Способ построения обратимой трехмерной гидродинамической модели земли, калибруемой в реальном времени в процессе бурения

Способ построения обратимой трехмерной гидродинамической модели земли, калибруемой в реальном времени в процессе бурения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к геофизическому анализу с целью оптимизации процесса бурения и, в частности, - к способу построения обратимой трехмерной гидростатической модели земли и ее применения с целью прогнозирования развития сверхгидростатического формационного давления перед бурением и в его и в процессе.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время крайне важной задачей является оптимальное планирование процесса бурения, в частности для нефтегазовых месторождений, в возможных условиях высокой температуры и высокого давления в контексте максимального снижения риска при бурении. Обычно эта задача решается посредством построения математической модели земли для представляющей интерес области подземного пространства с целью прогнозирования на ее основе характера развития целевых характеристик и свойств при бурении с учетом известных данных каротажа. На основе модельного прогноза выполняется оптимизация процесса бурения. При этом для точного прогнозирования предпочтительно, чтобы модель земли позволяла выполнять вычисления непосредственно в процессе бурения, т.е. в реальном времени, и чтобы модель земли обеспечивала возможность ее калибровки в процессе бурения на основе собираемых в процессе бурения данных каротажа, что в результате позволяет осуществлять прогнозирование не только перед бурением, но и непосредственно в его процессе.

В настоящее время известны две группы стандартных методик, целью которых является моделирование, исследование и прогнозирование сверхгидростатического давления: первая группа основывается на способах оценки одномерного (по профилю ствола скважины) распределения порового давления, вторая же группа основывается на решениях трехмерных (3D) бассейновых моделей. Сверхгидростатическое формационное давление представляет собой часть горного давления, распределенную на флюидальную компоненту осадочной горной породы, при этом под флюидальной компонентой понимается жидкая и/или газообразная фазовая составляющая горной породы.

В первом подходе (см., например Magara K., Compaction and fluid migration, 1978, Elsevier Scientific Publishing Company, стр.319) используются эмпирические взаимосвязи между сверхгидростатическим формационным давлением и чувствительными к пористости каротажными данными и/или сейсмическими данными. Помимо характерных низкого разрешения и ограничений по отношению "сигнал/шум" отраженных сейсмических волн, доступных в целевых интервалах (2-4 км) (см., например, Dutta N.C. Geopressure prediction using seismic data: current status and the road ahead. Geophysics, 2002, том. 67, №6, стр.2012-2041), общими недостатками всех существующих эмпирических способов является их ограниченная достоверность и неадаптивная структура. Основной причиной вышесказанного является реализуемая в упомянутых способах концепция формальной аппроксимации данных. Качество исходной модели согласно этой концепции имеет более низкий приоритет по сравнению с уникальностью и скоростью заранее определенных в эмпирической формуле преобразований данных (тип аппроксимирующих функций, способ аппроксимации, гибкость и т.д.). С точки зрения анализа геофлюидальной системы, исходные модели земли, соответствующие этой стратегии, часто являются переупрощенными и неадекватными. Например, классические подходы (см., например, Terzaghi K., Peck R.B., Soil Mechanics in Engineering Practice, 1948, Wiley, New York, 566 стр или Eaton B.A., The Equation for Geopressure Prediction from Well Logs, 1975, SPE paper 5544) на основе одноосевого эффективного стресса по существу представляют собой одномерную (1D) статическую аппроксимацию сложного явления, приводящего к возникновению сверхгидростатического формационного давления, зависящего от множества механизмов.

