способ построения обратимой трехмерной гидродинамической модели земли, калибруемой в реальном времени в процессе бурения

Формула изобретения

1. Способ построения трехмерной модели Земли для определения характеристик области, образованной множеством пластов и содержащей точки заложения реальных или планируемых скважин, содержащий этапы, на которых:

на основе данных измерений и известных свойств области строят исходную трехмерную модель Земли посредством комбинирования решений для набора отдельных одномерных моделей Земли с решениями для набора двумерных моделей Земли, при этом каждая одномерная модель Земли соответствует точке заложения реальной или планируемой скважины и охватывает всю соответствующую совокупность пластов вдоль ствола скважины, а двумерные модели Земли строят для отдельных пластов из упомянутых совокупностей пластов;

выполняют оптимизацию построенной исходной трехмерной модели Земли посредством этапов, на которых:

определяют оптимальный набор пластов для каждой одномерной модели Земли посредством анализа влияния каждого из пластов на определяемые характеристики и исключения пластов, слабо влияющих на определяемые характеристики, путем их объединения с вмещающими пластами;

определяют оптимальный набор калибруемых модельных параметров посредством анализа влияния параметров трехмерной модели Земли на определяемые характеристики и исключают из набора калибруемых параметров те параметры, вариации которых слабо влияют на определяемые характеристики.

2. Способ по п.1, в котором на этапе определения оптимального набора калибруемых модельных параметров исключают параметры, вариации которых слабо влияют на определяемые характеристики, путем фиксации упомянутых параметров на уровне их наиболее вероятных значений.

3. Способ по п.1, в котором на этапе построения исходной трехмерной модели Земли учитывают структуру отдельных пластов, для которых строят двумерные модели Земли, а на этапе оптимизации анализируют влияние структурных элементов упомянутых отдельных пластов на определяемые характеристики и исключают структурные элементы, слабо влияющие на определяемые характеристики.

4. Способ по п.1, в котором определяемой характеристикой является сверхгидростатическое формационное давление и отдельные пласты, для которых строят двумерные модели Земли, являются латерально гидродинамически связанными, а остальные пласты являются латерально водонепроницаемыми.

5. Способ по п.4, в котором этап построения исходной трехмерной модели Земли выполняют в бассейновой шкале времени, при этом он включает в себя этапы, на которых:

задают координаты точек заложения реальных или планируемых скважин и модельные параметры для набора соответствующих одномерных моделей Земли;

находят решения прямых задач для одномерных моделей Земли на основе заданных координат и модельных параметров;

на основе полученных решений одномерных моделей Земли доопределяют параметры, соответствующие интервалам латерально гидродинамически связанных пластов в одномерных моделях и необходимые для построения двумерных моделей Земли в бассейновой шкале времени;

путем интерполяции упомянутых параметров на регулярную сетку и с использованием соответствующих сеточных операторов находят решения прямых задач для двумерных моделей Земли на упомянутой сетке;

получают исходную комбинированную трехмерную модель Земли и соответствующее решение трехмерной прямой задачи посредством комбинирования полученных решений прямых задач для одномерных и двумерных моделей Земли на общей сетке в бассейновой шкале времени.

6. Способ по п.4, в котором на этапе оптимизации пласты исключают последовательно на основе анализа чувствительности путем их объединения с вмещающими пластами.

7. Способ по п.6, в котором последовательное исключение пластов для каждой одномерной модели Земли выполняют посредством этапов, на которых:

калибруют одномерную модель Земли путем обращения известных скважинных данных;

вычисляют вектор коэффициентов чувствительности, количество компонентов которого равно количеству пластов;

исключают пласт, которому соответствует минимальный коэффициент чувствительности, из компонентов вычисленного вектора коэффициентов чувствительности путем его объединения с вмещающими пластами;

определяют ошибку, вносимую исключением пласта таким образом, и, если эта ошибка меньше заранее заданного порога точности моделирования, повторяют предшествующие этапы, в противном случае завершают оптимизацию количества пластов.

8. Способ по п.4, в котором на этапе оптимизации модельные параметры исключают из набора калибруемых параметров на основе анализа чувствительности.

9. Способ по п.8, в котором исключение модельных параметров из набора калибруемых параметров для каждой одномерной модели Земли выполняют посредством этапов, на которых:

с учетом оптимального набора пластов, полученного на предыдущем этапе оптимизации, вычисляют вектор коэффициентов чувствительности, количество компонентов которого равно общему по всем оставшимся пластам количеству модельных параметров, и задают начальное пороговое значение для коэффициентов чувствительности;

исключают из набора корректируемых параметров модельные параметры, которым соответствуют коэффициенты чувствительности, меньшие порогового значения, посредством фиксации этих параметров на уровне их наиболее вероятных значений;

определяют ошибку, вносимую исключением параметров, и, если эта ошибка меньше заранее заданного порога точности моделирования, корректируют пороговое значение для коэффициентов чувствительности до тех пор, пока удовлетворяется уровень допустимой ошибки моделирования, и повторяют предшествующий и настоящий этапы, в противном случае завершают оптимизацию количества корректируемых параметров.

10. Способ по п.4, в котором на этапе построения исходной трехмерной модели Земли учитывают разломы в латерально гидродинамически связанных пластах, для которых строят двумерные модели Земли, а на этапе оптимизации дополнительно анализируют влияние сегментов разломов на вычисляемое сверхгидростатическое формационное давление и исключают сегменты, слабо влияющие на вычисляемое сверхгидростатическое формационное давление.

11. Способ по п.10, в котором сегменты разломов исключают на основе анализа чувствительности.

12. Способ по п.11, в котором исключение сегментов разломов выполняют посредством этапов, на которых:

для соответствующей двумерной модели Земли на уровне соответствующего ей латерально гидродинамически связанного пласта вычисляют вектор коэффициентов чувствительности, количество компонентов которого равно количеству сегментов разломов упомянутого латерально гидродинамически связанного пласта, и задают начальное пороговое значение для коэффициентов чувствительности;

исключают сегменты, которым соответствуют коэффициенты чувствительности, меньшие порогового значения;

определяют ошибку, вносимую исключением сегментов, и, если эта ошибка меньше заранее заданного порога точности моделирования, корректируют пороговое значение для коэффициентов чувствительности до тех пор, пока удовлетворяется уровень допустимой ошибки моделирования, и повторяют предшествующий и настоящий этапы, в противном случае завершают оптимизацию количества сегментов разломов.

13. Способ по п.12, в котором сегменты разломов исключают путем последовательного удаления соответствующих узлов нерегулярной сетки, используемой для моделирования латерально гидродинамически связанного пласта.

14. Способ по п.9, в котором этап оптимизации дополнительно содержит этап, на котором для полученных оптимальных наборов пластов определяют латерально гидродинамически связанные пласты, подлежащие включению в комбинированную трехмерную модель Земли, посредством выявления пластов, к эффективной латеральной проводимости которых искомое решение оказывается высокочувствительным, на основе анализа результирующего вектора коэффициентов чувствительности, вычисленного для модельных параметров.

15. Способ прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении, включающий в себя этапы, на которых:

для области, в которой выполняется бурение, строят трехмерную модель Земли согласно способу по любому из пп.4-14;

на основе данных, полученных из калибровочных скважин, выполняют предварительную калибровку построенной трехмерной модели Земли путем совместного обращения всех полученных скважинных данных;

прогнозируют развитие сверхгидростатического формационного давления в точке заложения целевой скважины путем решения соответствующей прямой задачи для предварительно откалиброванной трехмерной модели Земли;

в процессе бурения определяют реальное сверхгидростатическое формационное давление и проверяют совпадение реального сверхгидростатического формационного давления с предсказанным по прогнозу;

в случае, когда расхождение предсказанного по прогнозу и реального сверхгидростатических формационных давлений превышает заранее заданный порог, выполняют корректировку модели Земли путем решения соответствующей обратной задачи и вычисление на основе этой скорректированной модели Земли ожидаемого сверхгидростатического формационного давления путем решения соответствующей прямой задачи, которое используют в качестве обновленного прогноза ниже текущего положения забоя.

16. Способ по п.15, дополнительно содержащий этап, на котором при приближении опасного характера развития сверхгидростатического формационного давления вблизи текущего положения забоя, установленного на основе обновляемого прогноза сверхгидростатического формационного давления, вносят соответствующие коррективы в процесс бурения.

17. Способ по п.15, в котором в рассматриваемой области имеется по меньшей мере три калибровочные скважины для сбора калибровочных данных, при этом

предварительную калибровку построенной трехмерной модели Земли выполняют на основе калибровочных данных, собираемых в упомянутых калибровочных скважинах, с помощью по меньшей мере одного оператора инверсии;

развитие сверхгидростатического формационного давления прогнозируют путем интерполяции набора модельных параметров, полученного на этапе предварительной калибровки для упомянутых калибровочных скважин, в точку заложения целевой скважины и расчета наиболее вероятной кривой зависимости сверхгидростатического формационного давления от глубины;

в процессе бурения постоянно проверяют совпадение реальной кривой сверхгидростатического формационного давления с расчетной кривой и определяют расхождение расчетной и реальной кривых;

в случае, когда расхождение расчетной и реальной кривых превышает заранее заданный порог, с целью минимизации этого расхождения корректируют модель Земли путем ее перекалибровки, используя расхождение как входные данные для оператора инверсии, при этом соответствующую обновленную расчетную кривую сверхгидростатического формационного давления, полученную посредством вычислений на основе перекалиброванной модели Земли, используют в качестве обновленного прогноза ниже текущего положения забоя.

18. Способ по п.17, дополнительно содержащий этап, на котором при приближении опасного характера развития сверхгидростатического формационного давления вблизи текущего положения забоя, установленного на основе обновляемого прогноза сверхгидростатического формационного давления, вносят соответствующие коррективы в процесс бурения.

19. Способ по п.17, в котором при расчете наиболее вероятной кривой зависимости сверхгидростатического формационного давления от глубины дополнительно рассчитывают кривые, ограничивающие интервал возможной вариации сверхгидростатического формационного давления между максимальным и минимальным сценариями.

20. Способ по п.17, в котором дополнительно уточняют прогноз сверхгидростатического формационного давления на основе собираемых в процессе бурения литологических и стратиграфических данных, относящихся к конкретному пласту, посредством обновления на основе этих данных модельных параметров, соответствующих этому пласту.

