Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень

Обґрунтовано доцільність застосування фізичного і математичного моделювання для знаходження ефективних фізичних характеристик гірських порід. Проведено дослідження процесів поширення сейсмічних хвиль в вертикально-неоднорідному середовищі, а також у тріщинувато-пористих гірських масивах з врахування...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2006
Hauptverfasser:	Малицький, Д.В., Федоришин, О.С., Хекало, П.І.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2006
Schlagworte:	Інноваційні проекти Національної академії наук України
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113876
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень / Д.В. Малицький, О.С. Федоришин, П.І. Хекало // Наука та інновації. — 2006. — Т. 2, № 5. — С. 4-17. — Бібліогр.: 20 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-113876
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1138762017-02-19T22:01:52Z Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень Малицький, Д.В. Федоришин, О.С. Хекало, П.І. Інноваційні проекти Національної академії наук України Обґрунтовано доцільність застосування фізичного і математичного моделювання для знаходження ефективних фізичних характеристик гірських порід. Проведено дослідження процесів поширення сейсмічних хвиль в вертикально-неоднорідному середовищі, а також у тріщинувато-пористих гірських масивах з врахуванням загасання хвиль. Встановлено кореляційні зв'язки та емпіричні залежності між колекторськими властивостями (пористість, тріщинуватість, проникливість) і параметрами пружних хвиль для зовнішньої зони Передкарпатського прогину. На основі аналізу отриманих результатів розроблено методику прогнозування фізичних і колекторських властивостей порід-колекторів та оцінки їх нафтогазоносності. Критерії прогнозування нафтогазоносності підтверджені апробацією методики на реальних матеріалах промислової геофізики. Обоснована целесообразность применения физического и математического моделирования для нахождения эффективных физических характеристик горных пород. Проведено исследование процессов распространения сейсмических волн в вертикально-неоднородной среде, а также в трещино-пористых горных массивах с учетом затухания волн. Установлены кореляционные связи и эмпирические зависимости между коллекторскими свойствами (пористость, трещинность, проницательность) и параметрами упругих волн для внешней зоны Предкарпатского прогиба. На основании анализа полученных результатов разработана методика прогнозирования физических и коллекторских свойств пород-коллекторов и оценки их нефтегазоносности. Критерии прогнозирования нефтегазоносности подтверждены апробацией методики на реальных материалах промышленной геофизики. An expediency of physical and mathematical modeling for finding of effective physical descriptions of rocks was proved on analysis base of publication and manuscript data grounded application. Processes of seismic waves propagation in vertically-heterogeneous medium and in crackity-porous rocks massifs with wave attenuation and dissipation have been studied. Correlative relations and empiric dependencies between collectors features (porosity, crackness, perspicacity) and parameters of elastic waves for the Outer zone of Carpathian foredeep have been determined. A method for prediction of oil and gas saturated rocs and gas saturation has been developed on the base of obtained results. Obtained criterious for prediction of oil and gas saturatity using endorsed by methods approbation on real materials of industrial geophysicist was proved. 2006 Article Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень / Д.В. Малицький, О.С. Федоришин, П.І. Хекало // Наука та інновації. — 2006. — Т. 2, № 5. — С. 4-17. — Бібліогр.: 20 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin2.05.004 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113876 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Інноваційні проекти Національної академії наук України Інноваційні проекти Національної академії наук України
spellingShingle	Інноваційні проекти Національної академії наук України Інноваційні проекти Національної академії наук України Малицький, Д.В. Федоришин, О.С. Хекало, П.І. Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень
description	Обґрунтовано доцільність застосування фізичного і математичного моделювання для знаходження ефективних фізичних характеристик гірських порід. Проведено дослідження процесів поширення сейсмічних хвиль в вертикально-неоднорідному середовищі, а також у тріщинувато-пористих гірських масивах з врахуванням загасання хвиль. Встановлено кореляційні зв'язки та емпіричні залежності між колекторськими властивостями (пористість, тріщинуватість, проникливість) і параметрами пружних хвиль для зовнішньої зони Передкарпатського прогину. На основі аналізу отриманих результатів розроблено методику прогнозування фізичних і колекторських властивостей порід-колекторів та оцінки їх нафтогазоносності. Критерії прогнозування нафтогазоносності підтверджені апробацією методики на реальних матеріалах промислової геофізики.
format	Article
author	Малицький, Д.В. Федоришин, О.С. Хекало, П.І.
author_facet	Малицький, Д.В. Федоришин, О.С. Хекало, П.І.
author_sort	Малицький, Д.В.
