Способ усовершенствованного определения подповерхностной температуры

Способ усовершенствованного определения подповерхностной температуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к определению температуры в области под поверхностью Земли, в частности, на основании сейсмических данных.

Уровень техники

Представление о распределении температуры в земной коре полезно для идентификации областей высокой тепловой энергии.

В отрасли разведки и добычи нефти и газа температурный режим в земной коре может определять свойства пласта-коллектора и тип углеводородов, присутствующих в подповерхностном пласте, и, в свою очередь, влиять на возможность извлечения углеводородов из такого пласта.

Эмпирические данные, представленные авторами Steen и Nadeau (см. Steen, ∅., and Nadeau, Р.К., 2007, AAPG annual meeting, Long Beach, AAPG Search and Discover Article, #90063), показывают, что 90% мировых нефтегазовых месторождений находятся при существующей температуре менее 120 градусов Цельсия. Таким образом, идентификация этой зоны представляет собой большой интерес. Точно так же желательной может быть идентификация частей бассейна, которые, вероятно, являются непродуктивными, имеют незрелую или преимущественно газовую материнскую породу. Включение температуры в оценку геологического бассейна является крайне важным для нахождения зон максимального нефтегазонасыщения при нефтегазообразовании в бассейне.

Для построения изображения строения подповерхностной структуры может осуществляться сбор сейсмических данных. Например, может выполняться сейсморазведка области, в которой сейсмическая волна проходит от поверхности в подповерхностную область. При этом для измерения амплитуды сейсмических волн в подповерхностной области как отклика на прохождение и времен вступления сейсмических волн относительно передачи могут применяться приемники. Высокоамплитудные события могут быть связаны с акустическими отражателями в структуре подповерхностной области. Данные от различных латеральных местоположений могут быть представлены в виде синхронизированных временных последовательностей - сейсмотрасс для формирования двухмерного сейсмического изображения подземной области, показывающего временное местоположение отражающих объектов, где время, по существу, заменяет глубину. Такое изображение позволяет выявлять строение подземной области. Как правило, графики амплитуд строят в зависимости от полного времени двойного пробега (ВДП), представляющего собой время пробега проходящей сейсмической волны от сейсмоисточника до глубинного отражающего объекта и от отражающего объекта до сейсмоприемника. Время пробега зависит от скорости распространения сейсмических волн в структуре подповерхностной области и может быть преобразовано в разрез в истинных амплитудах глубины путем применения метода «вертикального растяжения».

Сейсмические данные могут визуализироваться в режиме реального времени в ходе сбора данных. Сбор данных может осуществляться в открытом море при помощи сейсморазведочного судна. Данные могут подвергаться предварительной обработке. После этого данные могут передаваться по каналу связи в комнату данных, оборудованную дисплеями, для визуализации данных, например, в виде двухмерного сейсмического изображения.

Информацию о температуре часто добавляют к сейсмическим изображениям морского дна для визуализации распределения температуры. Например, контурные карты ВДП, проецируемые на поверхность морского дна, могут содержать наложение температур, или на двухмерных сейсмических разрезах ВДП могут быть построены изотермы.

Существующие методы определения температурного распределения, как правило, включают в себя программные пакеты бассейного моделирования, требующие применения геологических моделей при истинной вертикальной глубине, заполненных с использованием геофизических свойств, таких как теплопроводность, плотность и теплоемкость, или использующих библиотеки литологических составов подповерхностной области и связанных с ними тенденций уплотнения. Эти методы позволяют вычислять температурные профили с помощью стационарного приближения путем решения уравнений закона Фурье или решения полного уравнения нестационарной теплопроводности.

Такие методы не могут быть удобными для использования из-за исходных требований программного обеспечения. В особенности это может быть справедливо применительно к комнатам данных, где данные доступны или видны пользователю в течение ограниченного периода времени, например, пары часов или, самое большее, двух суток. Помимо этого, специальное программное обеспечение такого типа может не быть доступным в комнатах данных. Кроме того, для работы с таким программным обеспечением могут требоваться специалисты.