Современные модификации классических методик повышают их гибкость, но при этом они остаются сфокусированными на феномене уплотнения горных пород (см. Alberty M.W., McLean R.M. Emerging trends in pressure prediction, научный доклад на Offshore Technology Conference, май 5-8 2003, Хьюстон, США, OTC 15290). Соответствующие модели земли имеют значительные ограничения в плане достоверности по глубине (применимы в неглубоких частях разреза), возраста формации (применимы в более молодых частях разреза) и литологии (применимы в глинах). Однако формационное давление и соответствующие параметры осадочной породы по своей сути представляют совокупный эффект механизмов удержания флюида и расширения флюида. Вклад различных факторов меняется в течение истории седиментации, а также в переделах единой генетической формации от одного положения в разрезе к другому. Таким образом, ни один параметр, влияющий на окончательное формационное давление, нельзя зафиксировать посредством подхода на основе эмпирической формулы. Таким образом, типичными проблемами для вышеупомянутой первой группы подходов, возникающими перед каждым следующим прогнозированием, является плохое понимание механизмов сверхгидростатического формационного давления, действующих в конкретной области, и отсутствие путей ранжирования ключевых факторов по приоритетам.

Методики, основывающиеся на бассейновых моделях, в отличие от первой группы способов базируются на анализе развития геофлюидальной системы. Этот подход включает в себя значительно более сложные динамические модели земли (см. Guidish T.M., Kendall C.G.St.C., Lerch I., Toth D.J., Yarzab R.F., Basin Evaluation Using Burial History Calculations: an Overview. The American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 1985, том 69, №1, стр.92-105; Learch I., Theoretical aspects of problems in basin modelling in "Basin Modelling Advances and Applications" 1990, Norwegian Petroleum Society, Special publication 3, Elsevier, Amsterdam, стр.35-65), которые основываются на дифференциальных операторах, описывающих глобальные и локальные процессы в бассейновой шкале времени. Бассейновая шкала времени, иначе называемая геологическим масштабом времени, представляет собой шкалу времени, выраженную в миллионах лет с шагом десятки-сотни тысяч лет. Использование хорошо обоснованных физических и химических законов и соответствующих модельных допущений, бесспорно, создает большой задел для использования этого подхода для более глубокого понимания современного состояния геофлюидальных систем и, в частности, явления сверхгидростатического формационного давления.

Однако при этом проблематичным является использование бассейновых моделей для предсказания свойств геофлюидальных систем и, в частности, для прогнозирования сверхгидростатического давления перед бурением с последующим применением в процессе бурения. Причиной этого является чрезмерная математическая сложность соответствующих операторов прямого моделирования и отсутствие надлежащей связи между калибровочными данными и допускающими корректировку модельными параметрами. Иными словами, решения бассейновых моделей оказываются весьма тяжеловесными для калибровки посредством обращения данных в плане требований, предъявляемых к модельным параметрам (например, размерности признакового пространства, линейной независимости параметров и т.д.), и вычислительной сложности, характеризующих соответствующие трехмерные операторы прямого моделирования. Помимо этого, имеет место нелинейное поведение соответствующих операторов прямого моделирования, определенных на регулярных трехмерных сетках при учете необходимости задания для каждой ячейки сетки множества не являющихся независимыми модельных параметров. Следовательно, ни одна из известных полных трехмерных бассейновых моделей не подходит для непосредственного использования в ее исходном виде без надлежащего перемасштабирования с целью последующего использования для прогнозирования сверхгидростатического давления.

Следовательно, в области техники, к которой относится изобретение, имеется потребность в способе построения трехмерной модели земли, который сочетал бы в себе достоинства и позволил бы избежать недостатков вышеописанных известных подходов, а именно который обеспечивал бы построение модели земли, допускающей вычисления в реальном времени, как эмпирические модели, и обладающей достаточной достоверностью, как бассейновые модели, а также обеспечивающей возможность оперативного обращения данных.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретение является создание способа построения обратимой трехмерной гидродинамической модели земли для анализа и исследования геофлюидальных систем, а также для прогнозирования развития целевых характеристик в представляющей интерес области с возможностью корректировки этой модели в реальном масштабе времени.

Для решения этой задачи в соответствии с изобретением предложен способ построения трехмерной модели земли для определения целевых характеристик области подземного пространства, образованной множеством пластов и содержащей точки заложения реальных или планируемых скважин, включающий в себя этап построения исходной трехмерной модели земли и этап оптимизации построенной исходной трехмерной модели земли.