title	Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень
title_short	Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень
title_full	Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень
title_fullStr	Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень
title_full_unstemmed	Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень
title_sort	прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Інноваційні проекти Національної академії наук України
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113876
citation_txt	Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень / Д.В. Малицький, О.С. Федоришин, П.І. Хекало // Наука та інновації. — 2006. — Т. 2, № 5. — С. 4-17. — Бібліогр.: 20 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT malicʹkijdv prognozuvannânaftogazonosnostígírsʹkihporídzvikoristannâmšvidkostejpružnihhvilʹkoefícíêntívpoglinannâtarekurentnihspívvídnošenʹ AT fedorišinos prognozuvannânaftogazonosnostígírsʹkihporídzvikoristannâmšvidkostejpružnihhvilʹkoefícíêntívpoglinannâtarekurentnihspívvídnošenʹ AT hekalopí prognozuvannânaftogazonosnostígírsʹkihporídzvikoristannâmšvidkostejpružnihhvilʹkoefícíêntívpoglinannâtarekurentnihspívvídnošenʹ
first_indexed	2025-07-08T06:35:53Z
last_indexed	2025-07-08T06:35:53Z
_version_	1837059596933398528
fulltext	Інноваційні проекти Національної академії наук України 4 © Д. В. Малицький, О. С. Федоришин, П. І. Хекало. 2006 Д. В. Малицький, О. С. Федоришин, П. І. Хекало Карпатське відділення Інституту геофізики ім. С. І. Субботіна, Львів ПРОГНОЗУВАННЯ НАФТОГАЗОНОСНОСТІ ГІРСЬКИХ ПОРІД З ВИКОРИСТАННЯМ ШВИДКОСТЕЙ ПРУЖНИХ ХВИЛЬ, КОЕФІЦІЄНТІВ ПОГЛИНАННЯ ТА РЕКУРЕНТНИХ СПІВВІДНОШЕНЬ Анотація: Обґрунтовано доцільність застосування фізичного і математичного моделювання для зна� ходження ефективних фізичних характеристик гірських порід. Проведено дослідження процесів по� ширення сейсмічних хвиль в вертикально�неоднорідному середовищі, а також у тріщинувато�порис� тих гірських масивах з врахуванням загасання хвиль. Встановлено кореляційні зв'язки та емпіричні за� лежності між колекторськими властивостями (пористість, тріщинуватість, проникливість) і парамет� рами пружних хвиль для зовнішньої зони Передкарпатського прогину. На основі аналізу отриманих результатів розроблено методику прогнозування фізичних і колекторських властивостей порід�ко� лекторів та оцінки їх нафтогазоносності. Критерії прогнозування нафтогазоносності підтверджені ап� робацією методики на реальних матеріалах промислової геофізики. Ключові слова: пористість, колектор, математичне моделювання, гірська порода, рекурентні співвід� ношення, тріщинувато�пористе середовище, характеристична матриця. Д. В. Малицкий, О. С. Федоришин, П. И. Хекало. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НЕФТЕГАЗОНОС< НОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СКОРОСТЕЙ УПРУГИХ ВОЛН, КОЕФИ< ЦИЕНТОВ ПОГЛОЩЕНИЯ И РЕКУРРЕНТНЫХ СООТНОШЕНИЙ. Аннотация: Обоснована целесообразность применения физического и математического моделирова� ния для нахождения эффективных физических характеристик горных пород. Проведено исследова� ние процессов распространения сейсмических волн в вертикально�неоднородной среде, а также в тре� щино�пористых горных массивах с учетом затухания волн. Установлены кореляционные связи и эмпи� рические зависимости между коллекторскими свойствами (пористость, трещинность, проницатель� ность) и параметрами упругих волн для внешней зоны Предкарпатского прогиба. На основании ана� лиза полученных результатов разработана методика прогнозирования физических и коллекторских свойств пород�коллекторов и оценки их нефтегазоносности. Критерии прогнозирования нефтегазо� носности подтверждены апробацией методики на реальных материалах промышленной геофизики. Ключевые слова: пористость, коллектор, математическое моделирование, горная порода, рекуррент� ные соотношения, трещино�пористая среда, характеристическая матрица. D. V. Malytskyy, O. S. Fedoryshyn, P. I. Kchekalo. PROGNOSTICATION OIL AND GAS SATURA< TING OF MOUNTAINS BREEDS WITH USE OF SPEEDS OF FLEXIBLE WAVES, ABSORPTION COEFFICIENTS AND RECCURENT CORRELATIONS. Abstract: An expediency of physical and mathematical modeling for finding of effective physical descrip� tions of rocks was proved on analysis base of publication and manuscript data grounded application. Processes of seismic waves propagation in vertically�heterogeneous medium and in crackity�porous rocks Наука та інновації.2006.Т 2.№ 5.С. 4–17. 5НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України 1. ВСТУП Сучасний стан економіки України настійно вимагає розвідки нових родовищ нафти і газу. Для вирішення цих завдань в сучасній геофі� зиці і геодезії використовуються різні методи. Достовірність прогнозу нафтогазоносності гірських порід суттєво збільшується при ком� плексному використанні методів розвідки і врахуванні конкретних геолого�геофізичних умов. Експериментальні дослідження нафто� газоносних структур підтверджують доціль� ність такого підходу. Отже, виникає потреба у розробці нових та вдосконаленні традицій� них методів знаходження ефективних харак� теристик гірських порід, а також у встановлен� ні фізичних залежностей між колекторськими властивостями і параметрами пружних хвиль. Відомо, що застосування традиційних струк� турних методів геофізичних досліджень і гли� бокого буріння не забезпечує необхідної ре� зультативності геолого�розвідувальних робіт. Тому прогноз колекторських параметрів за даними геофізичних