СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБВОДНЕНИЯ В МНОГОПЛАСТОВОЙ ЗАЛЕЖИ ПУТЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ ГРАВИТАЦИОННОГО ЭФФЕКТА ОТ ОБВОДНЕНИЯ КОЛЛЕКТОРОВ НА РАЗЛИЧНЫХ ГЛУБИНАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕЙСМОМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ Российский патент 2024 года по МПК E21B47/10 G01V11/00 

Изобретение относится к способу определения обводнения в многопластовой залежи в процессе ее разработки.

Из известного уровня техники по совокупности существенных признаков найдено изобретение СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАЗРАБОТКИ ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ [RU 2307927 Cl, опубл. 10.10.2007 Бюл. №28] с использованием методов разведочной геофизики, в частности гравиметрической разведки. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности контроля разработки газового месторождения за счет уменьшения неоднозначности мониторинга режима и оценки степени выработки различных его участков. Для этого повторные гравиметрические наблюдения и измерения давлений в наблюдательных скважинах совмещают во времени. Для каждого обособленного участка месторождения строят график зависимости изменений во времени значений силы тяжести от изменений пластового давления, нормированного на коэффициент сверхсжимаемости и величину абсолютной пластовой температуры. При прямолинейном виде графика идентифицируют газовый режим отработки участка, а при нарушении прямолинейности - смену режима. Для определения степени отработки участка экстраполируют прямолинейный график к точке, в которой падение давления достигнет величины первоначального давления в пласте. Находят соответствующее этой точке значение максимального для данного участка приращения силы тяжести. По отношению текущих значений приращения силы тяжести к максимальному, выраженному в процентах, определяют степень выработки запасов. Для определения соотношения запасов различных участков месторождения дополнительно определяют угловые коэффициенты прямолинейных графиков зависимости изменений силы тяжести от изменений нормированных значений пластового давления, построенных для разных участков, и по отношению угловых коэффициентов оценивают соотношение объемов газа.

Недостатком прототипа является:

- представленный прототип позволяет определить гравитационный эффект только в случае наличия разработки одного пласта залежи, поскольку в случае разработки нескольких пластов гравитационный эффект является интегральным. Соответственно, использование полученных регрессионных зависимостей в этом случае будет некорректным.

Задачей технического решения является разделение гравитационных эффектов от многопластовых залежей при комплексировании измерений гравиметрического и сейсмического полей.

Техническим результатом является определение степени обводненности, используемой в качестве уточнения геоплотностной модели месторождения, каждого продуктивного пласта в многопластовой залежи.

Технический результат достигается тем, что способ включает получение данных гравиметрического мониторинга о подъеме газоводяного контакта (ГВК) в продуктивных пластах, полевые сейсмометрические исследования в виде расстановки наземной сейсмической антенны, состоящие из рекогносцировки, проведения сверочных наблюдений, анализа записей и отправки результатов камеральной группе, при этом расстановку аппаратуры на участке работ осуществляют в виде наземной антенны согласно проектным координатам на основе численного полноволнового 3D сейсмического моделирования, регистрации сейсмического сигнала, причем для количественной оценки сейсмической активности и ее объективного сравнения для различных сейсмических антенн, поиск сейсмических событий осуществляют для антенн, расположенных вокруг наблюдательных скважин с ГИС-контролем, подготовки записей и передачи в камеральную группу, обработку данных, а также повторных сверочных наблюдений, при этом обработка данных включает гравитационное плотностное моделирование для определения величины продвижения газоводяного контакта, поиск гипоцентров событий сейсмоакустической эмиссии, расчет локальной плотности сейсмических событий, построение графика зависимости между средней величиной обводнения данного конкретного пласта на период выполнения полевых сейсмометрических работ в пределах сейсмической антенны и локальной плотностью зарегистрированных сейсмических событий по полученным средним значениям локальной плотности сейсмических событий и величинам подъема ГВК по данным ГИС-контроля, по которому определяют величину обводнения.

На фиг. 1 показан пример графического представления слоистой вязкоупругой модели. Слева направо графики скоростей продольных и поперечных волн, добротности продольных и поперечных волн, плотность пород.

