по завершении итераций представляет собой минимизирующую ошибку значение установленного свойства скальной породы или текучей среды для выбранного подобъема. Способ повторяется для другого модельного подобъема до тех пор, пока не будут определены минимизирующие ошибку значения установленного свойства скальной породы или текучей среды для каждого модельного подобъема в модельном объеме.
Изобретение будет более понятно из сопровождающих чертежей и описания.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является блок-схемой алгоритма, обеспечивающей общее представление о способе по настоящему изобретению.
Фиг.2 является условным представлением подземного геологического объема, включая представляющий интерес продуктивный пласт текучих сред.
Фиг.3А, 3Б, 3В является блок-схемой алгоритма, показывающей подробное выполнение способа по фиг.1.
Фиг.4 является условным представлением трехмерной геологической модели, построенной в соответствии с выполнением по фиг.3А, 3Б, 3В.
Фиг.5 является условным представлением ячейки из трехмерной геологической модели по фиг.4, в которой ячейка наполнена начальными данными.
Фиг.6 является графическим представлением предсказанных данных для свойств скальных пород и текучих сред, определенных в соответствии со способом по фиг.1.
Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения
Общее представление настоящего способа показано в блок- схеме алгоритма по фиг.1 и описано ниже со ссылкой на фиг.1. Способ содержит пять стадий. Первой стадией является построение размерной геологической модели, основанной на физическом геологическом объеме, который включает в себя представляющий интерес продуктивный пласт текучих сред. Размерная геологическая модель содержит модельный объем, разделенный на матрицу модельных подобъемов. Эта матрица модельных подобъемов обеспечивает размерную структуру для связывания экспериментальных или предсказанных данных геофизических и петрофизических свойств с конкретизированными местоположениями в пределах геологического объема. Размерная геологическая модель построена с помощью распределения экспериментально определенных сейсмических значений акустического импеданса для геологического объема и других известных экспериментальных или выявленных данных, относящихся к геологическому объему, которые получены предварительно для настоящего способа.
Второй стадией этого способа является наполнение значений начальных данных в размерную геологическую модель. В соответствии с этой стадией наполнения начальных данных количественные значения некоторых геофизических и петрофизических свойств геологического объема назначаются для всей размерной геологической модели. В частности, экспериментально определенные сейсмические значения акустического импеданса из вышеупомянутого распределения назначаются каждому подобъему размерной геологической модели. Оцененные значения свойств скальных пород и текучих сред геологического объема также назначаются каждому подобъему размерной геологической модели. Эти оцененные значения свойств скальных пород и текучих сред включают в себя оцененные значения установленного свойства скальной породы или текучей среды (поочередно выраженные первые предсказанные значения), которые специально применимы для настоящего способа.
Третьей стадией способа является установление модели петрофизических откликов. В этой стадии установления модели петрофизических откликов одно или более уравнений откликов выбираются или иным образом выявляются из физических соотношений между свойствами скальных пород, текучих сред и сейсмическими свойствами в продуктивном пласте, которые общеизвестны специалистам в физике скальных пород и текучих сред. Эти уравнения откликов обеспечивают вычисление предсказанного значения акустического импеданса путем введения оцененных значений свойств скальных пород и текучих сред, в том числе предсказанного значения установленного свойства скальной породы или текучей среды, в уравнения откликов. Как таковые, модели петрофизических откликов вырабатывают предсказанное значение акустического импеданса, которое отвечает на изменения в предсказанном значении установленного свойства скальной породы или текучей среды.
