مدلسازی دامنه در مقابل دورافت در یکی از میادین نفتی ایران

دسته ژئوفیزیک
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و ششمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده سیده لیلا جعفریان
تاريخ برگزاری ۰۲ اسفند ۱۳۸۵

 

مقدمه

 

     تحلیل AVO یک روش مفیدی در تشخیص محدوده مخزن و هیدروکربور است و موفقیت این روش ﻧﻪ تنها مبنی بر داده های لرزه ایی ثبت شده است، بلکه در پردازش داده ها و مفهوم خواص فیزیکی سنگ هم مهم است. نظر به اینکه مدلسازی AVO قادر به ربط دادن خواص سنگ و پاسخهای دامنه در برابر دورافت است، این یک ابزار مهم در کمک به پردازش داده ها و تفسیر داده ها است. مدلسازى  AVOیک نقش فعال را در سه فضاى توسعه تکنولوژى، پردازش داده ها و تفسیر داده ها بازى مى کند.

این بررسى غیر از مفهوم اساسى مدلسازى AVO، طى ۳ مرحله کلى صورت گرفته است: مرحله اول براساس پایه های مدل سازی AVO استوار است. خواص فیزیکی سنگ معادلاتAVO  و روابطشان، پایه هاى اﺻلى مدل سازى AVO هستند. قسمت بعد روى روش شناسى مدلسازى AVO متمرکز شده است. معادلات زویپریتس با ردیابى پرتو و معادله موج کشسان با روش تفاضلهاى متناهى (FDM) ، دوروش اساسى مورد استفاده در مدلسازى AVO  هستند. و آخرین قسمت بحث بر کاربردهاى مدلسازى AVO پرداخته است.

 

مدلسازى AVO

 

    یک تحلیل تغییرات دامنه هاى بازتابى در طول دورافت ها در محدوده یک برداشت نقطه عمقى مشترک (CMP) مى تواند اطلاعات ارزشمندى راجع به پارامترهاى فیزیکى سنگها و پارامترهاى کشسان را در مرز مشترک به دست آورد.

مدلسازی AVO یک تصحیح مستقیم سنگ شناسی و اندازه گیری های شاره منفذى با داده های لزره ای مشاهده شده انجام می دهد. برای مثال پاسخهای AVO، نشان دهنده احتمال وجود هیدرو کربور و یا مابقی انواع سیال هستند.

       لرزه نگاشتهاى مصنوعى که در مدل رفتار دامنه ها دربرابر دورافتها به کار رفته اند شامل ردیفى از رد لرزه ها هستند که اثر ثبت داده هاى لرزه اى را برروى مدل یک بعدى نشان مى دهند. در چنین مدلهایى زمینهایى با لایه هاى تخت بدون در نظر گرفتن تکراریها مورد توجه است، و غالباً تغییرات چگالى نادیده گرفته مى شود به طورى که ضریبهاى بازتاب و شکست  فقط بر مبناى تغییرات زیاد سرعت قرار دارند. این چنین لرزه نگاشتها را از روى نگارهاى چاه بدست مى آورند و مدلسازى مى کنند. نتیجه لرزه نگاشتهای مصنوعی، سرعت موج P، چگالی و به علاوه سرعت موج S است. یادآوری می شود که یک مدل زمینى، یک مثال ساده تری از زمین است، صحت یک مدل بستگی به جزئیات پارامترهای ورودی مدل دارد.

به منظور مدل کردن پاسخ AVO مورد انتظار از یک هدف حفارى نشده بایستى سرعت موج P، سرعت موج S و چگالى سنگها تخمین زده شود. این ۳ پارامتر جهت حل معادلات زویپریتس لازم است. سرعت موج P معموﻻ به صورت یک نگار صوتى در چاه نزدیک خط لرزه اى ثبت مى شود. چگالى سازند معموﻻ از نگار چگالى بدست مى آید. اندازه گیرى سرعت موج S، سومین پارامتر لازم براى مدلسازىAVO  است. با داشتن نگار موج S مى توان پاسخ AVO براى یک بازتابنده را با دقت بیشترى نسبت به مقدار تخمینى سرعت موج S به دست آورد. اما نگار موج S، تنها در جاهایى که سرعت موج S در سازند از سرعت موج P در گل حفارى بیشتر باشد، خوب عمل مى کند.