На фиг. 2 показана волновая форма импульсного воздействия при проведении численного полноволнового моделирования.

На фиг. 3 показан пример вычисления допустимого интервала расстояний между точками наблюдений на основе кривой зависимости эпицентрального расстояния точки записи от временной задержки первого вступления модельного сигнала.

На фиг. 4 показан пример зависимости локальной плотности сейсмических событий на уровне ГВК залежей А и Б от средней величины подъема ГВК.

Осуществление технического решения

Изменение сейсмического фона находится непосредственно в функциональной связи с результатами измерение силы тяжести, а именно повышенный сейсмический фон вносит свой негативный вклад на показания гравиметров.

При проведении гравиметрического мониторинга на многопластовых нефтегазоконденсатных месторождениях, при одновременной разработке нескольких эксплуатационных объектов (ЭО), возникает проблема разделения гравитационного эффекта от обводнения коллекторов на различных глубинах.

При обводнении коллектора возникают перетоки жидкости в поровом пространстве и изменения порового давления, приводящие к возникновению сейсмичности в локальном объеме геологической среды. Пространственные координаты данных сейсмических событий могут быть зафиксированы группой сейсмоприемников на дневной поверхности с достаточной точностью, чтобы обеспечить привязку процессов обводнения к тому или иному продуктивному пласту.

Применение установки сейсмических антенн с целью разделения гравитационных эффектов от разработки многопластовых залежей целесообразно начинать после получения данных гравиметрического мониторинга о подъеме газоводяного контакта - ГВК в продуктивных пластах.

Полевые сейсмометрические исследования в виде расстановки наземной сейсмической антенны состоят из следующих этапов:

- рекогносцировка;

- проведение сверочных наблюдений, анализ записей и отправка результатов камеральной группе;

- расстановка аппаратуры на участке работ в виде наземной сейсмической антенны согласно проектным координатам на основе численного полноволнового 3D сейсмического моделирования;

- регистрация сейсмического сигнала, подготовка записей и передача в камеральную группу;

- повторные сверочные наблюдения.

Рекогносцировку проводят в следующем порядке:

1) Прийти на точку с проектными координатами, описать в текстовом виде окружение, источники возможных помех; снять высоту точки (z-координату), внести в электронный журнал.

2) Оценить и отметить необходимость смещения точек с заболоченного, овражистого места, рыхлого грунта и от источников сейсмических шумов. Измерить фактические координаты для смещения точки наблюдения.

3) Подготовить координаты в электронном журнале. Выслать эту информацию проектной группе для корректировки схемы наблюдения в кратчайшие сроки.

Выполнить расстановку комплексов на физических точках по проектной схеме расположения пунктов наблюдений.

Нумерация физических точек должна соответствовать нумерации по схеме расположения пунктов наблюдений.

Вынесение точек физических наблюдений осуществляется с помощью геонавигационных систем с точностью не хуже, чем отклонения в 5 метров, в большую или меньшую сторону.

Все записи выполняются с частотой дискретизации 1000 Гц (1мс).

Все записи должны быть синхронизированы по GPS.

Общие правила установки сейсмоприемников:

* Сместить пункт наблюдения по согласованию с проектной группой с заболоченного, овражистого места или рыхлого грунта, а также от источников сейсмических шумов на расстояние не более 50% расстояния между сейсмическими датчиками, но не нарушая общей равномерности наземной сейсмической антенны.

* Вешка для облегчения поиска пунктов наблюдения (при наличии) устанавливается на расстоянии не более 1,5 метра строго на север от сейсмоприемника при это нельзя допускать установки сейсмоприемника у подножия вешки, так как это приводит к зашумлению записи.

