Способ прогнозирования структурного плана глубокопогружённых границ раздела осадочного чехла

 

Использование: при изучении региональных особенностей строения территорий. Сущность: по данным сейсмогравимагниторазведки и бурения формируют в пределах изучаемой территории смешанное пространство геолого-геофизических характеристик, включающее геологические параметры верхних интервалов разреза, например структурные и палеоструктурные показатели мезокайнозойской части осадочного чехла, а также набор характеристик наблюденных геофизических полей и/или их трансформаций. Выполняют районирование изучаемой территории. Выделяют сходные по строению участки. Преобразуют в пределах сходных участков смешанные пространства геолого-геофизических характеристик в пространство главных компонент ГК. Выделяют значимые ГК, определяют оптимальные уравнения регрессий, по которым вычисляют глубину отражающего горизонта. Применяя уравнения регрессий, прогнозируют структурный план глубоко погруженных границ раздела осадочного чехла. Технический результат: повышение точности и достоверности. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области поиска и разведки полезных ископаемых, в частности к способам изучения региональных особенностей строения территорий, поиска нефтегазоперспективных объектов.

Известен способ, предусматривающий проведение сейсморазведки, гравиметрии, магнитометрии, структурного бурения, формирование разных по составу наборов полей исходных наблюдений различной природы, их трансформаций и прогнозирование на основе полученных данных глубины залегания отражающей границы (Бродовой В.В., Никитин А.А. Комплексирование геофизических методов. М., Недра, 1984, с. 78-89). Отличительной особенностью данного способа является использование полученных по сейсмическим данным глубин отражающих границ по профилям в качестве эталонного массива для установления количественной связи между этими глубинами и характеристиками геофизических полей.

Недостатками способа являются невысокая точность прогноза глубин залегания отражающих границ в сложнопостроенных регионах, технологические трудности анализа многомерных данных большой размерности, незадействованность информации по скважинам, не вскрывшим целевые горизонты, но содержащим значительный объем информации о них.

Известен также способ, предусматривающий проведение сейсморазведки и гравиметрии с последующей комплексной интерпретацией данных методом корреляционного разделения аномалий (КОМР). Метод разработан на кафедре полевой геофизики МИНХ ГП им. Губкина (Шрайбман В.И., Жданов М.С., Витвицкий О.В. Корреляционные методы преобразования и интерпретации геофизических аномалий. М. , Недра,, 1977. 237 с.). В нем создана возможность непосредственного перевода набора анализируемых геофизических признаков в изучаемую геологическую характеристику, давая при этом оценку точности проводимых преобразований. Таким образом, разделение геофизических аномалий осуществляется не путем использования ряда параметров (размеров палетки) и получения набора трансформированных карт, а подчинено конкретно поставленной геологической задаче. Метод КОМР использует количественные оценки качества разделения поля и тесноты связи полезной составляющей поля с глубиной целевой границы. Однако на практике эффективность этого метода снижается из-за следующих его недостатков: - присутствуют элементы субъективизма при обосновании оптимальной степени фонового многочлена (оптимального порядка фона) из-за подстраивания фона под изучаемую границу; - в основу метода положена весьма упрощенная модель структуры фоновой составляющей. Полагается, что фоновая составляющая выбирает на себя информацию о региональных изменениях разреза. Между тем, в наблюденных полях могут наблюдаться и другие составляющие, не связанные со структурным планом подлежащей прогнозированию границы; - отсутствует возможность вычисления по имеющейся информации количественных критериев, позволяющих проверять геологические гипотезы о пространственно-временных закономерностях формирования разреза изучаемых территорий. В результате обедняются возможности геологического истолкования наблюдающихся корреляционных зависимостей между анализируемыми геолого-геофизическими характеристиками; - метод учитывает не весь объем косвенной количественной информации об изучаемой границе. В результате из анализа "выпадает" большое число других показателей, содержащих ценную информацию о гипсометрии глубокозалегающих границ. Так, не привлекаются материалы бурения структурных скважин, не вскрывших целевые границы, данные малоглубинных геофизических исследований и др.

Наиболее близким к изобретению (прототипом) по назначению и совокупности существенных признаков является способ прогнозирования структурного плана глубокозалегающего отражающего горизонта, включающий сейсморазведку, гравиметрию, магнитометрию, бурение, формирование разных по составу наборов полей исходных наблюдений различной природы и/или их трансформаций и прогнозирование на основе этих данных структурного плана отражающего горизонта (пат. 2145106, МКИ G 01 V 11/00, публ. БИ 3 от 27.01.2000 г.). В данном способе для установления количественной связи между геофизическими данными и структурным планом отражающего горизонта по методу главных компонент осуществляется переход от пространств геофизических характеристик к пространствам главных компонент и по оптимальной множественной регрессионной зависимости осуществляется пересчет одной или некоторого набора главных компонент в прогнозный структурный план отражающего горизонта, оптимальность варианта регрессии определяется по критерию равномерной сходимости прогнозных глубин к глубинам, установленным по бурению или минимуму их среднеквадратической невязки.

