НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОЛОГІЧНИХ НАУК

БАРДІН ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСІЙОВИЧ

УДК 51:553.98:[550.8:001.8] (477.5)

РОЗРОБКА ГЕОЛОГО-МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ

НАФТОГАЗОПЕРСПЕКТИВНИХ ОБ’ЄКТІВ З МЕТОЮ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ПОШУКОВИХ РОБІТ (НА ПРИКЛАДІ ПІВНІЧНО-ЗАХІДНОЇ ЧАСТИНИ ДНІПРОВСЬКО-ДОНЕЦЬКОЇ ЗАПАДИНИ)

спеціальність 04.00.17 – геологія нафти і газу

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

КИЇВ – 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Українському державному геологорозвідувальному інституті

Науковий керівник: | доктор геологічних наук Євдощук Микола Іванович, Інститут геологічних наук НАН України, провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти: | доктор геолого-мінералогічних наук, професор Орлов Олександр Олександрович, професор Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу Міністерства освіти і науки України

кандидат геолого-мінералогічних наук Чепіль Петро Михайлович, ДП “Науканафтогаз” НАК “Нафтогаз України”, заступник директора інституту

Захист відбудеться 17.04.2008 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.162.02 в Інституті геологічних наук НАН України за адресою: Україна, 01054, м. Київ, вул. О. Гончара, 55-б

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геологічних наук НАН України за адресою: Україна, 01054, м. Київ, вул. О. Гончара, 55-б

Автореферат розіслано 13.03.2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат геологічних наук Т.М. Сокур

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний рівень проведення геологорозвідувальних робіт (ГРР) обумовлює появу низки проблем, які стосуються підвищення ефективності виявлення у геологічному просторі складнопобудованих пасток вуглеводнів неантиклінального типу, в першу чергу пов'язаних із зонами стратиграфічного неузгодження, які мають значне поширення в Дніпровсько-Донецькій западині (ДДЗ). Разом з тим масове впровадження сучасних персональних комп’ютерів (ПЕОМ) та засобів геолого-математичного моделювання (ГММ) у поєднанні з великим обсягом накопиченого на електронних носіях геологічного матеріалу дає змогу розпочати створення діалогової системи інтегрованих методів ГММ, здатних із застосуванням формалізованих алгоритмічних процедур виявляти, картувати і безперервно уточнювати просторову будову різноманітних геологічних об'єктів.

Створена у свій час галузева нафтогазопошукова технологія, яка була реалізована на основі комплексів геологічних програм включених до АСУ “Укргеологія”, ґрунтувалась на морально застарілому обчислювальному обладнанні типу ЕС ЕОМ, мала обмежену базу даних і переважно орієнтувалась на розробку регіональних моделей та картування антиклінальних структур. Здійснена за останні роки модернізація технічних та алгоритмічних засобів суттєво підвищила оперативність проведення обчислювальних операцій, можливості та якість візуалізації результатів ГММ. Однак питання зонального прогнозу конфігурації поверхонь стратиграфічного неузгодження за допомогою алгоритмічного аналізу геолого-математичних моделей (ГММо) до останнього часу не мають плідного вирішення. Фактично розвиток методів алгоритмічного аналізу геолого-математичних моделей зупинився на рівні добре відпрацьованих кореляційного та палеотектонічного аналізу, тренд-аналізу та інших класичних методів. Тому зміна геологічної ситуації, пов'язана з різким зменшенням фонду великих антиклінальних структур, приводить до необхідного поповнення галузевого фонду алгоритмів і програм новими розробками, які забезпечують використання існуючих геолого-математичних моделей для просторової локалізації ділянок потенційного поширення літолого-стратиграфічних і комбінованих пасток вуглеводнів (ЛСК ПВ).

Актуальність роботи полягає ще і в тому, що в ній запропоновано новий алгоритмічний принцип розміщення пошукових свердловин на малорозмірних та складнопобудованих об'єктах неантиклінального типу, використання якого в умовах існуючої недостатньої точності геологічної інформації здатне суттєво підвищувати імовірність відкриття покладу першою пошуковою свердловиною. Вперше запропоновано геолого-економічну оцінку перспективності підготовлених до пошукових робіт об'єктів неантиклінального типу проводити у порівнянні з класичними об'єктами антиклінального типу та між собою з урахуванням ризиків, супутніх геологорозвідувальній діяльності.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота має безпосередній зв’язок з положеннями Національної програми “Нафта і газ України до 2010 року”, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України № 665 від 21.06.2001 р. Вхідною інформаційною базою дисертації є узагальнені геологічні дані, які були нагромаджені під час виконання тематичних робіт з утворення АСУ “Чернігівнафтогазгеологія”, де автор був керівником робіт за темами з реєстраційними номерами Геоінформу 43158, 45205, 48251, 48275, 51240, 52595. Окремі наукові положення розроблені здобувачем під час створення галузевої нафтогазопошукової комп’ютерної технології та розробки варіантів подальшого удосконалення АСУ “Укргеологія” як складової частини МНТК ГЕОС. Окремі методичні рішення з алгоритмічного забезпечення були сформульовані в процесі виконання робіт за тематикою “САПР-Свердловина”. Це результати робіт за договором № /2 від 26.09.2000 р. між ЧернігівДРГП і УкрДГРІ, тематичних робіт Полтавського відділення УкрДГРІ за період з 2001 по 2005 р. за темами № В/20 ПВ, 2 ПВ, 25 ПВ, в яких здобувач був відповідальним виконавцем. Методичні питання порівняльної геолого-економічної оцінки підготовлених до пошукових робіт структур на основі їх рейтингу були розроблені за темою № 662 “Розробка базової технології для проведення геолого-економічної оцінки різних типів родовищ корисних копалин” Головного відділення УкрДГРІ.

Мета і завдання досліджень. Основною метою дослідження є наукове обґрунтування принципів побудови комплексу геолого-математичних алгоритмів, спрямованих на підвищення ефективності пошукових робіт на нафту і газ в умовах територій з високим ступенем вивчення надр.

Поставлену мету досягнуто вирішенням таких завдань.

