Автоматизированная интерпретация данных геофизических исследований
..pdfскважины (пласты горных пород) характеризуются своими усред ненными физическими свойствами (рис. 2). Эти свойства характерны и для всей системы (разреза скважины), но ее эмерджентным свойст вом системного уровня является, например, упорядоченная последо вательность (усредненных по пластам горных пород) геофизических показаний (на интегральных кривых ГЙС - ступенчатая последова тельность показаний на отрезках неравной длины). Корни таких свойств скрыты в свойствах составляющих систему элементов.
Эффективное использование диаграмм ГИС по группе скважин для построения модели геологического объекта (например, нефтяной залежи) зависит не только от конфигурации каротажных диаграмм, но и от воспринимающего ее устройства (человеческого мозга или «интеллектуального» технического устройства в виде компьютера и его программного обеспечения). Если рассматривать геологические объекты как пространственные, то составляющие их элементы мож но группировать в пространственно связные, компактные подсисте мы различных порядков и можно выйти на так называемое псевдостатистическое моделирование [60], идеи которого были использова ны применительно к литолого-стратиграфической интерпретации данных ГИС (подробнее об этом см. в третьей части).
Для более полного и научно обоснованного выделения систем различных уровней в геологии целесообразно разработать иерархи ческие модели этих систем. Моделирование в самом общем в и д е - это метод исследования какого-либо процесса или объекта путем воспроизведения его самого или существенных его свойств в виде материальной или мысленной модели [15, 48, 59], что показано, на пример, при построении горно-геометрических моделей некоторых месторождений Пермского Прикамья.
Модель - это такая система, представляемая мысленно или реализованная материально, которая отражает или воспроизводит в какой-то степени объект исследования, но в то же время способна замещать его так, что изучение этой системы дает новую инфор мацию об изучаемом объекте. Поэтому очевидно, что всякая модель
есть упрощение (огрубление), а это значит, что моделируемое строе ние объекта как бы освобождено от затеняющих ее деталей (локаль ных несущественных неоднородностей).
В досистемный период интуитивное понимание выводимости эмерджентных свойств системы из свойств ее элементов послужило основой так называемого редукционизма (или физикализма) [59], суть которого заключается в постулировании широких возможно стей вывода знаний о системах из знаний о системообразующих элементах.
Иногда говорят о системно-структурном подходе, системно структурной методологии, имея в виду такую ситуацию, когда ре шающее значение для достижения высокой эффективности исследо ваний приобретает взвешенный выбор схемы расчленения (декомпо зиции, структуризации), выявления явно выраженных оснований структуризации изучаемого объекта. Поэтому в нефтегазовой отрасли изучение связей и взаимодействия геологических систем на разных уровнях их организации позволяет подойти к пониманию значения геологических структур. Для установления закономерностей связи между частями геологических структур по данным ГИС необходим специальный логико-математический аппарат системно-структурного моделирования и в частности статистическая обработка промыслово геофизической информации с использованием кластерно-дискрими нантного, дисперсионно-регрессионного и факторного анализов, сопоставления эмпирических распределений и т.п.
Структура системы - это устойчивая картина взаимных отно шений элементов целостного объекта, который всегда может быть представлен в качестве системы. Если известна система, то структура предстает как некоторый аспект системы, а именно как единство ее
инвариантных свойств. Инвариантность, как важнейшая характери стика структуры системы, приводит к понятию связи, так как струк тура в итоге и есть не что иное, как совокупность устойчивых связей объекта изучения. Структура есть специфическая, но весьма абст рактная характеристика системы. Эта абстрактность заключается
в том, что компоненты и их связи, отвлеченные от их размерностей, становятся различными абстрактными элементами. Поэтому струк тура системы - это вид композиции упорядоченности элементов, устойчивой относительно определенного диапазона тех или иных изменений системы. Структура не мыслима вне системы, равно как и система по своей архитектонике всегда структурна [40].
Структурные отношения важны не сами по себе, но только в той связи, в какой они характеризуют устойчивость системы. Структурные исследования систем строятся на основе синтеза макро- и микропод ходов к познанию этих систем, когда исследования свойств состав ляющих их элементов необходимым образом дополняют и видоизме няют друг друга.
Учение о структурах наиболее важно и наиболее перспективно для геологических систем (геологических объектов). Если система - это нечто реальное, то структура - это тот разрез, в котором мы ее рассматриваем, т.е. структура - это мгновенный снимок внутренних взаимоотношений в системе.
На практике при геологической интерпретации данных ГИС предлагается любой изучаемый геологический объект (залежь, разрез скважины и т.п.) представлять в виде системы, состоящей из подсистем и элементов, относящихся к определенным иерархи ческим уровням и связанных определенными отношениями между собой.
Основные положения применения системно-структурного подхода при изучении геологических объектов, изложенные в на стоящей главе, позволили разработать программу автоматизиро ванной литолого-стратиграфической интерпретации данных ГИС, базирующуюся на псевдостатистическом моделировании, и прово дить горно-геометрическое моделирование нефтегазовых залежей на персональном компьютере как в интерактивном, так и автомати ческом режимах [31, 34].