Четвертой стадией способа является минимизация ошибки предсказанных значений установленного свойства скальной породы или текучей среды. Эта стадия минимизации ошибки запускается путем использования модели петрофизических откликов и оцененных значений свойств скальных пород и текучих сред, в том числе предсказанного значения установленного свойства скальной породы или текучей среды, для вычисления первого предсказанного значения акустического импеданса для выбранного модельного подобъема. Минимизирующее ошибку значение установленного свойства скальной породы или текучей среды определяется сравнением первого предсказанного значения акустического импеданса с сейсмическим значением акустического импеданса, итеративной подстройкой предсказанного значения установленного свойства скальной породы или текучей среды в ответ на это сравнение и повторным вычислением предсказанного значения акустического импеданса с помощью модели петрофизического отклика и подстроенного предсказанного значения установленного свойства скальной породы или текучей среды до тех пор, пока не будет достигнуто приемлемое совпадение между предсказанным значением и сейсмическим значением акустического импеданса. То предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды, которое достигает этого совпадения, и является минимизирующим ошибку значением установленного свойства скальной породы или текучей среды для выбранного модельного подобъема. Затем выбирается новый модельный подобъем, и стадия минимизации ошибки повторяется до тех пор, пока не будет определено минимизирующее ошибку значение установленного свойства скальной породы или текучей среды для каждого модельного подобъема в модельном объеме. Отметим, что форма модели петрофизического отклика, оцененные значения свойств скальных пород и текучих сред иные, нежели установленное свойство скальной породы или текучей среды, и сейсмические значения акустического импеданса поддерживаются фиксированными во все время стадии минимизации ошибки.
Пятой и конечной стадией способа является повторное внесение минимизирующих ошибку значений в размерную геологическую модель. В соответствии с этой стадией повторного внесения минимизирующих ошибку значений эти минимизирующие ошибку значения установленного свойства скальной породы или текучей среды заменяют каждое соответствующее первое предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды, которое было изначально внесено в размерную геологическую модель во второй стадии. Конечным продуктом настоящего способа является размерная геологическая модель, которая вся наполнена минимизирующими ошибку значениями данных установленного свойства скальной породы или текучей среды и которая связана с вызывающим интерес геологическим объемом.
Предпочтительное выполнение способа по настоящему изобретению описывается ниже со ссылкой на фиг.2-5. Сначала на фиг.2 показан физический геологический объем, обозначенный в целом ссылочной позицией 10. Способ по настоящему выполнению применим к геологическому объему 10, который содержит земную поверхность 12 и множество подземных слоев 14, 16, 18, содержащих материалы скальных пород и текучих сред. Как таковой, геологический объем 10 включает в себя продуктивный пласт текучих сред, который не выделен специально на чертежах. Слои 14, 16, 18 проходят под земной поверхностью 12 в слоях, которые последовательно чередуются по глубине. Эти слои 14, 16, 18 отличаются друг от друга различными свойствами скальных пород и текучих сред. Поэтому соответствующие слои 14, 16, 18 разделяются стратиграфическими проявлениями, которые определяют результирующие границы 15, 17 продуктивного пласта. Понятно, однако, что фиг.2 является просто концептуальным представлением подземного геологического объема. Практика по настоящему способу не ограничивается каким-нибудь конкретным геологическим объемом, но в общем случае применима практически к любому геологическому объему, из которого можно экспериментально получить сейсмические данные.
Фиг.3А, 3Б, 3В представляют собой подробную блок-схему алгоритма настоящего выполнения, которая изображает способ шаг за шагом. Предварительно для запуска настоящего способа сейсмические данные вырабатываются в представляющем интерес геологическом объеме 10 путем сейсмических изысканий с помощью обычных способов, общеизвестных специалистам. Сейсмические данные определяются в общем для целей настоящего способа как информация, генерируемая путем создания сейсмических волн в пределах геологического объема от искусственных источников сейсмической энергии и наблюдения времен прибытия и амплитуд волн, которые преломляются через высокоскоростные промежутки в геологическом объеме, или волн, которые отражаются от поверхностей раздела в геологическом объеме в ответ на сейсмические волны. Такие поверхности раздела являются, как правило, результатом изменений акустической скорости или объемной плотности. К этим сейсмическим данным обычно применят несколько методов обработки данных, чтобы снизить шум или иным образом сделать эти данные более заметными. В частности, настоящий способ использует сейсмические данные после того, как данные преобразованы в акустический импеданс с помощью обычного метода, известного как сейсмическая инверсия. Коммерчески доступны несколько пакетов программного обеспечения для сейсмической инверсии, которые обрабатывают сейсмические данные, преобразуя данные в распределение сейсмических значений акустического импеданса по времени и глубине в пределах геологического объема. Примерный пакет программного обеспечения для сейсмической инверсии доступен под торговым наименованием "TDROV" от CGS Americas Inc., 16430 Park Ten Place, Houston, Texas 77084, USA.