21. Система, предназначенная для прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении в соответствии со способом по любому из пп.17-19, содержащая

по меньшей мере одно устройство сбора данных для сбора данных в процессе бурения;

вычислительное устройство для выполнения вычислений в соответствии с этапами способа по п.17 с учетом данных, собираемых упомянутым по меньшей мере одним устройством сбора данных, включающее в себя

средство формирования разностного сигнала, содержащего данные о расхождении расчетной кривой сверхгидростатического формационного давления с реальной кривой сверхгидростатического формационного давления, и

средство оперативного обновления прогноза сверхгидростатического формационного давления ниже текущего положения забоя, активируемое на основе упомянутого разностного сигнала и предназначенное для перекалибровки текущей модели Земли в реальном времени на основе упомянутого разностного сигнала, формирующего входные данные для оператора инверсии, и обновления прогноза развития сверхгидростатического формационного давления посредством вычислений на основе перекалиброванной модели Земли;

устройство формирования управляющего сигнала для формирования сигнала, содержащего рекомендации и команды для изменения технологического процесса бурения на основе результатов оперативного обновления прогноза сверхгидростатического формационного давления ниже текущего положения забоя, выполняемого вычислительным устройством.

22. Система по п.21, в которой данные, собранные упомянутым по меньшей мере одним устройством сбора данных, дополнительно обрабатываются вычислительным устройством с целью представления их в виде, наиболее подходящем для корректировки модели Земли.

23. Система по п.21, в которой устройство формирования управляющего сигнала передает сформированный управляющий сигнал на локальные средства контроля процесса бурения.

24. Система по п.21, в которой устройство формирования управляющего сигнала передает сформированный управляющий сигнал на удаленные средства контроля процесса бурения.

25. Система по п.21, в которой устройство формирования управляющего сигнала входит в состав вычислительного устройства.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к геофизическому анализу с целью оптимизации процесса бурения и, в частности, - к способу построения обратимой трехмерной гидростатической модели земли и ее применения с целью прогнозирования развития сверхгидростатического формационного давления перед бурением и в его и в процессе.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время крайне важной задачей является оптимальное планирование процесса бурения, в частности для нефтегазовых месторождений, в возможных условиях высокой температуры и высокого давления в контексте максимального снижения риска при бурении. Обычно эта задача решается посредством построения математической модели земли для представляющей интерес области подземного пространства с целью прогнозирования на ее основе характера развития целевых характеристик и свойств при бурении с учетом известных данных каротажа. На основе модельного прогноза выполняется оптимизация процесса бурения. При этом для точного прогнозирования предпочтительно, чтобы модель земли позволяла выполнять вычисления непосредственно в процессе бурения, т.е. в реальном времени, и чтобы модель земли обеспечивала возможность ее калибровки в процессе бурения на основе собираемых в процессе бурения данных каротажа, что в результате позволяет осуществлять прогнозирование не только перед бурением, но и непосредственно в его процессе.

В настоящее время известны две группы стандартных методик, целью которых является моделирование, исследование и прогнозирование сверхгидростатического давления: первая группа основывается на способах оценки одномерного (по профилю ствола скважины) распределения порового давления, вторая же группа основывается на решениях трехмерных (3D) бассейновых моделей. Сверхгидростатическое формационное давление представляет собой часть горного давления, распределенную на флюидальную компоненту осадочной горной породы, при этом под флюидальной компонентой понимается жидкая и/или газообразная фазовая составляющая горной породы.

В первом подходе (см., например Magara K., Compaction and fluid migration, 1978, Elsevier Scientific Publishing Company, стр.319) используются эмпирические взаимосвязи между сверхгидростатическим формационным давлением и чувствительными к пористости каротажными данными и/или сейсмическими данными. Помимо характерных низкого разрешения и ограничений по отношению "сигнал/шум" отраженных сейсмических волн, доступных в целевых интервалах (2-4 км) (см., например, Dutta N.C. Geopressure prediction using seismic data: current status and the road ahead. Geophysics, 2002, том. 67, №6, стр.2012-2041), общими недостатками всех существующих эмпирических способов является их ограниченная достоверность и неадаптивная структура. Основной причиной вышесказанного является реализуемая в упомянутых способах концепция формальной аппроксимации данных. Качество исходной модели согласно этой концепции имеет более низкий приоритет по сравнению с уникальностью и скоростью заранее определенных в эмпирической формуле преобразований данных (тип аппроксимирующих функций, способ аппроксимации, гибкость и т.д.). С точки зрения анализа геофлюидальной системы, исходные модели земли, соответствующие этой стратегии, часто являются переупрощенными и неадекватными. Например, классические подходы (см., например, Terzaghi K., Peck R.B., Soil Mechanics in Engineering Practice, 1948, Wiley, New York, 566 стр или Eaton B.A., The Equation for Geopressure Prediction from Well Logs, 1975, SPE paper 5544) на основе одноосевого эффективного стресса по существу представляют собой одномерную (1D) статическую аппроксимацию сложного явления, приводящего к возникновению сверхгидростатического формационного давления, зависящего от множества механизмов.

Современные модификации классических методик повышают их гибкость, но при этом они остаются сфокусированными на феномене уплотнения горных пород (см. Alberty M.W., McLean R.M. Emerging trends in pressure prediction, научный доклад на Offshore Technology Conference, май 5-8 2003, Хьюстон, США, OTC 15290). Соответствующие модели земли имеют значительные ограничения в плане достоверности по глубине (применимы в неглубоких частях разреза), возраста формации (применимы в более молодых частях разреза) и литологии (применимы в глинах). Однако формационное давление и соответствующие параметры осадочной породы по своей сути представляют совокупный эффект механизмов удержания флюида и расширения флюида. Вклад различных факторов меняется в течение истории седиментации, а также в переделах единой генетической формации от одного положения в разрезе к другому. Таким образом, ни один параметр, влияющий на окончательное формационное давление, нельзя зафиксировать посредством подхода на основе эмпирической формулы. Таким образом, типичными проблемами для вышеупомянутой первой группы подходов, возникающими перед каждым следующим прогнозированием, является плохое понимание механизмов сверхгидростатического формационного давления, действующих в конкретной области, и отсутствие путей ранжирования ключевых факторов по приоритетам.

Методики, основывающиеся на бассейновых моделях, в отличие от первой группы способов базируются на анализе развития геофлюидальной системы. Этот подход включает в себя значительно более сложные динамические модели земли (см. Guidish T.M., Kendall C.G.St.C., Lerch I., Toth D.J., Yarzab R.F., Basin Evaluation Using Burial History Calculations: an Overview. The American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 1985, том 69, №1, стр.92-105; Learch I., Theoretical aspects of problems in basin modelling in "Basin Modelling Advances and Applications" 1990, Norwegian Petroleum Society, Special publication 3, Elsevier, Amsterdam, стр.35-65), которые основываются на дифференциальных операторах, описывающих глобальные и локальные процессы в бассейновой шкале времени. Бассейновая шкала времени, иначе называемая геологическим масштабом времени, представляет собой шкалу времени, выраженную в миллионах лет с шагом десятки-сотни тысяч лет. Использование хорошо обоснованных физических и химических законов и соответствующих модельных допущений, бесспорно, создает большой задел для использования этого подхода для более глубокого понимания современного состояния геофлюидальных систем и, в частности, явления сверхгидростатического формационного давления.

Однако при этом проблематичным является использование бассейновых моделей для предсказания свойств геофлюидальных систем и, в частности, для прогнозирования сверхгидростатического давления перед бурением с последующим применением в процессе бурения. Причиной этого является чрезмерная математическая сложность соответствующих операторов прямого моделирования и отсутствие надлежащей связи между калибровочными данными и допускающими корректировку модельными параметрами. Иными словами, решения бассейновых моделей оказываются весьма тяжеловесными для калибровки посредством обращения данных в плане требований, предъявляемых к модельным параметрам (например, размерности признакового пространства, линейной независимости параметров и т.д.), и вычислительной сложности, характеризующих соответствующие трехмерные операторы прямого моделирования. Помимо этого, имеет место нелинейное поведение соответствующих операторов прямого моделирования, определенных на регулярных трехмерных сетках при учете необходимости задания для каждой ячейки сетки множества не являющихся независимыми модельных параметров. Следовательно, ни одна из известных полных трехмерных бассейновых моделей не подходит для непосредственного использования в ее исходном виде без надлежащего перемасштабирования с целью последующего использования для прогнозирования сверхгидростатического давления.

Следовательно, в области техники, к которой относится изобретение, имеется потребность в способе построения трехмерной модели земли, который сочетал бы в себе достоинства и позволил бы избежать недостатков вышеописанных известных подходов, а именно который обеспечивал бы построение модели земли, допускающей вычисления в реальном времени, как эмпирические модели, и обладающей достаточной достоверностью, как бассейновые модели, а также обеспечивающей возможность оперативного обращения данных.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретение является создание способа построения обратимой трехмерной гидродинамической модели земли для анализа и исследования геофлюидальных систем, а также для прогнозирования развития целевых характеристик в представляющей интерес области с возможностью корректировки этой модели в реальном масштабе времени.

Для решения этой задачи в соответствии с изобретением предложен способ построения трехмерной модели земли для определения целевых характеристик области подземного пространства, образованной множеством пластов и содержащей точки заложения реальных или планируемых скважин, включающий в себя этап построения исходной трехмерной модели земли и этап оптимизации построенной исходной трехмерной модели земли.

На этапе построения исходной трехмерной модели земли на основе данных измерений и известных свойств рассматриваемой области строят исходную трехмерную модель земли посредством комбинирования решений для набора отдельных одномерных моделей земли с решениями для набора двумерных (2D) моделей земли. При этом каждая одномерная модель земли соответствует точке заложения реальной или планируемой скважины и охватывает всю соответствующую совокупность пластов вдоль ствола скважины. Двумерные модели земли строят для отдельных пластов из упомянутых совокупностей пластов.

Этап оптимизации построенной исходной трехмерной модели земли включает в себя два основных подэтапа. На первом из них определяют оптимальный набор пластов для каждой одномерной модели земли посредством анализа влияния каждого из пластов на определяемые характеристики и исключения пластов, слабо влияющих на определяемые характеристики, путем их объединения с вмещающими пластами. На втором из них определяют оптимальный набор калибруемых модельных параметров посредством анализа влияния параметров трехмерной модели земли на определяемые характеристики и исключают из набора калибруемых параметров те параметры, вариации которых слабо влияют на определяемые характеристики.

В предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению способа построения трехмерной модели земли определяемой характеристикой является сверхгидростатическое формационное давление, отдельные пласты, для которых строят двумерные модели земли, являются латерально гидродинамически связанными, а остальные пласты являются латерально водонепроницаемыми. Согласно этому предпочтительному варианту осуществления этап построения исходной трехмерной модели выполняют в бассейновой шкале времени. На этом этапе задают координаты точек заложения реальных или планируемых скважин и модельные параметры для набора соответствующих одномерных моделей земли. Находят решения прямых задач для одномерных моделей земли на основе заданных координат и модельных параметров. На основе полученных решений одномерных моделей земли доопределяют параметры, соответствующие интервалам латерально гидродинамически связанных пластов в одномерных моделях и необходимые для построения двумерных моделей земли в бассейновой шкале времени. Путем интерполяции упомянутых параметров на регулярную сетку и с использованием соответствующих сеточных операторов находят решения прямых задач для двумерных моделей земли на упомянутой сетке. Получают исходную трехмерную модель земли и соответствующее решение трехмерной прямой задачи посредством комбинирования полученных решений прямых задач для одномерных и двумерных моделей земли на общей сетке в бассейновой шкале времени.

Согласно вышеупомянутому предпочтительному варианту осуществления на этапе оптимизации пласты исключают последовательно на основе анализа чувствительности путем их объединения с вмещающими пластами. При этом калибруют одномерную модель земли путем обращения известных скважинных данных. Вычисляют вектор коэффициентов чувствительности, количество компонентов которого равно количеству пластов. Исключают пласт, которому соответствует минимальный коэффициент чувствительности из компонентов вычисленного вектора коэффициентов чувствительности путем его объединения с вмещающими пластами. Определяют ошибку, вносимую исключением пласта таким образом, и если эта ошибка меньше заранее заданного порога точности моделирования, повторяют предшествующие этапы, в противном случае завершают оптимизацию количества пластов.

Согласно вышеупомянутому предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению способа на этапе оптимизации модельные параметры исключают из набора калибруемых параметров на основе анализа чувствительности. При этом с учетом оптимального набора пластов, полученного на предыдущем этапе оптимизации, вычисляют вектор коэффициентов чувствительности, количество компонентов которого равно общему по всем оставшимся пластам количеству модельных параметров, и задают начальное пороговое значение для коэффициентов чувствительности. Исключают из набора корректируемых параметров модельные параметры, которым соответствуют коэффициенты чувствительности, меньшие порогового значения, посредством фиксации этих параметров на уровне их наиболее вероятных значений. Определяют ошибку, вносимую исключением параметров, и если эта ошибка меньше заранее заданного порога точности моделирования, корректируют пороговое значение для коэффициентов чувствительности до тех пор, пока удовлетворяется уровень допустимой ошибки моделирования, и повторяют предшествующий и настоящий этапы, в противном случае завершают оптимизацию количества корректируемых параметров.

Другой задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа прогнозирования сверхгидростатического формационного давления перед бурением и в реальном времени при бурении на основе вышеописанного предпочтительного варианта осуществления соответствующего изобретению способа построения трехмерной модели земли. При этом результатом является оптимизация процесса бурения и повышение его безопасности.

Для решения этой задачи в соответствии с изобретением предложен способ прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении, согласно которому для области, в которой выполняется бурение, строят трехмерную модель земли согласно предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению способа построения трехмерной модели земли. На основе данных, полученных из соседних скважин, выполняют предварительную калибровку построенной трехмерной модели земли путем совместного обращения всех полученных скважинных данных. Прогнозируют развитие сверхгидростатического формационного давления в точке заложения целевой скважины путем решения соответствующей прямой задачи для предварительно откалиброванной трехмерной модели земли. В процессе бурения определяют реальное сверхгидростатическое формационное давление и проверяют совпадение реального сверхгидростатического формационного давления с предсказанным по прогнозу. В случае, когда расхождение предсказанного по прогнозу и реального сверхгидростатических формационных давлений превышает заранее заданный порог, выполняют корректировку модели земли путем решения соответствующей обратной задачи и вычисление на основе этой скорректированной модели земли ожидаемого сверхгидростатического формационного давления путем решения соответствующей прямой задачи. Вычисленное ожидаемое сверхгидростатическое формационное давление используют в качестве обновленного прогноза ниже текущего положения забоя.

Предпочтительно, при приближении опасного характера развития сверхгидростатического формационного давления вблизи текущего положения забоя, установленного на основе обновляемого прогноза сверхгидростатического формационного давления, вносят соответствующие коррективы в процесс бурения.

В предпочтительном варианте осуществления соответствующего настоящему изобретению способа прогнозирования сверхгидростатического формационного давления в рассматриваемой области имеется по меньшей мере три буровых скважины для сбора калибровочных данных. Предварительную калибровку построенной трехмерной модели земли выполняют на основе калибровочных данных, собираемых в упомянутых буровых скважинах, с помощью по меньшей мере одного оператора инверсии. Развитие сверхгидростатического формационного давления прогнозируют путем интерполяции набора модельных параметров, полученного на этапе предварительной калибровки для упомянутых буровых скважин, в точку заложения целевой скважины и расчета наиболее вероятной кривой зависимости сверхгидростатического формационного давления от глубины. В процессе бурения постоянно проверяют совпадение реальной кривой сверхгидростатического формационного давления с расчетной кривой и определяют расхождение расчетной и реальной кривых. В случае, когда расхождение расчетной и реальной кривых превышает заранее заданный порог, с целью минимизации этого расхождения корректируют модель земли путем ее перекалибровки, используя расхождение как входные данные для оператора инверсии. Соответствующую обновленную расчетную кривую сверхгидростатического формационного давления, полученную посредством вычислений на основе перекалиброванной модели земли, используют в качестве обновленного прогноза ниже текущего положения забоя. При этом предпочтительно дополнительно уточняют прогноз сверхгидростатического формационного давления на основе собираемых в процессе бурения литологических и стратиграфических данных, относящихся к конкретному пласту, посредством обновления на основе этих данных модельных параметров, соответствующих этому пласту.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание системы прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении посредством реализации вышеописанного предпочтительного варианта осуществления соответствующего настоящему изобретению способа прогнозирования сверхгидростатического формационного давления.

Для решения этой задачи согласно изобретению предложена система, предназначенная для прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления соответствующего настоящему изобретению способа прогнозирования сверхгидростатического формационного давления. Эта система содержит по меньшей мере одно устройство сбора данных для сбора данных в процессе бурения и вычислительное устройство для выполнения вычислений в соответствии с этапами вышеупомянутого предпочтительного варианта осуществления способа прогнозирования с учетом данных, собираемых упомянутым по меньшей мере одним устройством сбора данных. Вычислительное устройство включает в себя средство формирования разностного сигнала, содержащего данные о расхождении расчетной кривой сверхгидростатического формационного давления с реальной кривой сверхгидростатического формационного давления, и средство оперативного обновления прогноза сверхгидростатического формационного давления ниже текущего положения забоя, активируемое на основе упомянутого разностного сигнала и предназначенное для перекалибровки текущей модели земли в реальном времени на основе упомянутого разностного сигнала, формирующего входные данные для оператора инверсии, и обновления прогноза развития сверхгидростатического формационного давления посредством вычислений на основе перекалиброванной модели земли. Также система включает в себя устройство формирования управляющего сигнала для формирования сигнала, содержащего рекомендации и команды для изменения технологического процесса бурения на основе результатов оперативного обновления прогноза сверхгидростатического формационного давления ниже текущего положения забоя, выполняемого вычислительным устройством.

Перечень фигур чертежей

Вышеуказанные и иные признаки и преимущества настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем описании предпочтительных вариантов его осуществления, приводимых со ссылками на фигуры чертежей, на которых

Фиг.1 - блок-схема этапов способа построения трехмерной модели земли согласно изобретению.

Фиг.2 - иллюстрация латерально гидродинамически связанного пласта и латерально водонепроницаемого пласта.

Фиг.3 - иллюстративное изображение эталонной трехмерной модели земли и перемасштабированной трехмерной модели земли согласно изобретению.

Фиг.4 - блок-схема этапа 110 предпочтительного варианта осуществления способа 100 по Фиг.1.

Фиг.5 - блок-схема подэтапа 120-1 этапа 120 предпочтительного варианта осуществления способа 100 по Фиг.1.

Фиг.6 - иллюстрация процедуры последовательного исключения пластов по Фиг.5.

Фиг.7 - блок-схема подэтапа 120-2 этапа 120 предпочтительного варианта осуществления способа 100 по Фиг.1.

Фиг.8 - иллюстрация процедуры формирования оптимального набора калибруемых модельных параметров по Фиг.7.

Фиг.9 - блок-схема подэтапа 120-3 этапа 120 предпочтительного варианта осуществления способа 100 по Фиг.1.

Фиг.10 - иллюстрация процедуры оптимизации структуры разломов по Фиг.9.

Фиг.11 - блок-схема этапа 120 предпочтительного варианта осуществления способа 100 по Фиг.1.

Фиг.12 - блок-схема этапов способа прогнозирования сверхгидростатического давления при бурении согласно изобретению.

Фиг.13 - блок-схема этапа 1220 предпочтительного варианта осуществления способа 1200 по Фиг.12.

Фиг.14 - иллюстрация этапа 1230 предпочтительного варианта осуществления способа 1200 по Фиг.12.

Фиг.15 - блок-схема этапа 1240 предпочтительного варианта осуществления способа 1200 по Фиг.12.

Фиг.16 - иллюстративные стадии прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении на основе предпочтительного варианта осуществления способа 1200 по Фиг.12.

Фиг.17 - схематическое изображение системы, предназначенной для практической реализации предпочтительного варианта осуществления способа 1200 по Фиг.12.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Способ согласно настоящему изобретению предназначен для построения обратимой трехмерной гидродинамической модели земли с целью использования ее для анализа и исследования геофлюидальной системы, а также прогнозирования развития целевых характеристик в представляющей интерес области подземного пространства с целью оптимизации процесса бурения.

