Помощь студентам в учебе
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ МИКРОСЕЙСМИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ В ПРОЦЕССЕ ПРОВЕДЕНИЯ МНОГОСТАДИЙНОГО ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА
|
Аннотация 2
Содержание 3
Список условных обозначений и сокращений 5
Список иллюстраций 6
Список таблиц 8
Список приложений 9
Введение 10
1 Общие сведения 13
1.1 Гидравлический разрыв пласта 13
1.2 Способы контроля ГРП 15
1.3 Микросейсмический мониторинг 17
1.4 Объект исследования 22
2 Методика проведения и обработка данных наземного микросейсмического
исследования 27
2.1 Методика наблюдений микросейсмического исследования 27
2.2 Обработка сигналов микросейсмического исследования 32
2.2.1 Корреляционная функция 33
2.2.2 Решение обратной кинематической задачи 41
3 Пространственно-временной анализ в геоинформационных системах 46
3.1 Инструмент Плотность ядер 46
3.2 Инструмент Направленное распределение (Эллипс стандартных
отклонений) 48
3.3 Инструмент Среднее ближайшее соседство 50
3.4 Инструмент Оптимизированный анализ горячих точек 52
4 Результаты исследования 57
Заключение 69
Список использованных источников
Содержание 3
Список условных обозначений и сокращений 5
Список иллюстраций 6
Список таблиц 8
Список приложений 9
Введение 10
1 Общие сведения 13
1.1 Гидравлический разрыв пласта 13
1.2 Способы контроля ГРП 15
1.3 Микросейсмический мониторинг 17
1.4 Объект исследования 22
2 Методика проведения и обработка данных наземного микросейсмического
исследования 27
2.1 Методика наблюдений микросейсмического исследования 27
2.2 Обработка сигналов микросейсмического исследования 32
2.2.1 Корреляционная функция 33
2.2.2 Решение обратной кинематической задачи 41
3 Пространственно-временной анализ в геоинформационных системах 46
3.1 Инструмент Плотность ядер 46
3.2 Инструмент Направленное распределение (Эллипс стандартных
отклонений) 48
3.3 Инструмент Среднее ближайшее соседство 50
3.4 Инструмент Оптимизированный анализ горячих точек 52
4 Результаты исследования 57
Заключение 69
Список использованных источников
Настоящая работа написана по обобщенным материалам геолого-геофизических работ, выполненных компанией ООО «Сигма» в 2013-2016 гг. и представленных автору (в посредничестве с научным руководителем) для проведения научно-исследовательской работы и разработки методики обработки результатов микросейсмического мониторинга.
Целью работы является определение объективных параметров трещины гидроразрыва (длина, асимметрия, азимут) и анализ динамического развития системы трещин в процессе проведения многостадийного гидроразрыва пласта.
Задачи исследования:
- Изучить аналитические возможности геоинформационной системы ArcGIS в области применения пространственной статистики;
- Обработать результаты микросейсмического мониторинга средствами набора инструментов Пространственная статистика ArcGIS;
- Получить характеристику развития трещины ГРП для объектов исследования;
- Разработать методические указания по обработке и интерпретации результатов микросейсмического мониторинга ГРП;
- Дать геологическую интерпретацию современного геодинамического режима Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции.
Гидравлический разрыв пласта (ГРП) впервые был разработан как метод воздействия на пласт в 1940-х годах, и первая операция была осуществлена в 1948 году [1]. В настоящее время ГРП является одним из лучших и экономически оправданных способов интенсификации добычи нефти и газа, как на стадии падающей добычи, так и на новых месторождениях, в качестве метода заканчивания скважин. Метод заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого флюида к забою скважины. Согласно определению Twiss R. [2], трещинами называют поверхности, вдоль которых происходит разрушение горных пород или минералов, или иначе, поверхности в крест простирания которых, возникает потеря когезии геоматериала. В соответствии с представления тектонофизики трещины обычно подразделяют на три базовых категории по кинематике движения бортов (крыльев) разрыва [2,3]. Первый и второй типы (Mode I, Mode II) - трещины отрыва и сдвига - наиболее часто встречаются в литературе посвященной описанию лабораторных испытаний образцов керна на прочность, ввиду простоты понимания связи между приложенными девиаторными напряжениями и возникающими, ввиду хрупкого разрушения, деформациями [4,5]. Для проектирования и осуществления гидроразрыва пласта наибольшее значение имеют трещины первого типа (Mode I, отрыв) [6], поскольку относительное движение бортов трещины - раскрытие трещины - происходит по нормали к направлению продвижения (роста) трещины [2,7]. Трещины отрыва, заполненные впоследствии дисперсным материалом - пропантом, либо промытые ввиду кислотной обработки, являются каналами флюидопотока с увеличенной гидравлической проницаемостью [4,8,9], обеспечивая тем самым увеличение нефтеотдачи [1,10,11]. Несмотря на то, что трещины и трещиноватость минералов, горных пород и массивов горных пород как естественного, так и техногенно индуцированного происхождения являются мультидисциплинарной областью научных исследований, геологическая природа их возникновения, развития и сохранности недостаточно изучена [12].
