Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка инновационной комплексной системы поиска и разведки месторождений полезных ископаемых в шельфовой зоне Арктики, основанной на всестороннем комплексировании сейсмических и электромагнитных (магнитотеллурических) методов

Номер контракта: 14.576.21.0052

Руководитель: Бобров Никита Юрьевич

Должность: Ведущий научный сотрудник

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
повышение эффективности поискового бурения, совместная инверсия геофизических данных, сейсмические исследования, электромагнитные исследования, арктический шельф

Цель проекта:
Разработка методов и алгоритмов эффективной комплексной обработки и интерпретации сейсмических и электромагнитных данных, получаемых одновременно на акватории арктического шельфа, для создания максимально достоверных геологических моделей перспективных нефтегазовых структур и повышения эффективности поискового бурения.

Основные планируемые результаты проекта:
Разработка алгоритмов и методов двумерной (2D) совместной инверсии сейсмических и электромагнитных (магнитотеллурических) данных, их реализация в виде законченного программного продукта. Разработка программного обеспечения для создания и редактирования двумерных комплексных моделей среды. Разработка физических и математических моделей геологических структур, характерных для арктического шельфа. Создание экспериментального образца автоматизированной системы (ЭОАС) и установки для физического моделирования электромагнитного поля и сейсмического поля, задачей которых в рамках настоящего проекта является получение данных для верификации и совершенствования создаваемых алгоритмов инверсии и интерпретации.

Используемый в разрабатываемом методе совместной инверсии алгоритм Гаусса-Ньютона является наиболее эффективным алгоритмом решения 2D обратных геофизических задач благодаря своей быстрой сходимости. Выбранная регуляризация позволяет учитывать разного рода априорную информацию о моделях среды, что повышает достоверность инверсии. Условия модельного эксперимента на установке физического бакового моделирования будут максимально соответствовать условиям реальных натурных измерений (изучению одних и тех же объектов разными геофизическими методами).

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Созданная программа 2D инверсии сейсмических и магнитотеллурических (МТ) данных реализует структурный подход к совместной инверсии. Обращаемыми данными являются времена первых вступлений сейсмических волн и побочная диагональ МТ тензора импеданса. Искомые параметры среды – скорость продольных волн и удельное электрическое сопротивление (УЭС), дискретизируются на общей квазирегулярной сетке, которая создается при помощи оригинальной программы для создания и редактирования двумерных многопараметрических моделей среды Qsmt.

Совместная инверсия сейсмических и электромагнитных данных позволяет уменьшить множество эквивалентных решений для обоих геофизических методов и помогает в решении двух основных групп задач: 1) улучшение структурных построений, например, в районах развития соляной тектоники и траппового магматизма, 2) литологическая классификация разреза и определение пористости и водонасыщенности горных пород.

Главным элементом новизны предложенного метода является использование оригинальных структурных условий для связи моделей скорости продольных волн и УЭС, развивающих идею известного условия кросс-градиента. Условие кросс-градиента фактически является стандартом в совместной инверсии сейсмических и электромагнитных данных и определяет мировой уровень в данной области. Его популярность обусловлена тем, что, в отличие от петрофизических связей между скоростью и УЭС, использование которых возможно лишь при хорошей геологической изученности участка работ, оно не требует какой-либо априорной информации. Предлагаемые структурные условия требуют, чтобы, в зависимости от имеющейся априорной информации, градиент скорости был параллелен или антипараллелен градиенту УЭС. Так, в морских исследованиях, на масштабах разрешения МТ и сейсмической томографии, за редкими исключениями, наблюдается положительная корреляция между скоростью и УЭС. Использование предложенных структурных условий позволяет существенно уменьшить неопределенность решения обратной задачи по сравнению с условием кросс-градиента и, в то же время, не требует точной априорной петрофизической информации.

Установка физического моделирования создается на основе электролитического бака, оснащенного системой возбуждения сейсмического волнового поля в ультразвуковом диапазоне и электромагнитного поля вертикально падающей плоской волны в диапазоне частот 10^4-10^6 Гц (с учетом масштабирования). Экспериментальный образец автоматизированной системы (ЭОАС) обеспечивает позиционирование датчиков и измерение сейсмического и электромагнитного поля. Результаты измерений (временные ряды) проходят предварительную обработку, в результате которой определяются времена первых вступлений и компоненты тензора магнитотеллурического импеданса. Эти значения совместно с координатами источников и приемников записываются в текстовые файлы, являющиеся входными для программы совместной инверсии.