 

مبانى مدلسازى AVO

 

مى توان پایه هاى اساسى مدلسازى AVO را به خواص لرزه اى سنگ، معادلات AVO و نشانگرها تقسیم کرد.

 

۱- خواص لرزه ای سنگ: خواص لرزه ای سنگ جوابگوی مستقیمی است برای انتشار موج لرزه ای و پاسخهای لرزه ایی. این خواص را می توان به سه قسمت تقسیم کرد:

 

v      خواص پایه ای سنگ: سرعت موج P، سرعت موج S، چگالی، مقاومت صوتی S

                         وP، نسبت Vp/Vs و نسبت پواسون.

 

v      خواص مدوﻠﻰ سنگ: مدول با لک K، مدول برﺷﻰ μ، ثابت λ، نسبتهایی مثلμ/λ.

 

v      خواص ناهمسانگردى سنگ: جهت دار بودن سرعت لرزه ایی.

 

خواص پتروفیزیکى سنگ ارتباط مستقیم با خواص لرزه اى سنگ دارد. پاره اى ازخواص پتروفیزیکى سنگ شامل: کانى شناسى، تخلخل، اشباع آب، نوع مایع، نسبت گازبه نفت، گرادیان نفت و گاز، شوراب نمکى و ... است. تشخیص خواص لرزه اى سنگ به خصوص سرعت موج برشى، با استفاده از خواص پتروفیزیکى سنگ یک وظیفه مهم درفیزﻳک سنگ است. گسمن (۱۹۵۱) یک رابطه بین خواص پتروفیزیکى سنگ و خواص لرزه اى سنگ را ارائه داده است.

 

۲-معالات AVO :

         رابطه بین خواص فیزیکی سنگ و بازتابش لرزه ای برای یک فصل مشترک دو لایه ای، با موج فرودی وبازتابی P، موج شکستی P، موج برگشتی  Sو عبورى S در شکل (۱) به وضوح نشان داده   می شود.

 

 

خواص لایه های سنگ شامل سرعت P، S، چگالی، مقاومت صوتی، مدول بالک K، μ، λ، ضریب ﺗﻀﻌیف  Qهستند و خواص ناهمسانگردى، پارامتر ناهمسانگردى سرعت موج  Pیعنی ε و پارامترهاى ناهمسانگردى سرعت موج S یعنی δ وγ هستند.

معادلات زویپریتس، روابط بین امواج تراکمی، برشی، فرودی، بازتابی و عبورى را در یک فصل مشترک در محیط همسانگرد توضیح می دهد. معادلات AVO از معادلات زویپریتس و تقریبهاى آن گرفته شده است. معادلات زویپریتس و تقریبهاى آن در مدلسازی  AVOو پردازش داده هاى  AVOبه کار رفته اند.

 

۳-نشانگرها:  نشانگرها از یک انباشت نقطه میانى مشترﮎ (CMP) مصنوعى براساس معادلات AVO بدست مى آیند. نشانگرهایى که به طورمستقیم ازنگارهاى چاه بدست مى آیند، همان نشانگرهاى مرجع هستند.

نشانگرها شامل، گرادیان (G)، بازتابندگى پواسونΔσ/(۱-σ۲)} ‍‍‍‍‍{، بازتابندگى سرعت موج P و سرعت موج S ( Vs ΔVs ̸)، (Vp Δ Vp ̸Δλ ̸ λ، Δμ ̸ μ و... هستند.

 

روش شناسى مدلسازى AVO

 

      دو تکنیک اساسى در مدلسازى AVO شامل، مدلسازﻯ با استفاده از معادلات زویپریتس با ردیاﺒﻰ پرتو و مدلسازﻯ با استفاده از معادله موج کشسان با روش تفاضلهاﻯ متناﻫﻰ.

 

در روش اول بازتابشهاﻯ اولیه را سریع و آسان تشخیص ﻣﻰ دهد و در روش دوم، امواج مستقیم، تکرارﻯ، تبدیل شده، امواج سر wave) head) و امواج پراش را تشخیص ﻣﻰ دهد.

