Система для автоматического выделения поверхностей при построении геолого-гидродинамической модели нефтегазового месторождения по сейсмическим данным

Авторы патента:

Полезная модель относится в общем к системам моделирования и построения моделей нефтегазовых месторождений. В частности полезная модель относится к системам, предназначенным для автоматического выделения поверхностей для построения геолого-гидродинамической модели нефтегазового месторождения по сейсмическим данным. Техническим результатом является повышение точности построения геолого-гидродинамической модели нефтегазового месторождения. Задачей настоящей полезной модели является обеспечение системы, предназначенной для построения геолого-гидродинамической модели, в частности, для автоматического, (т.е. требующего участия пользователя только на этапе ввода начальных данных) построения набора поверхностей, основанного на входных сейсмических данных. Полученные на выходе поверхности можно без дополнительной обработки использовать в построении геолого-гидродинамической решетки. Входными данными для способа являются кубы сейсмических атрибутов Р, Q; сейсмический куб (опционально). 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Уровень техники

Известна система для геофизической разведки нефтегазовых объектов (RU 2289829 C1, G01V 11/00, 20.12.2006), которая раскрывает оптимизацию размещения глубоких скважин на нефтегазовых объектах по комплексу данных наземной сейсмической, электро-, магнито-, гравиразведки; электрического, радиоактивного, акустического, сейсмического, магнитного, гравитационного каротажа; изучения керна и испытания скважин. По данным акустического, сейсмического, электрического, радиоактивного, магнитного и гравитационного каротажа, лабораторных исследований керна формируют жесткостные, электрические, магнитные и гравиметрические модели целевого интервала геологического разреза в скважинах, рассчитывают геофизические синтетические трассы, по которым проводят СВАН, определяют модельные СВО и их спектрально-временные атрибуты (СВА). Спектрально-временные атрибуты (СВА) представляют собой отношение энергии высоких частот и больших времен к энергии низких частот и малых времен, а также произведения удельной спектральной плотности на средневзвешенные частоту и время либо на максимальные частоту и время энергетических спектров СВАН-колонки по оси частот и времен.

Известна система контроля геометрических и гидродинамических параметров гидроразрыва пласта (RU 2390805 C1, G01V 5/12, 27.05.2012, прототип), работа которой заключается в том, что перед проведением гидроразрыва пласта на поверхности в квадрате 400×400 м с центром, совпадающим с устьем скважины, проводится определение концентрации радона в шурфах глубиной 50-70 см по сетке с шагом 50 м. По данным поверхностной съемки проводятся линии геодинамических зон, которые могут быть связаны со вновь образующимися трещинными системами в пласте в результате гидроразрыва (так как развиваются большие давления). В скважине перед гидроразрывом проводятся радоновые индикаторные исследования и определяют ее техническое состояние: заколонные перетоки, если таковые имеются, их направление, долевое распределение по ним закачиваемой жидкости, профиль приемистости коллектора по данным трех временных замеров и проницаемость.

Недостатками известных решений является то, что они не могут гарантировать построения высокоточной модели нефтегазового месторождения на основании только сейсмологических данных.

Раскрытие полезной модели

Задачей настоящей полезной модели является обеспечение системы, предназначенной для построения геолого-гидродинамической модели, в частности, для автоматического, (т.е. требующего участия пользователя только на этапе ввода начальных данных) построения набора поверхностей, основанного на входных сейсмических данных. Полученные на выходе поверхности можно без дополнительной обработки использовать в построении геолого-гидродинамической решетки. Входными данными для способа являются кубы сейсмических атрибутов Р, Q; сейсмический куб (опционально).

Техническим результатом является повышение точности построения геолого-гидродинамической модели нефтегазового месторождения.

На фиг.1-5 в общем виде изображена примерная блок-схема для реализации заявленной системы.