досліджень з викорис� танням сучасних технологій і програмних за� безпечень відкриває принципову можливість визначення нафто�газових продуктивних ша� рів. Дані численних експериментальних до� сліджень вітчизняних і зарубіжних вчених вказують на тісний зв'язок між параметрами пружних хвиль і колекторськими властивостя� ми. Крім того, надзвичайно важливим в цьому напрямку є дослідження поширення сейсміч� них хвиль в геологічних середовищах з вра� хуванням мікроструктури. Є прямі експери� ментальні дані, що підтверджують вплив мі� кротріщин на зміну модулів пружності, причо� му затухання пружних хвиль достатньо чут� ливе до зміни структури твердої фази. Отже, вплив анізотропії на хвильову картину може бути значним, тому її слід враховувати при дослідженні поширення сейсмічних хвиль в гірських породах. На основі вищевикладеного можна ствер� джувати, що на всіх етапах прогнозу та роз� відки покладів нафти і газу важливим є виз� начення пористості, проникливості та флюї� довмісту досліджуваного розрізу. Метою дано� го дослідження є розробка методики точного прогнозу нафтогазоносності в тому чи іншому регіоні. Для досягнення цієї мети слід прове� сти повну інтерпретацію сейсмічних даних, що означає побудову математичної і фізичної моделей досліджуваного середовища і розв'я� зування прямих і обернених задач сейсміки, а також прогнозування колекторських власти� востей гірських порід та оцінок їх нафтогазо� носності. Проведені основні дослідження – розробка та вдосконалення статистичних методів зна� ходження фізичних параметрів гірських по� рід, дослідження процесів поширення пруж� них хвиль в мікронеоднорідних середовищах, встановлення кореляційних зв'язків та емпі� ричних залежностей між колекторськими властивостями порід�колекторів та парамет� рами пружних хвиль з використанням реку� рентних співвідношень – мали кінцевою ме� тою розробку методики високої точності про� гнозу нафтогазоносності гірських порід у тому чи іншому регіоні. massifs with wave attenuation and dissipation have been studied. Correlative relations and empiric dependen� cies between collectors features (porosity, crackness, perspicacity) and parameters of elastic waves for the Outer zone of Carpathian foredeep have been determined. A method for prediction of oil and gas saturated rocs and gas saturation has been developed on the base of obtained results. Obtained criterious for predic� tion of oil and gas saturatity using endorsed by methods approbation on real materials of industrial geo� physicist was proved. Keywords: porosity, collector, mathematical modeling, rock, reccurent relationship, cracked�porous medium, characteristic matrix. 6 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 2. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ІНТЕРПРЕТАЦІЇ АКУСТИЧНИХ ДАНИХ Дослідження фізико�механічних характерис� тик геологічних середовищ (гірських порід) проводилося в багатьох роботах. В результаті проведених лабораторних досліджень встано� влено, що зі збільшенням пористості гірських порід до 20 % швидкість поширення поздовж� ньої звукової хвилі в них зменшується на 30 %. Швидкість поперечної хвилі майже в 3 рази чутливіша до зміни пористості, ніж швидкість поздовжньої хвилі. Водночас зі зміною швид� кості збільшується і в'язкість порід на 20 %, а хвильовий опір зменшується у 2 рази. Під дією на зразок зовнішнього тиску до 80 МПа пористість, а разом з тим і хвильовий опір зменшуються на 14 %, причому швидкість поз� довжньої хвилі в зразках з пористістю менше 10 % складає приблизно 10 %, а в більш пори� стих – до 40 %. Дещо менше змінюється швид� кість поперечної хвилі. Коефіцієнт Пуассона, поміряний вздовж площини орієнтації тріщин або шаруватості менший, а по нормалі до пло� щини орієнтації – більший, ніж його значен� ня для суцільного однорідного середовища. Зі збільшенням тиску до 80 МПа коефіцієнт Пуассона, поміряний вздовж площини анізо� тропії, збільшується майже в 5 разів, а по нор� малі до неї – практично не змінюється. Під дією зовнішнього тиску найбільші зміни всіх фізичних характеристик відбуваються в діапа� зоні 0,1–40 МПа. При тисках, більших 40 МПа, досліджувані величини змінюються значно менше. Сухі і частково насичені гірські породи мають меншу швидкість поширення і значно більший коефіцієнт затухання, ніж ті ж самі зразки, але повністю насичені рідиною. Аналіз експериментальних даних на зразках гірських порід, отриманих в резуль� таті буріння свердловин (кернів), показав ве� лику відмінність у швидкостях поширення поздовжніх пружних хвиль значень, отрима� них у результаті акустичного каротажу. Це залежить перш за все від зміни структури зразка в результаті виймання його з природно� го середовища. Великі градієнти зміни фізич� них характеристик гірських порід при низь� ких і середніх тисках пояснюють зазвичай за� криттям мікротріщин. Правильність цього припущення підтверджується результатами досліджень електропровідності і проникливо� сті в насичених пористих гірських породах. Є також прямі експериментальні дані, які під� тверджують, що мікротріщини впливають на зміну модулів пружності при підвищенні ти� ску значно сильніше, ніж пористість. Появою мікротріщин в середовищі можна пояснити також різке зменшення амплітуди ультразву� ку при напруженнях близько 3/4 руйнівного. Причому відомо, що затухання пружних хвиль більш чутливе до зміни структури твердої фа� зи, ніж до швидкості їх поширення. Геометрич� на структура пор в гірських породах впливає також на зміну їх властивостей