ГЛАВА 2. И н т е р п р е т а ц и я д а н н ы х ГИС
В СВЕТЕ СИСТЕМНО-СТРУКТУРНОГО ПОДХОДА
Осадочный бассейн в нефтегазоносномотношении представ
ляет собой целостную систему и находится на более высоком инте гративном уровне организации, чем слагающие его нефтегазо-гео логические компоненты разреза (залежь, продуктивная толща, слой). Разрез любого осадочного бассейна описывается в виде чередую щихся слоев, представленных теми или иными литологическими разновидностями горных пород. По литологическому составу одни
породы являются нефтесодержащими породами-коллекторами,
а другие, препятствующие перемещению углеводородов, - плотными непроницаемыми породами (покрышками). Поэтому при выделении геологических объектов разреза различного ранга (слоев, прослоев, слойков, пластов, пропластков и т.п.) необходимо исходить из ос новных признаков, отражающих сущность выбираемой в качестве основной (базисной) единицы объекта.
Важнейшую роль при изучении геологических объектов игра ют ГИС - комплекс геофизических работ, выполняемых в скважине с целью детального изучения ее геологического разреза, выделения частей этого разреза, содержащих те или иные полезные ископаемые, оценки промышленного значения углеводородного сырья, определе ния положения скважин в пространстве и их технических характери стик. Сущность методов ГИС и методики интерпретации результатов скважинных наблюдений изложены во многих учебниках и справоч ной литературе [17, 21, 45, 46]. В зависимости от физических свойств, изучаемых при каротаже скважин, различают такие методы карота жа, как электрический, радиоактивный, ядерно-магнитный, акустиче ский и др. Полученные при каротаже величины геофизических пара метров служат основой для выделения ряда разновидностей горных пород в разрезе скважины, а также для проведения границ между слоями, сложенными породами разного состава или отличающимися одна от другой по своим физическим свойствам. Данных ГИС вполне достаточно для рациональной декомпозиции разреза каждой ийтер-
претируемой скважины и для построения в дальнейшем с помощью межскважинной корреляции общей схемы иерархического расчлене ния разбуренного объема земной коры на части, сменяющие одна другую по вертикали.
Выделенные по данным ГИС разновидности горных пород увя зываются с петрографическими характеристиками образцов пород, полученных при бурении скважин с определенных глубин в виде кер на, шлама или проб, отобранных грунтоносами. Однако керн отбира ется далеко не во всех скважинах. Поэтому относительно полные представления о петрографическом составе горных пород и условиях их залегания практически всегда опираются на данные ГИС, а переход от ГИС к геологическому описанию разрезов скважин базируется на изучении связей промыслово-геофизических параметров с физико геологическими свойствами горных пород [60].
Параметры, измеряемые в процессе исследования скважин гео физическими методами, лишь в редких случаях дают возможность непосредственно определять истинные значения физических свойств горных пород, так как на показания геофизических приборов сильное влияние оказывают породы, вскрытые скважиной в соседних интерва лах, промывочная жидкость и проникновение фильтрата промывочной жидкости в пласт, размеры зондов и т.п. Исправление геофизических параметров осуществляется введением поправок на влияние аппара туры, бурового раствора и длины зонда, снятием влияния фона и других мешающих факторов и приведением геофизических парамет ров к какому-либо стандарту (например, к двойному разностному параметру). Характеристики, полученные при каротаже скважин, нельзя отождествлять с истинными параметрами горных пород. Это своеобразные «геофизические» параметры. По своему существу все геофизические методы дают лишь косвенные сведения о составе и свойствах пород, вскрытых скважиной.
Чтобы от этих косвенных сведений перейти к идентификации литологического состава, стратиграфической принадлежности пород, к оценке их истинных геолого-физических свойств, необходимо вы полнить геологическую интерпретацию материалов ГИС. Для интер
каждый из методов Г'ИС обладает разной эффективностью при «уз навании» той или иной литологической разновидности пород. Так, в терригенно-карбонатном разрезе скважин нижнего карбона место рождений юга Пермского края высокопористые песчаники (коллек торы) уверенно фиксируются отрицательными аномалиями на диа граммах потенциалов собственной поляризации ПС и естественной радиоактивности ГК, положительными приращениями на микрозон дах М3, сужением диаметра скважины за счет образования глини стой корки на стенках скважины на кавернограмме ДС. Глинистые породы уверенно отбиваются по высоким значениям ПС и ГК, харак теризуются низкими показаниями при нулевом приращении на М3, увеличенным диаметром скважины за счет вымывания глин и обра зования каверн в процессе бурения, минимальными показаниями нейтронного каротажа НГК. Алевролитам, алевропесчаникам и пес чано-глинистым разностям пород отвечают нечетко выраженные экс тремальные показания на кривых ПС, М3, ГК, НГК, ДС (см. рис. 1). Все это позволяет при достаточной изученности разреза по керновым данным, опираясь на известные петрофизические зависимости, с по мощью кривых ГИС с относительно высокой надежностью выделять и классифицировать основные и промежуточные литологические разности пород, используя в конкретной ситуации наиболее эффек тивные геофизические методы. В карбонатной части разреза сущест вующий комплекс ГИС обычно обеспечивает надежное выделение глинистых и плотных разностей карбонатных пород и некоторых ти пов карбонатных коллекторов. Кривая ПС для расчленения карбо натных пород малопригодна. Плотные известняки и доломиты узна ются по повышенным показаниям НГК и низким показаниям ГК и плотностного каротажа ГГК. Против пористых карбонатных пород наблюдается обратная картина - минимальные показания НГК и по вышенные ГК и ГГК. Карбонатные коллекторы фиксируются также по уменьшению диаметра скважины ДС и положительным прираще ниям на микрозондах М3. Весьма информативен при литологическом расчленении карбонатного разреза акустический каротаж АК.