На этапе построения исходной трехмерной модели земли на основе данных измерений и известных свойств рассматриваемой области строят исходную трехмерную модель земли посредством комбинирования решений для набора отдельных одномерных моделей земли с решениями для набора двумерных (2D) моделей земли. При этом каждая одномерная модель земли соответствует точке заложения реальной или планируемой скважины и охватывает всю соответствующую совокупность пластов вдоль ствола скважины. Двумерные модели земли строят для отдельных пластов из упомянутых совокупностей пластов.

Этап оптимизации построенной исходной трехмерной модели земли включает в себя два основных подэтапа. На первом из них определяют оптимальный набор пластов для каждой одномерной модели земли посредством анализа влияния каждого из пластов на определяемые характеристики и исключения пластов, слабо влияющих на определяемые характеристики, путем их объединения с вмещающими пластами. На втором из них определяют оптимальный набор калибруемых модельных параметров посредством анализа влияния параметров трехмерной модели земли на определяемые характеристики и исключают из набора калибруемых параметров те параметры, вариации которых слабо влияют на определяемые характеристики.

В предпочтительном варианте осуществления соответствующего изобретению способа построения трехмерной модели земли определяемой характеристикой является сверхгидростатическое формационное давление, отдельные пласты, для которых строят двумерные модели земли, являются латерально гидродинамически связанными, а остальные пласты являются латерально водонепроницаемыми. Согласно этому предпочтительному варианту осуществления этап построения исходной трехмерной модели выполняют в бассейновой шкале времени. На этом этапе задают координаты точек заложения реальных или планируемых скважин и модельные параметры для набора соответствующих одномерных моделей земли. Находят решения прямых задач для одномерных моделей земли на основе заданных координат и модельных параметров. На основе полученных решений одномерных моделей земли доопределяют параметры, соответствующие интервалам латерально гидродинамически связанных пластов в одномерных моделях и необходимые для построения двумерных моделей земли в бассейновой шкале времени. Путем интерполяции упомянутых параметров на регулярную сетку и с использованием соответствующих сеточных операторов находят решения прямых задач для двумерных моделей земли на упомянутой сетке. Получают исходную трехмерную модель земли и соответствующее решение трехмерной прямой задачи посредством комбинирования полученных решений прямых задач для одномерных и двумерных моделей земли на общей сетке в бассейновой шкале времени.

Согласно вышеупомянутому предпочтительному варианту осуществления на этапе оптимизации пласты исключают последовательно на основе анализа чувствительности путем их объединения с вмещающими пластами. При этом калибруют одномерную модель земли путем обращения известных скважинных данных. Вычисляют вектор коэффициентов чувствительности, количество компонентов которого равно количеству пластов. Исключают пласт, которому соответствует минимальный коэффициент чувствительности из компонентов вычисленного вектора коэффициентов чувствительности путем его объединения с вмещающими пластами. Определяют ошибку, вносимую исключением пласта таким образом, и если эта ошибка меньше заранее заданного порога точности моделирования, повторяют предшествующие этапы, в противном случае завершают оптимизацию количества пластов.

Согласно вышеупомянутому предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению способа на этапе оптимизации модельные параметры исключают из набора калибруемых параметров на основе анализа чувствительности. При этом с учетом оптимального набора пластов, полученного на предыдущем этапе оптимизации, вычисляют вектор коэффициентов чувствительности, количество компонентов которого равно общему по всем оставшимся пластам количеству модельных параметров, и задают начальное пороговое значение для коэффициентов чувствительности. Исключают из набора корректируемых параметров модельные параметры, которым соответствуют коэффициенты чувствительности, меньшие порогового значения, посредством фиксации этих параметров на уровне их наиболее вероятных значений. Определяют ошибку, вносимую исключением параметров, и если эта ошибка меньше заранее заданного порога точности моделирования, корректируют пороговое значение для коэффициентов чувствительности до тех пор, пока удовлетворяется уровень допустимой ошибки моделирования, и повторяют предшествующий и настоящий этапы, в противном случае завершают оптимизацию количества корректируемых параметров.

