Интерпретация данных геофизических съемок позволяет оценить перспективу нефтегазоносности региона. Одним из основных геофизических методов, используемых при построении непрерывных моделей геологических сред, содержащих продуктивные пласты, является современная 2D и 3D сейсморазведка. Причем результаты применения сейсмических методов позволяют судить о перспективности развития этого направления.
Однако, не смотря на широкое распространение и достаточно продуктивные показатели в сейсморазведке, существует ряд проблем, приводящих к искажению конечного результата и не всегда положительным итогам.
Первостепенной причиной таких результатов является отсутствие сформированной единой технологической цепи в изучении горных массивов, что приводит к возникновению неточности и погрешности в интерпретации и моделировании месторождений.
В рамках одной статьи невозможно рассмотреть погрешности, возникающие на всех этапах, приводящих к искажению исходных данных, поэтому целью данной статьи является еще раз акцентировать внимание на основных недостатках начального этапа, приводящих к нестабильности положительных показателей применения сейсморазведки.
К сожалению не многие исследователи пишут о своих отрицательных результатах в сейсморазведке. Конечно, желание объявить о своих положительных результатах вполне естественно, но такое положение вещей не дает возможности объективной оценки продуктивности метода.
Понятно, что в сейсмическом методе есть уже и решенные вопросы, что является результатом многолетнего труда в различных областях.
Так, задачи, связанные с поглощением и эффектом рассеяния отраженных волн, практически решены. Например:
В работе [1] исследовано влияние тонкой слоистости на затухание продольной волны, распространяющейся в пороупругой среде. Определена путем суперпозиции степень влияния поглощения и рассеяния на затухание.
В работе [2] определена количественная зависимость ослабления энергии упругих волн от параметров разлома и проведено сопоставление экспериментальных и расчетных данных.
В [3] была предложена методика определения характеристик рассеяния, на основе, которой был разработан соответствующий алгоритм и пакет программ SCATTER. Эффективность данного программного продукта показывает практическое применение [4, С. 49 - 51] .
Однако, есть много пробелов, начиная с интерпретации полученных данных. Целями сейсмиков-обработчиков, итогом работы, которых является временной разрез, является привести отражающие горизонты определенной геологической цели, по возможности очистить разрез от регулярных и нерегулярных помех, добиться максимального разрешения записи, сохранив высокочастотную составляющую спектра. Для решения этих задач необходимо учитывать большое число взаимозависимых факторов, определяющих методику работ. Оптимальная методика работ должна быть адаптирована к сейсмогеологическим условиям, меняющимся, обычно, по площади работ, чтобы обеспечить наилучший результат. К тому же, применяя различные специальные процедуры подавления регулярных помех, неизбежно изменяются характеристики полезных отражений и т.п. Поэтому итоговый временной разрез во многом является результатом компромисса при решении этих, зачастую взаимоисключающих задач.
На сейсмограмме всегда присутствуют волны от других границ, так же необходимо учитывать фильтрацию и миграцию записей, все это влияет на волновую картину, усложняя временной разрез, в результате интерференции волн различного генезиса.
Вертикальная ось временного разреза сейсмической обработки представлена временем отражения в секундах, но необходимо, чтобы данные сейсмической интерпретации имели нормальный глубинный масштаб. На временном разрезе отражающий горизонт имеет время пробега до отражающей границы и обратно, тогда при известной средней скорости до границы глубина в простейшем случае (при горизонтальной границе) вычисляется произведением скорости на половину времени пробега до границы и обратно: Vt/2. Остается рассчитать эту скорость.
Для этого применяют несколько методов достаточно подробно описанных в [4]. Одним из них является метод общей глубинной точки (ОГТ). Как известно при проведении работ по методу ОГТ на каждой точке наблюдения получают N сейсмотрасс. N сейсмотрасс сейсмограммы ОГТ заменяют одной новой сейсмотрассой, на которой однократные волны преобладают по интенсивности над многократными и всеми другими видами нерегулярных и регулярных волн-помех. Другими словами интенсивность слабых волн ослабляется по сравнению с однократными.