Перед тем как начать процесс, для практика в дополнение к сейсмическим данным может также быть доступно ограниченное количество данных, относящихся к свойствам скальной породы или текучей среды в геологическом объеме 10. Такие данные, как правило, получаются из разведочных или рабочих скважин (не показаны), проходящих сквозь геологический объем 10. Как отмечено выше, данные от скважин чрезвычайно ограничены по площади, имея надежность в лучшем случае лишь около одного фута в радиальном направлении от ствола скважины. В любом случае данные от скважин, если они доступны, могут использоваться в практике настоящего способа, как описано здесь далее. Понятно, однако, что доступность данных от скважин не является необходимым предварительным условием для осуществления настоящего способа. Требуется лишь, чтобы для геологического объема 10 было предварительно доступно распределение сейсмических значений акустического импеданса или чтобы были заранее доступны сейсмические данные, из которых возможно генерировать это распределение. Если эти сейсмические данные не доступны заранее для геологического объема 10, сейсмические данные могут альтернативно генерироваться для геологического объема 10 проведением сейсмических изысканий в качестве несущественного шага настоящего способа.
На фиг.3А, 3Б, 3В настоящее выполнение запускается на шаге 30, в котором обеспечивается распределение сейсмических значений акустического импеданса во времени, которое получается из подземного геологического объема 10 на фиг.2. Это распределение определяет трехмерный объем сейсмического акустического импеданса (объем АИ), причем оси х и y объема АИ представлены в единицах длины, а ось z представлена в единицах времени. Трехмерная модель геологического объема строится из объема АИ в шагах 32, 34, 36, 38, 40. Эта трехмерная геологическая модель имеет модельный объем, причем оси х, y, z этого объема представлены в единицах длины.
Шаг 32 запускает построение трехмерной геологической модели путем интерпретации главных границ акустического импеданса в объеме АИ и подтверждения связи этих границ акустического импеданса с результирующими границами продуктивного пласта. Изменения в сейсмическом акустическом импедансе во времени в объеме АИ должны коррелироваться с изменениями в свойствах скальной породы или текучей среды по глубине в геологическом объеме. После того, как подтверждается, что моменты правильных акустических импедансных взаимодействий приходятся на правильные стратиграфические проявления, по всему объему АИ строятся снабженные сеткой поверхности корреляции с помощью сеток из линий и пересекающихся линий. Шаг 34 выявляет из снабженных сеткой поверхностей корреляции по времени временные горизонты, которые проверяются на отрицательные изохронные значения. Эти временные горизонты объединяются для составления расслоенной по времени структуры.
Шаг 36 преобразует снабженную сеткой поверхность корреляции по времени в поверхность корреляции по глубине с помощью наилучшей оценки средней скорости для каждого горизонта в пределах объема АИ. Можно произвести незначительные подстройки для поверхностей корреляции по глубине в местах расположения скважин, если это необходимо, поскольку поверхности корреляции по глубине обычно не совпадают точно с пиками горизонтов из мест расположения скважин. Можно также произвести незначительные подстройки для поверхностей корреляции по глубине в стороне от мест расположения скважин, если это необходимо, на основании того факта, что жидкостные контакты часто можно идентифицировать как сильно коррелированные пространственные изменения в значении акустического импеданса. Оцененные средние скорости также могут подстраиваться в ответ на подстройки в поверхностях корреляции по глубине. Шаг 38 выявляет из поверхностей корреляции по глубине горизонты глубины, которые проверяются на отрицательные изопахитовые значения. Эти горизонты глубины объединяются для составления расслоенной по глубине структуры. Имеется взаимно однозначное соответствие между структурой, расслоенной по глубине, и структурой, расслоенной по времени.
