Промышленные притоки УВ в пределах Непского свода связаны с горизонтами-коллекторами мотской свиты (усть-кутский, преображенский, верхнечонский горизонты), представленной песчаниками, доломитами и ангидритами с прослоями кварц-полевошпатовых гравелитов, глинистых доломитов. Среднее удельное электрическое сопротивление нижнемотской подсвиты составляет 30-50 Ом-м.
Для проведения моделирования необходимо знать типичное для условий Непского свода удельное электрическое сопротивление углеводородо-насыщенного коллектора, получить которое возможно как из анализа каротажных диаграмм, так и посредством петрофизических расчётов.
Определяющим фактором, отвечающим за УЭС коллектора, является его водонасыщенность. Для расчета удельного электрического сопротивления УВ коллектора целесообразно использовать петрофизическую зависимость Дахнова-Арчи, которая связывает УЭС коллектора и его параметры (коэффициент пористости (Кп) и коэффициент водонасыщенности (Кв)) [19].
Петрофизическая модель описывается уравнениями Дахнова-Арчи (1):
где Рп - параметр пористости, ед.; Рн - параметр насыщения, ед.; рп - УЭС водонасыщенной породы, Ом-м; рв - УЭС пластовой воды, Ом-м; рнп - УЭС насыщенной породы (УЭС коллектора), Ом-м.
Удельное электрическое сопротивление пластовой воды известно по результатам испытания скважин (0,042 Ом-м).
Рис. 3. Типичные геолого-геоэлектрические модели Непского (а) и Камовского сводов (б), и Ангаро-Ленской ступени (в). Условные обозначения: 1 - модель ЗСБ; 2 - диаграмма бокового каротажа; 3 - продуктивная на УВ толща
По результатам петрофизических лабораторных исследований керна известны коэффициент и показатели степени Кп и Кв, описывающие влияние на величину Рп формы поровых каналов и характер распределения флюидов в поровом пространстве, соответственно формулам (2).
где Кп - коэффициент пористости, %;
Кв - коэффициент водонасыщенности, %.
Из формул расчета параметра пористости и параметра насыщения можно вычислить УЭС насыщенной породы (УЭС коллектора) (3).
Подставляя в формулу (3) средневзвешенные значения коэффициента пористости и коэффициента водонасыщенности, рассчитывается УЭС коллектора. По результатам ГИС известно, что для Непского свода типичными являются Кп = 9-11% и Кв = 35-50%. Соответствующее указанным параметрам УЭС углеводородо-насыщенного коллектора составляет 8-10 Ом-м. Также, изменяя Кв, возможно рассчитать УЭС водонасыщенного коллектора. Так, для Непского свода типичный Кв водонасыщенного коллектора составляет 80%, следовательно, УЭС - около 4-6 Ом-м. На основании петрофизических зависимостей, зная мощность и УЭС горизонта-коллектора, возможно прогнозировать его емкостные характеристики [7].
Камовский свод является крупнейшим поднятием центральной части Байкитской антеклизы, которая в свою очередь имеет субширотное простирание. С севера Байкитская антеклиза ограничена Курейской синеклизой, с юга - Присаяно-Енисейской синеклизой [17].
В геологическом строении площади принимают участие протерозойские образования фундамента, а также породы, слагающие осадочный чехол позднего протерозоя (рифей, венд), кембрийской, ордовикской, силурийской, каменноугольной, пермской, триасовой, юрской систем, рыхлые четвертичные отложения. Мощность осадочного чехла достигает 4000 м и более. Указанная толщина объясняется присутствием рифейских отложений, с которыми связываются определённые перспективы нефтегазоносности. В среднем, в осадочном чехле Камовского свода выделяется около 15 геоэлектрических горизонтов - кроме тех же свит, что слагают осадочных чехол Непского свода, в разрезе присутствуют трапповые интрузии на разном уровне залегания и отложения рифея. Сводная геоэлектрическая модель Камовского свода представлена на рис. 3 б.
Отложения рифея (седановская свита) представлены доломитами и известняками с прослоями аргиллитов и ангидритов. Доломиты зеленоватые, неравномерно чередующиеся с аргиллитами, отмечаются глинисто-доломитовые породы, доломиты с глинистыми включениями, прослои мергелей. Мощность рифейских отложений варьируется от 2000 метров до полного их отсутствия, УЭС от 30 до 200 Ом-м.
Нефтегазоносность исследуемой территории связывается с притоками из рифейских и вендских карбонатных коллекторов (безымянный, боханский, парфеновский). Коллекторы, как правило, представлены доломитами, чередующимися с аргиллитами и прослоями мергелей.
Как упоминалось ранее, для синтетического моделирования необходимо знать удельное сопротивление углеводородо-насыщенного коллектора, которое возможно получить путем петрофизических расчетов и анализа результатов бурения. Посредством формул Дахнова-Арчи, приведенных выше, а также зная средние значения Кп (10%), Кв (20%) и других петрофизических показателей для рассматриваемой территории, установлено, что типичное удельное сопротивление углеводородо-насыщенного коллектора составляет 11-13 Ом-м.
