Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0216

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0216
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный технический университет"
Название доклада
Разработка и применение программного обеспечения обработки данных на основе 3D-моделирования и 3D-инверсий для реализации высокоразрешающих электромагнитных технологий поиска и разведки морских месторождений углеводородов
Докладчик
Соловейчик Юрий Григорьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Предоставление научно-производственным и сервисным организациям нефтегазовой отрасли новых программно-информационных средств для разработки высокоразрешающих электромагнитных технологий мирового уровня и повышения результативности морских геологоразведочных работ, а также создание импортозамещающего программного обеспечения (ПО), предназначенного для сопровождения стратегически важных для страны технологий.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1) Разработка методов и алгоритмов 3D-инверсии данных морской электроразведки с надежным определением морфологии, глубины залегания и свойств поисковых объектов в сложных геоэлектрических условиях – неоднородности вмещающей среды и при наличии геологических объектов-помех.
2) Разработка экспериментального образца (ЭО) ПО 3D-обработки данных морской электроразведки, включающего модули 3D-инверсий и 3D-моделирования электромагнитных полей, а также включающего удобный графический интерфейс, предоставляющий возможность управления процессом интерпретации и отображающий ход восстановления по снятым данным трехмерной геоэлектрической модели.
3) Экспериментальные исследования ЭО ПО на синтетических аналогах полевых данных и на практических данных.
4) Сравнительный анализ современных технологий проведения морских электроразведочных работ по поиску нефтегазовых месторождений и разработка новых, обладающих более высокой разрешающей способностью.
5) Разработка методических рекомендаций.
Актуальность и новизна исследования
Проект направлен на решение стратегической задачи поиска и разведки запасов углеводородов на шельфе и в море, в том числе в арктическом бассейне, за счет создания и последующего внедрения эффективных технологий геологоразведки, базирующихся на информационно-программном обеспечении нового поколения, реализующем высокоразрешающие методы обработки геологоразведочных данных.
Используемые в настоящее время технологии электроразведки не позволяют проявить весь свой потенциал не из-за своего технического оснащения, а, в основном, из-за недостаточно развитых методов обработки данных. Вычислительно более простые, но вместе с тем не в полной мере адекватные способы инверсии зарегистрированных сигналов в распределение геоэлектрических параметров не позволяют с необходимой достоверностью даже выявлять и, тем более, оконтуривать глубинные поисковые объекты, особенно при наличии различных геологических неоднородностей в среде, которые практически всегда присутствуют в реальных средах и оказывают значительное влияние на регистрируемые в приемниках сигналы.
Поэтому создание программно-математического обеспечения, реализующего высокоразрешающие 3D-инверсии данных морской электроразведки в сложных геоэлектрических условиях и позволяющего уверенно выделять поисковые объекты, в том числе и дающие относительно слабые отклики на фоне откликов от среды и различных объектов-помех, является актуальной задачей, решение которой позволит резко повысить эффективность морской геологоразведки.
Описание исследования

Разрабатываемые алгоритмы 3D-инверсии базируются на решении трехмерных обратных задач и использовании специальных регуляризаций и метода Гаусса-Ньютона с расчетом полей влияния отдельных параметров геоэлектрической модели на основе конечноэлементного 3D-моделирования по точным (без упрощений) математическим моделям. При этом они включают в себя одновременный подбор электрофизических параметров и геометрических характеристик 3D-объектов. При решении прямых задач используются эффективные вычислительные схемы, основанные на технологии выделения поля вмещающей горизонтально-слоистой среды, автоматическом (без участия пользователя) построении оптимизированных конечноэлементных сеток, использовании высокоточных схем аппроксимации по времени и специальных схем расчета поля вызванной поляризации. Возможность восстановления анизотропной проводимости в трехмерной среде, которая будет реализована в разрабатываемом ПО, является очень важной при решении задач поиска месторождений углеводородов, поскольку определение анизотропной проводимости у объекта может стать решающим фактором для выявления месторождения среди других геологических объектов с повышенным сопротивлением. Кроме того, разрабатываемые алгоритмы включают в себя определение параметров вызванной поляризации как дополнительного поискового признака нефтегазовых месторождений по ореолам, образующимся над месторождениями вследствие миграции углеводородов.

В разрабатываемых алгоритмах предусматривается не только принципиальная возможность поиска границ отдельных (обособленных) объектов, но и решается гораздо более сложная задача восстановления морфологии объектов с общими границами, что, во-первых, позволяет качественно восстанавливать объекты сложной формы (в виде объединения относительно простых тел), а во-вторых, необходимо для восстановления верхней части разреза, где, как правило, имеется множество граничащих друг с другом локальных неоднородностей. А без достаточно адекватного восстановления структуры верхней части среды выделение глубинных целевых объектов (месторождений) становится либо крайне ненадежным, либо, при относительно слабых откликах от них, вообще невозможным.

В методах и реализующих их программах выполнения 3D-инверсий электроразведочных данных, разрабатываемых в настоящее время подавляющим большинством зарубежных исследователей, модель среды восстанавливается в виде распределений геоэлектрических характеристик (удельной проводимости, параметров поляризуемости) в заданной ячеистой структуре, и по ее распределению интерпретатор пытается определить расположение целевых объектов.