Другой задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа прогнозирования сверхгидростатического формационного давления перед бурением и в реальном времени при бурении на основе вышеописанного предпочтительного варианта осуществления соответствующего изобретению способа построения трехмерной модели земли. При этом результатом является оптимизация процесса бурения и повышение его безопасности.

Для решения этой задачи в соответствии с изобретением предложен способ прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении, согласно которому для области, в которой выполняется бурение, строят трехмерную модель земли согласно предпочтительному варианту осуществления соответствующего изобретению способа построения трехмерной модели земли. На основе данных, полученных из соседних скважин, выполняют предварительную калибровку построенной трехмерной модели земли путем совместного обращения всех полученных скважинных данных. Прогнозируют развитие сверхгидростатического формационного давления в точке заложения целевой скважины путем решения соответствующей прямой задачи для предварительно откалиброванной трехмерной модели земли. В процессе бурения определяют реальное сверхгидростатическое формационное давление и проверяют совпадение реального сверхгидростатического формационного давления с предсказанным по прогнозу. В случае, когда расхождение предсказанного по прогнозу и реального сверхгидростатических формационных давлений превышает заранее заданный порог, выполняют корректировку модели земли путем решения соответствующей обратной задачи и вычисление на основе этой скорректированной модели земли ожидаемого сверхгидростатического формационного давления путем решения соответствующей прямой задачи. Вычисленное ожидаемое сверхгидростатическое формационное давление используют в качестве обновленного прогноза ниже текущего положения забоя.

Предпочтительно, при приближении опасного характера развития сверхгидростатического формационного давления вблизи текущего положения забоя, установленного на основе обновляемого прогноза сверхгидростатического формационного давления, вносят соответствующие коррективы в процесс бурения.

В предпочтительном варианте осуществления соответствующего настоящему изобретению способа прогнозирования сверхгидростатического формационного давления в рассматриваемой области имеется по меньшей мере три буровых скважины для сбора калибровочных данных. Предварительную калибровку построенной трехмерной модели земли выполняют на основе калибровочных данных, собираемых в упомянутых буровых скважинах, с помощью по меньшей мере одного оператора инверсии. Развитие сверхгидростатического формационного давления прогнозируют путем интерполяции набора модельных параметров, полученного на этапе предварительной калибровки для упомянутых буровых скважин, в точку заложения целевой скважины и расчета наиболее вероятной кривой зависимости сверхгидростатического формационного давления от глубины. В процессе бурения постоянно проверяют совпадение реальной кривой сверхгидростатического формационного давления с расчетной кривой и определяют расхождение расчетной и реальной кривых. В случае, когда расхождение расчетной и реальной кривых превышает заранее заданный порог, с целью минимизации этого расхождения корректируют модель земли путем ее перекалибровки, используя расхождение как входные данные для оператора инверсии. Соответствующую обновленную расчетную кривую сверхгидростатического формационного давления, полученную посредством вычислений на основе перекалиброванной модели земли, используют в качестве обновленного прогноза ниже текущего положения забоя. При этом предпочтительно дополнительно уточняют прогноз сверхгидростатического формационного давления на основе собираемых в процессе бурения литологических и стратиграфических данных, относящихся к конкретному пласту, посредством обновления на основе этих данных модельных параметров, соответствующих этому пласту.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание системы прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении посредством реализации вышеописанного предпочтительного варианта осуществления соответствующего настоящему изобретению способа прогнозирования сверхгидростатического формационного давления.