Недостатками способа является: - отсутствие учета изменчивости корреляционных связей по изучаемым площадям, приводящее к снижению точности прогноза структурных планов целевых горизонтов; - сохранение и использование при прогнозе глубин всех вычисленных по исходным данным главных компонент (ГК). Между тем использование ГК, не относящихся по формальным признакам к значимым, означает возможность включения в уравнения регрессий случайных помех, которые, уменьшив среднеквадратичные невязки глубин в полно охарактеризованных эталонных точках, отрицательно скажутся на точности прогноза в других; - метод учитывает не весь объем косвенной количественной информации об изучаемой границе. В результате из анализа "выпадает" большое число других показателей, содержащих ценную информацию о гипсометрии глубокозалегающих границ. Так, не привлекаются материалы бурения структурных скважин, не вскрывших целевые границы, данные малоглубинных геофизических исследований и др.; - при анализе качества регрессионных уравнений используются лишь среднеквадратичные невязки прогнозных глубин и глубин, установленных по данным бурения. Однако одна эта величина не в полной мере характеризует качество регрессий, особенно в случае изучения малоамплитудных структур в условиях субгоризонтального залегания границ раздела. Так, при небольшом числе структурных скважин (авторами изобретения - прототипа рекомендуется использовать данные не менее чем по трем скважинам) интервальные оценки глубин могут оказаться неприемлемыми для практики, в то время как предложенные к использованию точечные создадут ложное впечатление о достигаемой точности.

Технической задачей изобретения является повышение точности и достоверности прогнозирования глубин залегания границ раздела в осадочном чехле и сокращение за счет этого количества пустых скважин при нефтегазопоисковых работах.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе прогнозирования структурного плана глубокопогруженных границ раздела осадочного чехла, включающем сейсморазведку, гравиметрию, магнитометрию, бурение, формирование наборов полей исходных наблюдений различной природы и/или их трансформаций, переход от пространств геофизических характеристик к пространствам главных компонент, определение оптимального варианта множественной регрессионной зависимости и пересчет по оптимальным уравнениям регрессии одной или набора главных компонент в глубину залегания границ раздела в осадочном чехле, формируют смешанное пространство геолого-геофизических характеристик, которое включает геологические параметры верхних интервалов разреза, например структурные и палеоструктурные показатели мезозойско-кайнозойской части осадочного чехла, выполняют районирование изучаемой территории и выделяют сходные по строению участки, вычисляют смешанные геолого-геофизические главные компоненты, для регрессионного анализа и прогноза глубин отражающих границ выбирают только значимые главные компоненты, при выборе оптимального уравнения регрессии в качестве дополнительного критерия используют коэффициент детерминации, вычисляют по оптимальным уравнениям регрессии глубины отражающих границ.

Отличием заявляемого способа от известных является возможность уточнения структурного плана глубокопогруженных границ раздела осадочного чехла спрогнозированного по данным сейсморазведки, гравиразведки, магниторазведки и структурного или глубокого бурения за счет использования характеристик верхних интервалов разреза, например структурных и палеоструктурных показателей мезозойско-кайнозойской части осадочного чехла.

Из изученной научно-технической и патентной литературы авторам не известно о существовании способа с указанными отличиями, это дает основание сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критериям изобретения.

На чертеже приведена прогнозная структурная карта по кровле терригенного девона.

Способ реализуется следующим образом.

1. По данным сейсмогравимагниторазведки и бурения формируют в пределах изучаемой территории смешанное пространство геолого-геофизических характеристик, которое включает геологические параметры верхних интервалов разреза, например структурные и палеоструктурные показатели мезокайнозойской части осадочного чехла, а также набор геофизических характеристик наблюденных полей и/или их трансформаций.

2. Выполняют районирование изучаемой территории и выделяют сходные по строению участки.

Методика районирования сводится к следующему.

- На первом этапе анализируемое множество точек разбивают на ряд "элементарных" подмножеств, соответствующих отдельным площадям и структурным объектам на изучаемой территории. Для подмножеств определяют относящиеся к этим выборкам статистики: дисперсия (s²) и стандартное отклонение (s).

- На втором этапе для устранения из совокупностей отдельных измерений, оказывающих недопустимо большое влияние на среднее значение, используют критерий Шовене. Согласно этому критерию измерение должно быть отброшено, если оно дает такое отклонение от среднего значения, что вероятность появления таких же или еще больших отклонений будет меньше 0,5 n, где n - число измерений.

