прогнозирование напряжений на изучаемой площади
| Классы МПК: | G01V1/28 обработка сейсмических данных, например их анализ для интерпретации, коррекции |
| Автор(ы): | ДЭВИДСОН Джон Кеннет (AU) |
| Патентообладатель(и): | ПРЕДРИЛЛ СТРЕССИЗ ИНТЕРНЭШНЛ ПТИ. ЛТД. (AU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2009-03-25 публикация патента:
20.07.2013 |
Настоящее изобретение относится к интерпретации данных по сейсмическому отражению и, в частности, к их применению для количественного прогнозирования величины напряжений, существующих внутри осадочных бассейнов в земной коре. Заявленная группа изобретений включает:
способ количественного прогнозирования величины максимального горизонтального напряжения (SH /SV) в точке на горизонте в пределах изучаемой площади, включающий стадии, на которых: а) получают данные сейсмического отражения, включающие множество линий сейсмического отражения в пределах изучаемой площади; b) интерпретируют данные сейсмического отражения для обнаружения по меньшей мере четырех горизонтов, образовавшихся в период сжимающего импульса, и по меньшей мере одной антиклинали и/или синклинали; с) наносят на карту обнаруженные антиклинали и/или синклинали; d) классифицируют каждую антиклиналь по одному или более заранее определенным напряженным состояниям на основе длины антиклинали и ее близости к соседним антиклиналям и/или классифицируют каждую синклиналь по одному или более заранее определенным напряженным состояниям на основе длины синклинали и ее близости к соседним синклиналям; при этом каждое заранее определенное напряженное состояние соответствует заданному значению величины максимального горизонтального напряжения (SH /SV);
систему для количественного прогнозирования величины максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в точке на горизонте в пределах изучаемой площади, а также запоминающее устройство для хранения последовательности команд, вызывающих выполнение процессором вышеуказанного способа. Технический результат заключается в том, что направление и величина геологического напряжения могут быть определены до бурения. Изобретение предлагает чисто стендовый способ, который исключает необходимость в дорогостоящем, осуществляемом после пробуривания традиционном геомеханическом исследовании ствола скважины. После определения на основе данных сейсмического отражения направления и величины SH становится возможным предсказать уплотненные и неуплотненные разрывы, направления открытых и закрытых трещин и оптимальные положение и ориентацию наклонных или горизонтальных скважин. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл. 
Формула изобретения
1. Способ количественного прогнозирования величины максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в точке на горизонте в пределах изучаемой площади, включающий стадии, на которых:
a) получают данные сейсмического отражения, включающие множество линий сейсмического отражения в пределах изучаемой площади;
b) интерпретируют данные сейсмического отражения для обнаружения по меньшей мере четырех горизонтов, образовавшихся в период сжимающих импульсов, и по меньшей мере одной антиклинали и/или синклинали;
c) наносят на карту обнаруженные антиклинали и/или синклинали;
d) классифицируют каждую антиклиналь по одному или более заранее определенным напряженным состояниям на основе длины антиклинали и ее близости к соседним антиклиналям и/или классифицируют каждую синклиналь по одному или более заранее определенным напряженным состояниям на основе длины синклинали и ее близости к соседним синклиналям;
при этом каждое заранее определенное напряженное состояние соответствует заданному значению величины максимального горизонтального напряжения (SH/SV).
2. Способ по п.1, в котором стадия интерпретирования данных сейсмического отражения для обнаружения по меньшей мере четырех горизонтов, образовавшихся в период сжимающих импульсов, включает этапы, на которых:
выбирают по меньшей мере две линии сейсмического отражения, пересекающие изучаемую площадь, по существу, в направлении линии максимального падения пласта;
выбирают еще одну сейсмическую линию, которая лежит, по существу, вдоль продольной оси изучаемой площади;
обнаруживают на одной из множества сейсмических линий по меньшей мере один, по существу, вертикальный прорезающий кору разрыв;
обнаруживают на выбранных сейсмических линиях множество горизонтов; и
обнаруживают на выбранных сейсмических линиях по меньшей мере четыре горизонта, из которых первая пара горизонтов образовалась в первый период сжимающего импульса, а вторая пара горизонтов образовалась во второй период сжимающего импульса.
3. Способ по п.2, в котором участки на сейсмических линиях на горизонте, образовавшемся во время первого периода сжимающего импульса, где имеется по меньшей мере одна антиклиналь, классифицируют как находящиеся в напряженном состоянии поднятия.
4. Способ по п.2 или 3, дополнительно включающий стадию, на которой:
e) обнаруживают на сейсмических линиях на горизонте, образовавшемся во время второго периода сжимающего импульса, участки, на которых отсутствуют как антиклинали, так и синклинали;
причем величина максимального горизонтального напряжения (SH/SV) уменьшается от участка, обнаруженного на стадии b, к участку, обнаруженному на стадии е.
5. Способ по п.1, дополнительно включающий стадии, на которых:
f) выбирают горизонт, который образовался в период сжимающего импульса и который прорезан по меньшей мере одним разрывом; и
g) классифицируют каждый разрыв по одному или более заранее определенным напряженным состояниям на основе длины каждого разрыва.
6. Способ по п.5, в котором разрыв, прорезающий горизонт, образовавшийся в период сжимающего импульса, классифицируют как находящийся в обратном, надвиговом или нормальном напряженном состоянии.
7. Способ по п.5, в котором, если прямой нормальный разрыв больше 2 км в длину, определяют нормальное напряженное состояние.
8. Способ по п.5, в котором, если отсутствуют антиклинали и разрывы, определяют напряженное состояние под действием гравитационной нагрузки.
9. Способ по п.5, в котором, если прямая антиклиналь более 2 км в длину, от которой ближайшая прямая антиклиналь длиной более 2 км удалена более чем на 5 км, определяют напряженное состояние поднятия.
10. Способ по п.5, в котором, если прямой нормальный разрыв равен или меньше 2 км в длину, определяют напряженное состояние продольного перемещения по простиранию.
11. Способ по п.5, в котором, если прямая антиклиналь более 2 км в длину, от которой ближайшая прямая антиклиналь более 2 км в длину удалена на 5 или менее километров, или прямая синклиналь более 2 км в длину, от которой ближайшая прямая синклиналь более 2 км в длину удалена на 5 или менее километров, определяют напряженное состояние перемещения по простиранию.
12. Способ по п.5, в котором, если прямой обратный разрыв равен или менее 2 км в длину, определяют состояние сжимающего перемещения по простиранию.
13. Способ по п.5, в котором, если прямой обратный разрыв больше 2 км в длину, определяют обратное напряженное состояние.
14. Способ по п.6, в котором величина максимального горизонтального напряжения (SH/SV) уменьшается от обратного напряженного состояния к нормальному напряженному состоянию.
15. Способ по п.5, в котором:
a) нормальное напряженное состояние соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 0,825 до 0,675;
b) напряженное состояние от гравитационной нагрузки соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 0,875 до 0,825;
c) напряженное состояние поднятия соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH /SV) в диапазоне от 0,975 до 0,875;
d) напряженное состояние продольного перемещения по простиранию соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH /SV) в диапазоне от 1,075 до 0,975;
e) напряженное состояние перемещения по простиранию соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 1,200 до 1,075;
f) напряженное состояние сжимающего перемещения по простиранию соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 1,400 до 1,200; и
g) обратное напряженное состояние соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 4,000 до 1,400.
16. Способ по п.14, дополнительно включающий стадию повторения способа определения величины максимального горизонтального напряжения (SH/SV) для множества горизонтов, образовавшихся во время периода сжимающих импульсов, и экстраполирования результатов, полученных между горизонтами.
17. Способ по п.14, дополнительно включающий стадию количественного прогнозирования приблизительного градиента (SH/SV) разлома пласта путем классифицирования каждой антиклинали по одному или более предварительно определенным напряженным состояниям на основе длины антиклинали и ее близости к соседним антиклиналям и/или классифицирования каждой синклинали по одному или более заранее определенным напряженным состояниям на основе длины синклинали и ее близости к соседним синклиналям, причем каждое предварительно определенное напряженное состояние соответствует предварительно определенному значению для уклона разлома.
18. Способ по п.17, дополнительно включающий стадию количественного прогнозирования приблизительного уклона (SH/SV) разлома пласта путем классифицирования каждого разрыва по одному или более заранее определенным напряженным состояниям на основе длины каждого разрыва.