При отсутствии скважин на площади сейсмической съемки основным источником информации являются результаты скоростного анализа сейсмограмм ОГТ. При этом зависимость эффективной скорости от времени отражения V(t) рассчитываются либо по результатам переборов скоростей для суммирования, либо непосредственно по спектрам скоростей. Скоростной анализ сейсмограмм выполняют с определенным шагом по профилю или площади наблюдений. Затем полученную матрицу эффективных скоростей до анализируемого горизонта используют для перестроения карты изохрон в карту глубин. Однако эффективные скорости практически всегда выше средних, и рассчитанные таким образом глубины могут быть немного больше реальных. Получается, что реальный годограф отраженной волны для такой среды имеет меньшую кривизну и более «спрямлен» по сравнению с годографом, рассчитанным для однородной среды со средней скоростью. Главная причина в том, что в реальной среде луч большую часть пути «проходит» в слоях с более высокими скоростями за счет преломления. А в модели средней скорости отдельные отрезки луча в слоях пропорциональны мощности слоев. При этом при нормальном падении времена отражений для обеих моделей совпадают. В связи с изложенным выше следует вводить корректирующие коэффициенты для того, чтобы перевести эффективные скорости в средние для пересчета времен в глубины. Однако сделать это более или менее корректно при отсутствии скважин сложно.
Если на площади наблюдений имеется хотя бы одна скважина, где выполнено вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП) то по вертикальному годографу «время-глубина» можно «напрямую» привязать отражающий горизонт к глубине в точке скважины. При этом после расчета по сейсмограммам ОГТ эффективных скоростей в этой же точке появляется возможность ввести в них корректирующие множители. А поскольку эффективные скорости могут оцениваться только по сейсмическим данным, то после их корректировки по ВСП получают матрицы средних скоростей до соответствующих горизонтов. При достаточной густоте скважин с данными ВСП на площади сейсмической съемки эффективные скорости, полученные из скоростного анализа сейсмограмм ОГТ, иногда могут вообще не использоваться.
К такому же результату пришли авторы работы [5] где, было показано, что разрешенность результатов, полученных по ВСП выше, чем по ОГТ, а это в свою очередь позволяет получить более детальную структуру окрестности скважины (например, выявить русло реки). Но качество результатов ВСП существенно уменьшается с увеличением расстояния до скважины. Также было определено, что принципиальным неустранимым недостатком ВСП (и других скважинных методов) при изучении околоскважинного пространства является несимметричность систем наблюдения, что приводит к неустранимым погрешностям при компенсации амплитудных искажений, связанных с различием углов облучения границ, и невозможности достаточного ослабления кратных волн.
На основании полученных результатов в [5, С. 6] были сделаны выводы: метод ВСП может успешно расширять возможность сейсморазведки на поверхности, для эффективности сегодняшней сейсморазведки целесообразно использовать совмещенные наземно-скважинные системы наблюдений. Другими словами описанные методы не могут использоваться как самостоятельные и продуктивные.
В настоящее время 3D – сейсморазведка приобрела большую популярность, но как показывают исследования, этот метод ни так уж надежен. Так в [4] при рассмотрении 3D - сейсморазведки по сравнению с 2D - сейсморазведкой было показано:
1. Сейсморазведка 3D по сути отличается от сейсморазведки 2D лишь возможностью учета пространственного сейсмического сноса;
2. Глубинность 2D и 3D сейсморазведки одинакова;
3. Применяемая на практике горизонтальная детальность съемки 3D чрезмерна и не соответствует физически обоснованным параметрам;
4. Горизонтальная детальность сейсмической съемки 3D впоследствии не используется при геологическом и гидродинамическом моделировании месторождений;
5. Для того чтобы покрыть участок детальной сейсморазведкой 2D требуется на порядок меньше средств по сравнению с выполнением на нем сейсморазведки 3D;
6. Выявленные по сейсмическим данным структуры целесообразно опоисковывать скважинами и лишь затем проводить детальные сейсморазведочные работы.
Однако в [4] после приведенных фактов делает заключение о том, что в настоящее время детализационные работы можно проводить и в модификации 3D, но, только при определенных сейсмогеологических условиях, это является весьма желательным. Тем не менее, при наличии средств детальные работы на наиболее ответственных и недостаточно изученных бурением участках месторождений все же лучше выполнять в модификации 3D, т.к. общая информативность и надежность интерпретации при правильном подходе может быть на 20-30% выше. Они все равно ниже затрат на бурение одной скважины. Тем более что работы 3D становятся все более технологичными и дешевыми.
Таким образом, остается открытым вопрос: Является ли сейсморазведка 3D действительно продуктивным методом или все же использование этого метода обусловлено отсутствием альтернативы?
