авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Выявление нелинейно-упругой динамики среды при поиске и разведке нефтегазовых залежей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

УДК 550.834

Глебов Алексей Алексеевич

ВЫЯВЛЕНИЕ

НЕЛИНЕЙНО-УПРУГОЙ ДИНАМИКИ СРЕДЫ

ПРИ ПОИСКЕ И РАЗВЕДКЕ НЕФТЕГАЗОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

25.00.10– Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа – 2011

Работа выполнена в ОАО «Институт геологии и разработки горючих ископаемых» (OAO «ИГиРГИ»).

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор

Грунис Евгений Борисович.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор,

член - корреспондент РАН

Николаев Алексей Всеволодович

доктор геолого-минералогических наук,

старший научный сотрудник

Ленский Владимир Анатольевич

Ведущая организация: ОАО «ТНГ-Групп» (г. Бугульма)

Защита диссертации состоится «10» июня 2011 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.020.01 при Открытом акционерном обществе «Научно-производственная фирма «Геофизика» (ОАО НПФ «Геофизика») по адресу: 450005, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 8 Марта, д.12

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО НПФ «Геофизика».

Автореферат разослан «06» мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, Хисаева Д.А.

доктор химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время большинство крупнейших нефтегазовых месторождений вступает в стадию падения добычи, что обуславливает актуальность работ, направленных на восполнение ресурсно-сырьевой базы. Данный факт отражается в увеличении объема геологоразведочных работ на нефть и газ, связанных с планомерной доразведкой слабо изученных периферийных частей нефтегазоносных бассейнов. Особый практический интерес представляет подготовка к глубокому бурению недоизученных склоновых частей разрабатываемых месторождений, в которых наличие или отсутствие углеводородных скоплений может быть установлено только по результатам сейсмического картографирования нефтегазоносных объектов различного морфолого-генетического типа. Данные целевые объекты характеризуются сложным зональным распределением флюидонасыщенных коллекторов, для которых использование стандартных линейных подходов не всегда позволяет достичь ожидаемых результатов.

Ключом к решению современных задач является четкое понимание нелинейности физических и геомеханических процессов, которые реально происходят в конкретных областях земной коры (Хаин В.Е., Гольдин С.В.). В этом проявляется новый подход в развитии геодинамических наук, который сейчас используется в передовых научно-технических организациях.

Актуальность работы определяется ее направленностью на выявление нелинейно-упругой динамики нефтегазовых залежей по данным стандартных сейсморазведочных исследований отраженных волн.

Цель диссертационной работы - выявление по данным сейсморазведки и подготовка к глубокому бурению новых нефтегазоперспективных объектов на основе нелинейных эффектов распространения сейсмических волн.

Объект исследования - нефтегазовые залежи различного морфолого-генетического типа.

Предмет исследования - нелинейно-упругие характеристики нефтегазовых залежей, изучаемые сейсморазведочным методом.

Основные задачи исследования

1.Анализ причин возникновения и особенностей проявления нелинейно-упругих эффектов в сейсмических экспериментах.

2.Изучение искажений импульсных и вибрационных сейсмических сигналов, возникающих при прохождении и отражении продольных волн в нелинейных средах. Разработка математического (полиномиально-сверточного) способа описания установленных закономерностей.

3.Разработка методики сейсмодинамической идентификации нелинейных эффектов отражения (НЭО). Анализ ее возможностей и ограничений на синтетических и экспериментальных материалах.

4.Обоснование выбора и подготовки к глубокому бурению нефтегазоперспективных объектов с использованием комплексного параметра «углеводородной нелинейности», рассчитываемого по временным разрезам отраженных волн.

Методы исследования

1.Анализ сейсмических сигналов и импульсных синтетических сейсмограмм, рассчитанных на основе скважинных данных АК и ГГКп.

2.Вычисление спектральных характеристик временных разрезов с целью динамической идентификации нелинейных эффектов отражения (НЭО).

3.Разработка авторских программ нелинейных спектрально-временных преобразований (СВП, кратных коррелограмм и др.) для комплексного использования с широко известными возможностями программных продуктов в области сейсмической интерпретации.