19. Способ по п.17, в котором:
a) нормальное напряженное состояние соответствует приблизительному уклону (SH/SV ) разлома пласта в диапазоне от 0,725 до 0,650;
b) напряженное состояние от гравитационной нагрузки соответствует приблизительному уклону (SH/SV) разлома пласта в диапазоне от 0,775 до 0,725;
c) напряженное состояние поднятия соответствует приблизительному уклону (SH/SV ) разлома пласта в диапазоне от 0,825 до 0,775;
d) напряженное состояние продольного перемещения по простиранию соответствует приблизительному уклону (SH/SV) разлома пласта в диапазоне от 0,875 до 0,825;
e) напряженное состояние перемещения по простиранию соответствует приблизительному уклону (SH/SV) разлома пласта в диапазоне от 0,925 до 0,875;
f) напряженное состояние сжимающего перемещения по простиранию соответствует приблизительному уклону (SH/SV) разлома пласта в диапазоне от 1,000 до 0,925; и
g) обратное напряженное состояние соответствует приблизительному уклону (SH/SV) разлома пласта в диапазоне от 1,500 до 1,000.
20. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию определения порового давления между парой горизонтов, образованных в период сжимающего импульса, причем поровое давление имеет нормальный перепад в пределах пары горизонтов, которая является однородной или включает в себя антиклинальное утончение на изучаемой площади.
21. Способ по п.1, дополнительно включающий стадию определения порового давления между парой горизонтов, причем поровое давление имеет повышенный перепад в пределах пары горизонтов, которые включают синклинальную толщу, перекрывающую антиклинальное утончение, на изучаемой площади.
22. Способ по п.21, в котором стадия определения порового давления между парой горизонтов включает измерение толщины синклинальной толщи по отношению к ближайшему антиклинальному утончению, при этом отношение толщины синклинальной толщи к толщине антиклинального утончения пропорционально повышению порового давления сверх нормального перепада.
23. Способ по п.22, в котором поровое давление повышается максимально до двойного нормального перепада порового давления.
24. Система для количественного прогнозирования величины максимального горизонтального напряжения (SH /SV) в точке на горизонте в пределах изучаемой площади, содержащая процессор и связанное с ним запоминающее устройство для хранения последовательности команд, вызывающих выполнение процессором способа по любому из пп.1-23.
25. Запоминающее устройство для хранения последовательности команд, вызывающих выполнение процессором способа по любому из пп.1-23.
Описание изобретения к патенту
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к интерпретации данных по сейсмическому отражению и, в частности, к их применению для количественного прогнозирования величины напряжений, существующих внутри осадочных бассейнов в земной коре. Изобретение имеет конкретное приложение в области разведки углеводородов и добывающей промышленности, в связи с чем далее будет целесообразно описывать изобретение применительно к этому конкретному приложению. Следует, однако, иметь в виду, что изобретение имеет более широкую применимость.
Уровень техники
Разведка углеводородов является рискованным предприятием. Нет никакой гарантии, что на том или ином участке, на котором имеется вероятность найти углеводороды и обычно именуемым изучаемой площадью, добыча углеводородов будет возможной. Углеводороды и, в частности, нефть и природный газ, скапливаются и образуют коллекторы в осадочных бассейнах в земной коре. Нефть и газ стремятся проходить через осадочный бассейн до тех, пока их не остановит какое-либо уплотнение, например слой сланца, где они будут скапливаться и образовывать коллектор.
Процесс успешного извлечения углеводородов требует оценки напряжений, действующих на перспективной площади. Взаимно перпендикулярные сжимающие компоненты напряжений, действующих на изучаемой площади, можно выразить как Sv (вертикальное напряжение), SH (максимальное горизонтальное напряжение) и Sh (минимальное горизонтальное напряжение). Хотя оценивание этих напряжений необходимо на разных стадиях разведочных работ и процесса добычи, особенно важна оценка в процессе бурения ствола добывающей скважины. Более конкретно, когда названные компоненты напряжения не уравновешиваются, они стремятся деформировать поперечное сечение ствола скважины от окружности к эллипсу - явление, известное как разрыв ствола скважины, которое в некоторых случаях может приводить к обрушению ствола скважины.
По мере снижения темпов обнаружения месторождений внимание переключается с новых бассейнов и продолжений нефтяных пластов на находки меньшего масштаба внутри бассейнов, требующие более глубокого понимания образующих бассейн разрывов и влияния их локальных напряжений на ловушки и геометрии ловушек. Усовершенствование добычи нефти относится не только к открытию новых месторождений, но требует также детального знания напряжений для устойчивости горизонтальных стволов скважин с целью экономичного и эффективного увеличения резервов и скоростей добычи путем извлечения новой нефти из старых залежей. В результате этого в течение последних 15 лет были развернуты дорогостоящие измерения, относящиеся к стволам скважин. С целью прогнозирования напряжений эти точные измерения усреднялись между стволами скважин, однако известно, что направления напряжений резко меняются вплоть до 90° на расстоянии, меньше 2 км.
В международной патентной заявке PCT/AU 01/00568, опубликованной как WO 01/90783 на имя Petrecon Australia Pty Ltd и полностью включенной в настоящую заявку в качестве ссылочного материала, раскрыто улучшенное решение, включающее сейсмическое распознавание синхронизированных в глобальном масштабе сжимающих импульсов. Данные по сейсмическому отражению можно интерпретировать, высказав при этом предположение, что последний период сжатия, произведшего существующие структуры, начался в эпоху плиоцена примерно пять миллионов лет назад и аналогичные периоды сжимающих импульсов происходили неоднократно начиная по крайней мере с раннего триасового периода примерно 240 миллионов лет назад. При сравнении сейсмических данных с различных участков земли периоды импульсов могут быть интерпретированы как синхронные в глобальном масштабе. На фиг.1, А и В приведена таблица, показывающая периоды и местоположения синхронных в глобальном масштабе сжимающих импульсов. Эти свидетельства наталкивают на сейсмическую интерпретацию, которая может предсказывать горизонтальные и вертикальные изменения в направлении максимальной горизонтальной сжимающей составляющей напряжения SH (SHD).
Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в предложении способа подтверждения количественной оценки или прогнозирования величины составляющих напряжения, действующих в пределах изучаемой площади до проведения бурения.
Другие цели и преимущества изобретения станут очевидными специалистам в данной области при знакомстве с приведенным ниже описанием с сопровождающими его чертежами.
Раскрытие изобретения
Согласно одному из аспектов изобретения, предлагается способ количественного прогнозирования величины максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в точке на горизонте в пределах изучаемой площади, включающий следующие этапы:
а) получение данных сейсмического отражения, включающих множество линий сейсмического отражения в пределах изучаемой площади;
с) интерпретирование данных сейсмического отражения для идентифицирования по меньшей мере четырех горизонтов, полученных в период сжимающего импульса, и по меньшей мере одной антиклинали и/или синклинали;
c) нанесение на карту идентифицированных антиклиналей и/или синклиналей;
d) классифицирование каждой антиклинали по одному или более заданным напряженным состояниям на основе длины антиклинали и ее близости к соседним антиклиналям и/или классифицирование каждой синклинали по одному или более заданным напряженным состояниям на основе длины синклинали и ее близости к соседним синклиналям;
при этом каждое заданное напряженное состояние соответствует заданному значению для величины максимального горизонтального напряжения (SH/SV).
В одном из вариантов осуществления этап интерпретирования данных сейсмического отражения для идентифицирования по меньшей мере четырех горизонтов, образовавшихся в период сжимающего импульса, включает следующие этапы:
i) выбор по меньшей мере двух линий сейсмического отражения, которые пересекают перспективную область по существу в направлении линии максимального падения пласта;
ii) выбор по меньшей мере одной дополнительной сейсмической линии, которая лежит по существу вдоль продольной оси изучаемой площади;
iii) идентифицирование на одной из указанного множества сейсмических линий по меньшей мере одного по существу вертикального прорезающего кору разрыва;
iv) идентифицирование на выбранных сейсмических линиях множества горизонтов; и
v) идентифицирование на выбранных сейсмических линиях по меньшей мере четырех горизонтов, из которых первая пара горизонтов образовалась в первый период сжимающего импульса, а вторая пара горизонтов образовалась во второй период сжимающего импульса.
В одной из форм изобретения участки на сейсмических линиях на горизонте, образовавшемся во время первого периода сжимающего импульса, где имеется по меньшей мере одна антиклиналь, классифицируются как находящиеся в напряженном состоянии поднятия коры.
В другой форме изобретения способ дополнительно включает стадию
e) идентифицирования на сейсмических линиях на горизонте, образовавшемся во время второго периода сжимающего импульса, участков, на которых отсутствуют как антиклинали, так и синклинали;
при этом величина максимального горизонтального напряжения (SH/SV) уменьшается в направлении от участка, идентифицированного на стадии b, к участку, идентифицированному на стадии е.
В еще одной форме изобретения способ дополнительно включает стадии:
f) выбор горизонта, который образовался в период сжимающего импульса и который прорезан по меньшей мере одним разрывом; и
g) классифицирование каждого разрыва по одному или более заранее определенным напряженным состояниям на основе длины каждого разрыва.
Прорезающий горизонт разрыв, образовавшийся в период сжимающего импульса, может быть классифицирован как находящийся в состоянии обратного или нормального напряжения.