Изобретение позволяет заменить эталонную трехмерную модель земли, представленную миллионами ячеек сетки с десятками модельных параметров, подлежащих заданию для каждой ячейки, эффективно эквивалентной трехмерной моделью земли сокращенными на порядки пределами по задаваемым характеристикам. Эта модель (комбинированная трехмерная гидродинамическая модель земли) обеспечивает возможность быстрой и уникальной калибровки в реальном времени.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения целевой характеристикой является сверхгидростатическое формационное давление, и основным предназначением получаемой соответствующим изобретению способом комбинированной трехмерной модели земли является прогнозирование сверхгидростатического формационного давления перед бурением и в его процессе в реальном времени с калибровкой модельных параметров относительно собираемых в процессе бурения каротажных данных. При этом следует понимать, что развитый в настоящем изобретении подход позволяет определять не только сверхгидростатическое формационное давление, но и другие целевые характеристики, а способ, соответствующий настоящему изобретению, может быть применен не только для прогнозирования сверхгидростатического формационного давления, но и в контексте иного рода анализа геофлюидальной системы и прогнозирования ее свойств.

Ниже со ссылкой на Фиг.1 приводится описание способа 100 построения трехмерной модели земли, соответствующего настоящему изобретению. Как было сказано ранее, способ реализует замену эталонной трехмерной бассейновой модели земли эффективно эквивалентной комбинированной моделью земли.

Способ 100 согласно настоящему изобретению включает в себя два основных этапа: построение исходной комбинированной трехмерной модели земли с определением комбинированного трехмерного оператора прямого моделирования на пространстве параметров бассейновой модели, имеющем в общем случае большую размерность (этап 110 по Фиг.1), и последовательное перемасштабирование (уменьшение размерности) этого пространства параметров с целью оптимизации построенной на этапе 110 модели земли (этап 120 по Фиг.1).

По существу, способ согласно настоящему изобретению объединяет простоту и доступность эмпирических данных, соответствующие первой группе вышеописанных подходов предшествующего уровня техники, с более сложными и достоверными моделями земли, присущими второй группе вышеописанных подходов предшествующего уровня техники.

Согласно вышесказанному соответствующий настоящему изобретению способ 100 построения трехмерной модели земли, предназначенной для определения целевых характеристик области, образованной множеством пластов и содержащей точки заложения реальных буровых скважин или потенциальных буровых скважин (псевдоскважин), содержит два основных этапа. На этапе 110 на основе имеющихся данных измерений и известных свойств рассматриваемой области подземного пространства строят исходную комбинированную трехмерную модель земли посредством комбинирования решений для набора отдельных одномерных моделей земли с решениями для набора двумерных моделей земли. Как было сказано ранее, исходную комбинированную трехмерную модель земли строят на пространстве параметров соответствующей эталонной трехмерной бассейновой модели земли, которое имеет большую размерность, что крайне затрудняет выполнение калибровки этой модели земли в реальном времени.

Каждая одномерная модель земли соответствует точке заложения потенциальной или реальной буровой скважины и охватывает всю соответствующую совокупность пластов по глубине вдоль ствола скважины (в крест напластования). Следует отметить, что под реальной скважиной в настоящем описании понимается пробуренная скважина с соответствующим ей набором скважинных данных, который можно использовать для калибровки. Под потенциальной скважиной или псевдоскважиной в настоящем описании понимается планируемая скважина, разрез которой согласован со всей имеющейся информацией о геометрии пластов в рассматриваемой области.

Двумерные же модели земли строят в рассматриваемой области лишь для отдельных пластов из вышеупомянутых совокупностей пластов. Эти отдельные пласты обладают ключевыми в контексте построения модели земли и соответственно определения целевых характеристик свойствами, существенно отличающимися от соответствующих свойств вмещающих пластов. В частности, в описываемом ниже предпочтительном варианте осуществления этого способа упомянутые отдельные пласты обеспечивают геофлюидальную систему значимой в бассейновой шкале времени гидродинамической связью по латерали (т.е. в любом направлении в плоскости напластования) и выступают в роли коннекторов соответствующих гидродинамических потенциалов, определяющих превышение уровня текущего флюидального давления в точке разреза над гидростатическим. При этом соответствующие интервалы разреза должны регулярно прослеживаться на реальных скважинах, и обычно они связаны с регионально выдержанными коллекторами, которые обладают гидродинамическими свойствами, отличающимися от соответствующих свойств вмещающих пластов.

Взаимосвязи одномерных и двумерных моделей земли будут проиллюстрированы ниже при описании предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.

На этапе 120 выполняют оптимизацию построенной на этапе 110 исходной трехмерной модели земли, которая в соответствии с вышесказанным заключается по существу в перемасштабировании (уменьшении размерности) пространства параметров бассейновой модели земли. Этап 120 оптимизации включает в себя два основных подэтапа. На подэтапе 120-1 определяют оптимальный набор пластов для каждой одномерной модели земли посредством анализа влияния каждого из пластов на определяемые характеристики и исключения пластов, слабо влияющих на определяемые характеристики, путем их объединения с вмещающими пластами. Это позволяет минимизировать количество пластов, включаемых в каждую из одномерных моделей земли, избавившись от тех из них, которые слабо влияют на конечный результат, но, тем не менее, требуют затрат вычислительных ресурсов. Подробное описание варианта выполнения этой процедуры приводится ниже при изложении предпочтительного варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению.

На подэтапе 120-2 определяют оптимальный набор калибруемых модельных параметров посредством анализа влияния модельных параметров трехмерной модели земли, принадлежащих вышеупомянутому пространству параметров, на определяемые характеристики и исключают из набора калибруемых параметров параметры, вариации которых слабо влияют на определяемые характеристики. Этот этап имеет исключительную важность для последующей калибровки результирующей модели земли в контексте ее использования для прогнозирования в реальном времени, что описывается ниже более подробно. Задачей этого подэтапа является формирование оптимального набора модельных параметров для последующей калибровки, предпочтительно путем последовательного исключения из этого набора тех модельных параметров, вариации которых слабо влияют на конечный результат, посредством фиксации этих параметров на уровне их наиболее вероятных значений. Это позволяет минимизировать число калибруемых модельных параметров и тем самым дополнительно снизить затраты вычислительных ресурсов, повысить устойчивость и единственность обращения (инверсии) данных. Подробное описание варианта выполнения этой процедуры приводится ниже при изложении предпочтительного варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению.

Как известно, зачастую геометрия пластов является достаточно сложной и характеризуется различными структурными элементами, такими как флексуры, перегибы, разломы и т.п. При построении двумерных моделей земли не все подобные структурные элементы равнозначны для достижения заданной точности прогноза. Соответственно геометрический образ двумерной модели может быть оптимально упрощен без потери точности результатов моделирования. В этом случае этап 120 оптимизации включает в себя дополнительный подэтап 120-3 (на Фиг.1 показан пунктиром, что в данном случае означает, что этот этап является предпочтительным, но необязательным), на котором анализируют влияние структурных элементов упомянутых отдельных пластов на определяемые характеристики и исключают структурные элементы, слабо влияющие на определяемые характеристики, что в свою очередь позволяет снизить затраты вычислительных ресурсов, а также повысить единственность и устойчивость инверсии данных при калибровке. Подробное описание варианта выполнения этой процедуры приводится ниже при изложении предпочтительного варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению.

Далее приводится подробное описание предпочтительного варианта осуществления способа 100, соответствующего настоящему изобретению, в котором в соответствии с вышесказанным определяемой характеристикой является сверхгидростатическое формационное давление.

В основе этого предпочтительного варианта осуществления лежит хорошо доказанный факт наличия разных режимов формационных давлений в латерально гидродинамически связанных слоевых элементах геологического разреза (формациях-коллекторах), обеспечивающих латеральный гидродинамический контакт за счет хорошей водопроницаемости по латерали, и в латерально водонепроницаемых элементах геологического разреза (флюидоупорах), в которых разгрузкой избыточных формационных давлений по латерали можно пренебречь, причем латерально гидродинамически связанные элементы связаны с песчанистой литологией либо трещиноватыми карбонатами, а латерально водонепроницаемые элементы обычно связаны с глинистой литологией либо плотными карбонатами (см. Magara K. Compaction and fluid migration, 1978, Elsevier Scientific Publishing Company, стр.319). Ключевым фактором, лежащим в основе этого различия, является существенно отличающиеся скорость выравнивания избыточного давления и направление соответствующего потока флюида. В частности, латеральная компонента потока флюида при сокращении порового пространства за счет уплотнения вмещающей породы значительна для интервалов, соответствующих песку, и пренебрежимо мала для интервалов, соответствующих глине (см. Фиг.2). Таким образом, нет необходимости находить решение полной трехмерной гидродинамической бассейновой модели земли для всей рассматриваемой геофлюидальной системы, но достаточно найти решения лишь для ее латерально гидродинамически связанных частей, которые эффективно действуют в качестве коннекторов формационного давления в течение геологической истории формирования геофлюидальной системы.

Как было отмечено ранее, на практике описываемый подход преобразует полное трехмерное численное решение прямой задачи на регулярной трехмерной сетке, соответствующее бассейновой модели, к комбинации решений, полученных для набора отдельных одномерных формационных моделей скважин, и двумерных решений той же задачи, полученных для латерально гидродинамически связанных пластов (формаций-коллекторов), представляемых нерегулярной сеткой. Следует отметить, что соответствующие численные решения были получены авторами настоящего изобретения как для вышеупомянутого одномерного случая (см. Madatov A.G., Sereda V.-A.I., Doyle E.F., Pore pressure prediction by using inversion before and during drilling, научный доклад на симпозиуме "New methods and technologies in petroleum geology, drilling and reservoir engineering", 19-20 июня 1997, Краков, Польша), так и для вышеупомянутого двумерного случая (Madatov A.G., Sereda V.-A.I., The decomposition of 3-D overpressure evolution model in basin scale and its application to the fault seal analysis, Review of the Murmansk State University, 2001, том. 4, №1, стр.79-96) на основе реализации абсолютно устойчивого метода неявного решения численной конечно-разностной задачи ADI (см. Wang H.F., Anderson M.P., Introduction to Groundwater Modelling. Finite Difference and Finite Element Methods, 1982, Academic Press Inc., 237 стр.).