В настоящее время анализ продуктивности скважины после воздействия на пласт может производиться различными методами (исследование восстановления давления, анализ данных добычи в переходных режимах, моделирование добычи и т.д.). Эти методы позволяют определить параметры, весьма важные для изучения условий коллектора и их влияния на эффективность ГРП. Тем не менее, для получения достоверных и надежных результатов анализа продуктивности требуется наличие данных добычи за достаточно продолжительный период времени после ГРП [13]. Недостатком этих методов является отсутствие возможности описания геометрии трещины.
Существует ряд проверенных технических решений, позволяющих определить геометрию трещин ГРП (термометрия, исследование методом радиоактивных изотопов, наклономер и пр.). Однако решения, реализованные по принципу повторных наблюдений и хорошо контролирующие параметры трещины в стволе скважины, ограничены по дальности околоскважинным пространством.
Наземный микросейсмический мониторинг относится к группе методов диагностики дальней зоны гидроразрыва пласта (ГРП). Конкурентными преимуществами метода является высокая информативность по определению основных параметров трещины разрыва сопоставимая со скважинным вариантом и контроль над процессом ГРП непосредственно во время его проведения [14]. Методики обработки данных наземного микросейсмического мониторинга постоянно совершенствуются [15,16], критический же обзор технологии представлен в работе [17,18].
События микросейсмической эмиссии представляют облако микроземлетрясений возникающих в процессе нелинейной диффузии порового давления из-за нагнетания технологических жидкостей ГРП [19]. Результаты численного моделирования продвижения трещины гидроразрыва [20] показывают, что источники микросейсмической эмиссии приурочены к бортам трещины, или сопряженным сколам от основной трещины. При этом сама магистральная трещина разрыва, заполненная технологической жидкостью ГРП, является асейсмичной. Часто геологическая интерпретация данных облака микроземлетрясений и выбор направления трещины разрыва становятся субъективным решением специалиста [15]. В данной работе представлено несколько способов анализа источников микросейсмической эмиссии на основе местоположения гипоцентров при помощи алгоритмов пространственного анализа, реализованных в ГИС.
Целью работы является определение объективных параметров трещины гидроразрыва (длина, асимметрия, азимут) и анализ динамического развития системы трещин в процессе проведения многостадийного гидроразрыва пласта.
Задачи исследования:
- Изучить аналитические возможности геоинформационной системы ArcGIS в области применения пространственной статистики;
- Обработать результаты микросейсмического мониторинга средствами набора инструментов Пространственная статистика ArcGIS;
- Получить характеристику развития трещины ГРП для объектов исследования;
- Разработать методические указания по обработке и интерпретации результатов микросейсмического мониторинга ГРП;
- Дать геологическую интерпретацию современного геодинамического режима Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции.
Гидравлический разрыв пласта (ГРП) впервые был разработан как метод воздействия на пласт в 1940-х годах, и первая операция была осуществлена в 1948 году [1]. В настоящее время ГРП является одним из лучших и экономически оправданных способов интенсификации добычи нефти и газа, как на стадии падающей добычи, так и на новых месторождениях, в качестве метода заканчивания скважин. Метод заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте для обеспечения притока добываемого флюида к забою скважины. Согласно определению Twiss R. [2], трещинами называют поверхности, вдоль которых происходит разрушение горных пород или минералов, или иначе, поверхности в крест простирания которых, возникает потеря когезии геоматериала. В соответствии с представления тектонофизики трещины обычно подразделяют на три базовых категории по кинематике движения бортов (крыльев) разрыва [2,3]. Первый и второй типы (Mode I, Mode II) - трещины отрыва и сдвига - наиболее часто встречаются в литературе посвященной описанию лабораторных испытаний образцов керна на прочность, ввиду простоты понимания связи между приложенными девиаторными напряжениями и возникающими, ввиду хрупкого разрушения, деформациями [4,5]. Для проектирования и осуществления гидроразрыва пласта наибольшее значение имеют трещины первого типа (Mode I, отрыв) [6], поскольку относительное движение бортов трещины - раскрытие трещины - происходит по нормали к направлению продвижения (роста) трещины [2,7]. Трещины отрыва, заполненные впоследствии дисперсным материалом - пропантом, либо промытые ввиду кислотной обработки, являются каналами флюидопотока с увеличенной гидравлической проницаемостью [4,8,9], обеспечивая тем самым увеличение нефтеотдачи [1,10,11]. Несмотря на то, что трещины и трещиноватость минералов, горных пород и массивов горных пород как естественного, так и техногенно индуцированного происхождения являются мультидисциплинарной областью научных исследований, геологическая природа их возникновения, развития и сохранности недостаточно изучена [12].