Согласно одному из вариантов осуществления, состояние нормального напряжения определяется как прямой нормальный разрыв, больший 2 км в длину.
Согласно другому варианту осуществления, напряженное состояние под действием нагрузки определяется как состояние, не имеющее ни антиклиналей, ни разрывов.
Согласно еще одному варианту осуществления, напряженное состояние поднятия коры определяется как прямая антиклиналь более 2 км в длину, от которой ближайшая прямая антиклиналь более 2 км в длину удалена более чем на 5 км.
Согласно еще одному варианту осуществления, состояние экстенсионального напряжения перемещения по простиранию определяется как прямой нормальный разрыв, равный или меньший 2 км в длину.
Согласно еще одному варианту осуществления, напряженное состояние перемещения по простиранию определяется как прямая антиклиналь более 2 км в длину, от которой ближайшая прямая антиклиналь более 2 км в длину удалена на 5 километров или менее, или же как прямая синклиналь более 2 км в длину, от которой ближайшая прямая синклиналь более 2 км в длину удалена на 5 километров или менее.
Согласно еще одному варианту осуществления, состояние сжимающего напряжения перемещения по простиранию определяется как прямой обратный разрыв, равный или меньший 2 км в длину.
Согласно одной из форм изобретения, величина максимального горизонтального напряжения (SH/SV) уменьшается от обратного напряженного состояния через нормальное напряженное состояние.
В одной из конкретных форм изобретения:
a) состояние нормального напряжения соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 0,825 до 0,675;
b) напряженное состояние от гравитационной нагрузки соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 0,875 до 0,825;
c) напряженное состояние поднятия коры соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 0,975 до 0,875;
d) состояние экстенсионального напряжения перемещения по простиранию соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 1,075 до 0,975;
e) напряженное состояние перемещения по простиранию соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 1,200 до 1,075;
f) состояние компрессионного напряжения перемещения по простиранию соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 1,400 до 1,200; и
g) состояние обратного напряжения соответствует величине максимального горизонтального напряжения (SH/SV) в диапазоне от 4,000 до 1,400.
Способ может дополнительно включать стадию повторения способа определения величины максимального горизонтального напряжения (SH/SV) для множества горизонтов, образовавшихся в течение периода сжимающего импульса, и экстраполирования полученных между горизонтами результатов.
В другом варианте осуществления способ дополнительно включает стадию составления количественного прогнозирования приблизительного градиента разлома пласта (Sh/SV) путем классифицирования каждой антиклинали в одно или более предварительно определенных напряженных состояний по длине антиклинали и ее близости к соседним антиклиналям и/или классифицирования каждой синклинали в одно или более предварительно определенных напряженных состояний длины на основе каждой синклинали и ее близости к соседним синклиналям, при этом каждое предварительно определенное напряженное состояние соответствует предварительно определенному значению для градиента разлома пласта.
В еще одном варианте осуществления способ дополнительно содержит стадию составления количественного прогнозирования приблизительного градиента разлома пласта (S h/SV) путем классифицирования каждого разрыва по одному или более заранее определенным напряженным состояниям на основе длины каждого разрыва.
В одной из конкретных форм изобретения:
а) нормальное напряженное состояние соответствует приблизительному градиенту разлома пласта (S h/SV) в диапазоне от 0,725 до 0,650;
b) напряженное состояние от гравитационной нагрузки соответствует приблизительному градиенту разлома пласта (Sh/S V) в диапазоне от 0,775 до 0,725;
c) напряженное состояние поднятия коры соответствует приблизительному градиенту разлома пласта (Sh/SV) в диапазоне от 0,825 до 0,775;
d) состояние экстенсионального напряжения перемещения по простиранию соответствует приблизительному градиенту разлома пласта (Sh/SV) в диапазоне от 0,875 до 0,825;
e) напряженное состояние перемещения по простиранию соответствует приблизительному градиенту разлома пласта (Sh/SV) в диапазоне от 0,925 до 0,875;
f) состояние компрессионного напряжения перемещения по простиранию соответствует приблизительному градиенту разлома пласта (Sh/SV) в диапазоне от 1,000 до 0,925; и
g) состояние обратного напряжения соответствует приблизительному градиенту разлома пласта (S h/SV) в диапазоне от 1,500 до 1,000.
Согласно одному из вариантов способ дополнительно включает стадию определения перового давления между парой горизонтов, где поровое давление имеет нормальный перепад в пределах пары горизонтов, которая является однородной или включает в себя антиклинальное утончение на исследуемой площади.
Способ может включать в себя стадию определения порового давления между парой горизонтов, где поровое давление имеет повышенный перепад в пределах пары горизонтов, которая включает в себя синклинальную толщу, лежащую поверх антиклинального утончения на исследуемой площади.
Кроме того, стадия определения порового давления между парой горизонтов может включать измерение толщины синклинальной толщи по отношению к ближайшему антиклинальному утончению, при этом отношение толщины синклинальной толщи к толщине антиклинального утончения пропорционально повышению порового давления сверх нормального перепада.
Поровое давление может повышаться максимально до двойного нормального перепада.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается система для составления количественного прогнозирования величины максимального горизонтального напряжения (SH/Sv) в точке на горизонте в пределах исследуемой площади, причем система включает в себя процессор и связанное с ним запоминающее устройство для хранения последовательности команд, вызывающих выполнение процессором описанного способа.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предлагается компьютерная программа для использования в системе, для количественного прогнозирования величины максимального горизонтального напряжения (SH /Sv) в точке на горизонте в пределах исследуемой площади, причем система включает в себя процессор и связанное с ним запоминающее устройство для хранения последовательности команд, вызывающих выполнение процессором описанного способа.
Изобретение имеет различные приложения и преимущества, некоторые из которых определены ниже.
Существенным является правильное направление бура, в результате чего влияние на ствол скважины напряжений будет по существу сведено к минимуму. Было бы желательно иметь возможность перед бурением оценить как величину, так и направление составляющих напряжения SH, Sh и Sv, для повышения вероятности уравновешивания напряжений, действующих на ствол скважины, и с помощью этого повысить устойчивость стенок ствола скважины, используя для этого наиболее эффективную плотность бурового раствора.
Проблемы неустойчивости стволов скважин могут вынудить произвести повторное бурение ствола скважины или пробуривать боковой ствол из скважины на разных глубинах при ограниченном времени планирования бурения бокового ствола скважины. Поскольку сейсмические данные собираются до бурения в пределах исследуемой площади, перед дорогостоящим принятием решения о проведении бокового бурения было бы желательно сейсмическое определение величины и направления SH.
Нефть и газ могут вытекать из коллектора вверх по проницаемому разрыву - проходящей через уплотнение дислокации. Однако было замечено, что, когда SH по существу перпендикулярна разрыву, у последнего проявляется тенденция к отсутствию утечки, а когда SH по существу параллельна разрыву, у него проявляется тенденция к утечке. Было бы полезно иметь возможность определять в процессе разведочных работ какие разрывы имеют тенденцию к утечке и какие разрывы тенденции к утечке не имеют, не прибегая при этом к пробуриванию коллектора в пределах исследуемой площади.
Разрывы с активной утечкой по существу параллельные SH позволяют флюидам из более глубоких коллекторов повышать давление выше нормального и при высоких давлениях повышать давление выше нормы в более мелких горизонтах, что приводит к опасным ситуациям в таких горизонтах, если плотность бурового раствора слишком низка. Если траектория ствола скважины параллельна субпараллели с линией разрыва и ствол скважины пересекает зону разрыва, прилегающую к активному разрыву, разрушенный материал может обвалиться и осыпаться в ствол скважины, приведя к забивке бурильной трубы. Проблема такого обвала может быть в значительной степени связана с неактивными в данный момент разрывами в герметичных при нормальных условиях зонах, и в обоих случаях возможность обвала можно значительно снизить, если бурить ствол скважины перпендикулярно разрыву, что, таким образом, показывает желательность иметь возможность составить карту ориентации разрыва и предсказать ориентацию и величину SH до проведения бурения.
Трещины внутри малопроницаемого коллектора действуют так, как если бы они были небольшими разрывами и имели тенденцию к открытию или закрытию в зависимости от напряжений внутри коллектора. Нефть и газ могут течь преимущественно через открытые трещины в коллекторе и было желательно предсказывать перед бурением какое направление этого потока наиболее вероятно. Аналогичным образом, эффективную проницаемость коллектора можно увеличить путем повышении давления флюида в коллекторе до такого уровня, при котором коллекторная порода будет разрушаться параллельно SH, предварительное знание о направлении и величине которой является желательным в целях прогнозирования ориентации планируемых трещин.
Способ вторичного извлечения углеводородов с помощью заводнения требует знания направления открытой трещины и ориентации проходящего разрыва, а также возможных трещин, образующихся в результате заводнения, причем все эти сведения могут быть определены на основе знания направления и величины SH по всему месторождению, полученного из проведенных анализов напряжений добывающих скважин, дополненных способом по настоящему изобретению.