Так в [6] был исследован объект, расположенный на арктическом шельфе России и представляющий собой газоносную залежь в среднеюрских песчаных отложениях. Целевая толща состоит из нескольких пластов, продуктивность которых была подтверждена бурением семи разведочных скважин. Данные 3D сейсморазведки, были использованы для распространения выявленных свойств в объемную геологическую модель залежи. Обработка материалов сейсмических наблюдений была выполнена на высоком техническом уровне [6, С. 61], что позволило получить, помимо обычного амплитудного куба 3D, кубы акустического импеданса и AVO атрибутов. По итогам проделанных работ было установлено, что в рамках имеющихся подходов не существует универсальной методики прогноза свойств в межскважинном пространстве по сейсмическим данным; данная задача в общей постановке находится за пределами объективных возможностей сейсморазведки.
Тем не менее, достойной замены методу ОГТ в интерпретации 3D нет, что способствует широкому распространению этого метода и как следствие повышению технологичности.
Одним из самых популярных инструментов количественной интерпретации данных сейсморазведки является сейсмическая инверсия. Под инверсией понимают определенный класс численных задач, с помощью которых из сейсмической записи извлекают информацию об основных упругих параметрах среды и вместо сейсмических разрезов получают разрез акустического импеданса – произведения скорости на плотность. При более детальных построениях возможен расширенный перечень целевых параметров инверсии, в который к акустическому импедансу могут добавляться сдвиговый импеданс, плотность, скорости продольных и поперечных волн, параметры Ламэ. В дальнейшем найденные параметры используются через регрессионные зависимости для прогноза свойств среды и, прежде всего, подсчетных параметров: пористости, насыщенности, эффективной мощности. Но, несмотря на возросшую популярность однозначности в этом вопросе нет.
В [7 и 8] были рассмотрены основные виды инверсии и сделана попытка показать, что, результаты инверсии могут быть использованы при построении геологических моделей месторождений углеводородов в качестве ограничений для алгоритмов статистического моделирования. Во время выполнения работы был сделан вывод, что, двигаясь по пути постепенного усложнения инверсионных процедур от акустической инверсии полнократного куба к геостатистическим алгоритмам, приходится сталкиваться с возрастающими требованиями к качеству и полноте входных данных: каротажных, сейсмических, геологических. Более того, современная технология инверсии, помимо того, что является математическим алгоритмом решения обратной динамической задачи, выступает в роли инструмента контроля качества и выявления ошибок и рассогласованности в массиве исходной геолого-геофизической информации. Но авторами так же было отмечено, что существуют спорные моменты, касающиеся особенностей методологии, а так же есть неизбежная возможность погрешности, как при регистрации, так и при обработке сейсмических данных (кратные волны и другие когерентные помехи, статика, искажения амплитуд). При этом было определено, что при переходе к инверсии частично-кратных сумм посредством сопоставления наблюденной и смоделированной сейсмограмм появляется возможность контроля за сохранением истинного отношения амплитуд в зависимости от удаления.
В [4] так же при рассмотрении основных видов интерпретаций данных было сделано обоснованное заключение о том, что применение инверсионных алгоритмов влечет за собой высокую степень условности и субъективизма. Особенно это касается процесса подготовки исходных скважинных данных и использования целого ряда постулатов относительно упрощенной модели среды. Таким образом, практическое применение математического моделирования не всегда является состоятельным из-за ряда ограничений. Эти ограничения связаны с наличием комплекса факторов, существенно усложняющих горно-геологические условия, например, нелинейные реакции массива на природные и техногенные воздействия, необходимость учета разрывов сплошности массива, развитие во времени, резких динамических процессов при подвижках блочных структур и как следствие - постоянно изменяющиеся граничные условия.
Кроме того, математические методы исследований часто не позволяют распознать глубинный механизм геомеханических процессов, связанный с накапливанием и выделением упругой энергии массива, ее преобразованием в другие виды энергий: тепловую, энергию сейсмических колебаний, в кинетическую энергию разрушенных блоков, с работой пластического деформирования и разрушения горных пород. Недостаточно исследованным является влияние жидкой фазы, а также газообразной фазы в виде сорбированного и свободного газа.
Т.к. задача не решается в общей постановке, то ее необходимо разбить на ряд частных задач посредством отсечения лишних условий и введения различных упрощающих допущений. А, чтобы с уверенностью можно было утверждать о возможности устранения возникающих погрешностей должен быть выполнен ряд работ в различных условиях, произведено описание и обобщение как положительных, так и отрицательных результатов этих работ.
В отличие от математического моделирования физическое моделирование позволяет напрямую оценить различные закономерности, но из-за технологически сложной задачи еще не созданы универсальные модели. Проведение полевых экспериментов позволяет получать наиболее достоверную информацию, но это требует больших материальных затрат.