* Основательно установить сейсмоприемник. Для углубления сейсмоприемника при установке выкапывается яма до достижения твёрдого земляного слоя с глубиной до 50 см, но не менее 30 см. На твердое дно углубления вертикально устанавливается сейсмоприемник и ориентируется по нанесённым на его корпус меткам строго на сервер и горизонтально относительно горизонтального пузырькового уровня. Сейсмоприемник должен соприкасаться всем основанием с почвой, не должен качаться. После установки сейсмоприемника необходимо засыпать его землей со всех сторон, а поверхность над ним выравнивается грунтом в Целях снижения ветровой нагрузки на запись. По окончании записи после извлечения сейсмоприемника необходимо засыпать образовавшиеся ямы извлечённым грунтом (произвести рекультивацию). В зимних условиях необходимо устанавливать сейсмоприемники на промерзшую землю, предварительно удалив снежный покров, какой бы глубины он не был. После установки сейсмоприемник полностью покрывается снегом. При условии таяния снега, заболоченности и размягчения грунта сейсмоприемник устанавливается на металлических штырях путём вдавливания до жёсткого грунта. Сейсмоприемник также засыпается землей или снегом со всех сторон, а поверхность над ним выравнивается в целях снижения ветровой нагрузки на запись.

* Снять координаты пунктов наблюдения. Занести в электронный журнал фактические координаты.

* Причины смещения пунктов наблюдения занести в электронный журнал.

* При наличии возможности произвести подключение к установленному комплексу с целью визуальной оценки работы регистратора и сейсмоприемника (параметры настроек, сигнал и т.д.). Правила переустановки или повторных наблюдений:

* Все записи точек с браком (запись с малой длительностью, с помехами по всему времени записи, сбоем каналов и т.д.) перенести в папку брак, с указанием причины брака в примечаниях электронного журнала.

* Необходимо скачать записи с вероятно зашумленных сейсмоприёмников, точек с браком, отправить камеральной группе на анализ. Также отправить проектной группе рекомендуемые для переустановки сейсмоприемников координаты. После получения рекомендаций по переустановке от камеральной группы, выполнить переустановку сейсмостанций.

Занести в электронный журнал всю важную информацию по итогам расстановки комплексов в столбец примечание.

Схема наземной расстановки сейсмоприемников в виде сейсмической антенны разрабатывается для каждого объекта индивидуально.

Порядок регистрации процесса наблюдения в виде сейсмической антенны.

Во время проведения полевых наблюдений в виде наземной сейсмической антенны по мере необходимости производится смена питающих регистрирующую аппаратуру аккумуляторов с занесением в электронный журнал (дата, время и другая важная информация).

При наличии возможности и/или смене питающих регистрирующих аппаратуру аккумуляторов необходимо скачать на пункте наблюдения записанный файл с общей длительностью записи не менее 1 часа.

Производится предварительная оценка скачанных записей с целью определения потенциально возможно зашумленных сейсмоприёмников, точек с браком.

По окончании процесса наблюдения и снятия регистрирующей аппаратуры производится полное скачивание всех записей, оценка наличия зашумленных или бракованных записей, согласование необходимости повторной записи сейсмических наблюдений.

Снятая регистрирующая аппаратура подготавливается к последующим установкам, осматривается, обслуживается.

В электронном журнале фиксируется информация о возникших проблемах.

Методика подготовки записей при наблюдениях в виде сейсмической антенны.

Все записи должны сохраняться в отдельные папки с названием этапа наблюдения.

Прошедшие проверку отобранные полные записи наблюдения наземной сейсмической антенны помещаются в папку с ее номером.

Маркировка времени в названиях всех файлов должно быть в формате UTC+0:00.

Наименование записей производится в формате:

* номер пункта_номер комплекса_дата начала записи_время начала записи (пример: 27_К01_2022-08-27_ 14-09-57);

* номер комплекса_дата начала записи_время начала записи (пример: К01_2022-08-25_11-00-40).

Количество и местоположение сейсмических антенн на площади работ, необходимых для решения задачи разделения гравитационных эффектов, возникающих при разработке многопластовых месторождений, а также число сейсмометров и шаг между ними, рассчитываются путем предварительного моделирования для каждого конкретного месторождения и согласовываются с Заказчиком на этапе проектирования работ.

Расчет оптимального шага расстановки сейсмоприемников в сейсмической антенне.