На третьем этапе "элементарные" выборки, определенные на первом этапе, и некоторые комбинации их объединения подвергают анализу на соответствие нормальному распределению. Анализ проводят путем приведения каждого наблюдения в выборке к стандартной нормальной форме (Z) и дальнейшего использования χ2- критерия (критерий Пирсона).

На четвертом этапе выясняют вопрос о возможной принадлежности двух выборок к одной и той же генеральной совокупности, т.е. объединение некоторых "элементарных" выборок. Эти исследования выполнялись путем анализа выборок на соответствие F-критерию (критерий Фишера) и t-критерию (критерий Стьюдента).

3. Используя известный метод главных компонент, преобразуют в пределах сходных по строению участков смешанные пространства геолого-геофизических характеристик в пространства комплексных независимых показателей - главных компонент (ГК). Переход к пространству ГК означает разложение аддитивной смеси сигналов и помех различной природы на составляющие. Это дает возможность повысить точность прогноза структурного плана отражающих границ за счет исключения помех и использования только информативных составляющих полей геолого-геофизических характеристик.

4. Анализируют значимость ГК и оставляют для последующего регрессионного анализа только те, которые оказались значимыми.

5. На основе регрессионного анализа связей между значениями значимых ГК и глубины отражающей границы ОГ в точках, где граница была вскрыта скважинами, находят уравнения для вычисления глубин ОГ. По критерию статистической значимости, максимального значения коэффициента детерминации, минимальной среднеквадратической невязки прогнозных глубин к глубинам, установленным по данным бурения, среди регрессионных уравнений выбирают оптимальные. Если статистически значимых уравнений регрессий выявить не удается, бурят дополнительные скважины, которые должны вскрыть ОГ, после чего вновь выполняется регрессионный анализ.

6. Вычисляют по оптимальному уравнению регрессии глубину ОГ в точках, где вскрывшие ее скважины отсутствуют. На основе анализа спрогнозированного структурного плана ОГ выявляются новые и уточняется строение ранее выявленных антиклинальных структур и точки заложения новых скважин.

Примечание: Результаты бурения новых скважин используют для уточнения прогнозного структурного плана, выполняя действия с п.6.

В качестве примера конкретного выполнения приведены материалы по участку Саратовского Поволжья общей площадью 4404,2 км², где пробурено в общей сложности 1276 глубоких и структурных скважин. С точки зрения прироста запасов углеводородного сырья здесь весьма актуальна задача изучения структурного плана отражающего горизонта, отождествляемого с кровлей глубокозалегающих терригенных девонских отложений. Трудности картирования этого горизонта определяются тем, что его вскрыли лишь 93 глубокие скважины.

На вышеуказанной территории анализировались данные сейсморазведки, глубокого и структурного бурения, а также гравимагниторазведки. Сформированное смешанное пространство геолого-геофизических характеристик включало:
1. D - абсолютная отметка кровли терригенного девона по данным глубокого бурения;
2. Di - поле изохрон кровли терригенного девона по данным сейсморазведки;
3. DD - временная мощность терригенных девонских отложений по данным сейсморазведки;
4. S - абсолютная отметка кровли сеноманского яруса по данным структурного бурения;
5. Аl - абсолютная отметка кровли альбского яруса по данным структурного бурения;
6. t-st - мощность между кровлями туронского и сантонского ярусов по данным структурного бурения;
7. st-km - мощность между кровлями сантонского и кампанского ярусов по данным структурного бурения;
8. Ga - наблюденные аномалии поля силы тяжести по данным площадной гравиразведки;
9. DG - трансформированное по методу Саксова-Нигарда поле силы тяжести Δg_тp (r=0,5 км, R=2,5 км) по данным площадной гравиразведки;
10. Та - локальные аномалии гравитационного поля по данным площадной магниторазведки.

Характеристики 4-7 относятся к структурным показателям верхних интервалов разреза - мезозойской части осадочного чехла.

Согласно формуле изобретения было выполнено районирование изучаемой территории с выделением сходных по строению участков. Всего по формальным признакам выделилось шесть участков. Дадим далее их краткую характеристику.

Участок 1 занимает площадь 770,25 км². В его пределах пробурено 334 скважины - 173 глубоких и 161 структурная. Целевой горизонт вскрыт 16-ю скважинами.

Участок 2 имеет площадь 987,5 км² и расположен южнеее участка 1. В его пределах пробурено 219 структурных скважин. Кровлю терригенной толщи девона вскрыли только две глубокие скважины.

Участок 3 занимает площадь 489,25 км². На нем пробурено 178 скважин, из которых 142 структурных и 36 глубоких, целевой горизонт вскрыла 21 скважина.

Участок 4 занимает территорию 657,94 км². В пределах данного участка расположено 225 скважин, из которых 80 - структурные и 145 - глубокие. Вскрыли целевой горизонт 23 скважины.