Вполне однозначное решение задачи литологического расчле нения разрезов скважин по данным Г'ИС далеко не всегда достижи мо. Это связано с очень большим разнообразием типов горных по род, широким распространением переходных разновидностей пород, непостоянством природных факторов и технологических условий проводки скважин, вносящих искажения в показания ГИС. Неодно значность рекомендаций по использованию того или иного комплек са ГИС, предлагаемых в учебниках и научных публикациях, лишний раз подтверждают необходимость творческого системного подхода к интерпретации данных ГИС, высокую значимость учета конкрет ных геологических и технических условий, максимально полного использования всей геолого-промысловой информации и обоснован ного комплексирования методов ГИС.
При выделении пластов и прослоев лучше всего следовать пра вилам, разработанным в электрическом каротаже [17, 30], где для установления границ пластов и определения харакгера насыщения пластов-коллекторов используются методы электрического каротажа в различных модификациях (боковое каротажное зондирование БКЗ, боковой БК, микробоковой МБК и индукционный ИК каротажи).
При определении по данным ГИС границ крупных стратигра фических подразделений (подсистем в разрезе скважины как системы) возникает необходимость в выделении опорных пластов. К опорным пластам (элементам подсистемы) предъявляются следующие основ ные требования: хорошая выдержанность по площади; четкая геофи зическая характеристика, резко отличная от характеристики их ок ружения и легко выявляемая при анализе стандартных диаграмм ГИС; приуроченность к стратиграфическим границам или палеонто логически охарактеризованным комплексам. Опорные пласты, при легающие к важнейшим стратиграфическим границам и обладающие характерными особенностями (физическими свойствами) при записи кривых ГИС, являются своеобразными стратиграфическими репера ми, с помощью которых в ряде случаев можно прослеживать грани цы на больших территориях [22]. Выделение четких реперов позво ляет успешно проводить корреляцию межреперных пространств.
При всем многообразии традиционных «ручных» методов гео логической интерпретации материалов ГИС все они реализуются по одной схеме: вначале разрез скважины расчленяется на внутренние относительно однородные участки-слои; затем определяются лито логический состав, стратиграфическая принадлежность выделенных слоев и характер насыщения тех из них, которые сложены породамиколлекторами. Дифференциация горных пород с помощью ГИС осу ществляется по физическим свойствам пород в зависимости от грану лометрического состава, характера цементации, структурных и тек стурных особенностей. Однозначность интерпретации существенно повышается, если для изучения геологического строения разрезов скважин используется обязательный комплекс методов ГИС - стан
дартного электрического |
и радиоактивного каротажа, |
записанного |
в вертикальном масштабе |
1:500. При решении задач |
расчленения |
разрезов скважин и межскважинной корреляции для выявления глав ных закономерностей разреза и сглаживания локальных неоднород ностей, зафиксированных на каротажных кривых, целесообразно со ставлять интегральные диаграммы ГИС [31]. Для построения по следних весь разрез исследуемой скважины разбивается на неравные интервалы, каждый из которых представляет участок кривой ГИС с близкими друг к другу показаниями того или иного геофизического параметра (см. рис. 2). Таким образом, мы имеем дело с обобщенными образами слоев горных пород, и их сравнение при корреляции разре зов скважин осуществляется по осредненным (огрубленным) пара метрам слоев. Важное значение имеет четкое определение границ стратиграфических подразделений, причем детальность расчленения базируется на объединении задач, решающих одновременно вопросы литологического состава и стратиграфической принадлежности. Обычно для выделения крупных стратиграфических подразделений используются диаграммы радиоакгивного и акустического каротажа. После «качественной» интерпретации для слоев, предположительно представленных коллекторами нефти и газа или могущих служить путями движения реагентов, вытесняющих нефть и газ, оцениваются значения различных геолого-физических параметровпористости, глинистости, нефтенасыщенности, иногда проницаемости и т.п.