По этим причинам, например, трещиноватость на прямую не определена [4], т.к. все рассуждения о ней базируются на косвенных признаках, ничего напрямую не доказывающих, т.к. эти эффекты в каждом конкретном случае могут быть объяснены множеством других причин. При новых исследованиях приходиться действовать методом проб и ошибок, другими словами данная проблема не решена. Однако работы в данном направлении ведутся, например [9], где были рассмотрены первые результаты опробования системы ультразвукового моделирования при тестировании многоволновых сейсмических наблюдений на примере изучения слабоконтрастных фрагментарных порово-трещинных объектов (физических моделей). Рассматриваемые физические модели, имитируют объемные порово-трещинные геологические среды с гидравлически связанным пустотным пространством. В ходе этой работы была создана составная разборная физическая модель, которая позволяет тестировать и оптимизировать технологии получения и обработки данных сейсморазведки. В работе [10] выполнено физическое моделирование одиночного разрывного нарушения, что позволило сформировать набор дополнительных признаков для картирования разрывного нарушения и участков развития трещин при проведении сейсморазведочных исследований.
В данной статье рассмотрены далеко не все недостатки сейсморазведки, возникающие при интерпретации данных, к тому же искажение результатов происходит и на последующих этапах. Но даже на основании рассмотренных моментов можно утверждать, что сейсморазведку в общем случае нельзя использовать как объективный и высоко результативный метод.
Достоверность интерпретации напрямую зависит от правильного моделирования процессов и накладываемых условий. Решить эту задачу можно с помощью физического моделирования. Однако в этой области ведется недостаточное количество работ, например, из-за отсутствия экспериментальных данных, только в 2010 было уточнено определение максимальной удельной энергоемкости для большинства горных пород [11, С. 19].
В заключение, хотелось бы определить, что развитие методов интерпретации данных сейсморазведки должно включать совершенствование известных и разработку новых способов, а для устойчивых показателей в сейсморазведке необходимо с одной стороны более детальное рассмотрение каждого этапа работы с данными от сейсмической обработки до геолого-экономического моделирования, с другой – создать общую структуру, которая определит техническую взаимосвязь этих этапов.
Литература:
Gurevich B. Zyryanov V. Seismic attenuation in finely – layered porous rocks: Cumulative effect of fluid flow and scattering. SEG’95: Expand. Tulsa (Okla) – 1995 - pp 874 - 876
Wang M. Yang L. Qian Qihu Tongji Univ. Natur. Sci 27 – 1999 - № 1 - pp. 34 - 37
Карпенко И.В., Карпенко С.Г., Мельман А.Г. О возможности изучения неупругих свойств и особенности неоднородной среды по спектрам рассеянных волн. / Геофизический журнал – 1984 - №1 – С. 61-70.
Ампилов Ю.П. О сейсмической интерпретации к моделированию и оценке месторождений нефти и газа. / Спектр – 2008 – С. 49 – 51, .
Табаков А.А. Баранов К.В. Преимущества и недостатки наземных и скважинных сейсмических наблюдений на примере результатов обработки данных 3D ВСП и 3D + ВСП./ ОАО «ЦГЭ», ООО «ГЕОВЕРС» – 2007 – С. 6.
Ампилов Ю.П. Барков А.Ю. Шаров С.А. Яковлев И.В. Богданова О.Е. Сопоставление альтернативных методов прогноза фильтрационно – емкостных свойств в межскважинном пространстве по данным сейсморазведки. / Технологии сейсморазведки – 2009 - №1 – С. 60 – 69.
Ампилов Ю.П. Барков А.Ю. Яковлев И.В. Филиппова К.Е. Приезжев И.И. Почти все о сейсмической инверсии. Часть 1. / Технологии сейсморазведки – 2009 - №4 – С. 3-16.
Ампилов Ю.П. Яковлев И.В. Филиппова К.Е. Почти все о сейсмической инверсии. Часть 2. / Технологии сейсморазведки – 2011 - №1.
Караев Н.А. Лукашин Ю.П. Караев Г.Н. Прокатор О.М. Физическое моделирование порово – трещинных объектов с возможностью тестирования сейсмических технологий. / ФГУПП «Геологоразведка» - 2010 – С. 96 – 104.
Бабкин А.И. Ахматов А.Е. Применение физического моделирования для интерпретации шахтных сейсмоакустических данных в зонах трещиноватости. / Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2005 - № 8 – С. 101-106.
Зуев Б.Ю. Пальцев А.И. Научно – методические основы физического моделирования нелинейных геомеханических процессов при подземной разработке полезных ископаемых. / Горный информационно – аналитический бюллетень. – 2010 - № 5 – С. 18 – 28.