в процесі на� сичення. Максимальне збільшення швидкості пружних хвиль спостерігається в тріщинува� тих гранітах, а найменше – в гранітах з порами, близькими до сферичних. Експериментальними дослідженнями по� казано, що головним фактором, який визна� чає анізотропію швидкості пружних хвиль, є орієнтація видовжених пустот різної форми – дископодібних чи голкоподібних. Тому на� віть якщо сам матеріал скелета породи ізот� ропний, в цілому порода цілком може бути анізотропною. Це явище широко відоме в ме� ханіці композитних матеріалів. Для пояснення поведінки швидкостей пружних хвиль відомі різні теоретичні моделі. Першими були роботи Фойгта [1] і Ройсса [2]. В них усереднення проводились пропорційно до об'ємної частки кожної фази породи. Такий підхід прийнятний тільки для порід з невели� кою різницею між властивостями фаз і зовсім не годиться для пористих середовищ, оскільки швидкості поширення хвиль в пустотах до� 7НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України рівнюють нулю. Більш точною моделлю усе� реднення є формули Хашина–Штрікмана, які базуються на енергетичному підході [3]. В цьому випадку модулі пружності визначаються на основі принципу мінімуму потенціальної енер� гії (енергія деформації в твердому тілі потен� ціальна). Результати, отримані по верхній гра� ниці формул Хашина–Штрікмана, дають не� погані результати для пористих середовищ, в яких геометрична форма пор близька до сферичної. Нижня границя в формулах Ха� шина–Штрікмана дорівнює нулю, тому ці фор� мули, хоч і дають добрі результати для деяких типів порід, для повноцінного дослідження їх властивостей непридатні. Найбільш прийнят� ними є дослідження, що базуються на строго� му математичному підході до постановки за� дач механіки деформованого твердого тіла з використанням сучасних методів теорії ви� падкових функцій. Якщо за основу взяти двохфазну модель гірської породи, то її механічні параметри (ефективні модулі пружності, швидкості по� ширення хвиль, коефіцієнти затухання) є функціями від чотирьох змінних: , (2.1) де М – механічний параметр, ϕ – об'ємна концентрація включень (пор), γ – структурний параметр [4]. Отже, для точного визначення фізичних та геометричних параметрів необ� хідно також мати чотири вимірювальних па� раметри. Такими можливими вимірювальни� ми параметрами можуть бути швидкості по� ширення поздовжніх та поперечних хвиль VP, VS, а також коефіцієнти затухання αP, αS. Тео� ретичні дослідження для модулів пружності або швидкостей поширення проведені доско� нально в багатьох роботах [5–7]. Проте кое� фіцієнти затухання в двохфазних середови� щах досліджені ще недостатньо. Для побудо� ви математичної моделі двофазного в'язко� пружного середовища будемо виходити з мо� делі Фойхта: , (2.2) тут σd, εd – девіаторні частини тензорів на� пружень та деформацій, τ – час релаксації. В пористих гірських породах скелет по� роди зазвичай є пружним. В'язко�пружним є заповнювач пор (рідина або глина). В зв'язку з цим розглянемо двофазне середовище з пружним скелетом та в'язко�пpyжними вклю� ченнями. Закон Гука для кожної компоненти запишемо у вигляді (2.3) (2.4) Далі, використовуючи методи усереднен� ня, які базуються на теорії випадкових функ� цій, для в'язко�пружних середовищ (2.3) та (2.4) отримаємо (2.5) Тобто, не зважаючи на те, що в'язкість врахована тільки в одній компоненті (і тіль� ки зсувна в'язкість), середовище в цілому от� римує як зсувну, так і стисливу в'язкість. Розглянемо тепер рівняння руху для та� кого середовища, використавши закон Гука у вигляді (2.5). Отримаємо: (2.6) Якщо взяти розв'язок рівняння (2.6) у ви� гляді плоскої хвилі, то отримаємо ; (2.7) . (2.8) Формули (2.7) та (2.8) дають зв'язок пе� реміщення на досліджуваній поверхні з в'яз� копружними коефіцієнтами кожної з компо� 8 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 нент. Таким чином, ми отримали зв'язок кое� фіцієнтів затухання для поздовжньої та по� перечної хвиль з модулями пружності компо� нент та часом релаксації однієї з компонент. А це означає, що ми отримуємо два додаткових параметри, придатних для інтерпретації аку� стичних та сейсмічних даних в гірських по� родах, зокрема на свердловинах. 3. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ В ЗАДАЧАХ СЕЙСМОЛОГІЇ І ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ ДЛЯ НАФТОГАЗОПОШУКОВИХ РОБІТ В наш час питання пошуку нафтогазових ро� довищ за допомогою геофізичних, в тому числі сейсмічних методів та вивчення внутрішньої будови земної кори надзвичайно актуальні. Існують різні точи зору і щодо механізмів во� гнища землетрусу, визначення його характе� ристик. Багато вчених моделюють вогнище у вигляді зсувної дислокації, використовуючи при цьому модель Брюна або Хаскелла [8, 9]. Ряд вчених використовують більш складні моделі [10, 11]. Зрозуміло, що кожен підхід має свої переваги і недоліки. Розв'язання за� дачі визначення характеристик вогнища зем� летрусу відкриває один із напрямів до вирі� шення проблеми прогнозування. Позитивні результати вищезгаданих проблем значною мірою залежать від вибору математичної і фізичної моделей як для досліджуваного се� редовища, так і для вогнища землетрусу. В даній роботі розглядається розроблений Малицьким Д. В. [12–14] рекурентний метод для розв'язування прямої і оберненої динаміч� них задач сейсміки. В попередніх статтях [12–14] розглядалося середовище, яке моделювалося системою плоских однорідних ізотропних ша� рів на півпросторі, границі між якими були паралельними. Автор одержав рекурентні