В настоящее время анализ продуктивности скважины после воздействия на пласт может производиться различными методами (исследование восстановления давления, анализ данных добычи в переходных режимах, моделирование добычи и т.д.). Эти методы позволяют определить параметры, весьма важные для изучения условий коллектора и их влияния на эффективность ГРП. Тем не менее, для получения достоверных и надежных результатов анализа продуктивности требуется наличие данных добычи за достаточно продолжительный период времени после ГРП [13]. Недостатком этих методов является отсутствие возможности описания геометрии трещины.
Существует ряд проверенных технических решений, позволяющих определить геометрию трещин ГРП (термометрия, исследование методом радиоактивных изотопов, наклономер и пр.). Однако решения, реализованные по принципу повторных наблюдений и хорошо контролирующие параметры трещины в стволе скважины, ограничены по дальности околоскважинным пространством.
Наземный микросейсмический мониторинг относится к группе методов диагностики дальней зоны гидроразрыва пласта (ГРП). Конкурентными преимуществами метода является высокая информативность по определению основных параметров трещины разрыва сопоставимая со скважинным вариантом и контроль над процессом ГРП непосредственно во время его проведения [14]. Методики обработки данных наземного микросейсмического мониторинга постоянно совершенствуются [15,16], критический же обзор технологии представлен в работе [17,18].
События микросейсмической эмиссии представляют облако микроземлетрясений возникающих в процессе нелинейной диффузии порового давления из-за нагнетания технологических жидкостей ГРП [19]. Результаты численного моделирования продвижения трещины гидроразрыва [20] показывают, что источники микросейсмической эмиссии приурочены к бортам трещины, или сопряженным сколам от основной трещины. При этом сама магистральная трещина разрыва, заполненная технологической жидкостью ГРП, является асейсмичной. Часто геологическая интерпретация данных облака микроземлетрясений и выбор направления трещины разрыва становятся субъективным решением специалиста [15]. В данной работе представлено несколько способов анализа источников микросейсмической эмиссии на основе местоположения гипоцентров при помощи алгоритмов пространственного анализа, реализованных в ГИС.
В работе представлено решение как технологической задачи по локализации трёхмерных координат источников микросейсмической эмиссии, а также методы постобработки результатов с использованием инструментов пространственной статистики геоинформационных систем.
В результате выполнения работы определены геометрические параметры ГРП, проведена геологическая интерпретация полученных данных. Говоря о геологической интерпретации полученных результатов, следует, прежде всего, отметить высокую сходимость ориентации трещин разрыва, сонаправленных с осью максимального горизонтального сжатия, с полем региональных неотектонических напряжений, установленных как структурно геоморфологическим методом, так и полевыми замерами трещиноватости в обнажениях. Это само по себе доказывает, что результаты микросейсмического мониторинга являются объективными. Второе заключение касается природы трещиноватости наблюдаемой на глубине проведения ГРП, а именно, что трещины разрыва и оперяющие их сколы имеют неотектоническую природу и находятся под влиянием современного поля напряжений. Возраст поля напряжений предположительно плиоцен-четвертичный, начало воздействия такого поля в отдельных случаях может быть и древнее [50]. Поле напряжений характеризуется региональными горизонтальным субмеридиональным сжатием и субширотным растяжением.
Таким образом, трещинообразование, не зависимо, природного или техногенного происхождения - это процесс, отражающий характер напряженного состояния земной коры в данной области и данное время. Данные о морфологии трещины разрыва ГРП могут являться надежным источником информации о поле тектонических напряжений [4] на территории России.
В результате выполнения работы определены геометрические параметры ГРП, проведена геологическая интерпретация полученных данных. Говоря о геологической интерпретации полученных результатов, следует, прежде всего, отметить высокую сходимость ориентации трещин разрыва, сонаправленных с осью максимального горизонтального сжатия, с полем региональных неотектонических напряжений, установленных как структурно геоморфологическим методом, так и полевыми замерами трещиноватости в обнажениях. Это само по себе доказывает, что результаты микросейсмического мониторинга являются объективными. Второе заключение касается природы трещиноватости наблюдаемой на глубине проведения ГРП, а именно, что трещины разрыва и оперяющие их сколы имеют неотектоническую природу и находятся под влиянием современного поля напряжений. Возраст поля напряжений предположительно плиоцен-четвертичный, начало воздействия такого поля в отдельных случаях может быть и древнее [50]. Поле напряжений характеризуется региональными горизонтальным субмеридиональным сжатием и субширотным растяжением.
Таким образом, трещинообразование, не зависимо, природного или техногенного происхождения - это процесс, отражающий характер напряженного состояния земной коры в данной области и данное время. Данные о морфологии трещины разрыва ГРП могут являться надежным источником информации о поле тектонических напряжений [4] на территории России.