Научная новизна

1.Установлен предсказуемый нелинейной теорией относительный рост (с увеличением расстояния) высокочастотных («кратно-гармонических») колебаний в спектре сейсмического сигнала, объясняемый проявлением нелинейно-упругих свойств самой среды распространения.

2.Теоретически обоснована применимость полиномиально-сверточной модели сейсмического сигнала, согласно которой нелинейно-упругие эффекты распространения сейсмических сигналов в наибольшей степени проявляются в случае ортогональности нелинейных импульсных характеристик среды М-ого порядка.

3.Предложено проводить исследование нелинейно-упругих характеристик нефтегазовых залежей на основе расчета коррелограмм временных разрезов с сигналами, ортогональными к зондирующему импульсу S(t).

Основные защищаемые научные положения

1.Установленные фундаментальные эффекты относительного роста высокочастотных составляющих сейсмических сигналов являются экспериментальным доказательством наличия нелинейных упругих свойств в реальных геологических средах.

2.Методы динамической идентификации нелинейности на сейсмических разрезах отраженных волн обеспечивают площадную локализацию нефтегазоперспективных объектов с повышенной плотностью запасов УВ.

3.Адекватная переоценка сырьевых активов на существующих месторождениях УВ должна производиться с учетом ресурсного потенциала нефтегазоперспективных объектов различного морфолого-генетического типа, выделяемых по результатам динамической идентификации сейсмической нелинейности.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в рамках настоящего диссертационного исследования, обеспечивается их подтверждением на основе скважинной информации (данные ГИС и результаты испытаний).

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработанная методика выявления нелинейно-упругой динамики нефтегазовых залежей по данным стандартных сейсморазведочных исследований обеспечивает повышение кондиционности подготовки к глубокому бурению новых нефтегазоперспективных объектов.

В северной части Тевлинско-Русскинского лицензионного участка к бурению подготовлено три нефтегазоперспективных объекта с суммарными запасами свыше 5 млн.т.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследования, непосредственном участии в получении, сборе и анализе геолого-геофизической информации. Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, проведенных лично автором.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на международных конференциях: "ГЕОМОДЕЛЬ-2007" (г.Геленджик); «Геофизика-2005» (г.Санкт-Петербург, 2005); II Сибирской Международной научной конференции молодых ученых и студентов (г.Новосибирск, 2004; Х Международном симпозиуме студентов и молодых ученых имени академика М.А.Усова (г.Томск, 2006); Международной геофизической конференции и выставке в Австрии EAGE/Вена’2006.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в рекомендованных ВАК изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 170 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок, 4 таблицы. Список литературы содержит 100 наименований.

Данная работа подготавливалась в два этапа. Методика изучения нелинейных эффектов отражения разрабатывалась под научным руководством академика Гольдина С.В. в институте Геофизики СО РАН. Обобщение и систематизация материалов, оформление их в виде диссертационной работы производились автором в Институте геологии и разработки горючих ископаемых под научным руководством д.г.-м.н., профессора Груниса Е.Б.

Всем своим руководителям и наставникам автор выражает глубокую благодарность. За ценные советы и полезные дискуссии автор признателен Сибирякову Б.П., Юшину В.И., Карстену В.В., Квасову К.Б., Керусову И.Н., Черновой О.В., Мордвинцеву М.В., Скачеку К.Г., Беляевой Н.В. и др.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель и задачи работы, научная новизна, защищаемые положения и практическая значимость, а также дается краткое описание структуры работы.

Глава 1. Современная проблематика экспериментально-теоретического и практического изучения нелинейно-упругих сред.

Геологическая среда представляет собой сложно построенную структуру, характеризующуюся неоднородным напряженным состоянием, наличием границ контрастного изменения физико-химических свойств горных пород, существованием трещиноватости и порового пространства, содержащих различные флюиды (пластовая вода, нефть, газ). Несмотря на эти очевидные факты, используемая на практике теория колебаний и распространения волн построена из предположений о сплошности среды, линейности закона Гука, а также малости деформаций. Следствием любого отклонения от данных постулатов линейной теории упругости становится появление нелинейных зависимостей между напряжениями и деформациями, деформациями и внутренней энергией среды и т.д. Данные нелинейные взаимосвязи приводят к нелинейным уравнениям движения в среде, решение которых не может быть представлено в виде простых гармонических решений [Николаев А.В., 1987].

