Математическое моделирование нефти и газа

ВВЕДЕНИЕ

Математические методы использовались на заре развития геологической науки, а к настоящему времени число публикаций в этой области достигает десятков тысяч. Особенно широко они применяются в геологических задачах в последние годы, в эпоху научно-технической революции, знаменующейся разработкой и широким внедрением количественных методов и ЭВМ практически во все сферы народного хозяйства.

Объектами геологических исследований могут быть металлогенетические провинции, рудные районы, узлы и поля, месторождения, зоны оруднения, тела, рудные столбы, минеральные агрегаты, зерна минералов, породы, окаменелости, процессы осадконакопления, стадийность магматизма и многое другое. Математические методы изучения имеют дело не с материальными объектами и явлениями, а с совокупностями значений оцениваемых признаков, которыми эти объекты и явления обладают. Чтобы не допустить грубых ошибочных заключений, получаемых на их основе, необходимо избегать использования таких совокупностей в отрыве от реальной природы изучаемого.

Применение математических методов для решения геологических задач неоспоримо свидетельствуют о высокой геологической информативности количественных оценок тех факторов, для которых традиционными были лишь качественные суждения.

1.МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЕГО ЦЕЛИ ПРИ ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНОМ ПРОЦЕССЕ

Математическое моделирование – это разновидность мысленного моделирования залежей. Применение линейной интерполяции, других функций различной сложности, вероятно-статистических методов означает применение математического моделирования. Превращение математической структуры в модель геологического явления или процесса происходит тогда, когда элементам этой структуры (абстрактным математическим объектам) дается геологическое истолкование, когда устанавливается соответствие между элементами математической структуры и экспериментально установленным свойствам залежи.

С помощью математического моделирования можно решать множество геологических задач:

· оценка средних значений измеряемых признаков;

· характеристика их изменчивости;

· математическое описание установленных корреляционных зависимостей;

· установление закономерной и случайной составляющих изменчивости изучаемых параметров на линии, площади, в объеме;

· построение карт комплексных показателей перспективности оцениваемых территорий на конкретные виды полезных ископаемых;

· оценка прогнозных ресурсов изучаемых площадей;

· выбор сети наблюдений, оптимальных кондиций для разведуемых месторождений, систем вскрытия и обработки промышленных объектов;

· подсчет запасов на основе методов пространственно-статистического анализа;

· моделирование геологических явлений с целью познания процессов осадконакопления.

Моделирование с целью познания процессов и явлений применяется при изучении систем, не поддающихся экспериментальным исследованиям и строгому описанию одновременно действующих многочисленных факторов. Модель обеспечивает лишь приближенное представление о возможном протекании описываемого геологического процесса. Модель никогда не выводит законы, а лишь предполагает и обосновывает возможные варианты.

С появлением вычислительной техники моделирование стало одним из важнейших методов научного познания. Моделирование позволяет предсказать ситуацию, имитировать особенности функционирования системы, уменьшает в потребности в сложном оборудовании и сложных лабораторных испытаниях, сократить сроки в тысячи раз.

2.ПРОМЫШЛЕННАЯ ОЦЕНКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА

Количественные оценки роли нефти и газа, осуществленные разными исследователями, существенно различаются, что свидетельствует, с одной стороны, о существовании неопределенности при оценке многих подсчетных параметров и, с другой – о совершенстве существующих методов подсчета различных категорий.

Запасы нефти, газ, конденсата и содержащихся в них компонентов, имеющих промышленное значение, по степени изученности подразделяются на категории А,В и С₁ и предварительно оцененные – категория С₂.

Ресурсы нефти и газа по степени их обоснованности подразделяются на перспективные – категория С₃ и прогнозные – категории Д₁ и Д₂.

Запасы и перспективные ресурсы нефти и газа подсчитываются и учитываются в Государственном балансе запасов полезных ископаемых России по результатам геологоразведочных работ и разработке месторождений.

Промышленное значение месторождений зависит от технических возможностей и целесообразности добычи и переработки полезного ископаемого, заключенного в пределах месторождения.

Каждая стадия разведки месторождения или его части завершается промышленной оценкой объекта разведки. От надежности исходных данных зависит количество производимой оценки. На ранних стадиях в результате поисково-оценочных работ и при проведении предварительной разведки дается ориентировочная оценка возможного промышленного значения месторождения. Такие оценки называют перспективными или геолого-экономическими.

Промышленные оценки месторождений полезных ископаемых могут быть подразделены на две группы:

- предварительные промышленные оценки, осуществляемые в процессе разведки месторождения, преимущественно в последний период разведочных работ предварительной стадии или при детальной разведке до ее завершения;

- проектные промышленные оценки, которые выполняются по окончании разведки, предшествующей отработке месторождения, и являются основанием проектирования добычи и переработки полезного ископаемого.