Удаление бурового шлама и жидких отходов в процессе бурения при внебереговой добыче часто достигается закачкой этих материалов в истощенный углеводородный коллектор с использованием операции разлома пласта параллельно SH. Перед операцией удаления необходимо иметь точное представление о распределении направления SH и, следовательно, ориентации отработавшей трещины для того, чтобы она не препятствовала проводимой добыче и в других возможных программах удаления отходов, например связывания диоксида углерода с целью предотвращения его взаимодействия с грунтовыми водами.
Когда требуется использовать определение SH для идентифицирования тех разрывов, которые бы имели тенденцию к утечке, и тех разрывов, которые бы имели тенденцию к уплотнению, способ может включать в себя идентифицирование разрыва на по меньшей мере двух линиях сейсмического отражения и занесение разрывов на карту, причем разрыв имеет тенденцию к уплотнению тогда, когда SH по существу перпендикулярна разрыву, и в то же время разрыв имеет тенденцию к утечке тогда, когда SH находится под углом к направлению, по существу перпендикулярному разрыву. Способ может, кроме того, включать выявление того, что разрыв прорезает всю верхнюю кору, это могло бы указывать на вероятность того, что разрыв перпендикулярен SH и, следовательно, имеет тенденцию к утечке. Имея такую информацию геологоразведчики и геофизики могут делать обоснованное суждение о вероятности утечки нефти и газа из коллектора и, следовательно, о рентабельности бурения с целью добычи нефти и газа на данной исследуемой площади.
Следует принять во внимание, что, когда верхняя земная кора подавалась под действием сжимающего напряжения, создавая антиклинали и синклинали, направление главной горизонтальной компрессионной составляющей SH в это время могло бы быть по существу перпендикулярным этим антиклиналям и синклиналям. При условии, что земная кора в настоящее время испытывает сжимающий импульс, SH будет сегодня направлена аналогичным образом, поскольку ориентация прорезающих кору разрывов, которая определяет направление антиклиналей и синклиналей, не изменилась.
Краткое описание чертежей
Далее будет уместно более подробно описать изобретение со ссылками на сопровождающие фигуры, которые облегчают понимание способа согласно настоящему изобретению. Конкретность этих фигур и относящегося к ним описания не следует воспринимать как подмену общего характера широкого охвата изобретения, который дается в прилагаемой формуле изобретения.
Фиг.1 - таблица, показывающая периоды и местоположения синхронизированных в глобальном масштабе сжимающих импульсов.
Фиг.2 - диаграммное представление сдавливания и растяжения верхней и нижней земной коры во время уменьшения и увеличения кривизны земной поверхности, возможно колеблющейся вокруг среднего радиуса.
Фиг.3 - представления фокального механизма землетрясений в грабене Викингов, Северном море, соотнесенные с состояниями андерсеновских напряжений образования обратного, перемещающегося по простиранию и нормального разрывов.
фиг.4 - диаграммное представление сейсмически обусловленных напряженных состояний в местности Snorre (расположенной в четырехугольнике на фиг.3) во время аптианского сжимающего импульса - времени главного смещения прорезающего кору разрыва (например, саблевидного разрыва), показанного на внутреннем обрушении на сейсмической линии.
Фиг.5 - технологическая карта, демонстрирующая способ согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 - произвольное поперечное сечение, показывающее местоположение и ориентацию различных разрывов. Это поперечное сечение соответствует юго-западному углу фиг.8.
Фиг.7 - другое произвольное поперечное сечение, показывающее местоположение и ориентацию различных дефектов. Это поперечное сечение соответствует юго-западному углу фиг.8.
Фиг.8 - изопахита или карта толщин между первым и вторым горизонтами, дающая идентификацию различных прорезающих горизонты положений.
Фиг.9 - карта напряжений, соответствующая изопахите на фиг.8, показывающая различные напряженного состояния, идентифицированные на втором горизонте.
Фиг.10 - карта напряжений, расположенная над фиг.9, показывающая различные напряженные состояния, идентифицированные на четвертом горизонте в том же местоположении, что и карта напряжений фиг.9.
Фиг.11 - график зависимости давления от глубины, соответствующий участку нижнего треугольника на картах напряжений фиг.9 и 10.
Фиг.12 - график зависимости давления от глубины, соответствующий участку верхнего треугольника на картах напряжений фиг.9 и 10.
Фиг.13 - схематическая диаграмма компьютерной системы, используемой для реализации способа согласно настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Напряжение в какой-либо точке определяется как три взаимно перпендикулярные компрессионные составляющие: вертикальная составляющая напряжения Sv, максимальная горизонтальная составляющая напряжения SH и минимальная горизонтальная составляющая напряжения Sh. Гравитационная нагрузка или вес породы в точке в осадочном бассейне известна количественно или может быть разумно оценена. Поскольку сила тяжести действует по вертикали, Anderson (1951) сделал вывод, что вес породы Sv мог бы иметь три состояния, в которых он мог бы быть наибольшей, промежуточной или наименьшей из взаимно перпендикулярных составляющих, что приводит к определению трех напряженных состояний Андерсона:
R - образование обратных разрывов или разрывов с надвигом, где SH>>Sh>Sv ;
SS - образование разрывов с перемещением по простиранию, где SH>Sv>Sh ;
N - образование нормальных разрывов, где S v>SH>Sh.
S H перпендикулярна нижележащим зонам непрочности, таким как прорезающие кору разрывы, и определяется ими. Направление SH (далее называемое также SHD) может меняться на угол до 90° над горизонтальными расстояниями менее 2 км. Поскольку SH является вектором, то некорректно усреднять два или более SHD с целью установления локальных трендов для SH.
Горизонтальные силы, которые перемещают континенты на тысячи километров, приписываются тектонике плит (платформ). Вертикальные силы влияют на главную горизонтальную силу SH через изменения в кривизне коры. Вертикальные силы пульсируют в глобальном масштабе, поднимая и опуская континенты на сотни метров, внося, таким образом, в SH изменения от структур изучаемой площади, через бассейны и в глобальном масштабе.
Земля не является идеальным сплющенным у полюсов сфероидом. Геоид на примерно 15 м выше и ниже, соответственно, у северного и южного полюсов и на 7 м ниже и выше, соответственно, на северной и южной средних широтах. Исследования со спутника показали, что, в то время как некоторые широты уменьшаются и уменьшается кривизна коры, другие увеличиваются. Измеряемые скорости составляют отклонения от идеального сплющенного у полюсов сфероида равные 7 метрам за тысячу лет. Если бы эти отклонения продолжались в течение нескольких миллионов лет, форма земли бы резко отклонилась от слегка грушевидного сплющенного у полюсов сфероида. Соответственным образом, этот процесс должен обращаться и названные отклонения от сплющенного у полюсов сфероида должны быть пульсирующими.
Земля пульсирует в масштабе миллионов лет (см. фиг.1). Начиная с раннего триасового периода, сейсмически распознаны шестнадцать импульсов сжатия. Происходящий в настоящее время импульс продолжается от плиоцена (Р1) до голоцена (5 миллионов лет). Судя по всему, ежегодное увеличение радиуса земли на от 3 до 4,15 мм возможно охватывает пик сжатия в импульсе, но возможно, что каждый импульс мог уменьшиться на близкую величину между пиками сжимающих импульсов. Сегодняшние быстро пульсирующие северное сужение земли и южная выпуклость от десятков до возможно сотен метров очевидно обусловлены изменением более длинного пульсирующего радиуса возможно в километрах. Эти сейсмически распознанные импульсы сжатия измеряются с помощью сейсмического несогласного трансрегрессивного налегания. Эти импульсы являются тектоническими при осадочном несогласным трансрегрессивным налеганием на инверсии и/или рост антиклиналей.
Преобладание внутриконтинентального сжатия известно для большей части континентов из измерений шахтных напряжений в подстилающих породах. Было показано, что отношение SH/Sv (далее называемое величиной SH или SHM) увеличивается от более чем 1 на глубине 2,5 км до 4 на поверхности земли (см. фиг.2 слева вверху). Выдвинутые фокальные механизмы землетрясений в результате внутриконтинентальных обратных разрывов также указывают на то, что SH/Sv обычно не достигает единицы до глубины в среднем 10 км (неразжиженная кора) и ближе к 20 км в более глубоких бассейнах, где кора разжижена. Более глубокие землетрясения под Аделаидскими холмами (17 км) и под грабеном Викингов (21 км) предлагают трактовку, связанную с экстенсиональными нормальными разрывами в этих, соответственно, неразжиженной и разжиженной средах земной коры.