Система для автоматического выделения поверхностей при построении геолого-гидродинамической модели нефтегазового месторождения по сейсмическим данным содержит: блок 100 идентификации входных данных, предназначенный для определения шага решетки геолого-гидродинамической модели, предельно допустимой величины упомянутой модели на координатной сетке и управляющих параметров поверхностей относительно шага решетки; связанный с ним блок 200 продолжения поверхностей, состоящий из последовательно соединенных блока 210 определения поверхностей (вход которого является входом блока 200 продолжения поверхностей), предназначенного для определения поверхностей решетки относительно шага решетки, блока 220 определения областей, предназначенного для определения области, в которой определена поверхность и блока 230 добавления узлов решетки, предназначенного для добавления к определенным тех узлов решетки, в которых поверхность не была определена ранее, блока 240 установки параметров кубов сейсмических атрибутов - p, q, блока 250 установки координат вновь добавленного узла - X, Y, блока 260 установки координат соседнего узла - x, у, в котором поверхность определена и блока 270 установки параметра глубины поверхности в этом узле z(x, y) (выход блока 270 является выходом блока 200); связанный с ним блок 300 сортировки поверхностей, состоящий из последовательно соединенных блока 310 упорядочивания глубин поверхностей (вход которого является входом блока 300 сортировки поверхностей), предназначенного для упорядочивания глубин поверхностей в указанном узле решетки по возрастанию и блока 320 назначения глубин поверхностей, предназначенного для назначения глубины i-й поверхности в этом узле равной i-й по порядку глубине (выход блока 320 является выходом блока 300); связанный с ним блок 400 уточнения, состоящего из последовательно соединенных блока 410 определения поверхностей для обработки (вход которого является входом блока 400 уточнения), предназначенного для определения поверхностей для обработки, блока 420 определения функционалов и градиентов поверхностей для обработки, блока 430 определения величины смещения, предназначенного для определения величины текущего шага смещения вдоль градиента, блока 440 определения достижения минимального значения функционала, предназначенного для определения с помощью величины шага смещения градиента для какого по счету шага для каждой обрабатываемой поверхности достигается минимальное значение функционала, блока 450 смещения, предназначенный для того, чтобы, когда для каждой обрабатываемой поверхности минимальное значение функционала определено меньше чем величина шага смещения градиента, то осуществляет смещение вдоль градиента на найденное количество шагов, блока 460 запоминания, предназначенного для сохранения во внутренней памяти системы величины осуществленного смещения и определения максимума осуществленных смещений, блока 470 исключения, предназначенного для временного исключения из обработки поверхностей, для которых достигнуто уменьшение функционала, блока 480 определения обработанных поверхностей, предназначенного для определения поверхностей, для которых не осуществлялось уменьшение функционала, причем блок 480 одним из выходов связан с одним из входов блока 410 определения поверхностей для обработки, а другим выходом связан с входом блока 300 сортировки, при этом, когда поверхности, для которых не осуществлялось уменьшение функционала определены, сигнал с выхода блока 480 поступает на вход блока 500 определения текущего шага решетки, предназначенного для определения текущего шага решетки по обновленным данным поверхностей, при этом, когда величина текущего шага решетки недостаточно мала, то сигнал с блока 500 определения текущего шага решетки поступает на вход блока 410 определения поверхностей и последовательно соединенные далее блоки повторно осуществляют свои функции, но уже для обновленных данных, в противном случае сигнал с выхода блока 500 определения текущего шага решетки поступает на вход блока 600 итерации и определения размера решетки, выход которого является выходом системы, предназначенного для определения, достигнут ли заданный размер решетки, при этом блок 600 итерации и определения достигнутого размера связан с блоком 100 идентификации входных данных, и, когда размер решетки не достигнут, то обеспечивает итеративное осуществление функций блоков 100, 200, 300, 400, 500, 600 до тех пор, пока не будет получена модель с идентифицированными блоком 100 параметрами. Дополнительно, система может содержать связанный с блоком 600 итерации и определения размера решетки блок 700 определения поверхностей с большей областью определения, состоящий из последовательно соединенных блока 710 определения точки поверхности, предназначенного для определения точки поверхности узла решетки, блока 720 определения отрезка, предназначенного для определения соответствующей трассы сейсмического куба вокруг определенной блоком 710 точки поверхности и блоком 730 определения ближайшего к данной точке локального экстремума глубины, а выход блока 700 является выходом системы.