співвідношення для хвильового поля на віль� ній поверхні [14]. На основі прямої задачі бу� ли одержані також рекурентні формули для параметрів середовища. Слід відзначити, що ця методика дає можливість розв'язувати ди� намічні задачі сейсмології для джерел, які моделювалися зсувною дислокацією. Задаю� чи геометрію сейсмічного джерела і його па� раметри, а також характеристики досліджу� ваного середовища, можна одержати рекурен� тні співвідношення для хвильового поля. Дже� рело сейсмічних хвиль може знаходитися на вільній поверхні, всередині середовища або в (n + 1)�півпросторі. В даній статті, як і в по� передніх, розглядається двовимірна P–SV�за� дача. Таким чином, для n�шаруватого середови� ща на (n + 1)�півпросторі із джерелом сейсміч� них хвиль на і�й границі [13] (3.1) де Zi – компоненти амплітуд падаючих і від� битих P і S хвиль в і�му шарі; W1(0) = (Ur (0), Uz (0), Trz (0), Tzz (0))T – компоненти амплітуд зміщень і напружень на вільній по� верхні; ⎯F = (F1, F2, F3, F4)T – компоненти дже� рела сейсмічних хвиль (стрибки зміщень і напружень на і�й границі); D = Dn+1, i+1⋅Di,1 – характеристична матриця досліджуваного середовища. Аналізуючи формулу (3.1), можна одер� жати рекурентні співвідношення для визна� чення хвильового поля Uz (0) і Ur (0) [14]. Слід ще раз зазначити, що одержана методика роз� роблена для випадку, коли границі між шара� ми паралельні. Розглянемо P–SV�задачу для середовища, яке моделюється системою n� шарів на (n + 1) �півпросторі, де границі між шарами непара� лельні. В загальному випадку розглядаються шари середовища, розділені криволінійними границями Si, які можна математично пред� ставити у такому вигляді: (3.2) 9НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України Для прикладу розглянемо модель "шар на півпросторі", як це показано на рис. 1. Отже, замість товщин di ми вводимо функ� ції Zi(r) згідно з (3.2). Можна показати, що за� гальний вигляд рекурентних співвідношень при цьому не зміниться, тобто хвильове поле на вільній поверхні буде[15]: , . Тут (3.3) , де (dij) – елементи матриці D. Основна відмінність одержаних співвідно� шень у порівнянні з методикою для паралель� них шарів полягає у визначенні величин (див. формули (4) із [14]): (3.4) де μι – модуль зсуву в і�му шарі, k – хвильове число, gi = 1 + βi 2. Для прикладу розглянемо модель із двох шарів (див. табл. 1), розділених поверхнею: , (3.5) де d = 5 000 м, С = 250 м, = 5 000 м. Нехай точкове джерело сейсмічних хвиль, яке задається функцією ⎯F = (0, F2, 0, 0)T, зна� ходиться так, як показано на рис. 1. Вважа� ємо, що функція джерела залежить від r у ви� гляді функції Дірака, а залежність від часу , як в моделі Брюно: , де T – час встановлення. На рис. 2 показано сейсмограми сейсміч� них хвиль на вільній поверхні для компонен� ти uz (0)(t), одержаної від такого джерела в точках r = 1 000, r = 2 000, r = 5 000 м, якщо два Рис. 1. Модель середовища з криволінійною грани< цею S1. Вільна поверхня – горизонтальна, а точкове джерело знаходиться в точці Z (1) (2) S1 Z Z = d Z = 0 r Таблиця 1. Фізичні параметри для моделі середовища "шар на півпросторі" 10 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 шари розділені криволінійною границею, ма� тематично представленою у вигляді (3.5) (син� тетичні сейсмограми 1, 2, 3), а також, якщо шари розділені границею, паралельною до віль� ної поверхні (синтетичні сейсмограми 1а, 2а, 3а). Приймемо T = 0,05 с і H0 = 1. На основі теоретичних розрахунків виз� начення часу пробігу хвиль можна показати хвильову картину (див. рис. 2), яка підтверд� жує правильний підбір математичної моделі і рекурентного методу. Криволінійність гра� ниці суттєво не змінює хвильової картини. Незначна відмінність спостерігається на епіцентральній відстані r = 5 000 м. Слід за� значити, що дана методика може успішно ви� користовуватися для більшого числа шарів та криволінійних границь, а також для розв'язування обернених динамічних задач, що буде показано в наступних роботах. 4. ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ФІЗИЧНИХ І КОЛЕКТОРСЬКИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ГІРСЬКИХ ПОРІД 4.1. Нелінійна пружність гірських порід Докладне визначення фізичних і колекторсь� ких властивостей пористих порід дають ла� бораторні дослідження. На швидкість поши� рення пружних хвиль у гірській породі вели� кий вплив має зовнішнє навантаження та по� ристість породи. На градієнт зміни швидко� Рис. 2. Величина uz (0)(t) – компонента переміщення на вільній поверхні для моделі середовища "шар на півпро< сторі", одержана для епіцентральних відстаней 1 000; 2 000; 5 000 м. Синтетичні сейсмограми 1а, 2а, 3а одержані для випадку постійної товщини верхнього шару (паралельність границь). Синтетичні сейсмограми 1, 2, 3 одер< жані для випадку криволінійної границі між шарами, що математично представлено у вигляді (3.5). Джерело сейсмічних хвиль розглядається як функція Дірака по r і як модель Брюно по t 11НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України сті від зовнішнього навантаження найбільше впливає тріщинна пористість. При зростанні зовнішнього навантаження на породу (більшій глибині залягання її в реальних умовах) значна частина мікротріщин закривається, а це, в свою чергу, приводить до збільшення швидкостей поширення пружних хвиль у по� роді. Пори кавернозного типу в породі впли� вають незначно на зміну швидкостей. Це вка� зує на тріщинну природу нелінійної пружності гірських порід. Експериментальні досліджен� ня [16, 