Вместе с тем, данные с малых и больших глубин указывают на то, что земная кора вероятно прогибается относительно некоторого среднего радиуса, как показано на фиг.2. Во время сжимающего импульса кора выполняет роль шарнира, а верхняя кора и бассейновые осадки подвергаются изгибанию вверх или уплощению, что приводит к сжатию, но бассейн продолжает при этом оседать из-за растяжения нижней коры, что приводит к сжатию осадков при их отложении, в результате которого осадки и сжимающий импульс сохраняются, что может быть нанесено на сейсмическую карту. Между сжимающими импульсами изгиб может изменить знак, что приведет к растяжению верхней коры и сжатию нижней коры.
Обратимся теперь к фиг.3, из которой следует, что возникающие по фокальному механизму землетрясений разрывы на глубинах от 14 до 19 км под осью грабена Викингов обнаруживают сжимающие движения обратных разрывов, перпендикулярные оси и противоположные растягивающим движениям, обычно ассоциирующимся со словом «грабен». Вблизи оси обычные разрывные последствия отсутствуют, поскольку жесткость нижней коры вероятно слишком мала, чтобы довести напряжение до состояния хрупкого разрушения. Растяжение нижней коры наблюдается в восточном направлении под более мелко расположенными выходами обратных разрывов (от 12 до 15 км), где нижняя кора находится на глубине 21 км и достаточно жесткие породы испытывают хрупкую деформацию. Действующий в настоящее время сжимающий импульс (от плиоцена до голоцена) приводит к появлению SH в результате образования обратных разрывов поперек оси грабена Викингов, а не в результате образования нормальных разрывов (SH параллельно оси), как это подсказывает сам термин «грабен» (сбросовая впадина).
SH в верхней коре передается к осадочному слою. Величину SH(SHM=SH/SV) можно описать тремя напряженными состояниями Андерсена и четырьмя подсостояниями напряженных состояний Андерсена, которые вводятся в настоящем изобретении. Четыре подсостояния напряженных состояний Андерсена являются компрессионным перемещением по простиранию, экстенсиональным перемещением по простиранию, поднятием пласта и гравитационной нагрузкой. Состояние SHM уменьшается от SH >>Sv (образование обратных разрывов или образование разрывов с надвитом) в глубоком бассейне (14-20 км) до S H>Sv (перемещением по простиранию) в промежуточном бассейне (3 км, аптиан), до SH Sv (поднятие пласта) в мелком бассейне и до SH<Sv (гравитационная нагрузка) в мелком бассейне до морского дна. Уменьшающаяся кривизна заставляет нижнюю кору растягиваться, но этого не произойдет при образования нормальных разрывов, если кора будет в достаточной степени жесткой (21 км). Показанные на фиг.3 диаграммы Андерсона образуют вертикальную последовательность в период импульса сжатия.
Обратимся теперь к фиг.4, где состояния андерсеновских напряжений и их подсостояния распознаны на данных сейсмической разведки способом отраженных волн на участке Сноррре. Нанесение на схему антиклинальных сужений и обратных разрывов в период аптского компрессионного импульса позволяет идентифицировать напряженные состояния, откуда SHM=SH/Sv>1 или перемещение по простиранию в период отложения аптских осадков непосредственно над коллектором.
Полученные на основании сейсмических данных до проведения бурения SH D из антиклиналей аптского (Ар) сжимающего импульса над участком Snorre показывают, что SHD перпендикулярна прорезающим кору разрывам в направлении к востоку (и юго-восточному краю). Такие вариации на 90° у SHD можно выявить в этом примере на 5-км сетке сейсмических линий. Обычно для детектирования зависимости аналогичных вариаций от прорезающих кору разрывов длиной более 2 км используют 250-300-м сетку над месторождением или проектом. Аптские SHD параллельны существующим в настоящее время SHD, возникающим в результате врезки стволов скважин в юрский коллектор непосредственно под аптским. Поскольку добывающая скважина и направление на схеме прорезающих кору разрывов не изменились, SHD и SHM могут быть определены на любой глубине.
Выходы обратных разрывов в оси грабена Викингов отражают сжатие верхней коры, воздействующее на глубокие отложения грабена. По мере уменьшения жесткости отложений и одновременного уменьшения способности к передаче напряжения сжатия SH/Sv будет уменьшаться по вертикали в направлении к поверхности. Уменьшение напряжения отражается в изменении по вертикали напряженных состояний (см. фиг.2 и 3), т.е. уменьшение кривизны земной поверхности приводит к тому, что напряженного состояния образуют последовательность от образования нормальных разрывов в нижней протяженности коры (LCE) до образования обратных разрывов в верхней коре и при этом SHM уменьшается, проходя через понижающие стадии перемещения по простиранию к поднятию пласта, далее к гравитационной нагрузке через осадочный слой, обусловленной уменьшением жесткости и способности осадочного слоя передавать снизу напряжение обратного разрыва. Такого же рода изменения возникают по горизонтали.
Регулирующим фактором повторяющегося восходящего отрезка S HD является разрыв на восточной стороне, которому перпендикулярна SHD. Разрыв является большим и пересекает кору при нормальном смещении в течение 2 сек (двунаправленное время) в юрский период и, круто опускаясь, обращается на глубине, где он прорезает наиболее глубокий слой «внутреннего Коллапса» на дне сейсмической линии и затем верхнюю кору. Разрыв искривлен и упоминается в заявке как «разрыв Симитар (Scimitar)» из-за того, что его кривизна напоминает ближневосточный меч, часто прорезая глубокую часть слоя как обратный разрыв и верхнюю часть слоя как нормальный разрыв. Смещения и кривизна являются функциями сжимающих импульсов и обязаны своему появлению шарнирному эффекту изгибающейся коры, т.е. обратная составляющая разрыва является отражением сжатия верхней коры, а неглубокие нормальные составляющие представляют собой реакцию на опускание, обусловленное растягивающими тормозящими эффектами нижней коры. Меняющаяся величина импульсов может приводить к образованию более одной кривой на разрыве «Симитар».
Обратные, нормальные и перемещающиеся по простиранию разрывы Андерсона были определены для поверхности земли как поверхность нулевого напряжения. Изменение с глубиной угла падения каждой из андерсеновских плоскостей разрыва под влиянием ограничивающего давления, жесткости и т.д. не были объектом специального внимания для Андерсона, но чтобы дать некоторые указания, на правой стороне фиг.2 и 3 даны спроецированные вверх и вниз заштрихованные поверхности разрывов. В случае изменения кривизны разрыва «Симитар» напряжение фактически меняется по вертикали под действием изгибающего эффекта кривизны коры.
В горизонтальной плоскости создаваемое указанными разрывами сжатие перпендикулярно их перемещению по простиранию как во время прошлых импульсов, так и в настоящее время. Изменение направления SHD на приблизительно 90° (фиг.4 в центре слева) отражает изменение перемещения по простиранию прорезающего кору разрыва «Симитар» на восточной стороне. Пример Snorre показывает, что это горизонтальное изменение SHD может происходить на протяжении менее 10 км и наблюдается на других участках ниже на менее чем 2 км. Это изменение зависит от расстояния до проницающего кору разрыва: чем ближе к разрыву, тем больше влияние на SHD и S HM. Обычно изменение SHD по вертикали происходит на примерно одинаковых расстояниях, в результате чего значения SHD усредняются в объектах над вершинами аналогичным образом вертикально проникающих разрывов, либо же один из разрывов может продолжать существовать до более мелких глубин и, следовательно, локально контролировать SHD, но при более низком S HM.
Прежде чем можно будет извлекать из коллектора нефть или газ, необходимо доскональное исследование. Для изучаемой площади получают данные сейсмического отражения, из которых можно оценить местоположение и размеры какого-либо коллектора. Способ получения таких данных сейсмического отражения хорошо известен специалистам в соответствующей области промышленности и в данной заявке детализироваться не будет. Вместо этого настоящее изобретение имеет целью интерпретировать и анализировать эти данные.
Описываемый в заявке способ реализуется с помощью компьютерной системы, включающей в себя процессор и связанное с ним запоминающее устройство для хранения ряда инструкций для постадийного осуществления способа с целью выдачи количественного прогнозирования величины максимального горизонтального напряжения (SH) в какой-либо точке на каком-либо горизонте в пределах изучаемой площади. Способ включает в себя импортирование вначале сейсмических данных или линий сейсмического отражения, которые затем интерпретируются с помощью имеющейся в продаже компьютерной программы, такой как Kingdom or Petrel
.
Обратимся теперь к фиг.5, где на стадии 510 для способа необходимы по меньшей мере две линии сейсмического отражения и предпочтительно несколько линий сейсмического отражения, охватывающих изучаемую площадь, с целью того, чтобы адекватным образом интерпретировать и спланировать изучаемую площадь. На стадии 520 изучаемая площадь будет наиболее четко проиллюстрирована по меньшей мере двумя линиями сейсмического отражения, которые пересекают изучаемую площадь в основном в направлении максимального наклона, как показано на фиг.4, и по меньшей мере еще одной сейсмической линией, которая проходит вдоль продольной оси изучаемой площади, как это показано на стадии 530. Далее, на стадии 540 линии сейсмического отражения могут указывать на присутствие по меньшей мере одного по существу вертикального прорезающего кору разрыва (называемого также разрывом «Симитар»).