При регистрации сейсмических сигналов путем наземной расстановки сейсмометров в виде сейсмических антенн число датчиков и расстояние между ними рассчитывается в зависимости от интервалов глубин исследования, скоростной характеристикой разреза и частоты оцифровки сейсмических записей регистрирующей аппаратуры.

В качестве источников информации о вязкоупругих характеристиках геологической среды используется материалы вертикального сейсмического профилирования (ВСП), гамма-гамма плотностного (ГГК-П) и (или) акустического (АК) каротажа, со скважин, расположенных в пределах площади исследования, либо в пределах первых километров от площади исследований.

На основе априорных материалов строится физико-математическая модель, наиболее приближенная к реальной геологической среде. Такой моделью является вязкоупругая модель (в частности модель Био), поскольку она учитывает прохождение сейсмических волн в веществе как в твердом, так и в жидком состоянии.

При создании модели следует обратить внимание на резкие контрастные скоростные границы, на которых происходит излом годографа отражённых волн. В этом случае в интервальную модель вводятся дополнительные условные границы.

Помимо акустических параметров (скорости продольных и поперечных волн, плотности пород) вязкоупругая модель содержит в себе еще один ключевой параметр — добротность (Q-factor, величина, обратно пропорциональная коэффициенту затухания). Данный параметр рассчитывается по исходным сейсмическим записям ВСП методом спектральных отношений для обоих типов Р и S волн.

Результаты расчётов интервальной скорости и Q-параметров, приведенных нa фиг.1, дают основу построения моделей вязкоупругих параметров пород осадочного чехла в районе площадки исследований.

Созданная вязкоупругая модель используется для генерации синтетических сейсмических записей. С целью формирования синтетических сейсмических сигналов созданная модель вязкоупругой среды возбуждается импульсным источником, описываемым функцией Рикера, показано нa фиг. 2.

Математически функция выражена формулой:

где t - временная шкала, f₀ - собственная частота источника. Модельный источник располагается на нижней границе изучаемого интервала глубин.

В случае если изучаемых интервалов глубин несколько, то моделирование производится для каждого интервала.

Сигнал, полученный в процессе моделирования, фиксируется точками, расположенными с равным шагом по всей поверхности модели. По полученным синтетическим сигналам выполняется процедура построения кривой зависимости эпицентрального расстояния точки записи от временной задержки первого вступления волнового пакета, рассчитанной как разность времен прихода волны до текущей точки записи и точкой записи, располагающейся в эпицентре модельного источника.

Кривая зависимости эпицентрального расстояния точки записи от временной задержки первого вступления волнового пакета используется для определения интервала допустимых расстояний между точками наблюдений.

Минимально допустимое расстояние вычисляется по формуле:

R_min - минимально допустимое расстояние между сейсмоприемниками, Δt - шаг квантования сигнала по времени, Ri(3·Δt) - значение эпицентрального расстояния в случае временной задержки, равной 3·Δt, для i-того изучаемого интервала глубин. Коэффициент 3 обусловлен минимально необходимым количеством пар точек наблюдений для решения обратной кинематической задачи.

Максимально допустимое расстояние вычисляется исходя из параметров первого слоя модельного разреза:

R_max - максимально допустимое расстояние между сейсмоприемниками, h₀, v₀ - мощность и скорость продольных волн первого пласта модели. Подобный подход позволяет регистрировать волновые пакеты сигналов, которые испытали минимальное количество отражений в сложной сейсмической среде.

По результатам моделирования определяется диапазон допустимых расстояний между точками наблюдений. Пример вычисления допустимого интервала расстояний между точками наблюдений на основе кривой зависимости эпицентрального расстояния точки записи от временной задержки первого вступления модельного сигнала приведен на фиг. 3.

Итоговое расстояние между датчиками выбирается уже в заданном диапазоне на основе размера площади исследований и количества необходимых комплектов сейсмического оборудования, однако по умолчанию за оптимальное расстояние можно принять величину, рассчитанную по формуле:

R_min, R_max - минимально и максимально допустимое расстояние между сейсмоприемниками.