17] підтверджують нелінійну пруж� ність гірських порід. Теоретичні залежності, покладені в основу роботи [18] , також вказу� ють на нелінійну пружність, що залежить від тиску, тобто зовнішнього навантаження на породу і довільних об'ємних концентрацій включень. У цій же роботі, з використанням зв'язку величин швидкостей поздовжніх і по� перечних хвиль в сухому та флюїдонасичено� му середовищах за умов низького та високо� го тисків, були одержані рекурентні співвід� ношення, що дають змогу прогнозувати пружні параметри сухої породи: (4.1) (4.2) де Ki в, Мі в, Ki с, Мі с – пружні модулі всебічного стиску і зсуву породи з рідкими включення� ми і сухої при тиску Pi; ν1 – коефіцієнт Пуа� сона твердої фази породи. На основі формул (4.1), (4.2) проводились співставлення швидкостей поширення пруж� них хвиль у сухій породі з даними роботи [19]. Побудовані графічні залежності співставлення швидкостей поздовжніх і поперечних хвиль підтверджують нелінійну пружність породи. Використання нелінійної моделі двофазного геологічного середовища має практичне зна� чення для встановлення зв'язку між парамет� рами неоднорідності середовища та його пруж� ними характеристиками при використанні обмежених лабораторних та геофізичних да� них. Рекурентні співвідношення (4.1), (4.2) разом з іншими геофізичними даними будуть використовуватися для підвищення ефек� тивності геофізичних методів при пошуку і розвідці покладів нафти і газу. 4.2. Вивчення фізичних і колекторських властивостей гірських порід за експериментальними даними Існує багато наукових праць, присвячених експериментальному вивченню пружних влас� тивостей осадових порід в умовах, близьких до пластових. У роботах наводяться дані, які вказують на те, що пружні властивості гірсь� ких порід є дуже чутливими до дії зовнішніх фізичних умов і їх пружність значною мірою залежить від властивостей флюїда, що є за� повнювачем пор, від тиску та пористості й інших структурних особливостей породи. Вивчення фізичних і колекторських властиво� стей зразків гірських порід в умовах, близь� ких до пластових, є необхідним етапом при пошуку та розвідці покладів нафти і газу. За� стосування традиційних структурних методів геофізичних досліджень структурного і гли� бокого буріння не забезпечує необхідної ефективності пошуку та розвідки вуглевод� нів. Отже, необхідні дані не тільки про будову, а й про фізичні властивості досліджуваного геологічного району. Крім того, такі роботи потребують значних фінансових затрат. Встановити зв'язки між пружними і колек� торськими параметрами пористої породи можна лише експериментальними досліджен� нями зразків гірських порід різного віку і скла� ду з глибоких свердловин. Такі зв'язки були встановлені в роботі [20]. У цій же роботі по� казаний механізм одержання таких зв'язків. Спочатку за рекурентними співвідношення� 12 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 ми (4.1), (4.2) проводилися розрахунки пруж� них характеристик зразків сухих порід. За цими даними для Зовнішньої зони Передкар� патського прогину методом найменших квад� ратів були одержані емпіричні формули, що функціонально пов'язують зовнішнє наван� таження, відкриту пористість і обернену ве� личину пружного модуля всебічного стиску для породи з рідкими включеннями і сухої породи: , (4.3) , (4.4) , , де ϕ – відкрита пористість породи в %. Проводилися порівняння одержаних зна� чень за емпіричними формулами (4.3), (4.4) з експериментальними даними. Було встановле� но, що при малих тисках від 0,1 до 5,0 МПа від� хилення від експериментальних даних не пе� ревищувало 20 %, а при тисках від 20 до 80 МПа такі відхилення не перевищували 11 %. В ре� альних умовах залягання порід, де тиски висо� кі, можна вважати, що точність одержаних ем� піричних формул є достатньою для їх прак� тичного застосування в Зовнішній зоні Пе� редкарпатського прогину. Відомо, що поро� ди�колектори в Зовнішній зоні Передкар� патського прогину і Донецько�Дніпровській западині, як і в інших геологічних районах, істотно відрізняються між собою за фізико� механічними властивостями. Тому константи, які входять в емпіричні формули (4.3), (4.4), повинні уточнюватися. 4.3. Прогнозування нафтогазоносності порід�колекторів при геофізичному дослідженні свердловин Геофізичне дослідження свердловин широко використовується під час пошуку і розвідки нафтових і газових родовищ для виділення порід�колекторів при визначенні їх пружних і колекторських властивостей (пружних мо� дулів, швидкостей поздовжніх і поперечних хвиль, їх співвідношення, відкритої пористо� сті, густини і інших параметрів) та оцінки їх нафтогазоносності. Для інтерпретації геофізичних досліджень в свердловинах при застосуванні нових пер� спективних прямих методів акустичного (АК) та сейсмічного (СК) каротажу були викорис� тані як теоретичні, так і емпіричні залежності між пружними параметрами і колекторськими властивостями гірських порід. З метою про� гнозування колекторських властивостей по� ристих порід були встановлені зв'язки між пружними параметрами неоднорідного сере� довища (4.1, 4.2) за допомогою нелінійної мо� делі двофазного геологічного середовища, що описує реальні гірські породи. За експериментальними даними по Зов� нішній зоні Передкарпатського прогину були отримані емпіричні залежності (4.3), (4.4) між стисливістю пористої породи, її відкритою пористістю та дією на неї ефективного тиску. В КВ ІГФ НАН України розроблена про� грама розрахунку пружних і колекторських параметрів порід�колекторів і оцінки їх наф� тогазоносності