Линии сейсмического отражения дают ряд небольших профилей, которые указывают на различные подземные структуры, включающие антиклинали, синклинали, обратные разрывы, нормальные разрывы и по существу вертикальные прорезающие кору разрывы. Этот ряд интерпретируется с целью идентифицировать разные в целом горизонтальные горизонты, которые заносятся на стадии 550 на карту для определенного времени. Каждому из этих разных горизонтов приписывается геологический возраст. Обычно это осуществляется с помощью пробуривания смотровой скважины в пределах изучаемой площади с целью взятия образцов на подвергаемых каротажу глубинах и проведением палеонтологического анализа на образцах, взятых из скважины для определения их возраста. После установления возраста образцов на подвергаемых каротажу глубинах эта информация может быть скоррелированна с эквивалентными глубинами на сейсмической линии. В некоторых случаях, когда для горизонтов устанавливают геологический возраст без данных смотровой скважины из пределов изучаемой площади, можно экстраполировать данные, полученные вне пределов изучаемой площади, используя полученные из сейсмических данных интерпретированные горизонты.
На стадии 560 способа производится идентифицирование на сейсмических линиях по меньшей мере четырех горизонтов, первая пара которых образована в первый период сжимающего импульса, а вторая пара горизонтов образована во второй период сжимающего импульса. Периоды сжимающих импульсов приведены на фиг.1. На стадии 570 необходимо идентифицировать по меньшей мере одну антиклиналь или синклиналь на сейсмических линиях по меньшей мере четырех горизонтов, образовавшихся во время какого-либо периода импульса сжатия. Периоды, во время которых земля испытывала импульсы сжатия, могут быть идентифицированы на линиях сейсмического отражения как горизонты, которые складывались с образованием антиклиналей или изопахит утонченного сегмента (антиклинальных утончений) во время нарастания сжатия (под верхней поверхностью антиклинали), либо были смещены обратными разрывами. Аналогичным образом, образование складок может привести к образованию синклиналей утолщенного слоя (синклинальные толщи), субпараллельным антиклиналям, и вследствие этого служить индикатором напряжения сжатия в период сжимающего импульса, однако синклинали могут просто представлять собой более широкий бассейновый депоцентр и не отражать направления SH на уровне отображаемой антиклиналями детализации. На стадии 580, когда какой-либо горизонт наносится на карту, те складки и/или разрывы, которые параллельны прорезающим кору разрывам, указывают на складку, образовавшуюся под действием сжимающего импульса. Это свидетельствует о периоде сжимающего импульса. Наконец, на стадии 590 каждая антиклиналь, которая была нанесена на план, классифицируется в одно или более предварительно определенных напряженных состояний на основе длины и близости к другим антиклиналям или, в случае синклиналей, каждая синклиналь классифицируется в одно или более предварительно определенных напряженных состояний на основе длины и близости к другим синклиналям.
Не все складки, как антиклинали, так и синклинали, обязательно образовались в результате процесса сжатия. Складки могут образовываться у какого-либо барьера в результате гравитационного скольжения по склону, например на краю континента. Однако многие из наиболее крупных складок субпараллельны на площадях от сотен до тысяч квадратных километров и образовались у значительных по величине соударяющихся по горизонтали тектонических, испытывающих сжатие границ плит, например Гималаи или Анды. Параллельно с этими складками могут образовываться новая кора и прорезающие разрывы. Эти складки не обязательно должны совпадать по времени с обычно меньшими складками, образующимися во время синхронных в глобальном масштабе импульсов сжатия, индуцируемых уменьшением кривизны коры в пределах континентов (и океанской коры). Складки, образовавшиеся не в результате импульса сжатия, могут быть выявлены, если они не параллельны складкам, образовавшимся в период глобального импульса сжатия. Более конкретно, складки, образовавшиеся не в результате импульса сжатия, в пределах континента являются большими и не обязательно в существенной степени параллельными предшествующим прорезающим кору разрывам, а, следовательно, не параллельны для сменяющих один другой импульсов и в общем случае не налагаются одна на другую, а их амплитуды не аддитивны для суммы импульсов. Такие складки выявляются с помощью способа изопахит, если они образуются в течение периода сжатия, но не могут быть идентифицированы по изменениям SHD, и они не представляют интереса для целей настоящего изобретения в том случае, когда эти складки не проявляли активности в течение большей части последнего периода сжатия, как, например, Анды или Гималаи. Когда тектонический процесс с участием плит затухает, вновь возникшие прорезающие кору разрывы принимают на себя роль генерирования напряжения в течение последующих периодов импульса сжатия в качестве прорезающих кору разрывов.
Обратимся теперь к фиг.6, на которой рудиментарная оценка очевидных ошибок в импортированных сейсмических данных может быть произведена путем рассмотрения произвольного поперечного сечения данных, представляющих множество горизонтов. В этом поперечном сечении первая пара горизонтов, образовавшихся в первый период импульса сжатия, обозначена Н-1, Н-2, а вторая пара горизонтов, образовавшихся во второй период импульса сжатия, обозначена Н-3,Н-4. В этом поперечном сечении могут быть также идентифицированы различные разрывы, обозначенные PSI-1, PSI-1b, PSI-3, PSI-3a, PSI-6, PSI-9, PSI-9a и PSI-j, включая по меньшей мере один прорезающий кору разрыв, обозначенный PSI-1.
Обратимся теперь к фиг.7, на которой иллюстрируется еще одно произвольное поперечное сечение, показывающее разрывы и горизонты, отмеченные на фиг.6, в уменьшенном масштабе по сравнению с масштабом геологического времени. Это поперечное сечение предоставляет еще одну возможность рассмотреть введенные данные, касающиеся горизонтов и разрывов, которые предполагается использовать для создания приведенной далее изопахитной карты для оценки ошибок. В частности, оно выявляет те наиболее глубокие горизонты, которые непрерывны и могут не поддаваться интерпретации из-за низкого качества данных, либо же могут остаться незамеченными. Это предоставляет возможность выправить такие аномалии и добавить их при необходимости к числу интерпретируемых горизонтов. Каждая показанная на поперечном сечении затененная полоса представляет период геологического времени и относится к периодам от пермианского до третичного в соответствии с затенением с кодировкой в таблице периодов импульсов сжатия, иллюстрируемой на фиг.1.
Каждая пара горизонтов (т.е. Н-1, Н-2 и Н-3, Н-4 на фиг.6) внутри, вверху или в основании импульса сжатия наносится на карту на основе сейсмических данных и представляется как структурная карта. Расстояние между двумя структурными картами, соответствующими каждой паре горизонтов, является толщиной, или изопахитой объекта, ограниченного структурными картами.
Обратимся теперь к фиг.8, на которой показана изопахитная карта осадков, отложившихся в течение периода импульса сжатия в позднем Триассе (LTr) (см. фиг.1, А и В). В изопахитную карту были внесены поправки, касающиеся некоторых неясностей между последовательными сейсмическими съемками, где поверхность сетки отошла от выбранных горизонтов. На левой стороне изопахитной карты могут быть идентифицированы несколько обратных разрывов. На правой стороне карты имеется несколько менее очевидных антиклиналей.
Величина напряжения SHM выражается как отношение SH/Sv . При увеличении числа состояний андерсеновского напряжения и распознании их в изопахитах, полученных на основе имеющихся сейсмических данных и в которых используется импульс сжатия SHM=S H/Sv, который уменьшается в направлении к поверхности, можно предсказать количественное значение SHM, если известна или может быть легко оценена гравитационная нагрузка SV. Как правило, нагрузку Sv оценивают равной 21 КПа/м (килопаскалей на метр), что принимается во всем мире как средняя нагрузка Sv. Если имеется какое-либо основание изменить Sv от указанного среднего значения, то, соответственно, будет изменено и рассчитанное из SH /Sv значение SH.
Таким образом, способ настоящего изобретения включает в себя увеличение числа напряженных состояний от трех напряженных состояний, предложенных Андерсоном (1951), до семи напряженных состояний, которые уточнены ниже:
N - образование нормальных разрывов, для которого Sv>SH>Sh;
L - напряженное состояние от гравитационной нагрузки, для которого Sv>SH>>Sh ;
U - напряженное состояние при поднятии коры, для которого SH>SV Sh;
ESS - экстенсиональное образование разрывов при перемещении по простиранию, для которого SH >Sv>>Sh;
SS - образование разрывов при перемещении по простиранию, для которого SH>Sv Sh;
CSS - компрессионное образование разрывов при перемещении по простиранию, для которого SH >>Sh Sh;
R - образование обратных разрывов или образование разрывов при надвиге, для которого S H>Sh>Sv.