В качестве блоков, используемых в системе, могут быть использованы как электронные вычислительные устройства, так и программные модули, осуществление функций которых выполняется электронными вычислительными устройствами. Электронное вычислительное устройство может представлять собой, но не ограничиваться: суперкомпьютер, персональный компьютер, портативный компьютер, планшетный компьютер, карманный компьютер, смартфон и тому подобное. Устройство обязательно содержит один или более процессоров, которые предназначены для выполнения компьютерных команд или кодов, хранящихся в памяти устройства с целью обеспечения выполнения способов по первому или второму вариантам осуществления настоящего изобретения, машиночитаемый носитель данных (память) и модули ввода/вывода (I/O). Модули I/O представляют собой, но не ограничиваются, типичные и известные из уровня техники средства управления устройством: манипулятор типа «мышь», клавиатура, джойстик, тачпад, трекбол, электронное перо, стилус, сенсорный дисплей и тому подобное. Так же модули I/O представляют собой, но не ограничиваются типичные и известные из уровня техники средства демонстрирования информации: монитор, проектор, принтер, графопостроитель и тому подобное. В качестве примера, а не ограничения, машиночитаемый носитель данных может включать в себя оперативную память (RAM); постоянное запоминающее устройство (ROM); электрически-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM); флэш-память или другие технологии памяти; CDROM, цифровой универсальный диск (DVD) или другие оптические или голографические носители данных; магнитные кассеты, магнитную пленку, запоминающее устройство на магнитных дисках или другие магнитные запоминающие устройства, несущие волны или другой носитель данных, который может быть использован для кодирования требуемой информации, и к которому может быть осуществлен доступ посредством устройства, описанного выше. Программные модули могут представлять собой написанные на любом языке программирования модули (элементы управляющей программы), предназначенные для выполнения присущих блокам функций и объединенные и управляемые одной управляющей программой.

Описываемая здесь система позволяет для набора поверхностей, выбранных в качестве начального приближения, получить набор поверхностей, который обеспечивает наилучшую согласованность со входными данными - сейсмическими атрибутами Р и Q. Согласованность понимается в следующем смысле. Сейсмические атрибуты Р и Q по своему физическому смыслу в совокупности задают поле плоскостей. Определяется функционал, который измеряет для всех поверхностей набора отличие касательной плоскости в каждой точке поверхности от этого поля. Минимум этого функционала ищется адаптированным к задаче методом наискорейшего градиентного спуска.

Успех работы системы обеспечивается следующими критериями:

- одновременное (параллельное) выделение и последующее уточнение достаточно большого количества поверхностей;

- семейство функционалов, минимизация которых составляет основу успешной работы системы;

- работа системы выглядит как связная цепочка итерационных этапов. Выходные данные каждого этапа после соответствующей перестройки и модификации поступают на вход следующего.

- оптимальный выбор начальных приближений, поступающих на вход итерационных блоков, минимизирующих функционалы.

Корреляцию поверхностей проводят с целью извлечения информации, необходимой для прогноза состава и свойств горных пород. Корреляцией поверхности называют процесс прослеживания от трассы к трассе сейсмического куба фазы волны, соответствующей одной и той же отражающей границе. Другими словами, это процесс прослеживания самих отражающих поверхностей. Поверхности коррелируют по нулевой фазе, отрицательной или положительной.

Настоящая система предлагает использовать не собственно сейсмический куб, а производные данные, так называемые сейсмические атрибуты Р и Q. Эти атрибуты для каждой точки каждой трассы показывают, под каким углом находится максимально похожая на нее точка соседней трассы. Тем самым можно считать, что эти атрибуты задают поле касательных плоскостей к отражающим поверхностям. А сама задача сводится к построению поверхностей, для которых это поле плоскостей является касательным. Это делается с помощью минимизации функционала. Задается функционал, который измеряет суммарное отличие поля плоскостей, задаваемого Р, Q атрибутами и от касательных плоскостей к поверхностям набора. Метод градиентного спуска позволяет перейти к новому набору поверхностей, для которого функционал имеет меньшее значение, тем самым лучше согласованному с входными данными.

Система в общем включает в себя четыре блока, использующиеся в каждой итерации при работе системы:

1. Блок продолжения. Решает задачу продолжения поверхности в те области, где он не определен. Используется, в частности, при построении начальных приближений.