Основным преимуществом и новизной реализуемых в данной работе подходов и алгоритмов является возможность не только поиска значений искомой электрофизической характеристики (при необходимости и в ячейках), но и поиска непосредственно границ локальных трехмерных неоднородностей. Фактически, в предлагаемых процедурах 3D-инверсии будет учитываться специальная параметризация морфологии 3D-объектов, причем как помех, так и поисковых. Это позволит резко улучшить качество решения обратной задачи, существенно снизив зоны эквивалентности, и вместе с тем существенно сократить вычислительные затраты на ее решение, что открывает возможность использовать создаваемое на базе предлагаемых алгоритмов ПО для обработки данных при проведении практических работ, причем с кардинальным улучшением качества получаемых результатов.

Предлагаемые подходы и алгоритмы выполнения 3D-инверсий в части поиска границ 3D-объектов с совместным восстановлением электрофизических свойств этих объектов являются общими для различных технологий морской электроразведки, поэтому для обеспечения возможности быстрой адаптации ПО для новых технологий морской электроразведки предлагается создание так называемого ядра ПО, включающего соответствующие вычислительные модули и модули взаимодействия с соответствующими модулями решения прямых задач.

Результаты исследования

В ходе выполнения работ на первом этапе были разработаны математические модели для расчета электромагнитного поля и поля вызванной поляризации, возбуждаемых электрической линией в морских геоэлектрических условиях. Отличительной особенностью моделей являются оригинальные постановки для расчета нормального поля, позволяющие сократить вычислительные затраты на расчет суммарного трехмерного поля, специальные аппроксимации на несогласованных сетках, что позволяет использовать оптимизированные по количеству узлов трехмерные сетки, а также специальные аппроксимации по времени, что позволяет эффективно использовать прямые решатели с минимальным числом факторизаций матрицы системы конечноэлементных уравнений.

Разработаны математические модели для решения трехмерных обратных задач. Отличительной особенностью является возможность разделения с использованием 3D моделей сигналов от индукционных процессов и процессов вызванной поляризации, что, в свою очередь, обеспечивает более устойчивое восстановление электрофизических характеристик (проводимости и поляризуемости) и геометрических границ структурных частей геологической модели.

Разработаны алгоритмы 3D-моделирования электродинамической части поля и поля вызванной поляризации, возбуждаемых электрической линией в морских геоэлектрических условия. Отличительной особенностью являются полностью автоматические алгоритмы построения оптимизированных нерегулярных 3D сеток с локальными сгущениями в области расположения приемно-генераторных установок (пример такой сетки представлен на рис. 1).

Рис. 1. Автоматически построенная оптимизированная конечноэлементная сетка для одной из типовых геологических моделей нефтегазовой залежи в морских условиях

Разработаны алгоритмы 3D-инверсий данных морской электроразведки с явным определением морфологии (положения границ в плане), глубины залегания и геоэлектрических свойств поисковых геологических 3D-объектов в средах, характерных для морских геоэлектрических условий, включая условия арктического шельфа. Отличительной особенностью являются заложенные в разрабатываемый программный комплекс специальные ускорители, основанные на использовании группирования задач, соответствующих разным положения приемно-генераторной установки, и специальных аппроксимаций по времени, обеспечивающих резкое сокращение числа факторизаций матрицы.

Разработана общая архитектура экспериментального образца программного комплекса (рис. 2) и структура основных программных модулей с учетом многоуровневого распараллеливания по вычислительным узлам и их ядрам.

Рис. 2. Общая архитектура экспериментального образца программного комплекса

Представленные отличительные особенности разработанных математических моделей и алгоритмов позволят создать программный комплекс, который будет превосходить все известные мировые аналоги и создаст значительные конкурентные преимущества для Индустриального партнера и других отечественных нефтесервисных компаний.

Практическая значимость исследования
С использованием разработанного ПО могут быть предоставлены услуги по высококачественной 3D-обработке данных морской электроразведки при решении задач поиска углеводородов в морских условиях, включая арктический шельф, которая позволит существенно повысить точность геологического прогноза и определения точек постановки скважин.
Индустриальным партнером проекта является ООО "Сибирская геофизическая научно-производственная компания" (г. Иркутск), специализирующаяся на проведении электроразведочных работ на лицензионных участках нефтегазодобывающих компаний с использованием уникального (защищенного многими патентами) дифференциально-нормированного метода электроразведки.
Внедрение в производственный процесс предлагаемой научно-технической продукции при незначительном суммарном удорожании работ (по оценкам это составит порядка 10%) позволит получить результат принципиально нового качества и существенно снизить суммарные затраты на геологоразведку, в том числе за счет более обоснованного определения мест бурения как разведочных, так и добывающих скважин.
Разработанное ПО может быть также использовано для разработки новых или модификации существующих технологий морской электроразведки с целью повышения их разрешающей способности как при поиске и разведке углеводородов, так и при решении сложных структурных задач исследования морского дна для обоснования соответствия его прилегающей материковой зоне, в том числе, на шельфе арктического бассейна, чтобы подтвердить приоритет Российской Федерации на право владения соответствующими зонами Северного Ледовитого океана.