Для решения этой задачи согласно изобретению предложена система, предназначенная для прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления соответствующего настоящему изобретению способа прогнозирования сверхгидростатического формационного давления. Эта система содержит по меньшей мере одно устройство сбора данных для сбора данных в процессе бурения и вычислительное устройство для выполнения вычислений в соответствии с этапами вышеупомянутого предпочтительного варианта осуществления способа прогнозирования с учетом данных, собираемых упомянутым по меньшей мере одним устройством сбора данных. Вычислительное устройство включает в себя средство формирования разностного сигнала, содержащего данные о расхождении расчетной кривой сверхгидростатического формационного давления с реальной кривой сверхгидростатического формационного давления, и средство оперативного обновления прогноза сверхгидростатического формационного давления ниже текущего положения забоя, активируемое на основе упомянутого разностного сигнала и предназначенное для перекалибровки текущей модели земли в реальном времени на основе упомянутого разностного сигнала, формирующего входные данные для оператора инверсии, и обновления прогноза развития сверхгидростатического формационного давления посредством вычислений на основе перекалиброванной модели земли. Также система включает в себя устройство формирования управляющего сигнала для формирования сигнала, содержащего рекомендации и команды для изменения технологического процесса бурения на основе результатов оперативного обновления прогноза сверхгидростатического формационного давления ниже текущего положения забоя, выполняемого вычислительным устройством.

Перечень фигур чертежей

Вышеуказанные и иные признаки и преимущества настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем описании предпочтительных вариантов его осуществления, приводимых со ссылками на фигуры чертежей, на которых

Фиг.1 - блок-схема этапов способа построения трехмерной модели земли согласно изобретению.

Фиг.2 - иллюстрация латерально гидродинамически связанного пласта и латерально водонепроницаемого пласта.

Фиг.3 - иллюстративное изображение эталонной трехмерной модели земли и перемасштабированной трехмерной модели земли согласно изобретению.

Фиг.4 - блок-схема этапа 110 предпочтительного варианта осуществления способа 100 по Фиг.1.

Фиг.5 - блок-схема подэтапа 120-1 этапа 120 предпочтительного варианта осуществления способа 100 по Фиг.1.

Фиг.6 - иллюстрация процедуры последовательного исключения пластов по Фиг.5.

Фиг.7 - блок-схема подэтапа 120-2 этапа 120 предпочтительного варианта осуществления способа 100 по Фиг.1.

Фиг.8 - иллюстрация процедуры формирования оптимального набора калибруемых модельных параметров по Фиг.7.

Фиг.9 - блок-схема подэтапа 120-3 этапа 120 предпочтительного варианта осуществления способа 100 по Фиг.1.

Фиг.10 - иллюстрация процедуры оптимизации структуры разломов по Фиг.9.

Фиг.11 - блок-схема этапа 120 предпочтительного варианта осуществления способа 100 по Фиг.1.

Фиг.12 - блок-схема этапов способа прогнозирования сверхгидростатического давления при бурении согласно изобретению.

Фиг.13 - блок-схема этапа 1220 предпочтительного варианта осуществления способа 1200 по Фиг.12.

Фиг.14 - иллюстрация этапа 1230 предпочтительного варианта осуществления способа 1200 по Фиг.12.

Фиг.15 - блок-схема этапа 1240 предпочтительного варианта осуществления способа 1200 по Фиг.12.

Фиг.16 - иллюстративные стадии прогнозирования сверхгидростатического формационного давления при бурении на основе предпочтительного варианта осуществления способа 1200 по Фиг.12.

Фиг.17 - схематическое изображение системы, предназначенной для практической реализации предпочтительного варианта осуществления способа 1200 по Фиг.12.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Способ согласно настоящему изобретению предназначен для построения обратимой трехмерной гидродинамической модели земли с целью использования ее для анализа и исследования геофлюидальной системы, а также прогнозирования развития целевых характеристик в представляющей интерес области подземного пространства с целью оптимизации процесса бурения.