1. На основі аналізу становлення і розвитку методів і систем ГММ та у зв'язку з новим баченням можливостей сучасної комп’ютерної техніки визначити коло проблем, пов'язаних з комп’ютерною локалізацією внутрішньоформаційних зон одностороннього стратиграфічного неузгодження, перспективних на наявність ЛСК ПВ.

2. Вибрати і розробити геолого-математичні методи досліджень, які здатні: локалізувати поверхні стратиграфічних неузгоджень; мінімізувати ризики пропущення покладів неантиклінального типу; розробити рейтингову оцінку перспективності пошукових об'єктів; виконати структурно-плікативний аналіз геолого-математичних моделей.

3. За допомогою методологічних досліджень сформулювати сукупність логічних умов існування пасток і покладів, обґрунтувати рівні ієрархії модельного конструювання складних геологічних моделей.

4. Здійснити апробацію розроблених алгоритмів, представлених у вигляді орієнтованої на пошук ЛСК ПВ локальної підсистеми існуючої галузевої нафтогазопошукової комп’ютерної технології, на прикладах картування об'єктів північно-західної частини ДДЗ.

Об’єкт дослідження – північно-західна частина ДДЗ, яка є територією з високим ступенем освоєння надр, детально розробленою і систематизованою базою стратиграфічного розрізу, на основі якої вже розроблена і апробована база регіональних геолого-математичних моделей по основних сейсмічних і кількох продуктивних горизонтах.

Предмет дослідження – принципи і методи розробки геолого-математичних моделей та їх використання для підвищення ефективності пошукових робіт на нафту і газ у зв'язку з пошуком і картуванням об'єктів різноманітного типу в північно-західній частині ДДЗ.

Методи дослідження – поставлені завдання виконані на основі системного підходу до вирішення складних геологічних завдань, які стосуються розробки методологічних принципів інтеграції геологічних і математичних методів досліджень, використання класичного методу сплайн-апроксимації геологічних поверхонь, а також застосування розроблених здобувачем допоміжних методів геолого-математичного досліджень (“двопакетний” структурно-плікативний аналіз, контрастований векторний аналіз та ін.). В основу методів досліджень покладено твердження про те, що процес моделювання не може бути заснований на “механістичному” підході до апроксимації вхідних даних. Його необхідно реалізовувати за правилами, які б органічно поєднували можливості комп’ютерної техніки та інформаційних методів досліджень і давали змогу користувачеві-геологу у діалоговому режимі “конструювати” з модельних елементів синтетичні геолого-математичні моделі складних об'єктів, як це здійснюється за допомогою систем автоматизованого проектування (САПР) в архітектурі, машинобудуванні та ін.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Уперше сформульовано і апробовано принцип побудови трикрокового діалогового алгоритму вирішення геологічного завдання прогнозу конфігурації поверхонь одностороннього внутрішньоформаційного стратиграфічного неузгодження, заснованого на комплексуванні методів математичного аналізу просторової взаємовідповідності геологічних поверхонь. Запропонований принцип ґрунтується на реалізації детермінованої послідовності функціональних процедур, які завершуються прийняттям рішення про наявність або відсутність внутрішньоформаційного стратиграфічного неузгодження в товщі комплексу осадових порід. Реалізація алгоритму передбачає одночасне використання двох моделей горизонтів відбиття, які розміщені вище та нижче поверхні розмиву, даних стратиграфічного розчленування розрізів бурових свердловин, а також застосування методу ітераційного наближення для побудови прогнозних моделей підошви перекривного пласта й покрівлі розмитого пласта перед його денудацією та методу побудови моделі товщини розмиву за поверхнею контакту з віднесенням зон мінусової товщини до ділянок можливої наявності ЛСК ПВ. На основі виконаних досліджень розроблено перший додатковий локальний фрагмент галузевої нафтогазопошукової комп’ютерної технології, призначений для прогнозу зон стратиграфічного неузгодження, який апробовано на геолого-математичних моделях Срібнянської депресії, побудованих у межах планшетів: М36-42-В, М36-42-Г, М36-43-В, М36-54-А, М36-54-Б, М36-55-А. У результаті удосконалено існуючі підходи до локалізації ЛСК ПВ.

2. Уперше розроблено і апробовано новий принцип реалізації діалогово-імітаційного алгоритму просторового геолого-математичного аналізу моделей локальних пасток як геологічних тіл довільної конфігурації, призначений для обґрунтування місцеположення пошукової свердловини в межах ЛСК ПВ. Запропонований принцип побудови алгоритму аналізу просторової геометрії локальних геологічних об’єктів спрямовано на підвищення вірогідності відкриття пасток вуглеводнів типу ЛСК ПВ, пошук і оцінку яких здійснюють однією, максимум двома свердловинами. Новизна принципу полягає у використанні методів розв’язування метричних задач для кривогранних тіл при розміщенні пошукових свердловин. Місце розміщення свердловин визначають на січному профілі просторової траєкторії зміщення центра об’єму прогнозного покладу за покроковою імітацією положення водонафтового контакту та на основі статистично обґрунтованого коефіцієнта заповнення пастки вуглеводнями. Проведені дослідження лежать в основі другого додаткового локального фрагмента галузевої нафтогазопошукової комп’ютерній технології. У результаті вперше в практиці ГРР вдалося на прикладі Волошківського родовища запропонувати принцип оптимізації розміщення пошукових свердловин на об'єктах типу ЛСК ПВ.

3. Уперше запропоновано розрахунковий принцип визначення рейтингу потенційно нафтогазоносних структур за допомогою вдосконаленої “функції корисності”, з урахуванням супутніх геологічних, технічних та технологічних ризиків, об’єднаних на основі положень теорії надійності. Рейтинг потенційно нафтогазоносних об'єктів розраховано на основі: прогнозних запасів об'єкта; коефіцієнта достовірності структурних побудов; коефіцієнта переведення ресурсів у запаси; коефіцієнта перспективності земель; вартості побудови пошукової свердловини; статистичних показників геологічних, технічних і технологічних ризиків. На основі цих досліджень, розроблено третій додатковий локальний фрагмент галузевої нафтогазопошукової комп’ютерної технології, призначений для обґрунтування вибору першочергових об'єктів для постановки ГРР. У результаті отримав подальший розвиток існуючий експертний підхід до ранжирування підготовлених до пошукових робіт структур та удосконалено метод порівняльної оцінки перспективності потенційно нафтогазоносних об’єктів типу ЛСК ПВ.