Шаг 40 генерирует трехмерную геологическую модель путем разделения расслоенной по глубине структуры на множество трехмерных модельных ячеек или блоков. В дополнение на фиг.4 эта трехмерная модель геологического объема показана и обозначена в целом ссылочной позицией 42, а представительная ячейка обозначена ссылочной позицией 44. Трехмерные геологические модели этого типа обычно содержат десятки миллионов ячеек. Внешняя граница расслоенной по глубине структуры определяет модельный объем 46. Ячейки упорядочены в пределах трехмерной геологической модели 42 так, чтобы между ячейками не происходило перекрытия. В дополнение на фиг.5 ячейка 44 показана как имеющая два измерения, выраженных в единицах длины вдоль осей х и y, которые, как правило, изображают прямоугольник или квадрат на виде сверху. Ячейка 44 имеет также третье измерение, выраженное в единицах длины вдоль оси z, которая представляет глубину и изображает толщину. Конкретные размеры каждой ячейки выбираются в ответ на объем АИ, который вводится в трехмерную геологическую модель, и данные из скважин, если они доступны. К примеру, размеры ячеек могут выбираться как функция от линии, разделенной поперечными линиями посредством скорости отсчетов при каротаже скважин. Тонкое расслоение ячеек может конфигурироваться так, что ячейки разделяются равным образом между двумя горизонтами расслоенной по глубине структуры (пропорционально), параллельно верхнему горизонту (сверху) или параллельно нижнему горизонту (снизу).
Фиг.4 и 5 представлены здесь в иллюстративных целях. Трехмерная геологическая модель 42 и связанные в ней ячейки являются только одной возможной конфигурацией размерной геологической модели в объеме настоящего изобретения. Понятно, что размерная геологическая модель, как рассмотрено здесь, не ограничена каким-либо конкретным числом размерностей или единиц выражения. Не ограничены и ячейки какой-либо геометрической конфигурацией. Поэтому к объему настоящего изобретения относится построение размерной геологической модели с n размерностями и имеющей ячейки, соответственно конфигурированные в пространстве.
На фиг.3А, 3Б, 3В трехмерная геологическая модель наполняется начальными значениями данных в шагах 48 и 50. Расслоенная по времени структура и расслоенная по глубине структура совместно обеспечивают трехмерное поле скоростей, которое задает отображение глубины во время и обеспечивает соответствие между трехмерной геологической моделью и объемом АИ. В результате, шаг 48 переводит значения х, y и z для каждой ячейки трехмерной геологической модели в линию, поперечную линию и время в объеме АИ. Значение сейсмического акустического импеданса в заданных линии, поперечной линии и времени в объеме АИ выделяется из объема АИ и загружается в соответствующую ячейку трехмерной геологической модели. Эта процедура повторяется до тех пор, пока каждая ячейка в трехмерной геологической модели не наполнится соответствующим значением сейсмического акустического импеданса из объема АИ. Одно и то же значение акустического импеданса часто загружается во многие ячейки вследствие ограниченно-связанной природы, т.е. низкого разрешения по вертикали объема АИ.