Проведенный анализ результатов современных исследований нелинейно-упругих сред показал, что за последнее время чрезвычайно возрос исследовательский интерес в данной области. В поле зрения исследователей попали новые типы аномально высоких нелинейностей - структурная, гистерезисная, контактная. Они характерны для огромного количества материалов, в которых имеются разнообразные дефекты сплошности. Такие нелинейности определяются не молекулярной структурой среды, а динамикой макромасштабных элементов пространственной неоднородности.

На основе экспериментальных исследований физических и реологических моделей микронеоднородных сред показано, что наличие даже очень малых концентраций высокосжимаемых дефектов (например, трещин) приводит к сильному увеличению нелинейности материала при практически неизменной величине линейных упругих модулей [Зименков С.В., Назаров В.Е, 1993].

Нелинейными свойствами обладают двух- и трехфазные среды: коллектор-флюид, коллектор-флюид-газ. Вариации объёмного содержания газа в породе приводят к резкому изменению её нелинейно-упругих свойств, наиболее ярко проявляющихся в изменениях её нелинейных параметров [Егоров В.Г.,2006]. Это напрямую связано с возможностью выделения в геологическом разрезе флюидонасыщенных пород, содержащих газ.

В области практического применения нелинейности геологической среды на сегодняшний день выделяются два основных направления: параметрические сейсмовибрационные исследования и сейсмоэмиссионные методы.

Параметрические сейсмовибрационные исследования основаны на изучении нелинейных составляющих волнового поля (кратные гармоники, суммарные и разностные частоты), возникающие при распространении вибрационных сигналов в среде. Сигналы кратных гармоник имеют достаточно стабильные характеристики на довольно больших расстояниях от источника (до 3000 м), вне зависимости от условий приема и возбуждения [Шнеерсон М.Б., Жуков А.П., Логинов К.И., Жарков А.В., Максимов Л.А., 2001]. Это определяет возможность практического использования кратных сигналов (главным образом, вторую гармонику) при изучении реальных сред.

Главные принципы сейсмоэмиссионных методов основаны на экспериментально-установленном различии поля регистрируемых микросейсм в низкочастотном (2-4 Гц) или сейсмическом (10 – 100 Гц) диапазонах частот в законтурной и внутриконтурной частей залежи после её возбуждения внешним (искусственным) или естественным источником упругих колебаний [Садовский М.А., Николаев А.В., Алексеев А.С., Кузнецов О.Л., Арутюнов С.Л., Карнаухов С.М., Ермаков Б.Д., Сиротинский Ю.В., 1997].

Глава 2. Теоретические исследования и возможности экспериментального оценивания нелинейных характеристик геологических сред.

Недостаточные изученность и понимание нелинейных особенностей волновых полей затрудняют обнаружение практически значимых нелинейных физических эффектов распространения продольных волн и препятствуют развитию методик по их использованию для данных, полученных при проведении взрывной сейсморазведки. С целью выявления основных физических особенностей волновых полей, возникающих в реальной среде, и способов их математического описания автором проводились экспериментальные и теоретические исследования процессов распространения продольных волн, основанные на пяти-константной теории упругости.

1.На основе изучения экспериментально-наблюденного волнового поля, полученного в ближней зоне двух сейсмических источников (рис. 1) - ударно-импульсного и вибрационного, - автором установлено, что в волновом поле отчётливо выделяется до 4 кратных гармоник: одна основная (линейная) I и три кратные (нелинейные) II-IV. На удалении 0.5 м наиболее интенсивной из кратных является третья гармоника, что объясняется искажениями, связанными с условиями возбуждения импульса. При дальнейшем распространении свип - сигнала в среде доминирующей из кратных гармоник становится вторая (рис. 1а). Для импульсного воздействия с увеличением расстояния источник-приемник (рис. 1б) основными различиями в регистрируемых сигналах являются незначительное смещение максимума, сужение полосы частот в районе основного максимума, появление побочных экстремумов, обуславливающее расширение амплитудного спектра [Глебов А.А., 2006].