2. Блок уточнения. Построение интегральной поверхности по полю (касательных) плоскостей, задаваемому Р, Q кубами, на основе минимизации функционала.

3. Блок сортировки. Перестройка поверхностей, по глубине. Решает задачу исключения пересечений поверхностей.

4. Дополнительный блок определения поверхностей с большей областью определения.

Далее приведено детальное раскрытие выполнения этапов.

Блок продолжения

Вход: набор поверхностей. Поверхности определены не на всей решетке,

p, q - кубы сейсмических атрибутов

Выход: набор поверхностей с большей областью определения.

Выполняет в цикле действия:

1. Для каждой поверхности добавить узлы решетки, в которых поверхность не определена, но определена в одном из соседних узлов, к области определения этой поверхности.

2. Если добавить узлы ни для одной поверхности не удалось, выйти из цикла.

3. Для каждого из вновь добавленных узлов:

А) Рассчитать значение по формуле:

Здесь p, q - кубы сейсмических атрибутов, X, Y - координаты вновь добавленного узла, x, у - координаты соседнего узла, в котором поверхность определена, a z(x, y) - глубина поверхности в этом узле. Сумма распространяется по всем соседним узлам, в которых поверхность определена.

Б) Проверить, что таким образом расширенная поверхность попадает в требуемую область пространства.

Смысл указанной выше формулы следующий. Для каждого соседнего узла выражение z(x,y)+(X-x)×p(x,y,z)+(Y-y)×q(x,y,z) это линейное приближение по формуле Тейлора значения в новом узле по значению в соседнем. Эти линейные приближения для всех соседних узлов далее усредняются с весами. Веса при этом обратно пропорциональны расстояниям между добавленным и соседним узлами.

4. Если рассчитать значение ни в одном добавленном узле не удалось, значит поверхность определена в каждом узле решетки.

Блок уточнения

Вход: набор поверхностей - начальное или стартовое приближение, p, q - кубы сейсмических атрибутов.

Выполняется минимизация функционала, который представляет собой сумму квадратичных отклонений частных производных по x, у уравнений, задающих поверхности, от соответственно значений Р и Q атрибутов:

Здесь суммирование происходит по всем узлам и всем поверхностям набора.

Минимизация функционала осуществляется методом наискорейшего градиентного спуска, соответствующим образом оптимизированного и адаптированного к ситуации.

Схема работы блока:

1. Вычислить, какие поверхности будут обрабатываться: если на предыдущих шагах был сделан слишком маленький шаг, то не будут обрабатываться.

2. Вычислить функционал.

3. Вычислить градиент.

4. Далее в цикле:

5. Вычислить величину текущего шага смещения вдоль градиента.

6. Для каждой обрабатываемой поверхности: пройти этим шагом вдоль градиента и найти для какого по счету шага достигается минимальное значение функционала.

7. Для каждой обрабатываемой поверхности: если найденное минимальное значение функционала меньше входного значения, то: сдвинуться вдоль градиента на найденное количество шагов.

8. запомнить величину сделанного смещения и вычислить максимум сделанных смещений.

9. исключить временно из обработки эту поверхность, (т.е., те поверхности, для которых достигнуто уменьшение функционала, временно исключаются из обработки).

10. Проверить, для всех ли поверхностей удалось уменьшить функционал. Если для всех, то выйти из цикла и закончить работу алгоритма.

11. Если не для всех, но величина текущего шага смещения достаточно мала, то также происходит выход из цикла.

12. В противном случае переход к началу цикла. (На следующем шаге цикла будут обрабатываться только те поверхности, функционал для которых не удалось уменьшить).

Блок сортировки

В результате работы данного блока, глубины, соответствующие одной поверхности, могут быть присвоены другой. Благодаря этой процедуре, поверхности как бы «подталкивают» друг друга к правильному решению.

Схема:

Цикл по всем узлам:

1. Упорядочить глубины поверхностей в этом узле по возрастанию.

2. Назначить глубину i-й поверхность в этом узле равной i-й по порядку глубине.