Шаг 50 оценивает значения свойств скальных пород и текучих сред, в том числе и первое предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды для каждой ячейки в трехмерной геологической модели. Свойства скальных пород и текучих сред выбираются на основании их применимости в модели петрофизических откликов, которая описывается ниже со ссылкой на шаг 52. Значения свойств скальных пород и текучих сред оцениваются с помощью известных научных и инженерных принципов и всех доступных петрофизических данных для геологического объема. Например, данные из скважин могут быть доступны из каротажных диаграмм скважин, которые предоставляют некоторые локализованные значения из скважин для свойств скальных пород и текучих сред вдоль слоев с высоким разрешением в трехмерной геологической модели, соответствующей местам расположения скважин. Данные из скважин, как правило, предоставляют локализованные значения пористости скальных пород в дополнение к опознаванию типов текучих сред, таких как газ, нефть и вода, и значения насыщенности текучих сред. Другие доступные данные могут включать в себя вычисления PVT, которые обеспечивают оценки сжимаемости текучих сред. Керны предоставляют кристаллические плотности и состав минералов скальных пород. Распределение начальных оцененных значений свойств скальных пород и текучих сред в трехмерной геологической модели может выполняться в соответствии с несколькими обычными методами, такими как взвешивание расстояний, совместно расположенный ко-кригинг и т.п. Может быть необходимо сохранять конкретные соотношения между начальными оцененными значениями данного свойства скальной породы или текучей среды путем распределения в последующих шагах подстройки по настоящему способу. Например, относительная природа пористости слоев как функция вертикального местоположения, заданная распределением, должна сохраняться в последующих шагах подстройки.
Шаг 52 устанавливает модель петрофизических откликов, которая основана на известных соотношениях между свойствами скальных пород и текучих сред и акустическим импедансом. Эта модель петрофизических откликов отличается от трехмерной геологической модели, будучи системой уравнений откликов, причем предсказанное установленное свойство скальной породы или текучей среды является основной независимой переменной, а предсказанный акустический импеданс является основной зависимой переменной. Модель петрофизических откликов используется для прямого вычисления предсказанных значений акустического импеданса с помощью оцененных значений свойств скальных пород и текучих сред, в том числе и предсказанных значений установленного свойства скальной породы или текучей среды. Таким образом, модель петрофизических откликов описывает, как изменяется акустический импеданс от одного или более свойств скальных пород и текучих сред, в том числе и установленного свойства скальной породы или текучей среды в пределах геологического объема.
Модель петрофизических откликов предпочтительно выделяется из обычных уравнений, предсказывающих модули упругости скальных пород и текучих сред. Примерная система таких уравнений раскрыта в книге Mavko, G., et al., editors; Rock Physics Formulas, Rock Physics Laboratory, Stanford University, 1993, включенной сюда посредством ссылки. Акустический импеданс (АИ) связан со свойствами скальных пород и текучих сред следующей системой уравнений:
где vp - скорость сжатия,
ρb - объемная плотность.
Скорость сжатия связана со свойствами скальных пород и текучих сред первым уравнением Кристофля:
где К* - объемный модуль упругости (величина, обратная системной сжимаемости),
G* - модуль сдвига.
Объемный модуль упругости вычисляется из уравнения Гассмана:
К*=КA+[(1-(КА/КM)2)/[(Ф/KF)+((1-Ф)/КM)-(КA/(КM)2)]],
где КA - модуль упругости строения (величина, обратная сжимаемости сухой скальной породы),
КM - модуль упругости минерала (величина, обратная сжимаемости кристалла),
Ф - пористость скальной породы,
КF - модуль упругости текучей среды (величина, обратная сжимаемости текучей среды).
Модуль сдвига G* оценивается как линейная функция от пористости скальной породы.
Объемная плотность вычисляется как:
ρb=ρva·(1-φ)+φ(SW·ρw+(1-Sw)·ρнс),
где ρva - матричная плотность,
ρw - плотность реликтовой воды,
ρнс - плотность углеводородного сырья при точных условиях PVT,
Sw - насыщенность продуктового пласта водой.
Как отмечено выше со ссылкой на оцененные значения свойств скальных пород и текучих сред, применение этой модели требует исчерпывающего использования всех доступных петрофизических данных для вызывающего интерес геологического объема. Каротажные диаграммы скважин, если они доступны, исследуются для оценки изменений, зависимостей и пределов по каждому параметру, требуемому моделью петрофизических откликов. Вычисления PVT выполняются для оценки сжимаемости текучей среды. J-функции Леверта используются для оценки насыщенности текучей среды. Керны используются при определении кристаллической плотности и минерального состава скальной породы. Таким образом, значения установленного свойства скальной породы или текучей среды в конечном счете предсказанные настоящим способом, по желанию ограничиваются физически доступными значениями остальных свойств скальных пород и текучих сред, используемых в модели петрофизических откликов.