на базі теоретико�емпіричних залежностей та даних АК або СК. Розрахунки пружних і колекторських па� раметрів порід�колекторів і оцінки їх нафто� газоностності проводилися за вказаною про� грамою з використанням даних щодо пласто� вих швидкостей поздовжніх хвиль, наданих ЗУГРЕ, по свердловинах площ Пиняни, За� лужани, Лопушна. Так, свердловиною Пн�8 були відкриті продуктивні пласти в інтервалі глибин 1 598–2 040 м, де був виявлений приплив газу. На глибині 2 040 м і глибше породи�колектори виявились обводненими. А свердловиною Зл�3 був відкритий піщано�глинистий розріз в ін� 13НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України тервалі глибин 40–3 156 м. Цей розріз не мав промислової цінності, бо на цьому інтервалі глибин нафтопроявів не спостерігалося. Сверд� ловиною Зл�1 з проектною глибиною 2 500 м за даними промислової геофізики було ви� пробувано 6 об'єктів. В інтервалі глибин 1 720–1 694 м та 1 829–1 792 м було отримано приплив води, тобто на цих інтервалах глибин породи�колектори обводнені. А на глибинах 1 930–1 918 м та 2 015–2 000 м було отримано Таблиця 2. Фізичні і колекторські параметри порід<колекторів і оцінка їх нафтогазоносності по свердловині Зл<1 Таблиця 3. Фізичні і колекторські параметри порід<колекторів і оцінка їх нафтогазоносності по свердловині Лп<13 14 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 приплив газу. Слабий приплив газу з водою бу� ло отримано в інтервалі глибин 2 282–2 257 м. На глибинах 2 440–2 387 м породи�колектори були обводнені. За даними АК пористість по� рід на різних інтервалах глибин різна і в се� редньому змінюється від 12,7 до 14,6 %. Сверд� ловиною Лп�13 були виявлені такі відкладен� ня: манявські, стебницькі, баденські, вель� ветські, крейдяні і юрські. В інтервалі глибин 2 034–5 150 м був виконаний відбір кернового матеріалу. На глибинах 2 094–4 482 м заляга� ють алевроліти і аргіліти, а потім породи пе� реходять у пісковики. Глибше 3 700 м піско� вики чергуються з аргілітами. На глибині 5 000 м і глибше залягають переважно вапня� ки. Сейсмокаротаж по свердловині прово� дився до глибини 5 100 м. Перспективними в нафтогазоносному відношенні є юрські від� кладення. Вони переважно складені з товщ вапняків, колекторські властивості яких змі� нюються в широких межах. Так, в інтервалі глибин 5 224–5 136 м виявлені пласти�колекто� ри порово�кавернозного типу, пористість яких по АК складає 6,6–9,0 %, а значення загальної пористості по НГК – 11,0–15,0 %. На глибині 4 430 м газовловлюючою станцією протягом 90 хв було зафіксовано пачку розгазованого роз� чину. В інтервалі глибин 5 090–5 042 м було от� римано приплив флюїду (вода з нафтою), а на глибинах 5 106–5 090 м було отримано воду з газом, де з пластової води виділявся горючий газ, а на поверхні води виділялася плівка нафти. Проведені співставлення фізичних і ко� лекторських властивостей порід�колекторів і Рис. 3. Свердловина Зл<1, Н = 2 547 м. Графічні залежності відкритої пористості, пластової швидкості поздов< жньої хвилі і співвідношення швидкостей поперечної до поздовжньої хвиль від глибини по свердловині Зл<1 Fi100, % Vp, м/с Vs /Vp15000 15НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України оцінка їх нафтогазоносності за теоретико�ем� піричними залежностями з даними промис� лової геофізики наведені в таблицях 2, 3. На рисунках 3, 4 наведені графічні залежності від� критої пористості, пластової швидкості поз� довжньої хвилі і співвідношення швидкостей поперечної хвилі до поздовжньої від глибини по свердловинах Залужани�1 і Лопушна�13. Запропонований метод (в основу його по� кладені теоретико�емпіричні залежності між пружними і колекторськими параметрами по� рід) дозволяє відділити газонасичені породи� колектори від порід�колекторів з рідкими включеннями (пластова вода, нафта) під час геофізичних дослідженнях свердловин. Проте вказаний метод не дає можливості розпізна� вати породи�колектори, насичені пластовою водою або нафтою, за пластовою швидкістю поздовжньої хвилі через дуже малу розділь� ну здатність між ними, наявну в межах похи� бок при визначенні пластових швидкостей поздовжніх хвиль. Необхідні подальші дослід� ження порід з рідкими включеннями з вико� ристанням не тільки даних АК або СК, а й па� раметрів поглинання енергії пружних хвиль. 5. ВИСНОВКИ В результаті виконання науково�дослідних ро� біт по розробці методик оцінки колекторсь� ких властивостей гірських порід на основі тео� ретико�експериментального аналізу даних гео� фізичних спостережень у пористих середови� щах були отримані такі основні результати: 1. Розроблено теоретичні основи оцінки ко� лекторських властивостей гірських порід на основі комплексного аналізу даних гео� фізичних спостережень. Рис. 4. Свердловина Лп<13, Н = 5 270 м. Графічні залежності відкритої пористості, пластової швидкості поздов< жньої хвилі і співвідношення швидкостей поперечної до поздовжньої хвиль від глибини по свердловині Лп<13 H, м Fi100, % Vp, м/с Vs /Vp15000 16 Інноваційні проекти Національної академії наук України НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 2. Досліджено вплив анізотропії, поглинан� ня, дисперсії при поширенні пружних хвиль в неоднорідних середовищах, що суттєво підвищує точність прогнозу наф� тогазоносності гірських порід. 3. Виведено і проаналізовано математичні співвідношення для визначення інтенсив� ності розсіяних хвиль на мікронеоднорід� ностях з врахуванням обмінних ефектів. 