شکل a۲ بازتابهاى اولیه را به وضوح نشان مى دهد و شکل b۲ انرژى تکراریهاى میان لایه اى موج برگشتى و شکل b۲ انرژى تکراریهاى میان لایه اى موج برگشتى را مى تواند به طور مستقیم نشان دهد. این مسئله ﻣﻳﺗﻮﺍﻧﺪ در پردازش درست داده ها، در تضعیف نویز و در نگه داشتن بازتابهاى اولیه کمک کند.

 

 

 

راه هاى مختلفى مى تواند براى هدایت یک مدلسازى AVO بیان شود:

 

  1. مدلسازى تک فصل مشترﮎ

  2. مدلسازى تک انباشت

  3. مدلسازى چینه شناسى دو بعدى

  4. مدلسازى معادله موج کشسان دو بعدى

 

۱.  مدلسازى تک فصل مشترک:

        ﻳﻛﻰ ازبرتریهاى این روش مستقل بودن ازکاهش ضخامت است. این روش اغلب در نمایش پاسخهاى AVO به کاررفته است. براى مثال رادرفورد و ویلیام (۱۹۸۹) ازروش مذکوراستفاده کردند و انواع AVO را براى یک فصل مشترک (شیل- گاز) دسته بندى کردند. شوى (۱۹۸۵) از این روش براى مقایسه بین راه حلهاى دقیق زویپریتس وراه حلهاى تقریبهاى زویپریتس استفاده کرد.

 

۲. مدلسازى تک انباشت:

       مدلسازى تک انباشت نقطه میانى مشترﮎ (CMP) عموما بیشتر مورد استفاده مدلسازى AVO قرارمى گیرد، وهردو معادله زویپریتس با ردیابى پرتو یا معادله کشسان موج کامل مى تواند دراین روش استفاده شود. درمدلسازى انباشت نقطه میاﻧﻰ مشترک (CMP)، نگارهاى چاه درمدلهاى زمین شناسى ساختمانى استفاده مى شود.

 

۳. مدلسازى چینه شناسى دو بعدى:

       تغییرات جانبى سنگ شناسى جزء برتریهاى مدلسازى چینه شناسى دوبعدى محسوب  مى شود. مقطع سنگ شناسى که مدل شده، ممکن است از تفسیر لرزه اى گرفته شده باشد یا با استفاده از نگارهاى چاه ساخته شده باشد، تغییرات جانبى ﻣﻰ تواند، ساختارى، ضخامت مخزن، تخلخل، سنگ شناسى، نوع سیال یا اشباع سیال باشد. انباشتهاى نقطه میانى مشترک مبنى بر خواص سنگ زیر سطحى محاسبه مى شوند وسپس در خط دو بعدى پردازش مى شوند.

 

۴. مدلسازى معادله موج کشسان دو بعدى:

    مدلسازى دو بعدى کشسان بر اساس معادله موج کشسان به دست مى آید و از آنجاﻳﻰ که تصویر سازى لرزه اى به تنهایى نمى تواند به طور کامل مخزن را توصیف کند، مدلسازى کشسان به حل بعضى نتایج تحلیل AVO درفضاهاى ساختارى پیچیده ﻛﻣک خواهد کرد. اختلافى که بین این مدلسازى و مدلسازیهاى قبل است، این است که در این مدلسازى به جاى انباشت نقطه میانى مشترک (CMP)، دسته رد لرزه حاصل از یک انفجار مى نشیند. مدلسازى اکوﺴﺘﻳک نیز بر اساس معادله موج اکوﺴﺘﻳک بدست مى آید.

دسته رد لرزه حاصل از یک انفجار از مدلسازى اکوﺴﺘﻳک و کشسان در موقعیت مشابه در شکل (۳) نشان داده شده است. مى توان دید که براى امواج برگشتى استثناء است چون دامنه هاى پدیده هاى مشابه، متفاوت هستند این درپدیده هاﻯ pp۱ و pp۲ و pp۳  قابل دیدن است. 