Шаг 54 запускает петлю выбора совокупности ячеек, причем из трехмерной модели выбирается группировка смежных ячеек, по которым сейсмический акустический импеданс постоянен. Группировка выбранных ячеек, описанная здесь, представляет собой совокупность уложенных по вертикали смежных ячеек, но понятно, что настоящий способ точно так же применим к выбору горизонтальной совокупности смежных ячеек. После выбора группировки ячеек в петле выбора совокупности ячеек запускается петля минимизации ошибки, которая содержит шаги 56, 58, 60, 62 и 64. Шаг 56 вычисляет первое предсказанное значение акустического импеданса для каждой ячейки группировки с помощью модели петрофизических откликов и оцененных значений свойств скальных пород и текучих сред, в том числе первое предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды. Шаг 58 осуществляет весовое усреднение вычисленных первых значений акустического импеданса для каждой ячейки группировки по всей группировке ячеек. Шаг 60 вычисляет разность между средним предсказанным значением акустического импеданса и сейсмическим значением акустического импеданса группировки ячеек путем вычитания среднего первого предсказанного значения из сейсмического значения.
Абсолютное значение разности между средним предсказанным значением акустического импеданса и сейсмическим значением акустического импеданса представляет собой целевую функцию, минимизированную по желанию алгоритмом петли минимизации ошибки. Если абсолютное значение этой разности превышает максимальный допуск, к примеру, 1%, шаг 62 подстраивает первое предсказанное значение свойства скальной породы или текучей среды в приемлемых пределах до второго предсказанного значения. Как отмечено на шаге 64, первое предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды подстраивается так, что второе предсказанное значение снижает целевую функцию разности между первым средним предсказанным значением и сейсмическим значением акустического импеданса группировки ячеек, когда второе предсказанное значение подставляется вместо первого предсказанного значения установленного свойства скальной породы или текучей среды в модели петрофизических откликов. Направление, в котором подстраивается первое предсказанное значение свойства скальной породы или текучей среды, определяется знаком разности между средним предсказанным значением и сейсмическим значением акустического импеданса.
Шаг 64 возвращает петлю минимизации ошибки на шаг 56, при этом с помощью модели петрофизических откликов и оцененных значений свойств скальных пород и текучих сред вычисляется второе предсказанное значение акустического импеданса, в том числе и второе предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды, которым заменяется первое предсказанное значение. Шаги 58, 60, 62 и 64 повторяются столько раз, сколько необходимо до тех пор, пока абсолютное значение разности между предсказанным значением акустического импеданса и сейсмическим значением акустического импеданса для выбранной группировки ячеек не станет меньше, чем максимальный допуск, или равным ему. То предсказанное значение установленного свойства скальной породы или текучей среды для каждой ячейки группировки, которое достигает такого результата, является минимизирующим ошибку значением установленного свойства скальной породы или текучей среды для этой ячейки. Ясно, что в процессе выполнения петли минимизации ошибки изменяются лишь предсказанные значения акустического импеданса и предсказанные значения установленного свойства скальной породы или текучей среды, тогда как остальные оцененные значения свойств скальных пород и текучих сред, сейсмические значения акустического импеданса и форма уравнений отклика в модели петрофизических откликов остаются фиксированными.