Ангаро-Ленская ступень находится южнее описываемых ранее структур, с юга она ограничена Байкальской складчатостью, с севера - Непско-Ботуобинской антеклизой на востоке и Присаяно-Енисейской синеклизой - на западе [17].
Осадочный чехол рассматриваемой территории сложен породами вендского, нижнекембрийского и кембрийского возраста. В среднем мощность осадочных отложений рассматриваемой территории составляет от 2500 до 3000 м и подразделяется на 7 геоэлектрических горизонтов. К основным перспективным нефтегазоносным объектам в районе относятся песчаные горизонты подсолевого терригенного комплекса: безымянный, боханский и парфёновский. Из них промышленно продуктивными являются песчаники парфеновского горизонта чорской свиты.
Отложения чорской свиты венда представлены неравномерным переслаиванием песчаников, алевролитов и аргиллитов. УЭС чорской свиты изменяется в диапазоне 40-150 Ом-м.
Типичная геоэлектрическая модель Ангаро- Ленской ступени представлена на рис. 3 в.
Учитывая типичные Кп (14%), Кв (28%) и остальные петрофизические показатели, типичное удельное электрическое сопротивление углеводородо-насыщенного коллектора в среднем составляет 6-8 Ом-м.
Методика математического моделирования кривых ЗСБ
Оценка возможностей ЗСБ при изучении коллекторских свойств подсолевой части разреза производится с изменением толщины коллектора для каждой из геологических моделей. В рамках моделирования была изучена разрешающая способность метода к изменению толщины углеводородо-насыщенного коллектора (5, 10 и 15 м). Необходимо отметить, что для того, чтобы приблизить синтетическое моделирование к реальным условиям инверсии полевых данных, когда наличие тонкого пласта-коллектора заранее неизвестно, проводимость коллектора суммировалась с проводимостью вмещающей толщи.
Очевидно, что успех решения геологической задачи с использованием методов геоэлектрики зависит от уровня ЭМ помех. Поэтому, чтобы приблизить синтетические кривые (рассчитанные путем решения прямой задачи электроразведки от выбранных эталонных моделей) к наблюденным полевым, их необходимо «зашумить». Иными словами, наложить электромагнитные помехи, которым подвержены реальные полевые данные.
ЭМ шум можно разделить на два основных типа - природный (аддитивный) и искусственный (мультипликативный). Наиболее отрицательное влияние на данные ЗСБ наносит искусственный шум ввиду большей амплитуды (до первых вольт). На урбанизированных территориях уровень искусственного (индустриального) ЭМ шума может превышать уровень полезного сигнала.
Аддитивный шум порождается природными явлениями, такими как грозовая и электромагнитная планетарная активность. Для естественных источников шум частотой ниже 1 Гц возникает в основном из-за взаимодействия магнитного поля Земли и плазмы, излучаемой Солнцем. Больший вклад в сигналы ЗСБ вносит собой спектр шумов выше 1 Гц. Основным источником шума с частотой более 1 Гц являются грозовые разряды, так называемые «атмосферики». К аддитивному шуму также относится ЭМ шум микроэлектроники измерительного прибора.
Мультипликативный или индустриальный шум, как правило, возникает вследствие наличия линий электропередач. Частота индустриального шума обычно составляет 50-60 Гц. Однако частота может меняться ввиду изменения нагрузки электрической линии. Кроме того, к индустриальному шуму относятся и спектральные пики (> 1000 Гц), обусловленные передатчиками сотовой связи, локаторами, военными приборами и т.д. [20].
Многие исследователи для имитации естественного и искусственного шумов используют ряд математических алгоритмов. Например, для имитации мультипликативного шума используется последовательность нормально распределенных случайных чисел. Среднее значение чисел этой последовательности всегда равно единице, а среднеквадратическое отклонение каждого значения выбирается исходя из предполагаемой погрешности измерений. На каждой временной задержке ЭДС переходного процесса умножается на случайное число из этой последовательности.
Аддитивный шум может быть представлен Гауееовым распределением [21].
В данном исследовании использовался иной вид зашумления. Преимуществом используемой технологии является то, что на синтетические данные будет накладываться не идеализированный, а реальный, наблюденный в ходе полевых работ ЭМ шум. Верхней границей накладываемого приведенного шума является 2 нВ. Указанное значение является максимальным уровнем ЭМ помех для 80% данных ЗСБ, полученных на юге Сибирской платформы. Для оставшихся 20% данных уровень помех значительно превышает уровень полезного сигнала, что делает поставленные перед ЗСБ задачи заведомо нерешаемыми. Для анализа уровня ЭМ помех исследуемых территорий использовался архив данных ЭМ зондирований, включающий более 80 000 индукционных переходных характеристик ЗСБ [8].