В результате виртуальный куб, вмещающий произвольную трехмерную бассейновую модель геофлюидальной системы, представленный миллионами ячеек с десятками модельных параметров, подлежащих заданию для каждой ячейки, можно перемасштабировать с понижением его размерности к описанной комбинации одномерных и двумерных решений, которые эффективно заменяют его с точки зрения калибровки модели, описывающей сверхгидростатическое формационное давление (см. Фиг.3).

Описываемый подход позволяет достичь значительного ускорения выполнения трехмерной прямой модели на компьютере. В частности, для регулярной трехмерной сетки с числом узлов N_x=N_y=N _z=1000 требующееся процессорное время составляет всего 0,34% от требующегося процессорного времени для классической трехмерной численной схемы.

Далее со ссылкой на Фиг.4 подробно описывается выполняемый в бассейновой шкале времени этап 110 построения исходной трехмерной модели земли, соответствующий предпочтительному варианту осуществления вышеизложенного способа 100.

Пусть прямое решение трехмерной гидродинамической задачи в отношении избыточного порового давления отыскивается в трехмерной представляющей интерес области подземного пространства. В соответствии с вышесказанным результирующая трехмерная модель включает в себя M_w одномерных моделей земли (каждая из которых охватывает всю соответствующую совокупность пластов) и M_L двумерных гидродинамических моделей земли (для латерально гидродинамически связанных пластов). Следует отметить, что по меньшей мере один такой латеральный канал должен быть представлен в каждой из M_w одномерных моделей в соответствующем интервале глубины. В противном случае модель будет подразделена на ряд гидродинамически несвязных, в пределе одномерных моделей. Пусть также для всех гидродинамических моделей известны все подлежащие заданию стратиграфические, литологические и тектонические параметры. Пусть элементарный цикл нагрузки-разгрузки для развития рассматриваемой геофлюидальной системы определен на стратиграфической шкале как интервал времени, в пределах которого темп осадконакопления для данного пласта не менялся, а элементарный шаг по геологическому времени в конечно-разностной схеме определен согласно приемлемому уровню устойчивости. Любой элементарный цикл "нагрузки-разгрузки" должен описываться целым числом элементарных шагов по геологическому времени. Получение комбинированного решения, описывающего эволюцию сверхгидростатического давления для рассматриваемой трехмерной области, включает в себя следующий циклически повторяющийся набор этапов (см. Фиг.4).

На этапе 410 задают координаты предполагаемых буровых скважин и модельные параметры для набора соответствующих одномерных моделей земли. Также на этом этапе формируют сетки для выполнения вычислений и предпочтительно получают соответствующие текущему моменту изображения геометрии латерально гидродинамически связанных пластов. Модельные параметры можно задать путем непосредственного ввода их известных значений либо путем вычислений по опорным моделям. Например, в описываемом ниже применении предпочтительного варианта осуществления способа 100 для прогнозирования сверхгидростатического формационного давления модельные параметры задают посредством интерполяции.

На этапе 420 на сформированных пространственных сетках _x,y ^T находят решение P_x,y,z ^(1/2) прямой задачи отдельно для каждой из M_W одномерных моделей земли на основе координат и параметров, заданных на этапе 410, на половине цикла нагрузки-разгрузки. При этом P_x,y,z ^(1/2), по существу, представляет собой промежуточное решение для давления, оси x и y лежат в плоскости поверхности земли, а ось z направлена в глубину.

На этапе 430 на основе полученных на этапе 420 M_W прямых решений P_x,y,z ^(1/2) для одномерных моделей земли доопределяют параметры, соответствующие интервалам латерально гидродинамически связанных пластов в одномерных моделях и необходимые для построения двумерных моделей земли в бассейновой шкале времени. На этом этапе для каждой одномерной модели текущие значения параметров, соответствующих интервалам латерально гидродинамически связанных пластов, интерполируют на регулярные двумерные сетки _z ^R, получая в результате набор параметров, требующийся для нахождения прямого решения двумерной гидродинамической задачи отдельно для каждого из M_L латерально гидродинамически связанных пластов. При наличии соответствующего текущему моменту изображения геометрии латерально гидродинамически связанных пластов, полученного на этапе 410, это изображение предпочтительно используют на этапе 430 при получении необходимых для двумерных моделей параметров.

На основе доопределенных на этапе 430 параметров, на этапе 440 с использованием соответствующих сеточных операторов находят решение P_x,y,z ⁽¹⁾ прямой задачи на регулярных сетках { _z ^R} отдельно для каждой из M_L двумерных моделей земли на второй половине цикла нагрузки-разгрузки.

На этапе 450 получают исходную трехмерную модель земли и соответствующее ей решение трехмерной прямой задачи посредством комбинирования полученных решений для M_W одномерных и M _L двумерных моделей земли на общей сетке в бассейновой шкале времени. На этом этапе выполняют перераспределение решений P_x,y,z ⁽¹⁾, полученных на этапе 440, обратно на общую нерегулярную сетку _x,y ^T _z ^R согласно координатам x и y точек заложения скважин, соответствующих одномерным моделям, с которыми связаны M_L латерально гидродинамически связанных пластов.

На этапе 460 выполняют единичное приращение в цикле нагрузки-разгрузки. Если временной интервал T_m, связанный с отложением m-го пластового элемента, не завершен, переходят к этапу 410, в противном случае начинают с этапа 410 новый (m+1)-ый цикл нагрузки-разгрузки для нового пластового элемента.

Далее приводится подробное описание каждого из подэтапов этапа 120 оптимизации, соответствующего предпочтительному варианту осуществления вышеизложенного способа 100.

В предпочтительном варианте осуществления способа, соответствующего настоящему изобретению, на подэтапе 120-1 этапа 120 оптимизации пласты исключают последовательно на основе анализа чувствительности путем их объединения с вмещающими пластами. Ниже со ссылкой на Фиг.5 приводится подробное описание этапов упомянутого подэтапа 120-1, выполняемого для каждой из M _W одномерных моделей земли.

На этапе 500 калибруют одномерную модель земли путем обращения известных скважинных данных. Упомянутые скважинные данные могут быть известны заранее или могут быть получены любым подходящим известным из уровня техники способом или средством. На этапе 510 для рассматриваемой одномерной модели земли вычисляют вектор коэффициентов чувствительности, количество компонентов которого равно количеству R пластов. Каждый компонент этого вектора описывает влияние соответствующего ему пласта на искомое распределение сверхгидростатического формационного давления.

На этапе 520 исключают пласт, которому соответствует минимальный коэффициент чувствительности из компонентов вычисленного на этапе 510 вектора коэффициентов чувствительности, путем его объединения с вмещающими пластами.

На этапе 530 определяют ошибку, вносимую в решение исключением пласта на этапе 520, и если эта ошибка меньше заранее заданного порога точности моделирования, то уменьшают R на единицу (т.е. R=R-1) и повторяют этапы 500-530, в противном случае завершают исключение пластов. В результате получается модель, оптимизированная в плане количества описываемых пластовых элементов.

Вышеописанный процесс последовательного исключения пластов дополнительно проиллюстрирован на Фиг.6. В частности, на Фиг.6a показано последовательное удаление пластов, где удаляемые пласты помечены белыми стрелками. На Фиг.6b показана соответствующая зависимость относительной ошибки, обусловленной исключением пластов, от количества пластов. Стрелкой помечена приемлемая величина ошибки (порог), определяющая оптимальный набор пластов.

В предпочтительном варианте осуществления способа 100, соответствующего настоящему изобретению, на подэтапе 120-2 этапа 120 оптимизации модельные параметры исключают из набора калибруемых параметров на основе анализа чувствительности. Ниже со ссылкой на Фиг.7 приводится подробное описание этапов упомянутого подэтапа 120-2, выполняемого для каждой из M _W одномерных моделей земли, для которой предварительно выполнена оптимизация количества пластов в соответствии с этапами 500-530 по Фиг.5.

На этапе 710 вычисляют вектор коэффициентов чувствительности, количество компонентов которого равно общему по всем оставшимся пластам количеству модельных параметров, и задают начальное пороговое значение для коэффициентов чувствительности. Для соответствующего рассматриваемой одномерной модели земли N-мерного вектора модельных параметров x, принадлежащего N-мерному векторному пространству X, компоненты вектора коэффициентов чувствительности определяются согласно следующему соотношению

где M⁽¹⁾(x) - одномерный оператор прямого моделирования, построенный на N-мерном векторном пространстве X модельных параметров (см. Madatov A.G., Sereda V.-A.I., The forward and inverse problems of the fluid dynamics in basin modeling applied to the pore pressure prediction within the sedimentary basins. Part 1. Theory aspects, Proceeding of the Murmansk State Technical University, 2000, том. 3, №1, стр.89-114); _kx обозначает вариацию вектора x модельных параметров, при которой изменяется только его k-ый компонент, а остальные компоненты остаются фиксированными; обозначает норму.

Пороговое значение для коэффициентов чувствительности, называемое здесь также уровнем отсечения, определяет уровень, ниже которого вариации модельных параметров считаются слабо влияющими на конечный результат в плане точности моделирования целевого (прогнозируемого) свойства геофлюидальной системы (в частности, сверхгидростатического давления). На этапе 710 задают начальное значение этого порогового значения, а на последующих этапах его корректируют до тех пор, пока удовлетворяется уровень допустимой ошибки моделирования.

На этапе 720 из набора калибруемых параметров исключают модельные параметры, которым соответствуют коэффициенты чувствительности, меньшие упомянутого порогового значения. Эти параметры фиксируют на уровне их наиболее вероятных значений, подразумевая тем самым отсутствие их вариации.

На этапе 730 определяют ошибку, вносимую в решение исключением параметров на этапе 720, и если эта ошибка меньше заранее заданного порога точности моделирования, корректируют пороговое значение для коэффициентов чувствительности до тех пор, пока удовлетворяется уровень допустимой ошибки моделирования и повторяют этапы 720-730, в противном случае завершают оптимизацию набора корректируемых параметров. В результате получается модель, оптимизированная в плане количества подлежащих последующей калибровке модельных параметров.

Вышеописанный процесс исключения модельных параметров дополнительно проиллюстрирован на Фиг.8. В частности, на Фиг.8a показаны компоненты нормированного вектора коэффициентов чувствительности для каждого из пластовых элементов и оптимальный уровень отсечения. На Фиг.8b показана соответствующая зависимость относительной ошибки, обусловленной вышеописанным исключением модельных параметров, от количества калибруемых модельных параметров, при этом оптимальный набор калибруемых модельных параметров определяется приемлемым уровнем (порогом) относительной ошибки.