Практичне значення отриманих результатів. Реалізація теоретично обґрунтованих здобувачем алгоритмічних принципів дала змогу розробити цілісний, об'єктно-орієнтований програмний комплекс, призначений для методичного супроводу науково-дослідних робіт, які спрямовані на пошук ЛСК ПВ. Передбачена детермінована послідовність виконання трьох, системно пов'язаних алгоритмічних процедур: просторова локалізація поверхонь розмиву з подальшим прогнозом ділянок, перспективних на наявність ЛСК ПВ; обґрунтування варіантів пошукових робіт на об'єктах типу ЛСК ПВ; порівняльна оцінка і обґрунтування вибору найперспективніших ЛСК ПВ. Розробка і включення в програмний комплекс допоміжних алгоритмів (розчленування структурного плану на зони занурення і зони здіймання; локалізація “ореолів вторгнення” аномально високих порових тисків (АВПоТ); розділення одновимірних вибірок на області однорідності; векторний аналіз моноклінальних схилів) забезпечили його системну цілісність. Сформульований метод структурно-плікативного аналізу дає змогу готувати для подальшого алгоритмічного аналізу зв'язані по вертикалі “пакети” плікативних картографічних моделей, спрощувати проведення палеореконструкцій, готовити вхідні моделі для “візуальних фреймів”, за В.Є. Гончаровим. У результаті збільшено функціональні можливості існуючої галузевої нафтогазопошукової технології. За результатами розробок та їх тестуванням на прикладі об'єктів північно-західної частини ДДЗ видано практичні рекомендації, які були прийняті до впровадження ДП “Чернігівнафтогазгеологія”. Можна стверджувати, що розроблено програмний продукт, придатний для використання широким колом геологів-практиків, алгоритмічні принципи якого не залежать від мов програмування, типів ЕОМ, форматів вхідних даних, а зумовлені тільки предметною сферою досліджень.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем самостійно здійснено аналіз сучасного стану розвитку алгоритмічного забезпечення ГРР і розроблено теоретичні засади усіх зазначених алгоритмів. Крім того, здобувачем виконано: систематизацію бази даних стратиграфічного розчленування розрізів по 1181 свердловині; формування і обробка бази даних по 30 об’єктах, за якими визначено залежність коефіцієнта заповнення пасток від геометричних параметрів структур; формування і обробку бази даних по 138 нафтоносних і 100 газоносних об’єктах, за якими оцінено “продуктивність нафтових полів України”; формування і обробку бази з 576 даних порового тиску, що дало змогу здобувачу обґрунтувати глибину залягання верхньої межі зони АВПоТ для 74 свердловин; підготовку вхідних даних тестових прикладів і аналіз побудов: програмну реалізацію окремих алгоритмів (RODION, PROFIL, VEKTOR, LINZA, DAVLENIE та ін.).

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи були розглянуті на міжнародних науково-практичних конференціях: “Проблеми прискореного виявлення нових типів пасток і ресурсів нафти та газу в Дніпровсько-Донецької западині”, Чернігів, 1987 р.; II і III всесоюзних конференціях “Системний підхід в геології – теоретичні і прикладні аспекти”, Москва, 1986 і 1989 рр.; “Дорозвідка нафтогазових родовищ Української РСР – додаткове джерело збільшення ресурсів вуглеводневої сировини”, Харків, 1990 р.; II Міжнародній конференції “Тектоніка і нафтогазоносність Азово-Чорноморського регіону у зв'язку з нафтогазоносністю пасивних окраїн континентів”, Гурзуф, 2000 р.; “Генезис нафти і газу та формування їх родовищ в Україні як наукова основа прогнозу та пошуків нових скупчень”, Чернігів,  р.; V Міжнародній конференції “Проблеми геодинаміки і нафтогазоносності Чорноморсько-Каспійського регіону”, Гурзуф, 2003 р.; Міжнародній міжвідомчій науково-практичної конференції “Енергетика Землі, її геолого-екологічні прояви, науково-практичне використання”, Київ, 2005 р.; IV, V, VI міжнародних конференціях “Геоінформатика: теоретичні та прикладні аспекти”, Київ, 2005, 2006, 2007 рр.

Публікації. Результати досліджень опубліковані в 22 наукових працях: у 10 статтях (зокрема 3 одноосібних) фахових видань, рекомендованих ВАК України; 12 тезах доповідей на науково-практичних конференціях (зокрема 7 одноосібних). Наукова новизна роботи захищена чотирма патентами та посвідченням про права на інтелектуальну власність.

Обсяг і структура роботи підпорядковані меті повного висвітлення результатів досліджень. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновку та списку з 248 використаних літературних джерел. Обсяг роботи складає 161 сторінку. Робота включає 27 ілюстрацій і 5 таблиць. Інформаційна і методична база дисертації була підготовлена в період роботи автора в ДГП “Чернігівнафтогазгеологія”, за час навчання в заочній аспірантурі Всесоюзного науково-дослідного геологорозвідувального інституту, м. Санкт-Петербург. Заключні положення дисертації були підготовлені в період роботи автора в Полтавському відділенні УкрДГРІ і Головному відділенні УкрДГРІ.