Сущность изобретения

В первом аспекте настоящего изобретения обеспечен способ определения температуры в подземной области, содержащий следующее:

(a) обеспечивают по меньшей мере одно время пробега сейсмической волны, связанное с откликом на по меньшей одно испускание из источника в указанную область при сейсморазведке; и

(b) используют указанное время пробега для определения указанной температуры при каждом времени пробега.

По меньшей мере одно время пробега сейсмической волны может, таким образом, относиться к по меньшей мере одному испусканию сейсмической волны из источника в указанную область.

Способ может дополнительно содержать обеспечение по меньшей мере одной компоненты для комбинирования с указанным временем пробега, а шаг b может содержать комбинирование указанной компоненты с указанным временем пробега для вычисления температуры.

Компонента для комбинирования с температурой или временем пробега может представлять собой заданную компоненту. Поэтому повторная оценка компоненты при каждом определении может не потребоваться.

Компонента может быть основана на тепловом потоке на поверхности Земли или на морском дне в случае морской сейсморазведки. Компонента может быть основана на скорости распространения сейсмических волн, теплопроводности или моделируемом отношении между скоростью распространения сейсмических волн и теплопроводностью. Моделируемое отношение может представлять собой линейное соотношение между скоростью распространения сейсмических волн и теплопроводностью. Компонента основана на параметре, определяющем по меньшей мере частично указанное моделируемое отношение.

В частности, компонента может представлять собой или быть равной, или приблизительно равной соотношению между первым и вторыми параметрами, причем первый параметр представляет собой тепловой поток на поверхности Земли. Второй параметр может представлять собой или быть равным, или приблизительно равным соотношению между скоростью распространения сейсмических волн и теплопроводностью.

Путем использования отношения скорости распространения сейсмических волн к теплопроводности устраняют зависимость от глубины при определении температуры с помощью компоненты для комбинирования.

Компонента и/или второй параметр могут быть постоянными для по меньшей мере одного или более из: (i) множества времен пробега: (ii) по меньшей мере одного латерального местоположения; и (iii) множества латеральных местоположений.

Второй параметр может представлять собой коэффициент пропорциональности между скоростью распространения сейсмических волн и теплопроводностью. Второй параметр может в типовом случае принимать значение в диапазоне от 0 до 1×0^-3 (Вт⋅с)/км², а более типично в диапазоне от 0,3 до 0,7×10^-3 (Вт⋅с)/км².

Способ может дополнительно содержать определение теплового потока и/или второго параметра. Способ может дополнительно содержать получение по меньшей мере одной скорости распространения сейсмических волн и по меньшей мере одной теплопроводности для указанной области, и использование полученной скорости и/или теплопроводности для вычисления соотношения между ними.

Сейсмический отклик может содержать по меньшей мере одну временную последовательность амплитуд, связанную с по меньшей мере одним латеральным местоположением. Отклик может быть записан в течение периода записи, а шаг обеспечения указанного времени пробега содержит выбор времени из указанного периода записи. Отклик может дополнительно содержать использование определенной температуры для определения местоположения для бурения скважины, а также может дополнительно содержать анализ сейсмического отклика вместе с указанной температурой для определения указанного местоположения.

Способ может дополнительно содержать использование определенной температуры для определения местоположения для бурения скважины с целью извлечения углеводородов из недр.

Способ может дополнительно содержать использование температуры для определения свойства подповерхностной среды. Это свойство может представлять собой одно или более из: зрелости, типа или распределения флюида, содержащегося в подповерхностной среде. Способ может дополнительно содержать использование указанного свойства для определения местоположения для бурения скважины с целью извлечения углеводородов из недр.

Шаг b в первом аспекте может включать в себя идентификацию по меньшей мере одного местоположения в таблице с использованием указанного времени пробега и поиск значения температуры для указанного местоположения. Таблица может в этом случае содержать заданные значения температуры, вычисленные на основании комбинирования компоненты с моделируемыми временами пробега.

Шаг b во втором аспекте может включать в себя идентификацию местоположения по таблице с использованием предоставленной искомой температуры, и может включать в себя поиск времени пробега для указанного местоположения. Таблица может в этом случае содержать заданные значения пробега, вычисленные на основании комбинирования компоненты с моделируемыми температурами.