4. Розроблено математичний апарат і програму для розрахунку швидкості розповсюдження пружних хвиль в тріщинувато�пористому середовищі з довільним заповненням пор та їх геометрії, а також розрахунку коефіці� єнта розсіяння багатофазного середовища. 5. Розроблена методика визначення хвильо� вого поля на вільній поверхні неоднорід� ного середовища, що моделюється систе� мою однорідних ізотропних шарів. 6. На основі рекурентного методу запропо� нована методика поширення сейсмічних хвиль в середовищах з різнонахиленими границями, що може на якісно вищому рівні використовуватись при картуванні геологічних об'єктів. 7. Виведені і проаналізовані емпіричні спів� відношення, що пов'язують зовнішнє на� вантаження, відкриту пористість і оберне� ну величину модуля об'ємного стискання для порід з рідкими включеннями та сухих порід на прикладі Зовнішньої зони Пе� редкарпатського прогину. 8. Запропоновано методику прогнозування нафтогазоносності порід�колекторів при геофізичних дослідженнях свердловин. Одержані результати свідчать, що теоре� тичні дослідження поширення пружних хвиль в складчасто�побудованих середови� щах можна успішно використати для прогно� зування нафтогазоносності гірських порід. Крім того, використання методики прогнозу� вання фізичних і колекторських властивос� тей порід�колекторів знаходить своє застосу� вання при геофізичних дослідженнях сверд� ловин, що було проілюстровано і перевірено даними промислової геофізики. Запропоно� вані підходи є обнадійливими і потребують, поряд з теоретичними дослідженнями, по� дальшого опрацювання. ЛІТЕРАТУРА 1. Voigt W. Lehrbuch der Kristallphysik. – Berlin: Teubner. – 1928. – 962 s. 2. Reuss A. Berechneng der Fliebgrence von mischkris� tallen auf Grund der Plasticitatsbedingung fur einkri� stalle. – Z. Angew. Math and Mech. – 1929. – № 1. – S. 49–52. 3. Hachin Z., Strickman S. A variational approach to the theory of the elastic behaviour of multiphase materials, J. Mech Phys. Solids 11 – 1963. – № 2 . – P. 127–140. 4. Вербицкий Т. З., Починайко Р. С., Стародуб Ю. П., Федоришин А. С. Математичесое моделирование в сейсморазведке. – К.: Наук. думка. – 1985. – 275 с. 5. Шермергор Т. Д. Теория упругости микронеодно� родных сред. – М.: Наука. – 1977. – 400 с. 6. Хорошун Л. П. Прогнозирование термоупругих свойств материалов, упрочненных однонаправ� ленными дискретными волокнами. // Прикл. ме� ханика. – 1974. – № 12. – С. 23–30. 7. Федоришин А. С. Прогнозирование свойств мик� ронеоднородных материалов с различными типа� ми включений. // Мат. методи та фіз.�мех. поля. – 1999. – 42, № 2. – С. 136–140. 8. Аки К., Ричардс Г. Количественная сейсмология. Теория и методы – М.: Мир. – 1983. – Т. 1, 2. – С. 880. 9. Касахара К. Механика землетрясений – М.: Мир. – 1985. – С. 262. 10. Jochen Braunmiller, Torsten Dahm and Klaus – Peter Bonjer. Source mechanism of the 1992 Roer� mond, the Netherlands, earthquake from inversion of regional surface waves (extended abstract). // Geolo� gie en Mijnbouw. – 1994. – P. 73, 225–227. 11. Т. Dahm and F. Kruger. Higher�degree moment ten� sor inversion using far�field broad�band recordings: theory and evaluation of the method with application to the 1994 Bolivia deep earthquake. // Geophys.J.Int., 137. – 1999. – P. 35–50. 12. Вербицкий Т. З., Малицкий Д. В. Рекуррентный подход к решению обратных задач сейсмики.// Гео� физ. журн. – 1995. – № 5. – C. 47–52. 13. Малицький Д. В. Основні принципи розв'язування динамічної задачі сейсмології на основі рекурентно� 17НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 5, 2006 Інноваційні проекти Національної академії наук України го підходу. // Геофиз. журн. – 1998. – №5.� С.96�98. 14. Малицкий Д. В. Решение прямой двухмерной зада� чи теории распространения волн на основе рекур� рентного подхода. // Геофиз. журн. – 1994. – № 4. – С. 62–65. 15. Malytskyy D. Source parameters of small earthquakes. // XXVI General Assembly EGS, Nice, France – 2001. 16. Беликов В. П., Александров К. О., Рыжова Т. В. Упругие свойства породообразующих минералов и горных пород – М.: Наука. – 1970. – 276 с. 17. Вербицкий Т. З. Физическая природа нелиней� ной упругости геологических сред с фазовыми ми� кронеоднородностями и особенности распростра� нения в них упругих волн. // Геофиз. сб. АН УССР. – 1977. – Вып. 7. – С. 16–24. 18. Хекало П. І., Малицький Д. В. Встановлення зв’яз� ків між пружними параметрами сухої і насиченої рідиною породи. // Геофиз. журн. – 2005. – 27. – № 5. – С. 883–886. 19. Cheng C. H. and M. N. Toksoz. Inversion of Seis� mic Velocities for the Pore Aspect Ratio Spectrum of a Rock. // J. Geophys. Res. – 1979. – 84. – Р. 7533–7543. 20. Хекало П. І., Малицький Д. В. Встановлення ем� піричних залежностей між фізичними і колек� торськими властивостями гірської породи. // Розвідка та розробка нафтових і газових родо� вищ. – Івано�Франківськ : Факел. – 2003. – № 4(9). – С. 64–67. Надійшла до редакції 13.03.06 Шановні колеги! З вересня 2006 року Державне підприємство по розповсюдженню періодичних видань "Преса" розпочинає передплатну кампанію на 2007 рік (I півріччя). Журнал "Наука та інновації" входить до Каталогу підприємства ДП "Преса". Передплату здійснюють усі відділення зв'язку. Передплатний індекс: – для індивідуальних передплатників – 91942 (вартість передплати – 32,02 грн.), – для організацій і підприємств – 91943 (вартість передплати – 62,02 грн.). Редакція журналу

Прогнозування нафтогазоносності гірських порід з використанням швидкостей пружних хвиль, коефіцієнтів поглинання та рекурентних співвідношень

Institution

Ähnliche Einträge