Эти семь напряженных состояний могут быть идентифицированы на изопахитах следующим образом:
N - образование нормальных разрывов или напряженное состояние, т.е. SHM=N идентифицируется как прямой нормальный разрыв больше 2 км в длину;
L - напряженное состояние от гравитационной нагрузки, т.е. S HM=L идентифицируется не как антиклиналь или нормальный разрыв (т.е. деформация отсутствует);
U - напряженное состояние при поднятии пласта, т.е. SHM=N идентифицируется как антиклиналь (или, более конкретно, как изопахитное антиклинальное утончение), больше 2 км в длину, от которой ближайшая прямая антиклиналь, больше 2 км в длину, находится на удалении более 5 км;
ESS - экстенсиональное образование разрывов при перемещении по простиранию или напряженное состояние, т.е. SHM=ESS идентифицируется как прямой нормальный разрыв равный или меньший 2 км в длину;
SS - образование разрывов при перемещении по простиранию, т.е. SHM=SS идентифицируется как прямая антиклиналь больше 2 км в длину, от которой ближайшая прямая антиклиналь (или, более конкретно, изопахитное антиклинальное утончение) больше 2 км в длину находится на удалении, равном или меньшем 5 км, или как прямая синклиналь больше 2 км в длину, от которой ближайшая прямая синклиналь (или, более конкретно, изопахитная антиклинальная толща) больше 2 км в длину находится на удалении, равном или меньшем 5 км;
CSS - компрессионное образование разрывов при перемещении по простиранию или напряженное состояние, т.е. SHM=CSS идентифицируется как прямой обратный разрыв или разрыв при надвиге равный или меньший 2 км в длину
R - образование или напряженное состояние обратных разрывов или разрывов с надвигом, т.е. SHM=R идентифицируется как прямой обратный разрыв больше 2 км в длину;
Идентифицирование определенных выше напряженных состояний включает кроме того вмещающие подземные структуры (т.е. антиклинали и/или синклинали) внутри конфигурации своего рода кольцевого конвейера. Например, в случае антиклинали конфигурация «кольцевого конвейера» имитирует вид в плане антиклинали и используется для определения площади S HM, которая может быть обусловлена напряжениями, ответственными за образование соответствующих антиклиналей и/или синклиналей. Конфигурация «кольцевого конвейера» образуется при построении окружности с радиусом равным 1/5 длины антиклинали или синклинали у противоположных концов антиклинали или синклинали таким образом, чтобы центр каждой окружности находился на антиклинальной/синклинальной оси на 1/5 расстояния от каждого конца. Окружности соединены так, чтобы замкнуть «кольцевой конвейер» построением касательных длиной 3/5 длины антиклинали или синклинали на каждую пару окружностей и при этом каждая из касательных на 1/5 расстояния на каждой стороне антиклинальной/синклинальной оси, т.е. образование прямоугольника с округлыми торцами, или «кольцевого конвейера». Площадь внутри каждого кольцевого конвейера должна иметь значение SHM, соответствующее соответствующему напряженному состоянию, как это следует из приведенной ниже таблицы.
При определенных обстоятельствах радиус окружностей, образующих торцы кольцевого конвейера, отличается от 1/5 длины. Например, в случае обратного разрыва радиус варьирует от 1/20 длины обратного разрыва в том случае, когда обратный разрыв имеет очень небольшие изопахитные ответвления (т.е. <20 мсек сейсмического двунаправленного времени, приблизительно 30 м), и до 1/5 длины обратного разрыва в том случае, когда обратный разрыв имеет более длинные изопахитные ответвления (т.е. >500 мсек, приблизительно 750 м). В том случае, когда обратные разрывы имеют промежуточные изопахитные ответвления, используется промежуточный радиус (т.е. 1/15 в случае 20-100 мсек и 1/10 в случае 100-500 мсек).
Обратимся теперь к фиг.9, на которой показана изопахитная карта фиг.8, превращенная в карту напряжений, идентифицирующая, согласно одному из вариантов осуществления, напряженные состояния, идентифицируемые в пределах закартированной области. Классификация в одно из семи напряженных состояний позволяет определить соответствующую величину SH. SHM можно получить из пояснения, приведенного под картой напряжений, или двигая курсор по карте напряжений с целью определения прогнозированного значения SHM для какой-либо точки на карте.
Из классификации позиций, идентифицируемых на карте напряжений как одно или более из семи напряженных состояний, наряду с главной горизонтальной величиной напряжения SH/SV=SH M можно также вывести приблизительный градиент разрыва пласта.
Количественные значения SHM=SH /Sv и приблизительный градиент разрыва пласта S h/Sv оцениваются как соответствующие пределам, указанным в приведенной ниже таблице и при этом SH /Sv и Sh/Sv фигурируют одновременно. Эта одновременность приводит к принятию значений по умолчанию на границах напряженных состояний SH/Sv и Sh/Sv, соответственно (как иллюстрируется пояснениями к фиг.9 и 10), 0,825 и 0,725 (т.е. SH/S v и Sh/Sv) между нормальным напряжением и гравитационной нагрузкой, 0,875 и 0,775 между гравитационной нагрузкой и поднятием, 0,975 и 0,825 между поднятием и экстенсиональным перемещением по простиранию, 1,075 и 0,875 между экстенсиональным перемещением по простиранию и перемещением по простиранию, 1,200 и 0,925 между перемещением по простиранию и компрессионным перемещением по простиранию, 1,400 и 1,000 между компрессионным перемещением по простиранию и обратным разрывом. Приведенные ниже пределы значений согласуются со значениями, получаемыми с помощью традиционных способов после бурения.
| Пределы количественных значений SHM=SH/S v и приблизительный градиент разрыва = Sh/S v | ||||
| Напряженное состояние | Относительная величина | SH /Sv | S v | Sh /Sv |
| Нормальный разрыв | Sv>SH>Sh | 0,825-0,675 | 1 | 0,725-0,650 |
| Гравитационная нагрузка | Sv>S H | 0,875-0,825 | 1 | 0,775-0,725 |
| Поднятие пласта | SH>S v>Sh | 0,975-0,875 | 1 | 0,825-0,775 |
| Экстенсиональное перемещение по простиранию | S H>Sv>>Sh | 1,075-0,975 | 1 | 0,875-0,825 |
| Перемещение по простиранию | SH>S v>Sh | 1,200-1,075 | 1 | 0,925-0,875 |
| компрессионное перемещение по простиранию | S H>>Sv>Sh | 1,400-1,200 | 1 | 1,000-0,925 |
| Обратный разрыв | SH>S h>Sv | 4,000-1,400 | 1 | 1,500-1,000 |
Обратимся теперь к фиг.10, на которой показана еще одна карта напряжений, иллюстрирующая напряженного состояния, идентифицируемые у второй пары горизонтов в той же области, как и карта напряжений на фиг.9. Карта представляет изопахиту между горизонтами Poolowanna и Nappamerri, образовавшимися в период ааленского (Аа) импульса сжатия. Здесь также каждое напряженное состояние и соответствующие ему величина и приблизительный градиент разлома пласта можно получить, пользуясь пояснением, помещенным под картой напряжений, или двигая курсор по карте напряжений с целью определения прогнозированного значения S HM для какой-либо точки на карте.
Обратимся теперь к фиг.11, на которой показан график зависимости давления от глубины, частично использующий данные фиг.9 и 10, на которых показаны величины напряжений, получаемые из SH/s v, а также приблизительный градиент разлома пласта, получаемый из Sh/Sv. Значения SH/S v, выведенные для области нижнего треугольника на фиг.9 и 10, имеющего координаты 475373, 6994088, были нанесены на график фиг.11. Они дают две точки напряжений, которые требуются от по меньшей мере двух карт напряжений импульса сжатия, чтобы построить график зависимости давления от глубины. График был продолжен до поверхности с использованием более поздних (или менее глубоких) карт напряжений импульса сжатия. Точки SH/Sv помещены на график фиг.11 количественно в мегапаскалях (МПа), когда гравитационная нагрузка Sv представлена количественно. В промышленности обычно используют градиент Sv равный 21 кПа/м. Пользователь при желании может уменьшить градиент, скажем, до 18 кПа в мелкой секции и увеличить его до более чем 22 кПа/м в более глубокой секции. После этого строится график зависимости SH/Sv от Sv и количественные значения SH могут быть получены из графика давление-глубина на любой глубине путем подстановки количественного значения S v на какой-либо конкретной глубине в SH/S v на этой же глубине.
Обратимся теперь к фиг.12, на которой показан график зависимости давления от глубины, в котором частично использованы данные фиг.9 и 10 и который включает в себя величину напряжения, получаемую из SH/S v, а также приблизительный градиент разлома SH /Sv в области верхнего треугольника, показанного на фиг.9 и 10 и имеющего координаты 473547, 6996238.