Как было отмечено ранее, для латерально гидродинамически связанных пластов предпочтительно учитывать структурные элементы, такие как разломы. Далее со ссылкой на Фиг.9 приводится подробное описание подэтапа 120-3 этапа 120 оптимизации предпочтительного варианта осуществления способа 100, когда учитывают разломы в латерально гидродинамически связанных пластах, для которых строят двумерные модели земли.

На этом подэтапе оптимизации для каждой двумерной модели земли выполняют анализ чувствительности, характеризующий влияние сегментов разломов на вычисляемое сверхгидростатическое формационное давление, и исключают сегменты, слабо влияющие на конечный результат, или, иными словами, сегменты, к отсутствию которых искомое решение является слабо чувствительным.

На этапе 910 по Фиг.9 для двумерной модели земли на уровне соответствующего ей латерально гидродинамически связанного пласта вычисляют компоненты S⁽²⁾ _k вектора коэффициентов чувствительности, количество компонентов которого равно количеству сегментов разломов в пределах рассматриваемой области калибровки для латерально гидродинамически связанного пласта, согласно следующему соотношению

где L - количество сегментов в пределах рассматриваемой области калибровки для латерально гидродинамически связанного пласта, r - вектор размерности L, характеризующий совокупность сегментов разломов, M⁽²⁾(r) - двумерный оператор прямого моделирования; _kr обозначает вариацию вектора r, при которой изменяется только его k-ый компонент, а остальные компоненты остаются фиксированными; обозначает норму.

На этапе 910 также задают начальное пороговое значение для коэффициентов чувствительности. Сегменты разломов, которым соответствуют коэффициенты чувствительности ниже порогового значения, считаются слабо влияющими на конечный результат.

На этапе 920 исключают сегменты, которым соответствуют коэффициенты чувствительности, меньшие порогового значения, заданного на этапе 910. Как было отмечено ранее, при построении двумерных моделей для моделирования поверхности пласта используются нерегулярные сетки (триангуляционный подход), при этом вышеупомянутым сегментам разломов соответствуют узлы нерегулярной сетки. Предпочтительно, на этапе 920 сегменты разломов исключают путем последовательного удаления соответствующих им узлов нерегулярной сетки.

На этапе 930 определяют ошибку, вносимую в решение выполненным на этапе 920 исключением сегментов, и если эта ошибка меньше заранее заданного порога точности моделирования, корректируют пороговое значение для коэффициентов чувствительности до тех пор, пока удовлетворяется уровень допустимой ошибки моделирования и повторяют этапы 920-930, в противном случае завершают оптимизацию количества сегментов разломов для рассматриваемой модели земли. В результате получается модель, оптимизированная в плане количества учитываемых в двумерных моделях земли сегментов разломов латерально гидродинамически связанных пластов.

Вышеописанный процесс исключения сегментов разломов дополнительно проиллюстрирован на Фиг.10. В частности, на Фиг.10a и 10b показаны вычисленные карты градиентов давлений (в масштабе удельного веса балансирующего столба жидкости), основывающиеся соответственно на исходной и оптимизированной структуре разломов в пространственной области латерально гидродинамически связанного пласта. На Фиг.10с показаны компоненты нормированного вектора коэффициентов чувствительности и уровень отсечения. На Фиг.10d показана зависимость относительной ошибки между эталонной (Фиг.10a) и оптимизированной (Фиг.10b) моделями от количества сегментов разломов, а также приемлемый уровень ошибки (порог) определяющий оптимальную структуру разломов.

Далее со ссылкой на Фиг.11 для предпочтительного варианта осуществления соответствующего настоящему изобретению способа 100, в котором при построении двумерных моделей земли учитываются разломы, приводится общая схема последовательности действий на этапе 120 оптимизации с учетом описанных выше со ссылками на Фиг.5-10 предпочтительных вариантов осуществления его подэтапов 120-1, 120-2, 120-3 соответственно. Как следует из Фиг.11, процесс оптимизации выполняется для построенной в соответствии с этапами 410-460 по Фиг.4 исходной модели земли (блок 1100) и имеет две отдельные ветви, которые описываются ниже по отдельности.

Первая ветвь характеризует оптимизацию модели в плане количества пластов и модельных параметров. На этапе 1101 посредством выполнения этапов 500-530 по Фиг.5 для каждой одномерной модели на основе анализа чувствительности определяют оптимальный набор пластовых элементов. На этапе 1102 с учетом результатов этапа 1102 посредством выполнения этапов 710-730 по Фиг.7 для каждой одномерной модели на основе анализа чувствительности определяют оптимальный набор модельных параметров, подлежащих последующей калибровке, а остальные модельные параметры фиксируют на уровне их наиболее вероятных значений.

На этапе 1103 среди оставшихся пластовых элементов распознают подлежащие включению в комбинированную трехмерную модель пластовые элементы, соответствующие латерально гидростатически связанным пластам, посредством окончательного анализа чувствительности. Этот анализ чувствительности основывается на окончательных результатах анализа чувствительности по этапу 1102. Пластовым элементам, соответствующим латерально гидростатически связанным пластам, в результирующем списке модельных параметров соответствует эффективная латеральная проводимость, к которой искомое решение является высоко чувствительным (см. Фиг.8с).

На этапе 1104 получают набор оптимизированных одномерных моделей земли.

Вторая ветвь характеризует оптимизацию модели в плане структуры каждого из латерально гидростатически связанных пластов, для которых строят двумерные гидродинамические модели. На этапе 1110 любым известным из уровня техники способом получают изображения геометрии для верхней и нижней поверхностей (кровли и подошвы) латерально гидростатически связанного пласта. Полученные изображения кровли и подошвы экспортируют далее на регулярную двумерную сетку.

На этапе 1120 для рассматриваемого пласта распознают структуру разломов, например, посредством известного из уровня техники градиентного анализа сеточной структурной карты.

На этапе 1130 получают оптимальное воспроизведение геометрии рассматриваемого пласта на нерегулярной сетке, например, с использованием алгоритма для оптимальной коррекции триангуляционной интерполяции.

На 1140 посредством выполнения этапов 910-930 по Фиг.9 на основе анализа чувствительности определяют оптимальную структуру сегментов разломов для рассматриваемого пласта и надлежащим образом оптимизируют данную сетку.

На этапе 1150 получают набор оптимизированных двумерных моделей земли для латерально гидродинамически связанных пластов.

Результаты этапов 1104 и 1150 комбинируют на этапе 1160 на общей нерегулярной трехмерной сетке, и получаемая в результате комбинированная трехмерная модель земли пригодна для последующей калибровки.

В соответствии с вышесказанным основным предпочтительным вариантом применения способа построения трехмерной модели земли, подробно описанного выше, является прогнозирование сверхгидростатического формационного давления перед бурением и в его процессе в реальном времени.

Далее со ссылкой на Фиг.12 описывается способ 1200 прогнозирования сверхгидростатического давления при бурении на основе предпочтительного варианта осуществления способа построения трехмерной модели земли, описанного выше со ссылками на Фиг.1-11.

На этапе 1210 для области, в которой выполняется бурение, строят оптимизированную комбинированную трехмерную модель земли в соответствии с вышеописанным предпочтительным вариантом осуществления способа 100 построения трехмерной модели земли, соответствующего настоящему изобретению. Согласно вышесказанному построенная таким образом модель земли допускает калибровку в реальном времени, что позволяет фактически непрерывно корректировать прогноз, тем самым значительно повышая его точность.

На этапе 1220 на основе данных, полученных из соседних реальных скважин, выполняют предварительную (перед бурением) калибровку построенной трехмерной модели земли путем совместного обращения всех полученных скважинных данных. Сбор данных испытаний и каротажа, служащих в качестве основы для калибровки, в буровых скважинах осуществляют любыми подходящими известными из уровня техники средствами и способами. Более подробное изложение предварительной калибровки модели приводится ниже при описании предпочтительного варианта осуществления соответствующего настоящему изобретению способа прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении.

На этапе 1230 прогнозируют развитие сверхгидростатического формационного давления в точке заложения целевой скважины путем решения соответствующей прямой задачи для трехмерной модели земли, в отношении которой на этапе 1220 была выполнена предварительная калибровка.

Как было отмечено ранее, одним из основных преимуществ развитого в настоящем изобретении подхода является возможность применять построенную трехмерную модель земли для прогнозирования непосредственно в процессе бурения с возможностью ее корректировки в реальном времени на основе данных измерений, получаемых в процессе бурения. На этапе 1240 проверяют совпадение реального сверхгидростатического формационного давления, определяемого в процессе бурения, с предсказанным по прогнозу на основе модели. Определение реального сверхгидростатического формационного давления при бурении может быть выполнено, например, посредством измерений и/или интерпретации данных каротажа. Основной задачей этого этапа является определение того, требуется ли обновление прогноза сверхгидростатического формационного давления ниже текущего положения забоя с целью его уточнения. В случае, когда расхождение предсказанного по прогнозу и реального сверхгидростатических формационных давлений превышает заранее заданный порог, на этапе 1250 выполняют корректировку модели земли путем решения соответствующей обратной задачи и вычисление на основе этой скорректированной модели земли ожидаемого сверхгидростатического формационного давления путем решения соответствующей прямой задачи, которое используют в качестве обновленного прогноза ниже текущего положения забоя. Более подробное изложение корректировки модели земли приводится ниже при описании предпочтительного варианта осуществления соответствующего настоящему изобретению способа прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении.

Одной из основных задач прогнозирования развития сверхгидростатического формационного давления является снижение риска при бурении, поэтому предпочтительно, чтобы при приближении опасного характера развития сверхгидростатического формационного давления вблизи текущего положения забоя, установленного на основе обновляемого прогноза сверхгидростатического формационного давления, были внесены надлежащие коррективы в процесс бурения. Таковыми коррективами могут быть любые известные изменения режима бурения, направленные на то, чтобы свести к минимуму вероятность возникновения спрогнозированной опасной ситуации.