В третьем аспекте изобретения обеспечено устройство для реализации способа согласно любому из первого и второго аспектов.

В четвертом аспекте изобретения обеспечена компьютерная программа для использования при реализации способа согласно любому из первого и второго аспектов, причем программа содержит команды для оценки температуры на основании указанного времени пробега.

В пятом аспекте изобретения обеспечено компьютерное устройство, предназначенное для выполнения программы согласно четвертому аспекту для оценки указанной температуры на основе указанного времени пробега.

В шестом аспекте изобретения обеспечен машиночитаемый носитель данных, содержащий программу согласно пятому аспекту.

В другом аспекте может быть обеспечен способ определения времени пробега сейсмической волны, в котором подземная область имеет искомую температуру, причем указанное время связано с откликом на испускание сейсмической волны от источника в указанную область, при этом способ содержит предоставление искомой температуры и определение указанного времени пробега с использованием предоставленной искомой температуры. Способ может дополнительно содержать обеспечение по меньшей мере одной компоненты для комбинирования с предоставленной искомой температурой, и может содержать комбинирование указанной компоненты с указанной температурой для вычисления времени пробега.

Каждый из вышеупомянутых аспектов может включать в себя дополнительные признаки, содержащиеся в пунктах формулы изобретения или в настоящем ,ли на чертежах в любом сочетании. Отличительные признаки могут комбинироваться между любыми из различных аспектов.

Каждый признак, раскрытый или проиллюстрированный в настоящем описании, может быть включен в изобретение, самостоятельно или в любой соответствующей комбинации с любым другим признаком, раскрытым или проиллюстрированным в нем.

Изобретение обеспечивает способ вычисления температуры, который удобен, если, например, преобразованные в глубинный масштаб данные недоступны. Шаг b может выполняться, не требуя преобразования указанного времени пробега в глубинный масштаб, и это позволяет упростить определение температуры по сравнению с методами предшествующего уровня техники.

Описание и чертежи

Теперь, только в качестве примера, будут раскрыты варианты осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 представлена блок-схема, показывающая шаги способа в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

На фиг. 2 представлена блок-схема, показывающая шаги способа в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

На фиг. 3 представлено изображение устройства в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, которое может применяться для реализации способов, показанных на фиг. 1 или фиг. 2.

Эмпирическая оценка существующей подповерхностной температуры может быть выполнена как функция времени двойного пробега сейсмической волны.

Принимаются следующие предположения:

1) тепловой поток является постоянным (стационарное приближение);

2) существует линейное соотношение между теплопроводностью и вертикальной скоростью распространения продольной сейсмической волны (P-волны) с известным коэффициентом пропорциональности; и

3) оценка теплового потока на морском дне доступна (как правило, из публикаций).

Дополнительное предположение состоит в том, что глубинное преобразование типа вертикального растяжения целесообразно в допустимых пределах.

Геологическая модель или соотношение для оценки температуры может быть получена следующим образом.

Предположим, что применяется закон Фурье для одномерного теплового потока, и что достигнут стационарный режим. Тогда температурный градиент с глубиной может быть представлен как:

где T - температура, z - глубина, k - теплопроводность, а q - стационарный тепловой поток. Тогда решение выражения (1) имеет вид:

где нижний индекс z_SF обозначает морское дно и представляет собой глубину ниже морского дна.

Предположим, что между теплопроводностью и скоростью υ_o в существует линейная зависимость, представленная следующим уравнением:

Коэффициент а представляет собой коэффициент пропорциональности между теплопроводностью и скоростью и определен эмпирически (см. Rybach, L., Leu, W., and Greber, E., 1997, Sediment thermal conductivity derived from wireline logs -calibration by cores and cuttings, 59^th EAGE Conference and Technical Exhibition, Geneva, Expanded Abstract, F028) следующим образом:

(т.е. единицей измерения υ_o служит м/с).

Подставляя уравнение (3) вместо k(z), интеграл (2) можно записать следующим образом:

Переменную интегрирования в (4) можно изменить с глубины на время вертикального двойного пробега сейсмической волны следующим образом:

При подстановке замененной переменной в (4) интеграл температуры становится независимым от времени и тривиальным, как показано в следующем выражении:

Преобразуя интеграл (6), получаем температуру в момент времени t₀:

где t₀ - время двойного пробега, а t_SF - время двойного пробега к морскому дну.