Размеры измерительного бассейна составляют 4х4.5м, при этом система позиционирования обеспечивает независимое перемещение двух рабочих кареток на плоскости размером 3х4.5м, что превышает рабочие зоны абсолютного большинства используемых в мире комплексов физического сейсмического моделирования. Используемые в конструкции системы материалы, а также уникальные технологические решения позволяют исключить ее влияние на регистрируемые электромагнитные поля; все узлы установки, находящиеся в рабочей зоне моделирования, сделаны из полимерных материалов и не содержат электропроводящих элементов.

Физические модели геологической среды создаются в электролитическом баке на основе цементно-песчаных смесей с учетом принципа подобия. Для тестирования программы инверсии выбраны модели геологических структур, характерных для Арктического шельфа (горст и/или борт рифта, соляные диапиры). При этом раствор электролита (насыщенный раствор NaCl) моделирует низкоскоростной и высокопроводящий осадочный чехол, присутствующий в геологическом разрезе шельфовой зоны. Параллельно с физическим моделированием будет выполняться математическое моделирование на эквивалентных цифровых моделях.

Создаваемый аппаратно-программный комплекс является уникальной разработкой как по своему назначению (в мире на данный момент отсутствуют автоматизированные установки, предназначенные для проведения совместного сейсмического и электромагнитного моделирования; многие характеристики комплекса превышают значения, характерные для устройств, используемых в зарубежных лабораториях), так и вследствие конструкторских решений, заложенных в его основу.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основной областью применения разработанной программы совместной инверсии сейсмических и магнитотеллурических данных является обработка и интерпретация результатов геологоразведочных работ на арктическом шельфе. Однако данные наземных измерений также могут обрабатываться с ее использованием. Наибольший эффект на шельфе будет достигаться при применении предложенной технологии работ с использованием автономных донных станций (АДС), позволяющих обеспечить максимальное удаление источник-приемник. Технология работ упростится, если будет разработана единая станция для записи электромагнитного поля и упругих колебаний.

Установка для физического моделирования также имеет определенный рыночный потенциал. Физическое моделирование геофизических полей позволяет в лабораторных условиях получать данные для анализа эффективности разрабатываемых новых методик и алгоритмов. Сбор подобных данных в реальных полевых условиях сопряжен с несопоставимыми материальными затратами. В лабораторных условиях физического моделирования возможен выбор различных систем наблюдений, изучаемых моделей сред и т.п., что в реальных натурных условиях нереализуемо или реализуемо с большими финансовыми затратами. В качестве альтернативы физическому моделированию выступает математическое моделирование, которое еще менее затратно. Однако основным недостатком математического моделирования является тот факт, что любая математическая модель и любой математический алгоритм не могут описать все многообразие эффектов, присущих реальным геологическим объектам и распространяющимся в них физическим полям.

Основным эффектом от внедрения данных инновационных разработок будет являться повышение достоверности получаемых геологических моделей, снижение геологических рисков на этапе поискового бурения и повышение эффективности на этапе разработки месторождений. Своей максимальной величины геологические риски достигают при разведке и разработке морских месторождений, особенно если они располагаются в глубоководных или удаленных от развитой инфраструктуры районах мира, таких, как Арктика. Применение предлагаемой технологии работ позволит повысить коэффициент успешности поискового бурения. Стоимость бурения одной морской скважины имеет порядок 100 миллионов долларов. Компания «Зарубежнефть» недавно озвучила цифру 100 млн евро как сумму потерь от неудачного бурения скважины на шельфе Кубы. Таким образом, усредненный экономический эффект от повышения эффективности поискового бурения на 10% на одну морскую скважину на арктическом шельфе России может составлять 600-700 млн.руб.

Текущие результаты проекта:
- Разработан и программно реализован эффективный метод двумерной (2D) совместной инверсии сейсмических и магнитотеллурических (МТ) данных, получаемых одновременно на акватории шельфа.
- Сформулированы требования к технологии получения сейсмических и магнитотеллурических данных, предназначенных для совместной инверсии.
- На основе проведенного обзора особенностей геологического строения арктического шельфа выбраны модели геологических структур, на которых методами математического и физического моделирования будут получаться данные для тестирования и совершенствования алгоритмов и программного обеспечения.
- Создана оригинальная программа для создания и редактирования двумерных многопараметрических математических моделей среды Qsmt.
- Изготовлены математические и физические модели, а также разработаны программы и методики проведения математического моделирования с использованием суперкомпьютера и масштабного физического моделирования в электролитическом баке.
- Выполнен анализ первичной петрофизической информации для оценки соотношения скорость-электропроводность. Проанализирована связь между петрофизическими параметрами горных пород, скоростями упругих волн и электропроводностью/удельным электрическим сопротивлением, установлены эмпирические соотношения между скоростью и электропроводностью по лабораторным и скважинным данным.
- Создается баковая установка для физического моделирования сейсмических и магнитотеллурических зондирований и экспериментальный образец автоматизированной системы сбора (обработки) сейсмических и электромагнитных данных.