Автор висловлює щиру подяку співробітникам УкрДГРІ за допомогу в повсякденній роботі над дисертацією, яку надали: Ю.О. Арсірій, В.Є. Гончаров, І.І. Дем’яненко, А.І. Левченко, О.В. Лужаниця, Ю.Б. Кабишев, І.В. Карпенко, І.В. Кравченко, В.Д. Косаченко, Н.Я. Мармалевський, А.В. Полівцев, М.Б. Поліщук, Т.М. Пригаріна, В.П. Стрижак, І.С. Рослий, А.Б. Холодних, Д.І. Чупринін, З.П. Шевякова, Ю.М. Шовковий. Автор дуже вдячний за багаторічну сумісну наукову співпрацю своєму однодумцю, к.г.н. О.П. Лобасову, а також члену-кореспонденту НАН України О.Ю. Лукіну за своєчасні рекомендації до формулювання напряму наукових досліджень. Особливу подяку автор висловлює науковому керівникові, доктору геологічних наук, заслуженому діячу науки і техніки України М.І. Євдощуку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Становлення і розвиток методів і систем геолого-математичного моделювання. Виконаний огляд головних тенденцій в розвитку теоретичного базису і форм реалізації програмного забезпечення, призначеного для розробки ГММо, дав змогу дійти висновку, що, незважаючи на існуючий прогрес у створенні типових САПР у нафтогазової геології та значну увагу дослідників, яка приділяється питанням прогнозування ЛСК ПВ, алгоритмічні питання їх системного прогнозування до кінця не вирішені. Насамперед це стосується питань підвищення ефективності локалізації внутрішньоформаційних зон одностороннього стратиграфічного неузгодження, оскільки через велику кількість внутрішньоформаційних перерв продуктивних товщ, до яких можуть бути приурочені ЛСК ПВ, цей процес без застосування обчислювального обладнання є дуже трудомістким. Ускладнює цю проблему і той фактор, що поверхні розмиву здебільшого не мають надійних власних горизонтів відбиття. Крім того, їх картування потребує досконально розробленої системи літолого-стратиграфічної кореляції. Проведений аналіз методів ГММ дає змогу зрозуміти, що, незважаючи на суттєвий загальний прогрес у використанні обчислювального обладнання, методологія його застосування не задовольняє сучасні вимоги, які ставляться перед науковими дослідженнями. Можна стверджувати, що концентрація уваги на застосуванні методу сплайн-апроксимації є доцільною, оскільки забезпечує використання вже створеної бази геолого-математичних моделей. Однак установлено, що іманентно наявні обмеження цього методу потребують його використання в комплексі з іншими методами моделювання. У результаті виділено як першочергову проблему моделювання математичними методами поверхонь контакту продуктивних горизонтів у зонах розмиву. Ця провідна ідея, пов'язана з ЛСК ПВ, зумовила напрям досліджень, якому й приділена особлива увага здобувача.

2. Вибір методів досліджень, виходячи з будови і перспектив нафтогазоносності району робіт. Найбільший вплив на формування системи поглядів на будову і перспективи нафтогазоносності ДДЗ здійснили: Ю.О.Арсірій, М.П.Балуховський, І.Г.Баранов, Н.Я.Барановська, В.М.Бенько, А.О.Білик, М.І.Бланк, С.Н.Бурманова, Г.І.Вакарчук, С.В.Варічев, Б.С.Воробйов, В.О.Вітенко, І.В.Височанський, С.А.Вижва, Б.С.Воробйов, В.К.Гавриш, В.А.Гальченко, М.І.Галабуда, В.В.Гладун, В.В.Глушко, Й.М.Головацький, Б.Д.Гончаренко, В.Є.Гончаров, С.В.Гошовський, Є.С.Дворянин, І.І.Дем’яненко, Є.М.Довжок, Г.Н.Доленко, Х.Ф.Джамалова, М.І.Євдощук, В.М.Зав’ялов, І.І.Зіненко, О.П.Зарицький, М.П.Зюзькевич, В.В.Ільїнська, О.М.Істомін, Б.П.Кабишев, Ю.Б.Кабишев, В.П.Клочко, В.Я.Кліменко, В.Д.Косаченко, М.Д.Красножон, В.О.Краюшкін, В.О.Кривошея, В.Т.Кривошеєв, В.В.Крот, Б.Л.Крупський, А.Є. Кулінкович, В.Н.Курганський, Л.В.Курилюк, Н.О.Куриленко, Я.Г.Лазарук, Ю.Г.Лапчинський, В.П.Лебідь, О.Ю.Лукін, С.О.Мачуліна, В.І.Мясніков, Р.М.Новосилецький, Р.М.Окрепкий, М.І.Павлюк, О.М.Палій, Н.Т.Пашова, А.В.Полівцев, В.Б.Порфір’єв, М.Б.Поліщук, О.Ю.Полутранко, Т.М.Пригаріна, А.Я.Радзівілл, В.А.Разніцин, І.С.Рослий, І.С.Романович, В.І.Савченко, Є.І.Солдатенко, В.І.Созанський, В.Б.Соллогуб, Б.П.Стерлін, В.П.Стрижак, В.О.Терещенко, А.С.Тердовидов, С.В.Ткачишин, С.А.Тхоржевський, К.К.Філюшкін, М.В.Харченко, А.Б.Холодних, І.І.Чебаненко, П.М.Чепіль, М.В.Чирвінська, Д.І.Чупринін, П.Ф.Шпак, М.С.Шатський, А.Ф.Шевченко, Л.П.Швай, М.А. Якимчук та багато інших учених. За результатами їх робот створено систему стратиграфічної класифікації об'єктів і розроблено базу стратиграфічних даних на території дослідження, визначені основні зони поширення карбонатних і глинистих реперів, межі та інтенсивність проявів соляного й розломного тектогенезу, на основі яких і була розроблена база регіональних ГММо. Оцінка кінцевої ефективності застосування методів ГММ у практиці ГРР та власний досвід здобувача дають змогу стверджувати, що під час розробки ГММо доцільно усвідомлено керуватися конкретною геологічною концепцією нафтидогенезу.

Тому головна передумова, яка взята за основу для вибору методів досліджень, є сформульована у працях І.І Чебаненка, В.О. Краюшкіна, В.П. Клочка, П.Ф. Гожика, М.І. Євдощука, В.В. Гладуна теза про те, що у розглянутому регіоні нафтогазонасиченими можуть бути породи будь-якого літологічного складу, генезису і віку, якщо відповідні пастки існували на момент еманації глибинних флюїдів, а заповнення пасток вуглеводнів, у тому числі складок огортання, відбувалося внаслідок імпрегнації вуглеводнів по утворених діапірами флюїдопровідних каналах та створених глибинними розломами флюїдних площинах ковзання. З урахуванням цієї тези запропоновано пакет регіональних (опорних) ГММо, які охоплюють весь розріз осадового чохла, починаючи від поверхні фундаменту, який треба безперервно уточнювати у міру отримання нових геологічних даних.