Уравнение (7) обеспечивает модель или соотношение для оценки существующей установившейся температуры как функции времени двойного пробега ниже морского дна, теплового потока на поверхности и постоянной Rybach'a.

Используя модель, представленную уравнением (7), можно вычислить температуру для данного времени пробега, или, наоборот, может быть вычислено соответствующее время пробега для данной температуры. Последнее может быть полезным для построения той или иной изотермы на сейсмическом изображении данных в области значений времени пробега.

Апостроф, связанный с различными параметрами вышеприведенных уравнений, используется для указания на переменные интегрирования.

Как показано на фиг. 1, принимая во внимание описанный выше вывод, температуру в каком-либо месте подповерхностной среды можно оценить при помощи следующих шагов:

S1: Получают данные. Данные могут содержать измерения времен пробега сейсмических волн, распространяющихся в подповерхностной среде между источником и приемником сейсмических волн. Это может быть, например, время двойного пробега (ВДП) волны от источника, например, на морском дне, до глубинного отражающего объекта и от отражающего объекта до приемника, например, на морском дне. Следует понимать, что ВДП означает время вертикального двойного пробега сейсмической волны для однократных (однократно отраженных) волн.

S2: Оценивают тепловой поток на поверхности. Оценка может быть получена по глобальным или региональным данным теплового потока, которые могут быть легкодоступными. Типичный тепловой поток может иметь значение приблизительно от 40 до 60 мВт/м². Конкретное значение, использовавшееся экспериментально, составляет q=48 мВт/м².

S3 и S4: Обеспечивают модель, имеющую коэффициент масштабирования («компоненту») q/a, например заданный уравнением (7), для комбинирования с временами пробега и их масштабирования. Применяя коэффициент масштабирования к временам пробега, оценивают температуру для каждого времени пробега. Следует понимать, что и a и q могут принимать различные значения в зависимости от обстоятельств. Как правило, может рассматриваться значение q/a 0 в диапазоне от 0 до 1×10^-3 (В⋅тс)/км². Соотношение q/a может быть определено, если доступны скважинные данные. В противном случае оно будет взято из аналогичных моделей/участков.

Как показано на фиг. 2, дополнительный пример содержит следующие шаги S1-S4.

S1: Определяют температуру изотермы. Это может быть требуемая изотерма для добавления к набору данных сейсмических амплитуд при различных двойных временах пробега в различных латеральных местоположениях.

S2: Оценивают значение теплового потока на поверхности Земли, например по карте тепловых потоков.

S3: Обеспечивают модель. Модель может содержать моделируемые времена пробега, линейно связанные с моделируемой температурой коэффициентом масштабирования («компонентой»), см. уравнение (7).

S4: Оценивают времена пробега для температуры изотермы при помощи модели.

Уравнение (7) показывает, что в случае горизонтального морского дна изотермы представляют собой линии постоянного времени двойного пробега на суммарном сейсмическом временном разрезе. Рассмотрение латерально изменяющегося теплового потока и переменных батиметрических данных не вызывает затруднений. Различные значения теплового потока можно просто выбрать и применить с уравнением (7) для различных латеральных местоположений. В некоторых вариантах способа, в случае необходимости, глубину, соответствующую каждому времени пробега, можно оценить при помощи глубинного преобразования типа вертикального растяжения с учетом подходящих скоростей распространения сейсмических волн для строения подповерхностной среды. Изотермы или температуры могут при этом быть построены в качестве функции глубины без дополнительной потери точности. Хотя изотермы будут представлять собой прямые линии во временной области, после преобразования в глубинный масштаб изотермы могут изменяться латерально с глубиной в зависимости от скоростной модели.

Модель уравнения (7) проста в использовании. Когда будут обеспечены данные о временах пробегах, температура может быть вычислена просто путем умножения времен пробега на компоненту q/2a. И наоборот, когда будут обеспечены данные о температуре, время пробега может быть вычислено просто путем умножения температур на компоненту q/2a. Умножаемые компоненты, которые определяют линейное соотношение между температурой и временем пробега, принимают, как правило, постоянное значение для каждого латерального местоположения и во множестве латеральных местоположений и могут быть заранее вычислены.