Обработка сейсмических данных

Обработка полевых данных сейсмометрического – мониторинга осуществляется в камеральном подразделении организации Исполнителя обработки и интерпретации.

Поиск гипоцентров событий сейсмоакустической эмиссии производится с помощью решения обратной кинематической задачи для каждой наблюдательной системы внутри параллелепипеда со сторонами равными сторонам антенны в интервале одинаковых вертикальных глубин от среднего значения высоты рельефа.

Продуктивный пласт должен входить в этот интервал поиска. В зависимости от ситуации расчеты могут вестись относительно одного, нескольких или всех базовых точек антенны, но расчеты и параметры должны быть на всех антеннах одинаковы.

За стартовую область для минимизации рекомендовано принять куб в центре области поиска (например, со сторонами 10×10×10 м).

Полученные события для каждой антенны следует отфильтровать по значению функции минимизации (невязке решения), которое выбирается на основе статистического анализа (вычисление медианного или среднего значений).

Далее вычисляются объемные плотности событий. После нахождения плотности для каждого события вычисляется среднее значение плотности сейсмической эмиссии для всего роя событий (математическое среднее).

Строятся графики зависимости средней плотности событий от средней высоты подъема ГВК под сейсмической антенной.

Найденные статистически значимые взаимосвязи между фиксируемыми плотностями сейсмических событий и имеющейся геолого-геофизической информацией об интенсивности обводнения коллекторов в дальнейшем используются для повышения качества и достоверности интерпретации гравиметрического мониторинга контроля за разработкой многопластовых месторождений.

Для количественной оценки сейсмической активности и ее объективного сравнения для разных сейсмических антенн рекомендуется производить поиск сейсмических событий для антенн, расположенных вокруг наблюдательных скважин с ГИС-контроль, для глубин от стола ротора скважин до актуального (по данным ГИС-контроль и гравиметрического мониторинга) уровня ГВК всех разрабатываемых пластов. Рекомендуется задавать область поиска таким образом, чтобы она покрывала размеры сейсмической антенны. За стартовую область для минимизации рекомендуется принимать область пространства, соответствующую минимальной ячейке (вокселю) трехмерной плотностной модели, используемой при интерпретации гравиметрического мониторинга на данном месторождении.

Локальные плотности сейсмических событий рекомендуется рассчитывать следующим образом. Из списка событий (матрицы) выбирается 1-ое по счету событие (строка). Относительно его координат строится куб, соответствующий минимальной ячейке (вокселю) трехмерной плотностной модели, используемой при интерпретации гравиметрического мониторинга на данном месторождении (центр куба совпадает с координатами события). Считается количество событий в этом кубе и это значение присваивается как плотность к 1-му событию. Данный цикл вычислений повторяется для всех событий. После нахождения плотности для каждого события вычисляется среднее значение для антенны.

По полученным средним значениям локальной плотности сейсмических событий и величинам подъема ГВК по данным ГИС-контроль строится график зависимости между средней величиной обводнения данного конкретного пласта на период выполнения полевых сейсмометрических работ в пределах сейсмической антенны и локальной плотностью зарегистрированных сейсмических событий. Если график демонстрирует статистически значимую зависимость между указанными параметрами, аппроксимирующая функция может использоваться для прогноза величины обводнения на участках месторождения, не контролируемых наблюдательными скважинами, фиг. 4.

Локализация глубинного интервала подъема газоводяного контакта при проведении мониторинговых гравиметрических измерений решается путем трехмерного гравитационного (плотностного) моделирования.

Гравитационное (плотностное) моделирование для определения величины продвижения газоводяного контакта основывается на решении обратной структурной задачи гравиразведки.

Для каждого из разрабатываемых пластов многопластовой залежи по построенным регрессиям определяется минимальный уровень плотности сейсмической эмиссии, соответствующий отсутствию поднятия уровня ГВК по данным ГИС-контроль.

По построенным графикам зависимости среднего уровня поднятия ГВК от плотности сейсмической эмиссии для каждой апертурной группы вычисляется превышение уровня сейсмической активности (плотности сейсмической эмиссии) над минимальным уровнем плотности сейсмической эмиссии. Данное превышение далее называется величиной аномальной сейсмической активности.