Шаг 66 обновляет трехмерную геологическую модель перенаполнением выбранных ячеек этой трехмерной геологической модели минимизирующими ошибку значениями установленного свойства скальной породы или текучей среды. В частности, вновь определенные минимизирующие ошибку значения установленного свойства скальной породы или текучей среды подставляются вместо каждого соответствующего первого предсказанного значения установленного свойства скальной породы или текучей среды, внесенного в трехмерную геологическую модель на шаге 50. Шаг 68 возвращает петлю выбора совокупности ячеек к шагу 54, при этом из трехмерной геологической модели выбирается другая группировка ячеек, по которым сейсмический акустический импеданс постоянен. Для вновь выбранной группировки смежных ячеек выполняется петля минимизации ошибок, чтобы определить минимизирующие ошибку значения установленного свойства скальной породы или текучей среды для этих ячеек. Эти минимизирующие ошибку значения обновляют затем в трехмерную геологическую модель. Петля выбора совокупности ячеек повторяется столько раз, сколько необходимо вышеуказанным образом до тех пор, пока не будет определено минимизирующее ошибку значение установленного свойства скальной породы или текучей среды для каждой ячейки в трехмерной геологической модели.
Дополнительным признаком настоящего способа является выбор установленного свойства скальной породы или текучей среды. Выбор пригодного свойства скальной породы или текучей среды позволяет практику точно характеризовать продуктивный пласт текучей среды в пределах геологического объема, когда трехмерная геологическая модель наполнена минимизирующими ошибку значениями этого свойства. Практик, как правило, выбирает установленное свойство скальной породы или текучей среды в связи с вышеуказанными шагами по фиг.4 или перед ними. Критерии выбора относятся к области знаний специалиста и являются функцией конкретных потребностей практика. Как правило, эти критерии выбора являются функцией желательного применения результирующей трехмерной геологической модели и минимизирующих ошибку значений. Например, специалист в общем случае определяет пористость, тип текучей среды или насыщенность как значащее свойство скальной породы или текучей среды в применениях разведки углеводородного сырья. Аналогично, специалист в общем случае определяет пористость, тип текучей среды или проницаемость как значащее свойство скальной породы или текучей среды в применениях управления продуктивным пластом. Поэтому, хотя настоящий способ не ограничивается каким-либо конкретным установленным свойством скальной породы или текучей среды, вышеприведенные свойства скальных пород и текучих сред, т.е. пористость, тип текучей среды, насыщенность и проницаемость, являются примерами установленных свойств скальной породы или текучей среды, применимым в настоящем способе.
Способность настоящего способа точно предсказывать значения установленного свойства скальной породы или текучей среды демонстрируется на фиг.6. Для этого применения в качестве установленного свойства скальной породы или текучей среды выбирается пористость. Минимизирующие ошибку значения пористости определяются по длине ствола скважины в соответствии с настоящим способом. Оцененные значения свойств скальных пород или текучих сред, т.е. насыщенность и проницаемость, и предсказанные значения акустического импеданса также определяются по длине ствола скважины в соответствии с настоящим способом. Эти значения строятся на отдельных вертикальных осях точечной линией.
Действительные измеренные экспериментальные значения пористости, насыщенности, проницаемости и акустического импеданса строятся для сравнения на тех же самых соответствующих осях сплошной линией. Очевидно, что настоящий способ точно предсказывает значения пористости в геологическом объеме, достигая тесного совпадения между минимизирующими ошибку значениями и измеренными экспериментальными значениями пористости даже в том случае, когда оцененные значения остальных свойств скальных пород и текучих сред в модели петрофизических откликов менее точны.
Хотя описаны и показаны приведенные предпочтительные варианты выполнения изобретения, понятно, что изменения и модификации, такие как предложены и иные, могут быть сделаны в нем и попадают в объем настоящего изобретения.