Оскільки наявні картографічні моделі створені різними авторами і в різних системах ГММ, з метою уніфікації засобів обробки вхідних позначок різноманітних ГММо запропоновано робити їх плікативні аналоги за позначками регулярної мережі спостереження, в межах блоків, обмежених високоамплітудними розломами, а малоамплітудні розломи відображати згущенням ізоліній. Результати досліджень, які отримані на плікативних моделях, запропоновано наносити на відправні (авторські) картографічні моделі без їх корегування. Застосування методу структурно-плікативного аналізу ГММо у вигляді початкового і операційного (робочого) простору дало змогу обґрунтувати “двопакетний” підхід до агрегації ГММо. От же у комплексі з основними і допоміжними алгоритмічними засобами можна здійснювати прогноз конфігурації поверхонь розмиву, локалізувати структурні носи на монокліналях та проводити інші види геолого-математичного аналізу.

За висновками В.К. Гавриша й багатьох інших дослідників, у кам'яновугільних відкладах колектори базального шару та пласти пісковиків, що його підстилають, віднесені до високоперспективних і потребують вивчення на наявність умов замикання прогнозних пасток. Для прогнозу конфігурації поверхонь розмиву вибрано метод побудови моделей товщин між прогнозною моделлю підошви перекривного пласта і прогнозною моделлю покрівлі розмитого пласта до початку його денудації. Для успадковано залягаючих пластів товщина проміжку між підошвою вищерозміщеного пласта і покрівлею нижчележачого пласта дорівнює нулю (або є додатною за знаком величиною яка дорівнює товщині глинистої перемички). Відповідно, до зон розмиву належать зони від’ємної за знаком товщини. При цьому об'єм від’ємної за знаком товщини розглядаємо як об'єм розмитих порід, що увійшли до складу надперервної товщі у вторинному заляганні. Для побудови моделі підошви надперервного пласта застосовано алгоритмічний принцип покрокового зниження, а для побудови моделі покрівлі підперервного пласта до початку його денудації – алгоритмічний принцип покрокового сходження. Таким чином, маємо циклів зниження и циклів сходження до поверхні розмиву, тобто до появи від'ємної за знаком товщини. Відповідно, загальна кількість пластів розглядуваного інтервалу , а модель покрівлі розмитих пластів рівнозначна моделі підошви надрозмивного пласта. Оскільки моделі найближчих сейсмічних поверхонь-аналогів використовуємо лише на першому кроці моделювання, кінцева геометрична точність прогнозної конфігурації поверхні розмиву тотожна точності літолого-стратиграфічній кореляції. Якщо розмив (або ерозійний вріз) захоплює кілька пластів, у циклі аналізуємо пересічення підошви надрозмивного пласта з покрівлями підрозмивних пластів до отримання товщини розмитого пласта більше нуля. Запропонований підхід реалізовано у вигляді трикрокового діалогового алгоритму і є придатним для прогнозу конфігурації однієї поверхні розмиву між двома будь-якими опорними поверхнями при і . Знайдену поверхню палеорозмиву в кожній його точці розглядаємо як наслідок того, що інтенсивність процесу осадонакопичення перевищила інтенсивність раніше діючого процесу розмиву і відбулося перекриття точки для подальшої денудації. Аналіз на наявність пасток, приурочених до поверхні розмиву, здійснено за допомогою ГММо відкритої пористості та проникності порід, взаємовідношень колекторів і покришок та різноманітних методик локального прогнозу, детально розглянутих І.В. Височанським, І.В. Карпенком, Я.Г. Лазаруком й іншими дослідниками. Ґрунтуючись на висновках О.Ю. Лукіна, на найбільшу увагу під час локалізації прогнозних ділянок “гідростатичних тупиків” заслуговують частково розмиті пляжові та барові тіла трансгресивних серій, які перекриті пачками тонкодисперсних глин.

Для вирішення питання правомірності застосування вищезазначеного алгоритму спочатку, методом “ковзного вікна”, розраховуємо стандартну числову модель коефіцієнта кореляції R між опорними поверхнями S1 та S2. Зони з коефіцієнтом кореляції R?1 ідентифікуємо як ділянки узгодженого залягання пластів, для яких немає сенсу зазначеного алгоритму. Зони з коефіцієнтом кореляції R?0 визначаємо як ділянки неузгодженого залягання пластів, де є підстави для застосування зазначеного алгоритму. Зони з коефіцієнтом кореляції R?-1 ідентифікуємо як ділянки з інверсією структурного плану, які перспективні на об'єкти лінзоподібного типу і де теж є підстави для застосування зазначеного алгоритму. Крім розрахунку моделі коефіцієнта кореляції R, аналогічно розраховуємо моделі азимутального і кутового неузгодження опорних поверхонь, що дає повну оцінку характеру їх узгодженості (геометричної подібності) і можливість із застосуванням даних щодо літології порід здійснювати на локальному рівні прогнозну оцінку морфології потенційних пасток вуглеводнів.

