Институт земной коры СО РАН,
ООО «СИГМА-ГЕО»
Иркутский научный центр СО РАН
Возможности электроразведки методом зондирования становлением поля в ближней зоне при решении нефте-газопоисковых задач на юге Сибирской платформы
И.К. Семинский, И.В. Буддо
Е.В. Мурзина, В.А. Селяев
г. Иркутск
Аннотация
В работе рассмотрены горизонтальная и вертикальная разрешающая способность метода зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ). Указаны возможные способы их численной оценки посредством математического моделирования данных. Наибольшее внимание в статье посвящено новому современному способу численной оценки возможностей ЗСБ (в частности, вертикальной разрешающей способности), основанному на многоитеративной инверсии зашумленных синтетических данных. Ключевым моментом предложенного подхода, влияющим на достоверность результатов, является составление физико-геологической модели территории, для которой производится оценка. Физико-геологическая модель составляется на основании априорной информации о геологическом строении территории, данных петрофизики и геофизических исследований скважин. Приведены примеры оценки возможностей ЗСБ при решении нефтегазопоисковых задач для трех осредненных физико-геологических моделей крупных нефтегазовых структур юга Сибирской платформы (Непский и Камовский своды, Ангаро-Ленская ступень). Упомянутые территории характеризуются высокой перспективностью наличия промышленных залежей углеводородов в подсолевой части разреза. Установлено, что метод ЗСБ наиболее эффективен в геологических условиях Непского свода. Посредством применения предложенного подхода появилась возможность численно оценить риски ошибочного геологического прогноза при интерпретации данных ЗСБ на исследуемой территории.
Ключевые слова: Сибирская платформа, петрофизика, пласт-коллектор, электроразведка, зондирование становлением поля в ближней зоне, математическое моделирование, разрешающая способность.
Abstract
Appraisal of the transient electromagnetic method in the near field zone for oil and gas exploration within the south of the Siberian craton
The paper describes the horizontal and vertical resolution of the transient electromagnetic method in the near field zone (TEM). Possible ways of their numerical evaluation using mathematical data modeling are considered. The most attention in the article is devoted to a new modern method for the numerical evaluation of the TEM capabilities (in particular, vertical resolution), based on the multi- iterative inversion of noisy synthetic data. The key point of the proposed approach, which affects the reliability of the results, is the building of a physical-geological model area to study. The physical-geological model is compiled using a priori information about the geological structure of the area, petrophysical data and well-logs. Examples of evaluating capabilities of the TEM for oil and gas exploration are given. Three averaged physical-geological models of large oil and gas structures in the south of the Siberian craton (Nepsky and Kamovsky arches, Angar-Lena stage) are examined. These areas are prospective for oil and gas accumulations in the subsalt part of the section. Shown that the TEM is most effective in the geological settings of the Nepa arch. Through the application of the proposed approach, it became possible to numerically assess the risks of an erroneous geological prediction when interpreting the TEM data.
Key words: south of the Siberian craton, petrophysics, reservoir, electromagnetic prospecting, TEM, mathematical modeling, resolution.
Введение
В последние годы задачи, стоящие перед нефтегазовой геофизикой и, в частности, перед электроразведкой, усложнились. Это связано с направленностью современной нефтегазовой политики Российской Федерации на разработку месторождений второй и третьей групп сложности геологического строения. Перед электроразведочным методом ЗСБ (зондирование становлением поля в ближней зоне) стоит задача выделения тонких углеводородо-насыщенных (УВ) пластов-коллекторов с изменчивыми коллекторскими свойствами и различным типом флюидо-насыщения.
Из вышесказанного ясна актуальность оценки возможностей, а значит разрешающей способности метода ЗСБ при решении нефте-газопоисковых задач в геологических условиях юга Сибирской платформы.
Понятие «разрешающая способность» применительно к ЗСБ позаимствовано из оптической физики и подразумевает способность прибора (или технологии) давать раздельное изображение (отображение) двух близких друг к другу объектов [1]. Вопросами изучения разрешающей способности ЗСБ занимались Матвеев Б.К., Тархов А.Г., Захаркин А.К., Рабинович Б.И., Вахромеев Г.С., Панкратов В. М., Поспеев А.В., Буддо И.В., Гусейнов Р.Г., Семинский И.К. и другие исследователи [2-9].
Разрешающая способность ЗСБ подразделяется на горизонтальную и вертикальную. Ввиду интегральности поля и индивидуальности геоэлектрических условий зондируемой среды, точных формул для оценки горизонтальной и вертикальной разрешающих способностей в методе ЗСБ не существует [3, 10].