Участок 5 площадью 768,5 км² характеризуется наличием 220 скважин, из которых 105 глубоких и 115 структурных. Отложения терригенного девона вскрыли только пять скважин.

Участок 6 имеет площадь 730,75 км². Всего в его пределах пробурено 98 скважин, из которых 24 глубокого (вскрыли целевой горизонт) и 74 структурного бурения.

В точках, где скважинами была вскрыта кровля глубокозалегающих терригенных девонских отложений пространства геолого-геофизических характеристик были преобразованы в пространства комплексных независимых показателей - главных компонент (ГК). Для сопоставления с прототипом вычисления по методу главных компонент выполнялись с включением в признаковое пространство данных о верхних интервалах разреза (характеристик мезойской толщи) и без учета этих характеристик. Кроме того, анализировались варианты прогнозных построений целевого горизонта с предварительным районированием территории исследований и без процедуры районирования.

Для регрессионного анализа с целью прогноза глубин отражающих границ использовались только значимые главные компоненты. При 5%-ном уровне значимости их оказалось по три для участков 2, 4, 5 и по четыре - для участков 1, 3, 6. В варианте без районирования территорий исследований значимых ГК оказалось четыре. При выборе оптимальных уравнений регрессий для прогноза глубины отражающей границы использовали коэффициенты детерминации и среднеквадратичные погрешности прогноза. По установленным оптимальным уравнениям вычисляли глубину терригенных девонских отложений.

Полученные данные приведены в таблице.

Сравнительный анализ данных, приведенных в таблице позволяет сделать вывод о значительном выигрыше в точности и достоверности прогноза, достигаемом по сравнению с прототипом вследствие введения дополнительной процедуры предварительного районирования территории и включения в признаковое пространство геологических характеристик верхних интервалов разреза (например, характеристик мезокайнозойской толщи). Во всех без исключения случаях после районирования территории исследований коэффициент детерминации существенно увеличился. Увеличение коэффициента детерминации варьирует от 5,9 до 19,6%, составляя в среднем 12,1%. При этом отмечается уменьшение среднеквадратичной ошибки прогноза целевой границы от 4,7 до 12,2 при среднем значении 7,5. Учет характеристик верхних интервалов разреза (характеристик мезокайнозойской толщи) повысил коэффициенты детерминации на величину от 6,6 до 18,8% (в среднем на 12,3%). Среднеквадратичная погрешность прогнозирования кровли терригенного девона уменьшилась при этом на величину от 4,9 до 11,6 (в среднем на 8,0).

В результате построены структурные карты по отложениям терригенной толщи девона для каждого из участков.

На чертеже приведена прогнозная структурная карта по кровле терригенного девона. Участок 6.

Полученные результаты в пределах участка 6 подтвердили наличие Языковской структуры (III) по отложениям терригенного девона, причем выделен ранее не картируемый сброс, пересекающий данную складку. Выявлены два поднятия (I и II), расположенные в северной и юго-западной его частях, которые подтверждаются сейсморазведкой прошлых лет. Таким образом, применение заявленного способа позволило уточнить структурный план глубоко погруженной границы раздела осадочного чехла - кровли терригенных девонских отложений.

Полученные результаты приводят к выводу, что перспективы девонского комплекса пород на указанных территориях должны быть пересмотрены и для оценки их продуктивности следует провести детализационные сейсморазведочные работы.

Таким образом, конкретный пример выполнения показывает, что предложенный способ промышленно применим и эффективен в процессе выполнения геологоразведочных работ на нефть и газ. Прозрачность каждого из выполняемых действий с позиции содержательной интерпретации при реализации способа обеспечивает высокую степень физико-геологического обоснования прогнозирования антиклинальных ловушек углеводородов на больших глубинах залегания ОГ.

Формула изобретения

Способ прогнозирования структурного плана глубокопогруженных границ раздела осадочного чехла, включающий сейсморазведку, гравиметрию, магнитометрию, бурение, формирование наборов полей исходных наблюдений различной природы и/или их трансформаций, переход от пространств геофизических характеристик к пространствам главных компонент, определение оптимального варианта множественной регрессионной зависимости и пересчет по оптимальной регрессии одной или некоторого набора главных компонент в глубину залегания границ раздела в осадочном чехле, отличающийся тем, что формируют смешанное пространство геолого-геофизических характеристик, которое включает геологические параметры верхних интервалов разреза, например, структурные и палеоструктурные показатели мезо-кайнозойской части осадочного чехла, затем выполняют районирование изучаемой территории и выделяют сходные по строению участки, вычисляют смешанные геолого-геофизические главные компоненты, для регрессионного анализа и прогноза глубин отражающих границ выбирают только значимые главные компоненты, при выборе оптимальных уравнений регрессий в качестве дополнительного критерия используют коэффициент детерминации, вычисляют по оптимальным уравнениям регрессий глубины отражающих границ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2