Для вирішення завдання з розміщення пошукових свердловин на складнопобудованих об’єктах розроблено діалогово-імітаційний алгоритм просторового геолого-математичного аналізу синтетичних моделей прогнозних пасток як геологічних тіл довільної конфігурації. Алгоритм полягає у застосуванні методу розв’язку метричних задач для знаходження центра об’єму умовно однорідних кривогранних тіл, кожна грань яких описана незалежною математичною моделлю. Задача зводиться до розрахунків об’єму і координат центра ваги фрагментів тіла , обмежених площинами паралельних перетинів з незначним рівномірним кроком, знаходженням координат центрів ваги вписаних у перетин системи трикутників з вершинами на твірній. Загальний центр ваги (він же центр об'єму) знаходиться за координатами центрів ваги і вагою системи січних фрагментів тіла . Оскільки модель кожної з поверхонь, що обмежує прогнозну пастку (покрівля і підошва пласта, площина обмежувального розлому та ін.), за потреби описують як сукупність сполучених моделей, для кожної з яких виконана умова наявності одного для будь-якої точки , то немає обмежень на наявність кількох позначок для будь-якої точки синтетичної моделі обмежувальної поверхні. Це робить алгоритм придатним для геологічних об'єктів будь-якого рівня складності. Для пасток змінної за об'ємом пористості (тобто умовної розрахункової щільності) під час розрахунку ваги елементарних трикутників додатково застосовуємо її просторову модель. Місце розміщення пошукової свердловини визначаємо на січному профілі просторової траєкторії зміщення центра об’єму прогнозного покладу за покрокової імітації положення поверхні водонафтового контакту. Якщо пошукова свердловина розміщується на багатопластовому об'єкті, просторову траєкторію стовбура свердловини визначаємо за розрахунковими координатами прогнозного центра об'єму кожного окремого покладу.

Порівняльну оцінку підготовлених до пошукових робіт прогнозних об’єктів пропонуємо проводити за розрахунковим параметром їх рейтингу:

, (1)

де параметр відносного рейтингу об'єкта;

– прогнозні ресурси категорії С3 (т нафти, або м3 газу);

перерахунковий коефіцієнт переведення ресурсів С3 в запаси С2;

коефіцієнт достовірності структурних побудов;

коефіцієнт, зумовлений категорією перспективності земель;

вартість робіт з підготовки об'єкта до глибокого буріння (грн.);

вартість бурових і супутніх робіт з вивчення об'єкта (грн.).

– коефіцієнти дорожчання кошторисної вартості робіт через:– 

технічні ризики, пов'язані з надійністю устаткування;– 

технологічні ризики, зумовлені кваліфікацією робітників;– 

геологічні ризики, пов'язані з надійністю прогнозу і характером літологічних та термобаричних умов розрізу бурової свердловини.

У даному випадку рейтинг об'єкта розглянуто як параметр, що інтегрує корисність вкладення грошей за кожним окремим об’єктом, з урахуванням ризиків, супутніх просторовій локалізації покладу.

3. Удосконалення методів розробки геолого-математичних моделей на пошуковому етапі геологорозвідувальних робіт. На основі методологічного синтезу методів і принципів геологічних досліджень та методів і принципів математичного моделювання виявлено необхідність детермінованого взаємозв’язку регіонального, зонального і локального рівнів моделювання. Для вирішення цього питання з метою відображення і дослідження властивостей ієрархічних геологічних об’єктів за допомогою ієрархічної сукупності математичних моделей здобувачем запропоновано застосувати семирівневу партіалітну ієрархією системи ГММо, за Л.Ф. Дементьєвим, додавши до неї нульовій, флюїдний, рівень. Це дало змогу чітко визначити рівні виникнення емерджентності (якісно нових властивостей) моделей верхнього рівня щодо моделей-підсистем нижнього рівня та уникнути втрати системного бачення кінцевої мети процесу моделювання під час “конструювання” синтетичних ГММо складнобудованих геологічних об'єктів з модельних елементів нижнього рівня. Здійснена формалізація детермінованого взаємозв'язку методів регіонального (базового), локального (пооб’єктного) і параметричного (породного) рівнів моделювання дає змогу чітко реалізувати принцип “модельного конструювання” складнобудованих ієрархічних об'єктів.

Неповторність, можна сказати, унікальність геологічної будови кожної пастки, кожного покладу вуглеводнів суттєво ускладнює уніфікацію підходів до їх просторової локалізації за допомогою алгоритмічного аналізу ГММо. Тому здобувачем була прийнята робоча класифікаційна ознака, що будь який поклад – це локальний “гідростатичний тупик” підземного пласта-резервуара у вигляді пастки, заповненої вуглеводнями. Інакше кажучи, увагу акцентовано на тому, що під час локалізації прогнозної пастки методами математичного аналізу слід шукати ті зони, звідки вуглеводням, що мають меншу густину, ніж пластова вода, нікуди рухатися до моменту повного заповнення пастки. Тоді сукупність логічних умов існування пасток і покладів може бути відображена у вигляді предикативних формул:

(2)

де – об’єднання елементарних ділянок пласта-колектору в пастку;

– сукупність точок спостереження у будь-який точці ;

– квантор спільності;

– знак кон'юнкції;

– модель карти товщини пласта-колектору в -й точці;

– модель карти товщини пласта-флюїдоупору в -й точці;

– тиск гідростатичного спливання вуглеводнів у кожної -й точці

пастки, до об’єму якої включені й напівпроникні товщі;

– тиск протидії гідростатичному спливанню вуглеводнів у кожній

-й точці облямованого непроникними товщами пласта-резервуара.

(3)

де – об’єднання елементарних ділянок пастки в поклад;

– градієнт тиску пластової води в кожній -й точці;

– градієнт тиску флюїдів пастки в кожній -й точці;

Фактично там, де епюра реакції підошви пласта-покришки на силу гідростатичного спливання вуглеводнів дорівнює нулю, “гідростатичного тупика” немає. Оскільки вектор енергії є оберненим до , то нафта і газ мігрують із зон з високим енергетичним потенціалом до зон з низьким енергетичним потенціалом. Відповідно, пастка існує у тому об’ємі пласта-колектору де немає умов розформування можливого покладу за рахунок відхідних потоків вуглеводнів. Таким чином, задача виявлення в моделі пласта-резервуара його локального фрагмента у вигляді пастки вуглеводнів зводиться до задачі виявлення ліній перегину в покрівлі хибних покришок та конфігурації локалізованих “гідростатичних тупиків” січними профілями.