1. Способ определения количественных значений свойства скальной породы или текучей среды в продуктивном пласте с помощью сейсмических данных, содержащий
обеспечение подземного геологического объема, в котором распределение сейсмических значений акустического импеданса экспериментально определено для упомянутого геологического объема;
характеризацию упомянутого геологического объема модельным объемом с множеством модельных подобъемов;
выбор модельного подобъема из упомянутого множества модельных подобъемов;
назначение сейсмического значения акустического импеданса из упомянутого распределения, для упомянутого модельного подобъема;
установление свойства скальной породы или текучей среды, релевантного для упомянутого геологического объема;
назначение первого предсказанного значения упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды для упомянутого модельного подобъема;
вычисление первого предсказанного значения акустического импеданса для упомянутого модельного подобъема с помощью упомянутого первого предсказанного значения упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды, причем упомянутая модель откликов отвечает на изменения в предсказанных значениях упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды;
сравнение упомянутого первого предсказанного значения акустического импеданса с упомянутым сейсмическим значением акустического импеданса, чтобы определить первую разность между упомянутыми предсказанным и сейсмическим значениями акустического импеданса;
подстройку упомянутого первого предсказанного значения упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды в ответ на упомянутую первую разность, чтобы создать второе предсказанное значение упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды, причем упомянутое второе предсказанное значение снижает упомянутую первую разность;
вычисление второго предсказанного значения акустического импеданса для упомянутого модельного подобъема из упомянутой модели откликов с помощью второго предсказанного значения упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды;
сравнение упомянутого второго предсказанного значения акустического импеданса с упомянутым сейсмическим значением акустического импеданса, чтобы определить вторую разность между упомянутыми предсказанным и сейсмическим значениями акустического импеданса, причем упомянутая вторая разность меньше, чем упомянутая первая разность;
итеративное повторение упомянутых шагов подстройки упомянутого предсказанного значения упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды, вычисление упомянутого предсказанного значения упомянутого акустического импеданса с помощью упомянутого подстроенного предсказанного значения упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды и сравнение упомянутого вычисленного предсказанного значения акустического импеданса с упомянутым сейсмическим значением акустического импеданса, чтобы определить упомянутую разность между упомянутыми вычисленным предсказанным и сейсмическим значениями акустического импенданса;
упомянутое итеративное повторение заканчивается, когда упомянутая разность не превосходит заранее заданного максимального допуска.
2. Способ по п.1, в котором упомянутый выбранный модельный подобъем является первым модельным подобъемом, включенным в группировку смежных модельных подобъемов, имеющих общее сейсмическое значение акустического импеданса.
3. Способ по п.2, в котором упомянутые предсказанные значения акустического импеданса для всех упомянутых модельных подобъемов в упомянутой группировке усредняются, чтобы создать среднее предсказанное значение акустического импеданса для упомянутой группировки, и определяется упомянутая разность между упомянутым средним предсказанным значением акустического импеданса и упомянутым общим сейсмическим значением акустического импеданса для упомянутой группировки.
4. Способ по п.1, в котором упомянутое установленное свойство скальной породы или текучей среды выбирается из группы, состоящей из пористости, насыщенности и проницаемости.
5. Способ по п.1, включающий в себя далее
выбор второго модельного подобъема из упомянутого множества модельных подобъемов;
назначение сейсмического значения акустического импеданса из упомянутого распределения для упомянутого второго модельного подобъема;
назначение первого предсказанного значения упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды упомянутому второму модельному подобъему;
вычисление первого предсказанного значения акустического импеданса для упомянутого второго модельного подобъема из упомянутой модели откликов с помощью упомянутого первого предсказанного значения упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды;
сравнение упомянутого первого предсказанного значения акустического импеданса с упомянутым сейсмическим значением акустического импеданса для упомянутого второго модельного подобъема, чтобы определить первую разность между упомянутыми предсказанным и сейсмическим значениями акустического импеданса для упомянутого второго подобъема, и
подстройку упомянутого первого предсказанного значения упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды для упомянутого второго модельного подобъема в ответ на упомянутую первую разность, чтобы создать второе предсказанное значение упомянутого установленного свойства скальной породы или текучей среды для упомянутого второго модельного подобъема, причем упомянутое второе предсказанное значение снижает упомянутую первую разность.
6. Способ по п.5, в котором упомянутый второй модельный подобъем включается во вторую группировку смежных, модельных подобъемов, имеющих общее сейсмическое значение акустического импеданса.