Соотношение величин аномальной сейсмической активности между разрабатываемыми пластами в каждом пункте сейсмометрической съемки, соответствующем центру отработанной сейсмической антенны, принимается равным соотношению величин обводнения разрабатываемых продуктивных пластов. Данная информация используется в качестве априорной при проведении петроплотностного моделирования и интерпретации данных гравиметрического мониторинга.

Таким образом, разработан новый способ, позволяющий контролировать обводнение многопластовой залежи посредством разделения гравитационного эффекта от обводнения коллекторов на различных глубинах с использованием сейсмометрических наблюдений.

Изобретение относится к способу определения обводнения в многопластовой залежи. Техническим результатом является определение степени обводненности, используемой в качестве уточнения геоплотностной модели месторождения, каждого продуктивного пласта в многопластовой залежи. Заявлен способ определения обводнения в многопластовой залежи путем разделения гравитационного эффекта от обводнения коллекторов на различных глубинах с использованием сейсмометрических наблюдений. Способ включает получение данных гравиметрического мониторинга о подъеме газоводяного контакта (ГВК) в продуктивных пластах, полевые сейсмометрические исследования в виде расстановки наземной сейсмической антенны, состоящие из рекогносцировки, проведения сверочных наблюдений, анализа записей и отправки результатов камеральной группе. При этом расстановку аппаратуры на участке работ осуществляют в виде наземной антенны согласно проектным координатам на основе численного полноволнового 3D сейсмического моделирования. Осуществляют регистрацию сейсмического сигнала, причем для количественной оценки сейсмической активности и ее объективного сравнения для различных сейсмических антенн, поиск сейсмических событий осуществляют для антенн, расположенных вокруг наблюдательных скважин с ГИС-контролем. Далее проводят подготовку записей и передачу в камеральную группу для обработки данных, а также повторных сверочных наблюдений. При этом обработка данных включает гравитационное плотностное моделирование для определения величины продвижения газоводяного контакта, поиск гипоцентров событий сейсмоакустической эмиссии, расчет локальной плотности сейсмических событий, построение графика зависимости между средней величиной обводнения данного конкретного пласта на период выполнения полевых сейсмометрических работ в пределах сейсмической антенны и локальной плотностью зарегистрированных сейсмических событий. По полученным средним значениям локальной плотности сейсмических событий и величинам подъема ГВК по данным ГИС-контроля определяют величину обводнения. 4 ил.

Способ определения обводнения в многопластовой залежи путем разделения гравитационного эффекта от обводнения коллекторов на различных глубинах с использованием сейсмометрических наблюдений, содержащий получение данных гравиметрического мониторинга о подъеме газо-водяного контакта (ГВК) в продуктивных пластах, полевые сейсмометрические исследования в виде расстановки наземной сейсмической антенны, состоящие из рекогносцировки, проведения сверочных наблюдений, анализа записей и отправки результатов камеральной группе, при этом расстановку аппаратуры на участке работ осуществляют в виде наземной антенны согласно проектным координатам на основе численного полноволнового 3D сейсмического моделирования, регистрацию сейсмического сигнала, причем для количественной оценки сейсмической активности и ее объективного сравнения для различных сейсмических антенн, поиск сейсмических событий осуществляют для антенн, расположенных вокруг наблюдательных скважин с ГИС-контролем, подготовку записей и передачу в камеральную группу, обработку данных, а также повторных сверочных наблюдений, при этом обработка данных включает гравитационное плотностное моделирование для определения величины продвижения газо-водяного контакта, поиск гипоцентров событий сейсмоакустической эмиссии, расчет локальной плотности сейсмических событий, построение графика зависимости между средней величиной обводнения данного конкретного пласта на период выполнения полевых сейсмометрических работ в пределах сейсмической антенны и локальной плотностью зарегистрированных сейсмических событий по полученным средним значениям локальной плотности сейсмических событий и величинам подъема ГВК по данным ГИС-контроля, по которому определяют величину обводнения.