Ниже приводится подробное описание предпочтительного варианта осуществления способа прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении. Сначала со ссылкой на Фиг.13 описывается этап 1220 предварительной (перед бурением) калибровки комбинированной трехмерной модели земли, оптимизированной при ее построении способом, соответствующим настоящему изобретению.

По существу, этап предварительной калибровки подразумевает определение всех модельных параметров, требующихся для получения решения прямой трехмерной гидродинамической задачи при помощи решения соответствующей обратной задачи. Это, в свою очередь, сводится к сбору реальных данных о формационном давлении и данных, относящихся к формационному давлению, и обращению (инверсии) собранных данных по отношению к оптимизированному на этапе построения модели земли (этапе 1210) пространству модельных параметров (см. Menke W., Geophysical data analysis: Discrete Inverse Theory, 1984, Academic press, New York, 312 стр.). Упомянутый сбор данных осуществляют любыми подходящими средствами и способами, известными из уровня техники.

На общей схеме последовательности операций предварительной калибровки по Фиг.13 имеются внешние операции (этапы 1310e-1360e), которые служат, в основном, для ввода/вывода данных, и вычислительные операции (на Фиг.13 им соответствуют затененные блоки), предназначенные для выполнения обращения наборов данных, относящихся к давлению и пористости и собранных в множестве реальных буровых скважин, по отношению к модели земли, оптимизированной на этапе ее построения описанным выше способом.

На этапе 1310e с этапа 1210 получают трехмерную оптимизированную модель земли, которая пригодна для калибровки. На этапе 1320e получают калибровочный набор данных, используемый во внутренних циклах (см. Фиг.13). На этом этапе в качестве реальных входных данных служат прямые и косвенные оценки сверхгидростатического формационного давления и пористости, получаемые из реальных буровых скважин в рассматриваемой области (калибровочных скважин). На этапе 1320e используют любые подходящие известные из уровня техники средства и способы обработки и интерпретации данных каротажа. На этапе 1330e путем извлечения необходимой информации из выходных данных этапа 1310e задают глобальный стартовый диапазон и стартовые значения модельных параметров и после этого входят во внешний цикл (K-цикл) по калибровочным скважинам, служащим для предварительной калибровки (на этап 1301k).

На этапе 1301k выбирают k-ую базовую скважину, вовлеченную во внешний цикл, и на этапе 1302k на основе текущей трехмерной модели земли вычисляют решение прямой задачи. На этапе 1303k определяют соответствие расхождения между реальными данными и результатами вычислений заранее заданному критерию. Этот этап выполняют, например, посредством вычисления и проверки среднеквадратической векторной нормы. Если на этапе 1303k определено несоответствие упомянутому критерию, то на этапе 1304k находят решение обратной задачи в виде вектора модельных параметров, приносящего допустимое рассогласование реальных и модельных данных. Эта процедура, называемая операцией инверсии и выполняемая соответствующим применяемым к данным оператором инверсии, описывается более подробно ниже, после чего переходят к этапу 1305k. Если же на этапе 1303k определено соответствие упомянутому критерию, то непосредственно переходят к этапу 1305k, на котором получают набор модельных параметров для k-ой базовой скважины. На этом этапе формируют вектор модельных параметров согласованно с решениями одномерных обратных задач для заданных положений калибровочных скважин. Далее на этапе 1306k переносят полученный в качестве решения одномерной обратной задачи набор модельных параметров на все соседние калибровочные скважины в соответствии с их положениями. С этапа 1306k переходят к внутреннему циклу (M-циклу) по калибровочным скважинам, служащим для калибровки каждой отдельной одномерной модели (на этап 1301m).

На этапе 1301m выбирают m-ую соседнюю скважину, вовлеченную во внутренний цикл, и на этапе 1302m на основе текущей трехмерной модели земли вычисляют решение прямой задачи. На этапе 1303m, аналогично этапу 1303k, определяют соответствие расхождения между реальными данными и результатами вычислений заранее заданному критерию. Если на этапе 1303m определено несоответствие упомянутому критерию, то на этапе 1304m, аналогично этапу 1304k, посредством оператора инверсии находят решение обратной задачи, соответствующей обращению данных отдельной калибровочной скважины с учетом упомянутого расхождения, после чего переходят к этапу 1305m. Если же на этапе 1303m определено соответствие упомянутому критерию, то непосредственно переходят к этапу 1305m, на котором, аналогично этапу 1305k, получают набор модельных параметров для m-ой соседней калибровочной скважины, после чего выходят из внутреннего цикла обратно во внешний цикл на этап 1307k.

Далее на этапе 1307k перераспределяют текущее решение обратной задачи, соответствующей обращению данных множества калибровочных скважин, согласованно с полученными решениями обратных задач, каждая из которых соответствует обращению данных отдельной калибровочной скважины, и положениями соседних скважин. После этого переходят к этапу 1308k, на котором определяют соответствие критерию завершения посредством вычисления относительных функциональных норм и проверки их величин относительно критериев качества подбора. Если на этапе 1308k установлено несоответствие упомянутым критериям, то переходят к этапу 1309k, на котором корректируют диапазон и значения модельных параметров. На этом этапе перегруппировывают решение обратной задачи, соответствующей обращению данных множества калибровочных скважин, в целях получения более приемлемой стартовой точки для следующей стадии циклического процесса обращения данных. С этапа 1309k переходят к этапу 1310k, на котором, аналогично этапу 1306k, переносят набор модельных параметров на все соседние калибровочные скважины и переходят на этап 1301m внутреннего цикла.

Если же на этапе 1308k установлено соответствие упомянутым критериям, то переходят к соответствующему внешней операции этапу 1340e, на котором формируют конкретный вектор модельных параметров согласованно с решениями обратной задачи (этапы 1304k, 1304m) и положениями калибровочных скважин. После этого переходят к этапу 1350e, на котором, аналогично этапу 1308k, определяют соответствие глобальному критерию завершения описываемой процедуры (качества модели земли по критерию единственности решения обратной задачи). Если на этапе 1350e определено несоответствие упомянутому критерию, то переходят к этапу 1330e, на котором повторно входят во внешний цикл (на этап 1301e). Если же на этапе 1350e определено соответствие упомянутому критерию, то переходят к завершающему этапу 1360e, на котором формируют результирующий вектор модельных параметров, тем самым получая предварительно откалиброванную модель земли.

Базовый вычислительный процесс обращения данных, выполняемый на этапах 1304k и 1304m, состоит в реализации стандартных способов оптимизации, например метода сопряженных градиентов и метода Ньютона-Гаусса (см. Menke W., Geophysical data analysis: Discrete Inverse Theory, 1984, Academic press, New York, 312 стр.), с целью минимизации расхождения между реальными и теоретическими данными (см. Madatov A.G., Sereda V.-A.I., Doyle E.F. Pore pressure prediction by using inversion before and during drilling, научный доклад на симпозиуме "New methods and technologies in petroleum geology, drilling and reservoir engineering", 19-20 июня 1997, Краков, Польша). Это позволяет получить локальное решение одномерной обратной задачи для каждой скважины, служащей для калибровки, в виде одномерного распределения вектора модельных параметров (см. Madatov A.G., Sereda V.-A.I. The forward and inverse problems of the fluid dynamics in basin modeling applied to the pore pressure prediction within the sedimentary basins. Part 1. Theory aspects, Proceeding of the Murmansk State Technical University, 2000, том. 3, №1, стр.89-114). Расширение решений одномерных обратных задач, соответствующих отдельным скважинам, на случай множества калибровочных скважин позволяет выполнить регуляризацию результатов и отбор решения, уникального для рассматриваемой области, из набора решений, соответствующих отдельным скважинам, на основе максимизации критериев качества модели земли (этапы 1350e, 1308k), т.е. фактически решить трехмерную обратную задачу.

Благодаря описанной выше оптимизации, выполняемой на этапе построения трехмерной комбинированной модели земли, и относительной вычислительной простоте трехмерного оператора прямого моделирования (этапы 1302k, 1302m), предварительная калибровка (обращение данных) в соответствии с вышеописанным алгоритмом является практически реализуемым процессом, который обеспечивает распределение модельных параметров совместно с диапазоном их изменения для всей калибровочной области. На размер рассматриваемой калибровочной области, а также на количество соседних буровых скважин, используемых для обращения данных, фактически не налагается никаких ограничений, кроме того, что все они должны принадлежать единой геофлюидальной системе. Общие требования состоят в том, чтобы, как минимум, три скважины были доступны с целью использования для последующих стадий интерполяции модельных параметров вместо их экстраполяции в точку заложения целевой скважины. На практике, чем большее количество скважин используется в качестве источников калибровочных данных, тем более точной будет калибровка.

Процессорное время, требующееся для предварительной калибровки отдельной трехмерной модели земли, является вполне реалистичным. В частности, для обращения набора каротажных данных по 12-калибровочным скважинам с целью получения уникального для рассматриваемой области решения на основе изначального довольно приблизительного задания значений этих модельных параметров требуется 1-2 часа в зависимости от оптимальности признакового пространства модели земли и критериев ее качества, устанавливаемых в качестве критериев завершения процесса инверсии.

Полученные на этапе 1220 предварительной калибровки модельные параметры совместно с диапазонами их возможного изменения относительно наиболее вероятных значений используют далее на этапе 1230 прогнозирования сверхгидростатического формационного давления. В предпочтительном варианте осуществления на этом этапе оценивают сценарии развития сверхгидростатического формационного давления для точки заложения целевой скважины на основе решений откалиброванной прямой трехмерной модели земли. При этом входные данные для этой модели получают посредством вышеупомянутой интерполяции откалиброванных значений модельных параметров в точку заложения целевой скважины.

Фиг.14 иллюстрирует описываемый этап 1230 прогнозирования. Наиболее вероятный сценарий развития сверхгидростатического формационного давления соответствует модельной кривой зависимости сверхгидростатического формационного давления от глубины, полученной на основе использования вектора наиболее вероятных модельных параметров, оцененного для точки заложения целевой скважины, в откалиброванной модели земли. Два экстремальных сценария развития сверхгидростатического формационного давления (см. Фиг.14) основываются на возможных вариациях модельных параметров в пределах поднабора -эквивалентных решений обратной задачи (см. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. - М.: Наука, 1979).