4. Реалізація геолого-математичних моделей на прикладах об’єктів північно-західної частини Дніпровсько-Донецької западини. Логічна послідовність розробленої геолого-технологічної схеми передбачає послідовний, покроковий перехід від питань загального аналізу району досліджень до рівня виділення конкретних локальних об’єктів, яку реалізуємо такою сукупністю розроблених алгоритмів:

1)– алгоритм визначення на профілях гіпсометричного максимуму антикліналей і мінімуму синкліналей та точок перегину між ними;

2)– алгоритм локалізації “ореолів вторгнення” та меж покрівлі і підошви зон наявності аномально високих порових тисків розсіяного метану;

3)– трикроковий алгоритм локалізації зон стратиграфічного неузгодження як ділянок потенційного поширення пасток типа ЛСК ПВ;

4)– алгоритм відображення проекцій нормалі до поверхні пластів у векторній формі та визначення трас перегину модельних поверхонь;

5)– алгоритм локалізації і геометризації будови потенційно нафтогазоносних об’єктів лінзоподібного (або руслоподібного) типу;

6)– діалогово-імітаційний алгоритм розрахунку траєкторії зміщення центра об’єму прогнозного покладу імітацією положення ВНК;

7)– алгоритм розрахунку рейтингу пошукових об’єктів для їх подальшого ранжирування за очікуваною геолого-економічною ефективністю.

Застосування зазначених алгоритмів ґрунтується на передумові, що запозичені вхідні дані стратиграфічного розчленування розрізів бурових свердловин є надійними, а картографічні моделі геологічних та сейсмічних горизонтів є достовірними. Всі зазначені алгоритми пройшли тестування.

Алгоритм PROFIL тестували на фрагментах сейсмічного горизонту Vб2 по профілю Тарасівка–Озеряни, переважно в зоні Волошківського родовища, що дало змогу здійснити додатковий контроль якості побудованих ГММо. Алгоритм DAVLENIE переважно тестували за даними турнейсько-візейського нафтогазоносного комплексу Андріяшівсько-Василівської групи структур. Він дав змогу визначити наявність і подібність “ореолів вторгнення” АВПоТ на Кампанській, Заруднівській і Островецькій структурах. Визначено, що найвищі значення градієнтів порових тисків характерні для вуглецевих аргілітів, що залягають під нижньовізейською карбонатною плитою.

Алгоритм ROZMYV тестували на модельних побудовах у зоні Срібненської депресії. В результаті аналізу ГММо по горизонту В-21 виділено чотири зони, перспективні на наявність ЛСК ПВ. Перша зона площею S ,8 км2, товщиною пласта hср  м виявлена на захід від Тростянецького родовища; друга площею S ,3 км2 , товщиною пласта hср = 44 м – на південний схід від Петрушівського родовища; третя і четверта зони (відповідно S ,0 км2, hср  м та S ,2 км2, hср  м) – на південний схід від Ярошевського родовища. Всі виділені у горизонті В-21 резервуари можуть бути комбінованими, тектонічно і стратиграфічно екранованими пастками за умови наявності покришки в підошві перекривного горизонту В-20.

Алгоритм VEKTOR тестували на структурних побудовах Світличної площі, що в свій час дало змогу підтвердити її безперспективність. Алгоритм LINZA тестували на побудовах горизонту В-21 Шумської площі. Це дало змогу встановити, що свердловина Шумська-16 була закладена в неоптимальних умовах, що і було підтверджено сучасними дослідженнями.

Алгоритм CENTR тестували за матеріалами, отриманими на Андріяшівській, Волошківській, Коржевській і Яблунівській площах, як на первісно здійснених побудовах зазначених структур, так і на побудовах, уточнених за результатами наступних бурових свердловин. На прикладі Волошківського родовища показано, що, незважаючи на принципову зміну поглядів на його будову, з розміщенням пошукових свердловин за допомогою алгоритму CENTR поклад все ж було відкрито.

Алгоритм REJJTING тестували на вибірки з 21 об'єкта. Він показав свою працездатність. Отримано висновок, що, незважаючи на ризики, пов'язані з окремими об'єктами, сумарна геолого-економічна ефективність ГРР в усій групі розглянутих об'єктів є рентабельною з урахуванням супутніх ризиків.

У результаті виконаних наукових досліджень усі розроблені алгоритмічні принципи апробовані у вигляді працездатного програмного продукту, тобто мета і завдання досліджень підтверджені практичними результатами. Запропонований комплекс досліджень забезпечив методичну базу для більш упевненого підходу до вирішення наукової проблеми просторової локалізації покладів неантиклінального типу, що підвищує перспективи пошуку нових об'єктів у районі досліджень за рахунок так званих слабких пасток. Застосування напрацювань здобувача як співавтора рекомендації, наданої у жовтні 2007 р. до ВАТ “Укрнафта”, підвищила аргументованість пропозицій до приросту запасів за категорією С3 на Андріяшівському та Кампанському родовищах-супутниках в обсязі 1653 млн м3 газу і 358 тис. т газоконденсату.

ВИСНОВКИ

За розрахунками здобувача об’єм гірських порід ДДЗ, що вміщують відкриті поклади вуглеводнів, становить близько 0,032% загального об’єму потенційно нафтогазоносних товщ. Це свідчить про те, що відкриття відомих родовищ нафти і газу здійснено не випадково, а на основі копітких наукових досліджень. Однак завдання подальшого наукового обґрунтування напрямів ГРР ще більш ускладнюються, оскільки існуючий рівень геологічного вивчення ДДЗ дає змогу стверджувати, що фонд великих антиклінальних структур значною мірою вже вичерпаний. Тому зростання рівня детальності ГРР, спричинене переходом на вивчення дрібних складнопобудованих об’єктів зумовлює необхідність розробки і застосування нових принципів ГММ, придатних для підвищення ефективності пошукових робіт в умовах регіону з високим ступенем геологічного вивчення надр. Добре відомо, що на схилах крупних родовищ нафти і газу антиклінального типу часто утворюються менші за розміром поклади вуглеводнів, виявлення додаткової кількості яких теж потребує удосконалених методів досліджень. Існуюча масова комп’ютеризація геологічної галузі створила умови для широкого впровадження більш удосконалених методів ГММ, розробці яких і присвячена дисертація.