Дополнительный блок определения поверхностей с большей областью определения.

Простая процедура, в которой каждая точка каждой поверхности в определенной окрестности по глубине перемещается к локальному минимуму или максимуму сейсмического куба. Если в заданной окрестности экстремум найти не удалось, точка выбрасывается. Таким образом, получаем, более согласованный с сейсмическими данными, набор поверхностей. Данная процедура полезна и для нейтрализации типичных проблем применения метода градиентного спуска.

Схема работы блока:

Цикл по всем узлам:

Цикл по набору поверхностей

1. Взять соответствующую узлу точку поверхности.

2. Взять отрезок соответствующей трассы сейсмического куба вокруг этой точки и найти в нем ближайший к точке нужный (максимум или минимум) локальный экстремум.

3. Если найти локальный экстремум удалось, то изменить глубину поверхности в этом узле на глубину локального экстремума.

4. Если найти локальный экстремум не удалось - в поверхности появляется дырка - в этом узле поверхность считается неопределенной.

Описание основных действий при выполнении способа автоматического выделения поверхностей для построения геолого-гидродинамической модели нефтегазового месторождения по сейсмическим данным:

Вход: набор трендовых поверхностей - начальное или стартовое приближение. При их отсутствии берутся константные по глубине поверхности.

P, Q - кубы сейсмических атрибутов

опционально: сейсмический куб

Выход: набор поверхностей, используемых для построения геолого-гидродинамической сетки.

В качестве начального решения выбираются трендовые (при их отсутствии - константные) поверхности на грубой решетке. Каждая итерация это сочетание, описанных выше процедур. Последующая итерация производится на более мелкой решетке, а в качестве начального приближения берется решение предыдущей итерации. Итерации производятся до достижения максимального размера решетки.

1. Система для автоматического выделения поверхностей при построении геолого-гидродинамической модели нефтегазового месторождения по сейсмическим данным, содержащая блок идентификации входных данных, связанный с ним блок продолжения поверхностей, состоящий из последовательно соединенных блока определения поверхностей, вход которого является входом блока продолжения поверхностей, блока определения областей, блока добавления узлов решетки, блока установки параметров кубов сейсмических атрибутов, блока установки координат вновь добавленного узла, блока установки координат соседнего узла и блока установки параметра глубины поверхности в этом узле, выход которого является выходом блока продолжения поверхностей, связанный с блоком продолжения поверхностей блок сортировки поверхностей, состоящий из последовательно соединенных блока упорядочивания глубин поверхностей, вход которого является входом блока сортировки поверхностей, и блока назначения глубин поверхностей, выход которого является выходом блока сортировки поверхностей, связанный с блоком сортировки поверхностей блок уточнения, состоящий из последовательно соединенных блока определения поверхностей для обработки, вход которого является входом блока уточнения, блока определения функционалов и градиентов поверхностей для обработки, блока определения величины смещения, блока определения достижения минимального значения функционала, блока смещения, блока запоминания, блока исключения, блока определения обработанных поверхностей, причем блок определения обработанных поверхностей одним из выходов связан с входом блока сортировки поверхностей, а другим выходом блок определения обработанных поверхностей связан с входом блока определения текущего шага решетки, одним из выходов связанным с входом блока определения поверхностей для обработки, а другим выходом связанным с входом блока итерации и определения достигнутого размера, при этом блок итерации и определения достигнутого размера связан с блоком идентификации входных данных и выполнен с возможностью обеспечения итеративного осуществления функций блока идентификации входных данных, блока продолжения поверхностей, блока сортировки поверхностей, блока уточнения, блока определения текущего шага решетки, блока итерации и определения достигнутого размера до тех пор, пока не будет получена модель с идентифицированными блоком идентификации входных данных параметрами.

2. Система по п.1, дополнительно содержащая связанный с блоком итерации и определения размера блок определения поверхностей с большей областью определения, состоящий из последовательно соединенных блока определения точки поверхности, блока определения отрезка и блока определения ближайшего к данной точке локального экстремума глубины, а выход блока определения поверхностей с большей областью определения является выходом системы.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что локальный экстремум является минимальным значением глубины.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что локальный экстремум является максимальным значением глубины.