В общем случае может быть и другой коэффициент пропорциональности, например отношение теплопроводности к скорости вдоль сейсмической трассы. Таким образом, для других интервалов времени двойного пробега это отношение может иметь другое значение. В соответствии с петрофизическими исследованиями коэффициент пропорциональности может быть определен по объемной глинистости. Как правило, ее определяют путем каротажа в стволах скважин. Однако в относительно неизученной обстановке объемную глинистость можно часто оценивать путем седиментологической интерпретации и аналитической оценки на основе представления о системе осадконакопления. Во многих случаях средняя объемная глинистость, составляющая, например, 50%, будет достаточной.

На фиг. 3 приведен пример компьютерного устройства 10 для использования при оценке температуры в каком-либо месте подповерхностной среды. Компьютерное устройство 10 содержит устройство 12 ввода-вывода, применяемое для приема времен пробега. Компьютерное устройство 10 содержит микропроцессор 13, применяемый для обработки времен пробега. В дополнение к этому компьютерное устройство 10 может быть снабжено компьютерной программой, хранящейся в запоминающем устройстве 14, которое содержит машиночитаемые команды для вычисления температуры с использованием времен пробега. В запоминающем устройстве 14 может также храниться константа теплового потока и коэффициент пропорциональности, которые образуют коэффициент масштабирования. Микропроцессор подключен к устройству 12 ввода-вывода и запоминающему устройству 14 и применяется для выполнения программы с целью вычисления температуры в соответствии с уравнением (7). Компьютерное устройство может включать в себя дисплей 15, который может применяться для визуализации оцениваемых температур, например, в зависимости от времени или глубины. Данные сейсмических амплитуд могут отображаться в зависимости от глубины или времени, например как изображения в виде двухмерного сейсмического глубинного или временного разреза, охватывающего множество латеральных местоположений, а оцениваемые температуры с временем или глубиной могут накладываться, например, в виде изотерм.

Компьютерное устройство может быть предусмотрено в виде компактного блока или может представлять собой распределенную систему, в которой, например, каждый из отдельных компонентов 12-14 обеспечивается отдельно друг от друга. Все такие компоненты могут предусматриваться в отдельном месте и могут взаимодействовать друг с другом по сети передачи данных, например кабельной или беспроводной. Дисплей может предусматриваться в комнате данных. Запоминающее устройство 14 может содержать переносной носитель данных, который может содержать компьютерную программу или ее части. Носитель может представлять собой оптический диск или флеш-накопитель и т.п., который можно выборочно подключать или отключать от устройства 10 (например, при помощи беспроводной сети) по мере необходимости.

Раскрытый метод обеспечивает ряд преимуществ. Времена пробега сейсмических волн связывают с вычислениями температуры. Это обеспечивает возможность вычисления распределений температур по двойному времени пробега сейсмической волны без необходимости в дополнительной геологической или геофизической информации по вертикальной глубине. Необходимость в глубинном преобразовании времен пробега перед получением температуры по временам пробега отсутствует. Действительно, для получения температуры нет никакой необходимости в глубинном преобразовании времен пробега. Чтобы достичь этого, используют корреляцию между теплопроводностью и скоростью распространения сейсмических волн, как показано в уравнениях (3)-(7). В более ранних способах используются только глубина и температура.

Соотношение, представленное уравнением (7), обеспечивает простой и удобный способ для оценки температуры. Он позволяет сэкономить время, и оценка вероятных существующих изотерм температуры может быть представлена в ограниченном временном окне, например, в комнате данных, либо в другой ситуации, когда быстрая оценка бассейна может оказаться полезной. Подготовка к вычислению q/a может быть выполнена таким образом, чтобы пользователь мог наложить на морское дно изотермы, как, например, карты времени двойного пробега (ВДП), с целью быстрой идентификации так называемой золотой зоны зрелости материнской породы для разведки на нефть. Подготовка не вызывает затруднений. Детальная входная информация не требуется.