1. Запропоновано новий трикроковий алгоритм прогнозу конфігурації поверхонь одностороннього внутрішньоформаційного стратиграфічного неузгодження, який дає змогу знизити трудовитрати щодо їх локалізації і відкриває напрям для подальших літологічних досліджень з питань наявності колекторів у розмитих товщах, наявності покришок у перекривних пластах, вивчення умов замикання пасток типу ЛСК ПВ, прогнозування конфігурації потенційно проникного базального слою.

2. Розроблено новий діалогово-імітаційний алгоритм, призначений для мінімізації ризиків пропуску малорозмірних покладів у межах ЛСК ПВ, який підвищує імовірність відкриття покладу навіть і в разі недостатньо надійної моделі прогнозної пастки, дає можливість розгляду багатоваріантних схем з розміщення пошукових свердловин у сприятливих структурних умовах та відкриває напрям для вирішення питань з оптимізації вивчення кількох, пов’язаних по вертикалі об’єктів однією похилоспрямованою свердловиною.

3. Вдосконалено існуючий експертний підхід ранжирування підготовлених до пошукових робіт об’єктів на основі кількісної оцінки їх рейтингу з урахуванням ризиків, супутніх геологорозвідувальної діяльності, що відкриває напрям для подальших досліджень з рейтингової оцінки ліцензійних ділянок і нафтогазоперспективних зон.

4. Обґрунтовано значущість “двопакетного” структурно-плікативного методу аналізу, як засобу підготовки вхідних даних з різноманітних ГММо для подальшого виявлення слабковиражених малоамплітудних структур на монокліналях, вивчення успадкованості продуктивних горизонтів та ін.

5. За результатами аналізу наявних ГММо та рівня вивчення території досліджень полігони для більш поглибленої апробації розроблених здобувачем алгоритмічних засобів, з метою локалізації так званих слабких пасток, до яких належать ЛСК ПВ, визначено чотири нафтогазоперспективні зони у нижньокам’яновугільних відкладах ДДЗ:–

у північній прибортовій зоні – ділянка від Юхтинської до Гуленківської площ, яка включає переважно приурочені до теригенних комплексів порід Юхтинську, Берестівську та Південноберестівську площі, а також Тунівську групу структур, що охоплює Північнолиповодолинську, Різниківську, Ющенківську та Котляревську структури; –

у південній прибортовій зоні – ділянка від Шостаківської до Глибоківської площ, а також Біличівська, Снітинська та Східноселюхівська структури; –

в приосьовій частині западини – Слобідсько-Лакизинська ділянка; –

на північному борту – Солодухинська та Бочаренківська структури, а також Сулимська, Кас’янівська і Томашівська площі, які розташовані на схід від Турутинського і Володимирського родовищ.

Виконані дослідження підтверджують, що однією з основних проблем в нафтогазової геології є необхідність безперервного зростання рівня наукового обґрунтування напрямів ГРР, яке має компенсувати безперервне ускладнення умов їх використання. Одним з найперспективніших варіантів вирішення цієї проблеми є подальше удосконалення галузевої нафтогазопошукової комп’ютерної технології, у створення якої вже вкладені значні інтелектуальні зусилля галузевих фахівців. Постійна модернізація цієї технології пов’язана з безперервним оновленням обчислювального обладнання і безупинним прогресом геологічної думки в нескінченному діалектичному процесі пізнання закономірностей будови Землі.

РОБОТИ ОПУБЛІКОВАНІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бардин А.А., Жарий Я.В. Алгоритм обоснования точки заложения поисковой скважины на основе вычисления центра объема прогнозируемой залежи // Человеко-машинная технология решения прогнозных задач в нефтяной геологи: Тр. ВНИГРИ. – Л., 1988, – С.123-131. (Особистий внесок –аналіз проблемної ситуації, початкова ідея, формалізація, розробка і апробація алгоритму розрахунку, впровадження результатів розробки.)

2. Бардин А.А. Человеко-машинная технология математического моделирования строения литологических залежей углеводородов // Человеко-машинная технология решения прогнозных задач в нефтяной геологи: Тр. ВНИГРИ. – Л., 1988, – С.131-136.

3. Бардин А.А., Волков В.А., Слободян В.П. Геолого-математическое моделирование при разведке залежей УВ // Нефт. и газ. пром-сть. – 1988. – № . – С. –7. (Особистий внесок – розробка алгоритму розміщення свердловин за принципом трансформації структурного плану родовища на рівний об'єм запасів на одиницю площі, формування бази вхідних даних, побудова і аналіз геолого-математичних моделей.)

4. Предварительный прогноз поровых давлений в глинистых породах отложений нижнего карбона северо-западной части Днепровско-Донецкой впадины / О.Н. Вербицкий, Ю.Н. Чернышов, А.А. Бардин, Г.И. Вакарчук // Изучение геологического разреза и прогнозирование АВПД: Тр. ВНИГРИ.– Л., 1987. – С. 54-60. (Особистий внесок – розробка наукових засад алгоритму локалізації межі “ореолів вторгнення” АВПоТ, розробка програми для ЕОМ, обробка вхідних даних, графічні побудови, отримання наукових висновків.)

5. Бардин А.А., Вакарчук Г.И. К вопросу о взаимном соотношении стратиграфических и литолого-стратиграфических границ при расчленении геологического разреза // Геоінформатика. – 2002. – № .– С. 86–90. (Особистий внесок – розробка комп’ютерної системи класифікації стратиграфічних підрозділів і літології порід, обґрунтування напрямів удосконалення системи стратифікації з метою локалізації поверхонь стратиграфічного неузгодження.)

6. Бардін О.О. Аномалія вуглецю в осадових породах та першопричинна енергетика його біогенної міграції // Мінеральні ресурси України. – 2004. – № . – С. .

7. Бардін О.О. Щодо питання оцінки доцільності обліку флюїдної неоднорідності під час регіонального геолого-математичного моделювання // Мінеральні ресурси України. – 2005. – № 2. – С.39–41.

8. Бардін О.О., Фенота П.О., Лобасов О.П. Досвід прогнозування зон розвитку