Изобретение позволяет заменить эталонную трехмерную модель земли, представленную миллионами ячеек сетки с десятками модельных параметров, подлежащих заданию для каждой ячейки, эффективно эквивалентной трехмерной моделью земли сокращенными на порядки пределами по задаваемым характеристикам. Эта модель (комбинированная трехмерная гидродинамическая модель земли) обеспечивает возможность быстрой и уникальной калибровки в реальном времени.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения целевой характеристикой является сверхгидростатическое формационное давление, и основным предназначением получаемой соответствующим изобретению способом комбинированной трехмерной модели земли является прогнозирование сверхгидростатического формационного давления перед бурением и в его процессе в реальном времени с калибровкой модельных параметров относительно собираемых в процессе бурения каротажных данных. При этом следует понимать, что развитый в настоящем изобретении подход позволяет определять не только сверхгидростатическое формационное давление, но и другие целевые характеристики, а способ, соответствующий настоящему изобретению, может быть применен не только для прогнозирования сверхгидростатического формационного давления, но и в контексте иного рода анализа геофлюидальной системы и прогнозирования ее свойств.

Ниже со ссылкой на Фиг.1 приводится описание способа 100 построения трехмерной модели земли, соответствующего настоящему изобретению. Как было сказано ранее, способ реализует замену эталонной трехмерной бассейновой модели земли эффективно эквивалентной комбинированной моделью земли.

Способ 100 согласно настоящему изобретению включает в себя два основных этапа: построение исходной комбинированной трехмерной модели земли с определением комбинированного трехмерного оператора прямого моделирования на пространстве параметров бассейновой модели, имеющем в общем случае большую размерность (этап 110 по Фиг.1), и последовательное перемасштабирование (уменьшение размерности) этого пространства параметров с целью оптимизации построенной на этапе 110 модели земли (этап 120 по Фиг.1).

По существу, способ согласно настоящему изобретению объединяет простоту и доступность эмпирических данных, соответствующие первой группе вышеописанных подходов предшествующего уровня техники, с более сложными и достоверными моделями земли, присущими второй группе вышеописанных подходов предшествующего уровня техники.

Согласно вышесказанному соответствующий настоящему изобретению способ 100 построения трехмерной модели земли, предназначенной для определения целевых характеристик области, образованной множеством пластов и содержащей точки заложения реальных буровых скважин или потенциальных буровых скважин (псевдоскважин), содержит два основных этапа. На этапе 110 на основе имеющихся данных измерений и известных свойств рассматриваемой области подземного пространства строят исходную комбинированную трехмерную модель земли посредством комбинирования решений для набора отдельных одномерных моделей земли с решениями для набора двумерных моделей земли. Как было сказано ранее, исходную комбинированную трехмерную модель земли строят на пространстве параметров соответствующей эталонной трехмерной бассейновой модели земли, которое имеет большую размерность, что крайне затрудняет выполнение калибровки этой модели земли в реальном времени.

Каждая одномерная модель земли соответствует точке заложения потенциальной или реальной буровой скважины и охватывает всю соответствующую совокупность пластов по глубине вдоль ствола скважины (в крест напластования). Следует отметить, что под реальной скважиной в настоящем описании понимается пробуренная скважина с соответствующим ей набором скважинных данных, который можно использовать для калибровки. Под потенциальной скважиной или псевдоскважиной в настоящем описании понимается планируемая скважина, разрез которой согласован со всей имеющейся информацией о геометрии пластов в рассматриваемой области.

Двумерные же модели земли строят в рассматриваемой области лишь для отдельных пластов из вышеупомянутых совокупностей пластов. Эти отдельные пласты обладают ключевыми в контексте построения модели земли и соответственно определения целевых характеристик свойствами, существенно отличающимися от соответствующих свойств вмещающих пластов. В частности, в описываемом ниже предпочтительном варианте осуществления этого способа упомянутые отдельные пласты обеспечивают геофлюидальную систему значимой в бассейновой шкале времени гидродинамической связью по латерали (т.е. в любом направлении в плоскости напластования) и выступают в роли коннекторов соответствующих гидродинамических потенциалов, определяющих превышение уровня текущего флюидального давления в точке разреза над гидростатическим. При этом соответствующие интервалы разреза должны регулярно прослеживаться на реальных скважинах, и обычно они связаны с регионально выдержанными коллекторами, которые обладают гидродинамическими свойствами, отличающимися от соответствующих свойств вмещающих пластов.