Горизонтальная (латеральная) разрешающая способность характеризует точность и детальность ЗСБ при оконтуривании горизонтально простирающихся аномалий и зависит от плотности съемки и латерального размера исследуемых объектов [4].
Для того чтобы оценить горизонтальную разрешающую способность метода ЗСБ, необходимо понять, какой объем зондируемого пространства описывает сигнал ЗСБ. Применительно к конкретным геоэлектрическим условиям точно оценить размер области, которую описывает конкретный сигнал ЗСБ (эффективный объем распространения поля) [11], возможно только с помощью трехмерного математического моделирования кривых ЗСБ [12].
Рис. 1. Схематичное представление установки ЗСБ и области распространения поля
Согласно Б.К. Матвееву [6], радиус кольца вихревых токов (в определенный момент времени после выключения первичного ЭМ поля, иными словами - на определенной глубине), приблизительно равен мощности перекрывающих его отложений.
Для численной оценки горизонтальной разрешающей способности ЗСБ важно знать не только какую область захватывает вторичное ЭМ поле, но и какой объем зондируемого пространства описывает каждая кривая ЗСБ, полученная посредством использования многоразносной установки (сигнал, полученный с помощью одной генераторной петли (ГП), регистрируется на нескольких приемных (ПП)).
Для оценки горизонтальной разрешающей способности в рамках исследования проведено трехмерное математическое моделирование - для многоразносной установки ЗСБ рассчитаны ЭМ отклики от среды, в которую помещен относительно контрастный по геоэлектрическим свойствам объект (р2), и от среды без объекта (р1). Поскольку объект значительно более проводящий, чем вмещающая среда (р2<<р1), вихревые токи (составляющее вторичного электромагнитного (ЭМ) поля, спад которого регистрируется на ПП) задерживаются в нем, что создает аномалии ЭМ поля. Далее вычислены расхождения между рассчитанными синтетическими сигналами (рис. 1). Определено, что для приемников ЭМ поля, на которых расхождение стремится к нулю - радиус эффективного объема распространения поля приблизительно равен расстоянию до объекта. Т.е. с увеличением расстояния (шага) между ПП вероятность выделения в разрезе небольших объектов уменьшается, следовательно, ухудшается горизонтальная разрешающая способность.
Для оценки горизонтальной разрешающей способности ЗСБ произведено множество синтетических и практических экспериментов, результаты которых описаны в многочисленных публикациях [3, 5, 7, 8, 9]. На основании базы трехмерных расчетов для геолого-геоэлектрических условий юга Сибирской платформы установлено, что оптимальным шагом между приемниками ЭМ поля является 400-500 м [9]. Важным фактором для увеличения горизонтальной разрешающей способности метода является применение высокоплотных сетей наблюдения, снижающих эквивалентность решений обратной задачи [13].
Вертикальная разрешающая способность характеризует возможности ЗСБ при разделении по геоэлектрическим свойствам горизонтально залегающих слоев и зависит от моментов источника и приемника электромагнитного поля, определяющих отношение сигнал/помеха, а также от геоэлектрических свойств зондируемого пространства.
Для методов электроразведки характерна эквивалентность по S (проводимости). Суть в том, что можно получить одинаковые значения проводимости слоя при различных сочетаниях его толщины (H) и удельного электрического сопротивления (р). Некоторые исследователи считают, что для выделения тонкого проводящего слоя достаточно, чтобы отклик от него превышал уровень шума на 2-3% [5]. Причем возможность его выделения зависит от глубины залегания слоя, его продольной проводимости по отношению к величине суммарной проводимости перекрывающей толщи, его толщины и уровня ЭМ помех района исследования.
Изначально вопрос оценки эквивалентности решений при разделении слоёв рассматривался в 70-ые годы ХХ века. Л.Л. Баньяном был предложен алгоритм расчетов примерной зоны эквивалентности, точнее поведения минимума кривых зондирования [14]. Однако ввиду усложнения задач, ставящихся перед ЗСБ, необходимы более точные численные критерии оценки возможностей метода применительно к конкретным геологическим условиям.
Следующим этапом в изучении вертикальной разрешающей способности было математическое моделирование, направленное на непосредственное определение геоэлектрических характеристик тонких коллекторов [2].
При решении задачи разделения двух близкорасположенных слоев необходимо, чтобы они контрастно выделялись по отношению к суммарной проводимости разреза. Результаты математического моделирования показали возможность разделения пластов при проводимости коллектора 10 См. Однако задачу разделения коллекторов на практических кривых St(Ht) при небольшом соотношении глубин залегания терригенного и карбонатного пластов-коллекторов и экранирующем влиянии залегающей выше по разрезу проводящей толщи Б.М. Панкратов счел трудновыполнимой.