Следующим этапом после генерирования множества кривых ЗСБ с разным уровнем наложенных ЭМ помех является инверсия каждой кривой. Априори считаем, что синтетические кривые заранее освобождены от вклада трехмерных неоднородностей, поэтому применение одномерной инверсии оправдано. На основе результатов инверсии будет оцениваться ошибка определения УЭС целевого горизонта в зависимости от уровня ЭМ помех.
Указанный подход заключается в поступательном усложнении геоэлектрической модели. Изначально интервал подсолевых отложений представлен одним общим слоем. Инверсия осуществляется в пределах всех присутствующих в модели слоев. Далее закрепляется проводимость надсолевой и соленосной части разреза и проводится детализация подсолевого интервала путем его разбиения на тонкие горизонты. Зачастую подсолевая часть отложений подразделяется на верхнемотскую, среднемотскую, нижнемотскую свиты и отложения рифея (в случае его наличия в разрезе). Оценивается возможность перераспределения проводимости между горизонтами.
По результатам решения обратной задачи получен набор геоэлектрических параметров целевого интервала для нескольких вариантов зашумления каждой модели (по 100 моделей для каждого уровня зашумления). Такой подход позволяет получить устойчивое решение обратной задачи. Для дальнейшего анализа полученного результата рассчитывалась относительная погрешность определения удельного электрического сопротивления целевого горизонта.
Результаты
Результаты моделирования сведены в виде номограмм зависимости ошибки определения УЭС продуктивной толщи от толщины пласта-коллектора и уровня (амплитуды) помех, накладываемых на синтетические сигналы ЭМ помех (рис. 4). Ошибка определения УЭС продуктивной толщи в результате инверсии измеряется в Ом-м, но в данном случае представлена в процентном отношении относительно ее истинного УЭС.
Из анализа номограмм следует, что наиболее благоприятны к применению ЗСБ геологические условия Непского свода. Важно отметить, что ошибка определения УЭС уменьшается при увеличении толщины коллектора, но даже при высоком уровне ЭМ помех (от 70%) и толщиной от 5 до 15 м составляет 7-8%.
Относительно невысокая погрешность определения УЭС методом ЗСБ продуктивной толщи, вмещающей коллектор характерна и для условий Ангаро-Ленской ступени. При уровне ЭМ помех до 60% ошибка составляет менее 14%.
Рис. 4. Номограммы зависимости ошибки определения УЭС продуктивной толщи от толщины коллектора и уровня накладываемых на синтетические кривые ЭМ помех: А - Непский свод; Б - Ангаро-Ленская ступень; В - Камовский свод. Условные обозначения: 1 - изолинии погрешности определения УЭС продуктивной толщи, %.
В геологических условиях Камовского свода ошибка определения УЭС продуктивной толщи значительно выше, чем в первых двух рассматриваемых случаях. Даже при уровне помех от 40% погрешность определения сопротивления вмещающей коллектор толщи составляет 18-20%. В рассматриваемых геологических условиях толщина коллектора имеет принципиальное значение при определении УЭС. Указанная закономерность может объясняться слабой контрастностью исследуемого горизонта на фоне перекрывающих отложений. Так, геоэлектрические свойства слабо проводящей толщи, включающей коллектор толщиной менее 10 м, невозможно определить с погрешностью менее 10%.
В условиях Камовского свода при уровне ЭМ помех более 60% (более 1,2 нВ) и толщине коллектора менее 7 м прогноз насыщения затруднителен ввиду погрешности определения УЭС, равной разнице между сопротивлением углеводородонасыщенного (11-13 Ом-м) и водонасыщенного (7-8 Ом-м) коллекторов.
Выводы
В результате проведенных исследований предложен новый современный численный подход для оценки рисков успеха решения геологической задачи методом ЗСБ, ориентированный на конкретные геолого- геоэлектрические и помеховые условия исследуемой территории.
В результате одномерного синтетического моделирования и на основании практического опыта следует вывод, что метод ЗСБ наиболее эффективен в геологических условиях Непского свода ввиду небольшой толщины перекрывающих отложений и относительно высокой контрастности УВ-насыщенной мотской свиты и вмещающих отложений. Незначительно большая ошибка определения УЭС вмещающей тонкий коллектор толщи по данным ЗСБ характерна для условий Ангаро-Ленской ступени. Данный факт объясняется большей глубиной залегания коллектора, что уменьшает возможности метода к его выделению на фоне перекрывающих отложений. Однако даже при таких условиях проводимость продуктивного горизонта уверенно определяется по результатам инверсии. Меньшей чувствительностью к изменению геоэлектричеких свойств подсолевой части разреза метод ЗСБ обладает в геологических условиях Камовского свода. Ухудшение точности определения УЭС продуктивного горизонта обусловлено большой толщиной перекрывающих осадков.