Взаимосвязи одномерных и двумерных моделей земли будут проиллюстрированы ниже при описании предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.

На этапе 120 выполняют оптимизацию построенной на этапе 110 исходной трехмерной модели земли, которая в соответствии с вышесказанным заключается по существу в перемасштабировании (уменьшении размерности) пространства параметров бассейновой модели земли. Этап 120 оптимизации включает в себя два основных подэтапа. На подэтапе 120-1 определяют оптимальный набор пластов для каждой одномерной модели земли посредством анализа влияния каждого из пластов на определяемые характеристики и исключения пластов, слабо влияющих на определяемые характеристики, путем их объединения с вмещающими пластами. Это позволяет минимизировать количество пластов, включаемых в каждую из одномерных моделей земли, избавившись от тех из них, которые слабо влияют на конечный результат, но, тем не менее, требуют затрат вычислительных ресурсов. Подробное описание варианта выполнения этой процедуры приводится ниже при изложении предпочтительного варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению.

На подэтапе 120-2 определяют оптимальный набор калибруемых модельных параметров посредством анализа влияния модельных параметров трехмерной модели земли, принадлежащих вышеупомянутому пространству параметров, на определяемые характеристики и исключают из набора калибруемых параметров параметры, вариации которых слабо влияют на определяемые характеристики. Этот этап имеет исключительную важность для последующей калибровки результирующей модели земли в контексте ее использования для прогнозирования в реальном времени, что описывается ниже более подробно. Задачей этого подэтапа является формирование оптимального набора модельных параметров для последующей калибровки, предпочтительно путем последовательного исключения из этого набора тех модельных параметров, вариации которых слабо влияют на конечный результат, посредством фиксации этих параметров на уровне их наиболее вероятных значений. Это позволяет минимизировать число калибруемых модельных параметров и тем самым дополнительно снизить затраты вычислительных ресурсов, повысить устойчивость и единственность обращения (инверсии) данных. Подробное описание варианта выполнения этой процедуры приводится ниже при изложении предпочтительного варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению.

Как известно, зачастую геометрия пластов является достаточно сложной и характеризуется различными структурными элементами, такими как флексуры, перегибы, разломы и т.п. При построении двумерных моделей земли не все подобные структурные элементы равнозначны для достижения заданной точности прогноза. Соответственно геометрический образ двумерной модели может быть оптимально упрощен без потери точности результатов моделирования. В этом случае этап 120 оптимизации включает в себя дополнительный подэтап 120-3 (на Фиг.1 показан пунктиром, что в данном случае означает, что этот этап является предпочтительным, но необязательным), на котором анализируют влияние структурных элементов упомянутых отдельных пластов на определяемые характеристики и исключают структурные элементы, слабо влияющие на определяемые характеристики, что в свою очередь позволяет снизить затраты вычислительных ресурсов, а также повысить единственность и устойчивость инверсии данных при калибровке. Подробное описание варианта выполнения этой процедуры приводится ниже при изложении предпочтительного варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению.

Далее приводится подробное описание предпочтительного варианта осуществления способа 100, соответствующего настоящему изобретению, в котором в соответствии с вышесказанным определяемой характеристикой является сверхгидростатическое формационное давление.