Вес поровых флюидов или поровое давление равно приблизительно 9 кПа/м в естественно закупоренных бассейнах (т.е. градиент нормального порового давления) и также нанесено на фиг.11 и 12. Предел прочности на растяжение породы фактически равен нулю в более мелкой секции, но повышается с глубиной и может уменьшаться с повышением порового давления. Предел прочности на растяжение (То) получают из реальных измерений. Заштрихованный градиент То используется как указатель того, что истинный градиент разлома несколько больше SH/Sv и выражается в виде SH/Sv+To.
Вес используемого бурового раствора должен превышать давление, производимое весом водяного столба (известного как поровое давление (P p)) плюс вес предполагаемых нефти и/или газа. Вместе с тем вес грязи (твердого материала бурового раствора) (MW) не должен превышать минимальную горизонтальную составляющую S h напряжения плюс предел прочности на растяжение структурного элемента уплотняющей породы, так как в противном случае ствол скважины может разрушиться. Как следует из фиг.11 и 12, P p + углеводороды <MW<Sh/SV+T o (To представлен на фиг.11 и 12 в виде штриховой линии слева от вертикальной оси Истиной Вертикальной Глубины). Когда Pp приближается к Sh, бурение должно быть прекращено, поскольку градиент разлома близок к его превышению и скважина может выйти из-под контроля, что приведет к выбросу из скважины.
В порядке иллюстрации: на фиг.12 показано, что от глубины 1510 м до 1730 м существует нормальное поровое давление равное примерно 15 МПа. Если бы поровое давление должно было бы повыситься из-за неспособности флюида к выходу, поровое давление могло бы достичь 25 МПа, как это показано прерывистой линией (показано как «повышенное поровое давление» на фиг.12, называемое также «избыточным давлением»), будучи непосредственно под приблизительным градиентом разлома равным 27 МПа, что является близким к точке разрушения породы. В промышленности используют данные сейсморазведок, касающиеся скоростей, и каротажные диаграммы с целью идентифицирования зон, в которых, в соответствии с интерпретацией, один и тот же тип породы характеризуется более длительными сейсмическими перемещениями, т.е. более низкой скоростью, чем на близлежащих участках. Причиной пониженной скорости является повышение порового давления.
Было бы желательно использование других независимых способов для оценки зон с повышенным поровым давлением.
Если какая-либо структурная карта, включающая низкий горизонт какой-либо изопахиты является в существенной степени плоской или имеющей неравномерный уклон, в то время как верхняя структурная карта не является в значительной степени параллельной этому низкому горизонту и при этом является волнистой, то изопахита граничит с каким-либо менее плотным объектом, более плотные части которого обладают повышенным поровым давлением и возможно стремятся подняться через осадочное напластование. Иными словами, поровое давление имеет нормальный градиент в пределах пар горизонтов, образовавшихся в течение (или даже вне его) периода импульса сжатия, но приподнятое или повышенное поровое давление в более плотных или синклинальных частях изопахиты, если синклинальная толща лежит над одним или более антиклинальными утончениями, образовавшимися над каким-либо проектом в течение периодов импульсов сжатия.
Если изопахитная толща между прилегающими изопахитными утончениями менее чем вдвое толще утончений, то эта толща указывает на сланец и повышенное поровое давление, оценкой которого является приблизительно нормальный гидростатический градиент, помноженный на отношение изопахитной толщи к ближайшему утончению, не превышающее 2.
Следует принять во внимание, что, если отношение изопахитной толщи к утончению больше 2, объект обладает значительно меньшей плотностью, чем окружающая его порода и вероятно представляет собой диапировую соль.
Следует также принять во внимание, что мог бы быть выбран любой горизонт, образовавшийся в течение периода импульса сжатия, и число интерпретированных горизонтов, принятых для использования над проектом зависит, как правило, от глубины, до которой предполагается бурение и числа горизонтов, в которых могут возникать проблемы с бурением.
Обратимся теперь к фиг.13, где способ может быть реализован с использованием аппаратуры, программного обеспечения или их сочетания и может быть реализован в одной или более компьютерных системах или обработочных системах. При этом функциональность терминала пользователя-заказчика и его графического пользовательского интерфейса, так же как и сервера может быть обеспечена одной или более компьютерными системами, способными поддерживать указанную функциональность.
Компьютерная система 100 включает один или более процессоров, таких как процессор 110. Процессор 110 соединен с коммуникационной инфраструктурой 120. Компьютерная система 100 может включать в себя изобразительный интерфейс 130, который передает графики, тексты и другие данные от коммуникационной инфраструктуры 120 для подачи их на дисплейный блок 140. Компьютерная система 100 может включать в себя также главную память 150, преимущественно память с произвольной выборкой, и может также включать вторичную память 160.
Вторичная память 160 может включать в себя, например, дисковод 170 для жесткого диска, дисковод для магнитной ленты, дисковод для оптического диска и т.д. Сменный накопитель 180 считывает от и/или записывает на сменный накопитель 190 хорошо известным способом. Сменный накопитель 190 представляет собой гибкий диск, магнитную ленту, оптический диск и т.д.
Как можно себе представить, сменным накопителем 180 может быть пригодная для использования в компьютере запоминающая среда, хранящая в себе программное обеспечение в виде ряда инструкций, дающих команду процессору 110 выполнять желаемую функцию. В альтернативных вариантах осуществления вторичная память 160 может содержать в себе подобное средство, позволяющее загружать в компьютерную систему 100 компьютерные программы или инструкции. Такое средство может, например, включать в себя сменный накопитель 200 и интерфейс 210.
Компьютерная система может также включать в себя коммуникационный интерфейс 220. Коммуникационный интерфейс 220 позволяет передачу программного обеспечения и данных между компьютерной системой и внешними устройствами. Примеры коммуникационного интерфейса 220 могут включать модем, сетевой интерфейс, коммуникационный порт, слот и карту адаптера для подключения к компьютерной сети портативных устройств и т.д. Передаваемые с помощью коммуникационного интерфейса 220 программное обеспечение и данные имеют форму сигналов, которые могут быть электромагнитными, электронными, оптическими или какими-либо другими, которые способен принимать коммуникационный интерфейс. Эти сигналы подаются на коммуникационный интерфейс 220 через канал 240 связи типа проволоки или кабеля, волоконной оптики, телефонной линии, сотовой телефонной линии, радиочастот или других коммуникационных каналов.
Хотя в описанных выше вариантах осуществления изобретение реализуется прежде всего с использованием компьютерных программ, в других вариантах осуществления изобретение может быть реализовано прежде всего с помощью аппаратуры, например таких аппаратурных компонентов как предназначенная для заданного применения интегральная схема (ASIC). Реализация для выполнения описанных в заявке функций аппаратурного конечного автомата является очевидной для специалистов в соответствующей области. В других вариантах осуществления изобретение может быть осуществлено с использованием сочетания аппаратуры и программного обеспечения.
В способе использованы периоды импульсов сжатия для интерпретирования существующих 2D или 3D-сейсмических данных с целью того, чтобы предоставить геологам и геофизикам возможность предсказывать уплотненные разрывы, инженерам-буровикам предсказывать напряжения в скважине в целях предупреждения дорогостоящего выброса или обвала скважины и специалистам в области подземных коллекторов предсказывать открытые разрывы для оптимального извлечения углеводородов.
Преимуществом настоящего изобретения является то, что направление и величина геологического напряжения могут быть определены до бурения. Изобретение предлагает чисто стендовый способ, который исключает необходимость в дорогостоящем, осуществляемом после пробуривания традиционном геомеханическом исследовании ствола скважины. После определения на основе данных сейсмического отражения направления и величины SH становится возможным предсказать уплотненные и неуплотненные разрывы, направления открытых и закрытых трещин и оптимальные положение и ориентацию наклонных или горизонтальных скважин.
Повторение напряжений, отражающее повторение импульсов сжатия, предоставляет последовательность действий для согласующейся с напряжениями сейсмической интерпретации, которая может предсказывать горизонтальные и вертикальные изменения в направлении главной горизонтальной компрессионной составляющей напряжения SH D, а также в величине напряжения SHM. Теперь становится возможным определить до проведения бурения для любой заданной точки важные поисково-разведочные и эксплуатационные переменные, такие как связанное с напряжением уплотнение разрыва и ориентация открытой трещины. Аналогичным образом, важные для освоения коллектора параметры, такие как градиенты давления разрыва пласта и прогнозирование устойчивости ствола скважины, повысят до максимума коэффициенты нефтеотдачи и снизят стоимость освоения. Способ поможет также при эффективном связывании оксида углерода, что является новой многообещающей областью приложения усилий.
Хотя изобретение описано с использованием ограниченного числа вариантов осуществления, специалистам в данной области очевидно, что возможно множество альтернатив, модификаций и вариаций, касающихся приведенного выше описания. Соответственным образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает все такие альтернативы, модификации и вариации в рамках раскрытых сути и объема изобретения.
Класс G01V1/28 обработка сейсмических данных, например их анализ для интерпретации, коррекции