Необходимы только данные о времени пробега сейсмической волны плюс два дополнительных входных параметра, т.е. оценка стационарного теплового потока на морском дне и линейное соотношение между скоростью распространения сейсмических волн и теплопроводностью, представленное постоянной Rybach'a. Тепловой поток и постоянную, связывающую скорость и теплопроводность, можно, как правило, оценить заранее (перед использованием в комнате данных или в другой ситуации, требующей быстрой оценки, когда данные обычно доступны только в виде ВДП), так что коэффициент масштабирования может быть легко применен к временам пробега и оцениваемым изотермам / температурам.

Можно также отметить, что время пробега в сейсмических разрезах устойчиво к погрешностям скорости, так как оно обладает лишь очень слабой чувствительностью к скорости суммирования сейсмических сигналов. Это способствует обеспечению устойчивости к оценке температуры. Только если изотермы преобразуют в глубинный масштаб (при необходимости), требуются точные скорости распространения сейсмических волн.

Кроме того, способ определения температуры легко адаптировать для латеральных вариаций в тепловом потоке. Он дает текущую и установившуюся температуру. Это может потенциально быть использовано в качестве конечного граничного условия для оценок изменения температуры бассейна во времени. При необходимости времена пробега вместе со связанными с ними результатами измерения температуры могут быть преобразованы в глубинный масштаб путем использования скоростей распространения сейсмических волн.

Различные модификации и усовершенствования могут быть внесены без отступления от объема изобретения, раскрытого в настоящей заявке.

1. Способ определения температуры (Т) в области под поверхностью Земли, содержащий следующее:

(a) обеспечивают по меньшей мере одно время (t) вертикального двойного пробега сейсмической волны, связанное с откликом на по меньшей мере одно испускание из источника в указанную область при сейсморазведке; и

(b) применяют коэффициент q/2a масштабирования к указанному или каждому времени (t) пробега для определения указанной температуры (Т) для указанного или каждого времени пробега, где q - стационарный тепловой поток на поверхности Земли и а - эмпирически определенная константа.

2. Способ по п. 1, в котором константа а равна или приблизительно равна отношению между скоростью распространения сейсмических волн и теплопроводностью.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором указанная компонента и/или указанный второй параметр являются постоянными для по меньшей мере одного или более из:

(i) множества времен пробега:

(ii) по меньшей мере одного латерального местоположения; и

(iii) множества латеральных местоположений.

4. Способ по п. 2, в котором указанная константа а принимает значение в диапазоне от 0,3 до 0,7×10^-3 (Вт⋅с)/км².

5. Способ по п. 2 или 4, дополнительно содержащий определение теплового потока и/или второго параметра.

6. Способ по п. 2, дополнительно содержащий получение по меньшей мере одной скорости распространения сейсмических волн и по меньшей мере одной теплопроводности для указанной области, и применение полученной скорости и/или теплопроводности для вычисления соотношения между ними.

7. Способ по п. 1, в котором сейсмический отклик содержит по меньшей мере одну временную последовательность амплитуд, связанную с по меньшей мере одним латеральным местоположением.

8. Способ по п. 7, в котором отклик записывают в течение периода записи, а шаг обеспечения указанного времени пробега содержит выбор времени из указанного периода записи.

9. Способ по п. 1, дополнительно содержащий использование определенной температуры для определения местоположения для бурения скважины.

10. Способ по п. 9, дополнительно содержащий анализ сейсмического отклика вместе с указанной температурой для определения указанного местоположения.

11. Способ по п. 1, дополнительно содержащий использование оцененной температуры для определения свойства подповерхностной области, причем это свойство может представлять собой одно или более из: зрелости, типа и распределения текучей среды, содержащейся в подповерхностной области.

12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий использование указанного свойства для определения местоположения для бурения скважины с целью извлечения углеводородов из подповерхностной области.

13. Устройство для определения температуры области под поверхностью Земли, выполненное с возможностью реализации способа по п. 1.

14. Компьютерное устройство для определения температуры области под поверхностью Земли, выполненное с возможностью выполнения программы для реализации способа по п. 1 для оценки температуры на основании указанного времени пробега.

15. Машиночитаемый носитель данных, содержащий программу для реализации способа по п. 1 для определения температуры области под поверхностью Земли.