На основании работ Б.М. Панкратова, И.Б. Буддо и А.Б. Поспеевым были проведены исследования, направленные на определение численных критериев контрастности геоэлектрических свойств пар коллекторов относительно вмещающей среды [15].
В некоторых случаях, в геоэлектрическом разрезе присутствует всего один коллектор, и рассчитать для него коэффициент контрастности не представляется возможным. В этом случае для оценки возможностей ЗСБ применяется математическое моделирование синтетических кривых от заранее известных геологических моделей [8], их зашумление и последующая инверсия.
В качестве способа оценки вертикальной разрешающей способности ЗСБ предлагается применить одномерное синтетическое моделирование кривых ЗСБ и их последующую инверсию, которая позволяет прогнозировать возможность выделения в разрезе определенного геоэлектрического горизонта в зависимости от его емкостных свойств и насыщения, глубины залегания и уровня ЭМ помех исследуемой территории.
геофизический нефтегазопоисковый зондирование сибирский платформа
Оценка возможностей ЗСБ на юге Сибирской платформы
Далее приведены примеры численной оценки возможностей метода ЗСБ при решении нефтегазопоисковой задачи для геоэлектрических условий трех крупных нефтегазоносных областей юга Сибирской платформы.
Отличительной особенностью геологического строения юга Сибирской платформы является относительное высокое удельное электрическое сопротивление (УЭС) осадочного чехла и его дифференциация на надсолевую, соленосную и подсолевую части геологического разреза. Наибольшие перспективы наличия углеводородного (УБ) насыщения ассоциируются с подсолевой частью разреза, точнее с породами мотской свиты (или ее аналогами) и/или рифейскими отложениями [16].
В качестве полигонов для одномерного синтетического моделирования были выбраны Непский и Камовский своды, а также Ангаро-Ленская ступень ввиду различного их геологического строения (а значит, и геоэлектрических особенностей). На территории рассматриваемых структурных элементов строения юга Сибирской платформы располагаются такие месторождения нефти и газа, как: Верхнечонское, Тымпучиканское, Бакунайское, Чаяндинское и т.д. (Непский свод); Куюмбинское, Юрубчено-Тохомское, Агалеевское и т.д. (Камовский свод); Ковыктинское, Чиканское, Хандинское и т.д. (Ангаро-Ленская ступень) (рис. 2) [17]. На упомянутых территориях более тридцати лет проводятся исследования методом ЗСБ и имеется значительный фонд пробуренных скважин, исходя из чего несложно составить типовые геолого- геоэлектрические модели. Необходимо отметить, что все выбранные модели относятся к классу детерминированных.
Непско-Ботуобинская антеклиза, выделенная по данным геофизики и материалам глубокого бурения, имеет северо-восточное простирание [17]. С юга она ограничена Ангаро-Ленской ступенью, с востока - глубоким Прибайкальским прогибом северо-восточного простирания, отделяющим антеклизу от Байкало-Патомской горно-складчатой области. Б средней части Непско-Ботуобинской антеклизы по материалам бурения и геофизических исследований выделен Непский свод, являющийся наиболее приподнятой частью антеклизы.
Б геологическом строении участка исследования принимают участие протерозойские метаморфические и интрузивные образования кристаллического фундамента, породы венда, кембрийской и ордовикской систем, рыхлые четвертичные образования, а также интрузии трапповой формации пермо-триасового периода.
Рис. 2. Фрагмент карты нефтегазоносности Сибирской платформы [18]:
1 - Непский свод; 2 - Камовский свод, 3 - Ангаро-Ленская ступень
Обобщенная геолого-геоэлектрическая модель Непского свода представлена на рис. 3 а.
Общая мощность осадочных пород от поверхности кристаллического фундамента до кровли четвертичных отложений достигает 1500-2000 м. Всего в осадочном чехле Непского свода выделяется около 9 геоэлектрических горизонтов, соответствующих илгинской, верхоленской, литвинцевской, ангарской, бельской, булайской, усольской и мотской свитам. Важно отметить, что почти все упомянутые свиты отличаются по своим геоэлектрическим свойствам, это позволяет их уверенно разделить по данным съемки ЗСБ. Исключение составляют только бельская и булайская свиты, близкие по проводимости, вследствие чего они, как правило, объединяются в один геоэлектрический горизонт. Мотская свита, напротив, представлена тремя геоэлектрическими горизонтами, соответствующими нижней, средней и верхней частям свиты.