 

 

 

کاربردهاى مدلسازى AVO

 

v   مدلسازى AVO، تفسیر انباشتهاى نقطه میانى مشترک، نشانگرها و خواص معکوس کشسان سنگ را همراهى مى کند و همجنین به پیدا کردن پاسخهاى AVO در شناخت شرایط مخزن کمک مى کند.

v   مدلسازى  AVO مى تواند اطمینان تفسیر را بالا ببرد، احتمال رﻳﺴک  را در مشخصه هاى مخزن      کاهش دهد و اطلاعات را به صورت مستقل در آورد.

v   مى توانیم از هویت مصنوعى بى هنجاریهاى AVO استفاده کنیم و انواع AVO را روى  ﻳک انباشت      نقطه میانى مشترک(CMP) تعیین کنیم. بنابراین ما مى توانیم از داده هاى مصنوعى قبل از برانبارش استفاده کنیم و اطلاعات موج  برشى را که اغلب درپردازش داده ها از بین مى رود را بدست آوریم.

v   ذغال سنگ، کربنات و سنگ شناسى که اشباع از آب نباشد تفسیر پیچیده ایى دارند، چون بى هنجاریهاى پیچیده ایى را تولید مى کند و نداشتن اطلاعات بعضى خواص لرزه اى سنگ، این پیچیدگى ها را تشدید مى کند.

v   حجم زیاد رس در ماسه ممکن است  اشباع گاز کمى را نتیجه دهد. این نوع اشباع جزئى گاز، اگر هنوز نسبت بالاى  Vp ̸ Vs  را حفظ کرده باشد، با تئورى مرسوم اشباع جزئى گاز تناقض دارد، بنابراین مدلسازىAVO

سیده لیلا جعفریان ، دانشجوی کارشناسی ارشد رشته ژﺋﻮفیزیک و* *دکتر محمد علی ریاحی، دکترای لرزه شناسی، دانشیار و عضو ھﻴﺋﺖ علمی ﻣﺆﺳﺳﻪ ژﺋﻮفیزیک تهران.
*دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، صندق پستی75-14515.
**مؤسسه ﮊﺋﻮفیزیک تهران، صندق پستی 6466-14155.
 
 
چکیده
 
      از سال 1930 اکتشافات هیدروکربورها بوسیله روش لرزه ای بازتابی مطرح بوده است. قدرت تفکیک بالای داده ها، نمونه گیری پیوسته و هزینه پایین در مقایسه با حفاری، این روش را یک قسمت ضروری از اکتشافات نفت و گاز ساخته است.
در این زمینه مدلسازی به روش AVO قادر به ربط دادن خواص فیزیکی سنگ و پاسخهای دامنه در برابر دورافت می‌باشد.
      این مقاله ضمن بررسیروشAVO، روشهای مختلف مدلسازی AVO و پایه های مدلسازی AVO که مشمول خواص فیزیکی سنگ، معادلات AVOو نشانگرهاهستند، پایه های مدلسازی AVO به برتری خواص پتروفیزیکی سنگ بر خواص فیزیکی سنگ تاکید می کند، را در مراحل تفسیر و پردازش داده های لرزه ای بازتابی مورد بحث و بررسی قرار داده است. این مقاله در تلاش است تا یک بینش دقیق در کاربردهای رایج مدلسازی AVOرا ارایه کند. در ادامه داده‌های جمع آوری شده در یکی ازمیادین‌نفتی ایران مدلسازی و نتایج‌آن ارائه شده است.
 
 
 
Abstract
 
Since 1930, hydrocarbon exploration, utilizing seismic reflection method has been prevailing. High resolution data continues sampling and low cost in opposite to drilling costs have made this technique a necessary stage in oil and gas explorations.                                               
In this context, AVO modeling is able to connect rock physics properties with amplitude versus offset responses.                                                                                                   In this study in addition to AVO theory investigation, AVO modeling methodology and AVO modeling fundamentals that including seismic rock properties, AVO equations and attributes, (It emphasizes the influence of petrophysical rock properties on seismic rock properties, through interpretation and processing of reflection seismic data is presented. This topic is assessing to present a subtle insight in current AVO modeling applications. Following, an example of real data collected from an oil field in Iran has been modeled and its results   

کلید واژه ها: مدلسازی دورافت هیدروکربور نفت ژئوفیزیک سایر موارد