Последний этап 1240 проверки и, при необходимости, коррекции модели земли, соответствующий предпочтительному варианту осуществления способа 1200 прогнозирования сверхгидростатического давления при бурении, начинается, как только становятся доступными данные, собираемые непосредственно при бурении и предназначенные для проверки (верификации) и, если потребуется, корректировки соответствующей настоящему изобретению трехмерной модели земли с целью обеспечения прогноза сверхгидростатического формационного давления надлежащей точности.

Основной задачей этого этапа является поддержание прогноза сверхгидростатического формационного давления ниже текущего положения забоя в соответствии с требованиями согласованности прогнозных данных при сохранении надлежащего качества откалиброванной трехмерной модели земли на соседних скважинах.

Ниже со ссылкой на Фиг.15 описываются основные этапы предпочтительного варианта осуществления этапа 1240. Как было отмечено выше, на этом этапе используется соответствующая настоящему изобретению трехмерная модель земли, предварительно откалиброванная на этапе 1220. Также перед началом этапа 1240 имеется представляющая собой предварительный прогноз кривая сверхгидростатического формационного давления, рассчитанная на этапе 1230 в точке заложения целевой скважины, где собственно и будет выполняться бурение.

В основе этапа 1240 лежит постоянная проверка в процессе бурения совпадения реальной кривой сверхгидростатического формационного давления и пористости, получаемой на основе собираемых в процессе бурения каротажных данных, с расчетными кривыми сверхгидростатического формационного давления и пористости, вычисляемыми на основе упомянутой модели земли.

Этап 1240 активируется внешним процессом (этап 1501), когда становятся доступными первые данные, получаемые непосредственно в процессе бурения. Эти данные позволяют выполнить верификацию текущей модели земли для точки заложения целевой скважины. Следует отметить, что данные, собираемые непосредственно в процессе бурения, позволяют выполнить эту верификацию в реальном времени ниже текущего положения забоя. Собираемые непосредственно в процессе бурения данные (результаты измерений, каротажные данные, интерпретация косвенных индикаторов и т.п.) позволяют сформировать единственный и определенный (окончательный) набор реальных данных и осуществить сопоставление прогноза на основе текущей модели земли с этими окончательными реальными данными.

Так на этапе 1502 на основе интерпретации упомянутых собираемых данных получают упомянутый окончательный набор реальных данных, который предпочтительно представляет собой реальные кривые сверхгидростатического формационного давления и пористости. Следует отметить, что этап 1502 выполняют любыми подходящими известными из уровня техники способами и средствами обработки и интерпретации каротажных данных.

После этого на этапе 1503 определяют расхождение расчетной кривой сверхгидростатического формационного давления и реальной кривой сверхгидростатического формационного давления, например, посредством вычисления среднеквадратической векторной нормы для разности векторов реальных и расчетных данных. Если определенное таким образом расхождение не превышает заранее заданного порога, то используют текущий прогноз, в противном случае выполняют обновление прогноза. С этой целью на этапе 1504 выполняют локальную (в отношении данных, собираемых непосредственно в целевой скважине) перекалибровку текущей трехмерной модели земли, используя методики, изложенные при описании предпочтительного варианта осуществления этапа 1220 предварительной калибровки, в частности оператор инверсии, при этом вычисленное расхождение используется в качестве его входных данных. Получаемая при этом поправка к модельным параметрам минимизирует расхождение в пределах имеющихся данных.

После этого на этапе 1505 обновляют всю расчетную кривую сверхгидростатического формационного давления (т.е. не только в пробуренном интервале глубины, но и глубже) посредством вычислений на основе перекалиброванной на этапе 1504 модели земли и тем самым уточняют прогноз ниже текущего положения забоя.

Помимо вышеописанного уточнения прогноза на основе реальной кривой сверхгидростатического формационного давления, можно выполнять дополнительное уточнение прогноза на основе собираемых в процессе бурения сейсмических и стратиграфических данных и результатов анализа керна. Эта корректировка учитывает несоответствие между реальными свойствами разреза, относящимися к литологии, стратиграфии и глубинам залегания пластов, и соответствующими параметрами модели.

На этапе 1506 на основе упомянутых собираемых данных определяют литологию и стратиграфию текущего пласта, а также распознают глубину и морфологию кровли пласта, к которому приближается буровое долото, обновляя при этом соответствующие параметры текущей трехмерной модели земли. На этапе 1507 выполняют вычисления на основе трехмерной модели земли, обновленной на этапе 1506, получая при этом обновленную расчетную кривую сверхгидростатического формационного давления, после чего переходят к этапу 1503.

В данном случае, помимо перехода к этапу 1503 для выполнения вышеописанной проверки, с этапа 1507 переходят к этапу 1508, на котором выполняют проверку совместности текущей модели земли с реальным разрезом бурящейся скважины. При проверке совместности по этапу 1508 определяют отклонение имеющейся (до обновления) расчетной кривой сверхгидростатического давления от обновленной расчетной кривой, полученной на этапе 1507. Предпочтительно отклонение вычисляют аналогично этапу 1503. В случае, если на этапе 1508 вычисленное отклонение превышает заранее заданный порог, т.е. заранее заданный критерий совместности не удовлетворяется, переходят к этапу 1509, на котором выполняют локальное обновление литологических/стратиграфических параметров, относящихся к текущему пласту, после чего переходят к этапу 1505. В противном случае используют текущий прогноз.

На Фиг.16 приведен ряд стадий (a-f) прогнозирования сверхгидростатического формационного давления посредством вышеописанного подхода. Следует отметить, что переход со стадии a на стадию b, а также переход со стадии e на стадию f (белые стрелки) не сопровождаются обновлением прогноза, в то время как остальные переходы (серые стрелки) сопровождаются обновлением прогноза.

Вышеописанный предпочтительный вариант осуществления способа 1200 прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении можно реализовать на практике посредством системы, описываемой ниже со ссылкой на Фиг.17.

Как следует из Фиг.17, система 1700 включает в себя одно или более устройств 1710 сбора данных для сбора данных в процессе бурения (на чертеже изображены два устройства 1710, хотя для специалистов в рассматриваемой области техники очевидно, что в составе рассматриваемой системы устройства сбора данных могут присутствовать в любом необходимом количестве). Устройства 1710 сбора данных представляют собой любые известные устройства, такие как датчики, каротажные приборы и т.п., пригодные для сбора необходимых данных при бурении целевой скважины и/или в соседних скважинах. Данные, собранные устройствами 1710 сбора данных, передаются любым известным способом (проводным или беспроводным) на вычислительное устройство 1720, входящее в состав системы 1700.

Вычислительное устройство 1720 предназначено для выполнения вычислений в соответствии с этапами предпочтительного варианта осуществления способа 1200 с учетом данных, собираемых устройствами 1710 сбора данных, и по существу является основным компонентом рассматриваемой системы. Помимо этого, вычислительное устройство 1720 может выполнять дополнительную обработку данных, собранных устройствами 1710 сбора данных, с целью извлечения из них требующихся данных и/или представления их в виде, наиболее подходящем для инверсии и последующего уточнения модели земли.

Предпочтительно, вычислительное устройство 1720 представляет собой компьютер с достаточной вычислительной мощностью, а определяющие упомянутые вычисления этапы предпочтительного варианта осуществления способа 1200 реализованы в виде программных средств, исполняемых этим компьютером. Компьютер включает в себя устройство 1721 преобразования данных для преобразования окончательного набора данных, принимаемых от устройств 1710 сбора данных, в формат, используемый компьютером, по меньшей мере одно устройство 1722 хранения данных для хранения упомянутых программных средств в виде машиноисполняемых команд и по меньшей мере один процессор 1723 для реализации упомянутых вычислений посредством выполнения этих машиноисполняемых команд. Помимо перечисленных составляющих, компьютер включает в себя другие известные компоненты, необходимые для его корректной работы (не показаны).

Следует отметить, что описанный вариант реализации вычислительного средства 1720 является всего лишь примером, и вычисления, соответствующие этапам предпочтительного варианта осуществления способа 1200 прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении, могут быть реализованы иным образом, например, в виде программно-аппаратных средств.

В вычислительном устройстве 1720 содержится средство 1724 формирования разностного сигнала (на Фиг.17 показано как хранящееся в устройстве 1722 хранения данных), содержащего данные о расхождении расчетной кривой сверхгидростатического формационного давления с реальной кривой сверхгидростатического формационного давления, а также средство 1725 оперативного обновления прогноза сверхгидростатического формационного давления ниже текущего положения забоя (на Фиг.17 показано как хранящееся в устройстве 1722 хранения данных). Средство 1725 активируется разностным сигналом, выдаваемым средством 1724, и реализует перекалибровку текущей модели земли в реальном времени посредством корректировки модельных параметров на основе упомянутого разностного сигнала. В соответствии с вышесказанным этот разностный сигнал формирует входные данные для оператора инверсии, описанного со ссылкой на Фиг.13 и реализованного программным путем. В результате средство 1725 выполняет обновление или уточнение прогноза развития сверхгидростатического формационного давления ниже текущего положения забоя посредством вычислений на основе перекалиброванной модели земли.

Хотя на Фиг.17 средства 1724 и 1725 показаны как отдельные средства, специалистам в данной области техники очевидно, что эти средства также могут быть реализованы и в виде единого программного комплекса.

Кроме того, система 1700 содержит устройство 1730 формирования управляющего сигнала, предназначенное для формирования сигнала, содержащего рекомендации и команды для выполнения коррекции технологического процесса бурения на основе результатов оперативного обновления прогноза сверхгидростатического формационного давления ниже текущего положения забоя, выполняемого средствами 1724 и 1725 вычислительного устройства 1720. На основе этого сигнала коррективы в технологический процесс бурения вносятся либо автоматически, либо оператором. Хотя на Фиг.17 устройство 1730 формирования управляющего сигнала показано как устройство, обособленное от вычислительного устройства 1720, специалистам в данной области техники очевидно, что устройство 1730 формирования управляющего сигнала может быть встроено в вычислительное устройство 1720.

Вычислительное устройство 1720 и устройство 1730 формирования управляющего сигнала могут быть размещены как непосредственно на буровой установке, так и удаленно от нее. Как следствие, управляющий сигнал, выдаваемый устройством 1730, может передаваться либо на локальные, либо на удаленные средства контроля процесса бурения, в зависимости от варианта размещения устройств 1720 и 1730, любым известным (проводным или беспроводным) способом.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретные варианты его осуществления. Для специалистов в данной области техники могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретение, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.