В основе этого предпочтительного варианта осуществления лежит хорошо доказанный факт наличия разных режимов формационных давлений в латерально гидродинамически связанных слоевых элементах геологического разреза (формациях-коллекторах), обеспечивающих латеральный гидродинамический контакт за счет хорошей водопроницаемости по латерали, и в латерально водонепроницаемых элементах геологического разреза (флюидоупорах), в которых разгрузкой избыточных формационных давлений по латерали можно пренебречь, причем латерально гидродинамически связанные элементы связаны с песчанистой литологией либо трещиноватыми карбонатами, а латерально водонепроницаемые элементы обычно связаны с глинистой литологией либо плотными карбонатами (см. Magara K. Compaction and fluid migration, 1978, Elsevier Scientific Publishing Company, стр.319). Ключевым фактором, лежащим в основе этого различия, является существенно отличающиеся скорость выравнивания избыточного давления и направление соответствующего потока флюида. В частности, латеральная компонента потока флюида при сокращении порового пространства за счет уплотнения вмещающей породы значительна для интервалов, соответствующих песку, и пренебрежимо мала для интервалов, соответствующих глине (см. Фиг.2). Таким образом, нет необходимости находить решение полной трехмерной гидродинамической бассейновой модели земли для всей рассматриваемой геофлюидальной системы, но достаточно найти решения лишь для ее латерально гидродинамически связанных частей, которые эффективно действуют в качестве коннекторов формационного давления в течение геологической истории формирования геофлюидальной системы.

Как было отмечено ранее, на практике описываемый подход преобразует полное трехмерное численное решение прямой задачи на регулярной трехмерной сетке, соответствующее бассейновой модели, к комбинации решений, полученных для набора отдельных одномерных формационных моделей скважин, и двумерных решений той же задачи, полученных для латерально гидродинамически связанных пластов (формаций-коллекторов), представляемых нерегулярной сеткой. Следует отметить, что соответствующие численные решения были получены авторами настоящего изобретения как для вышеупомянутого одномерного случая (см. Madatov A.G., Sereda V.-A.I., Doyle E.F., Pore pressure prediction by using inversion before and during drilling, научный доклад на симпозиуме "New methods and technologies in petroleum geology, drilling and reservoir engineering", 19-20 июня 1997, Краков, Польша), так и для вышеупомянутого двумерного случая (Madatov A.G., Sereda V.-A.I., The decomposition of 3-D overpressure evolution model in basin scale and its application to the fault seal analysis, Review of the Murmansk State University, 2001, том. 4, №1, стр.79-96) на основе реализации абсолютно устойчивого метода неявного решения численной конечно-разностной задачи ADI (см. Wang H.F., Anderson M.P., Introduction to Groundwater Modelling. Finite Difference and Finite Element Methods, 1982, Academic Press Inc., 237 стр.).

В результате виртуальный куб, вмещающий произвольную трехмерную бассейновую модель геофлюидальной системы, представленный миллионами ячеек с десятками модельных параметров, подлежащих заданию для каждой ячейки, можно перемасштабировать с понижением его размерности к описанной комбинации одномерных и двумерных решений, которые эффективно заменяют его с точки зрения калибровки модели, описывающей сверхгидростатическое формационное давление (см. Фиг.3).

Описываемый подход позволяет достичь значительного ускорения выполнения трехмерной прямой модели на компьютере. В частности, для регулярной трехмерной сетки с числом узлов N_x=N_y=N_z=1000 требующееся процессорное время составляет всего 0,34% от требующегося процессорного времени для классической трехмерной численной схемы.

Далее со ссылкой на Фиг.4 подробно описывается выполняемый в бассейновой шкале времени этап 110 построения исходной трехмерной модели земли, соответствующий предпочтительному варианту осуществления вышеизложенного способа 100.

Пусть прямое решение трехмерной гидродинамической задачи в отношении избыточного порового давления отыскивается в трехмерной представляющей интерес области подземного пространства. В соответствии с вышесказанным результирующая трехмерная модель включает в себя M_w одномерных моделей земли (каждая из которых охватывает всю соответствующую совокупность пластов) и M_L двумерных гидродинамических моделей земли (для латерально гидродинамически связанных пластов). Следует отметить, что по меньшей мере один такой латеральный канал должен быть представлен в каждой из M_w одномерных моделей в соответствующем