2.Рассматривая процесс нормального падения плоской продольной волны на границу между линейным и нелинейными (пяти-константным) полупространствами, автором получены аналитические формулы для расчета нелинейного коэффициента отражения RN и преломления PN:

, (1)

где Р – линейный коэффициент преломления плоской продольной волны, 0IсlI и 0IIсlII - акустические жесткости верхней линейно-упругой и нижней нелинейно-упругой среды (произведение объемной плотности и скорости продольной волны), lII - нелинейно-упругий модуль нижнего полупространства, для верхнего: lI=0.

Для этого частного случая также показано, что главной особенностью поля отраженных волн, измеряемого скоростью смещения U’(t), является существование нелинейной квадратичной составляющей.

(2)

3.В рамках предложенного автором математического описания стационарных нелинейных систем в виде полиномиальной зависимости M-ого порядка [Глебов А.А., 2006]:

(3)

где S(t) – входной сигнал, U(t) – выходной сигнал, – операция свертки,

нелинейные эффекты проявляются в наибольшей степени, когда соответствующие им импульсные характеристики RM(t) сопоставимы друг с другом по абсолютной величине:

(4)

и значимо не коррелируют:

(5)

Сформулированный выше принцип ортогональности импульсных характеристик (формулы 4-5) является главной предпосылкой экспериментального изучения нелинейных эффектов распространения сейсмических волн в реальных средах.

4.Для экспериментального оценивания нелинейных параметров среды для сейсмических данных, полученных при зондирующем сигнале произвольной

формы S(t), автором предлагается использовать разложение наблюденного волнового поля по оптимальным ортогональным функциям, построенным к сигналу S(t) [Иванов А.И., Сверкунов Ю.Д., 1996]. В рамках проведенных исследований автор показывает, что данное разложение является представлением волнового поля в полиномиально-гармонический ряд (формула 3).

Фактически предлагаемая методика сводится к изучению коррелограмм, полученных между сейсмическими данными и членами оптимальной ортогональной системы, построенной к зондирующему сигналу. В частности, для способа вибрационной сейсморазведки с монохромным зондирующим сигналом частоты 0, в рамках данной методики, исследование изменения нелинейных характеристик разреза проводится по серии коррелограмм, полученной для ортогональных сигналов с частотами: 0, 20, 30, 40 и т. д.

Для данных, полученных при проведении взрывных сейсморазведочных работ, аналитическое задание системы оптимальных ортогональных функций, построенных к сигналу S(t) невозможно, вследствие неконтролируемости исходной формы импульса. Для применения методики необходимо вначале определить форму зондирующего импульса, а далее - его систему оптимальных ортогональных функций. Для нелинейных сред, взаимодействие которых с зондирующим сигналом S(t) происходит по закону (формула 3), и в предположении некоррелируемости друг с другом всех импульсных характеристик среды (формула 5), автором показано, что определение по сейсмическим данным U(t) формы зондирующего сигнала S(t) следует проводить стандартным способом на основе скважинной информации.

5.Результаты применения предлагаемой методики для среды с одной нелинейно-отражающей границей представлены на рис. 2 и 3. Рассматриваемая среда состоит из двух линейно- и одной нелинейно-отражающих границ, при этом нелинейный эффект отражения происходит на второй границе. Нелинейный коэффициент отражения равен линейному. Моделируемое волновое поле однократно-отраженных продольных волн полностью описывается уравнением полиномиально-гармонической свертки 2-го порядка:

(6)

где R1(t) - линейная импульсная трасса коэффициентов отражения, R2(t) - нелинейная импульсная трасса коэффициентов отражения второго порядка, S(t) – зондирующий сигнал, - операция свертки. В синтетические данные был внесен шум (сигнал/помеха 20), после чего они подвергались фильтрации в полосе частот 5-7-70-90 Гц.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.