3.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНОГО ПРОЦЕССА

Геологоразведочный процесс является совокупностью взаимосвязанных и применяемых работ и научных исследований, которые должны обеспечить открытие, геолого-экономическую оценку и подготовку к разработке полезного ископаемого. В процессе геологоразведочных работ проводится геологическое изучение недр. Рациональное изучение недр, целесообразное использование средств, отпускаемых государством на ведение геологоразведочных работ, представляют собой задачи большого народнохозяйственного значения.

Организации и учреждения, осуществляющие геологическое изучение недр, обязываются обеспечить:

- рациональное, научно обоснованное направление и эффективности работ по геологическому изучению недр;

- полноту изучения геологического строения недр, горнотехнических, гидрогеологических и других условий разработки разведанных месторождений, строительства и эксплуатации подземных подразделений, не связанных с добычей полезных ископаемых;

- достоверность определения количества и качества запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и содержащихся в них компонентов, геолого-экономическую оценку месторождений полезных ископаемых;

- ведение работ по геологическому изучению недр методами и способами, исключающими неоправданные потери полезных ископаемых и снижение их качества;

- размещение извлекаемых из недр горных пород и полезных ископаемых, исключающее их вредное влияние на окружающую среду;

Обнаружение, разведка и подготовка и разработке скоплений нефти и газа занимает значительный период времени, в течение которого проводятся различные работы. Поисково-разведочный процесс начинается с изучения общей геологической характеристики крупных территорий. На следующем этапе выбираются районы с благоприятными для образования и сохранения залежей нефти и газа геологическими условиями, в которых проводится поиск различного рода ловушек. После установления такого рода ловушек и получения промышленных притоков нефти и газа начинается разведка залежи.

Поисково-разведочные работы на нефть и газ выполняются в два этапа: поисковый и разведочный.

Поисковые работы предназначены для выявления месторождений нефти и газа. Во время поискового этапа проводятся региональные геолого-геофизические исследования, выявляются перспективные площади. На разведочном этапе наиболее перспективные месторождения оцениваются с точки зрения их промышленной значимости и подготавливаются к разработке. В этот этап проводят бурение разведочных скважин. На разведочном этапе наиболее перспективные месторождения оцениваются с точки зрения их промышленной значимости и подготавливаются к разработке.

Региональные геолого-геофизические исследования позволяют дать общую оценку геологического строения и нефтегазоносности крупного региона или его части. Выявленные с их помощью перспективные площади затем становятся объектом проведения более детальных работ. Основной их задачей является выяснение тектонического строения площади и наличия ловушки.

Основой геологических изысканий является геологическая карта. Геологическая карта – это проекция на горизонтальную плоскость выходов на земную поверхность различных по возрасту и составу комплексов горных пород.

Геологическая карта составляется в результате проведения геологической съемки. В процессе съемки выполняются в большом объеме стратиграфические, минералого-петрографические, тектонические, геоморфологические, геофизические, гидрогеологические и геохимические исследования.

Геологические карты дополняются рядом вспомогательных карт. Наряду с ними строятся вертикальный разрез отложений, обнажающихся на площади съемки, а также геологические профильные разрезы по наиболее характерным направлениям.

4.ДАННЫЕ ПО ВАРИАНТУ

Пятый тектонический элемент, третий нефтегазоносный комплекс.

Таблица 1 – Исходные данные

Таблица 2 – Пересчет исходных данных

где n – количество открытых месторождений в период;

N – количество накопленных месторождений;

Q – количество открытых запасов, тыс. т;

V – количество накопленных запасов, тыс. т;

q – средние запасы залежи (q=Q/n), тыс.т;

Q/V – отношение открытых запасов к накопленным;

n/N – отношение открытых месторождений к накопленным.

4.1 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

1. Динамика открытия залежи n=n(t)

С 1972 по 1982 года динамика открытия залежей идет приблизительно на одном уровне, то есть в периоды с 1972-19782 по 1982-1999 было открыто 3 и 4 залежей. Начиная с 1992 года, количество открытых скважин уменьшается и достигает 1.

2. Динамика подготовки запасов Q=Q(t)

В период с 1972-1982 года отмечается увеличение открытых запасов нефти, максимальное значение было зафиксировано в 1989 году и составляло 8243 тыс. тонн, минимальное – в 1972 (123 тыс. тонн). Период с 1982 по 1992 года является переломным. С 1982 года количество открытых запасов нефти уменьшается и уже в 1999 году достигает 118 тыс. тонн.

4.2 ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

1. Динамика открытия залежи N=N(t)

В периоды с 1972-1982 по 1982-1992 года количество накопленных месторождений плавно увеличивается и к концу периода достигает 7. В период 1992-1999 количество накопленных месторождений нефти становится равным 8.

2. Динамика подготовки запасов V=V(t)

В периоды с 1972-1982 по 1982-1992 года количество накопленных запасов нефти резко увеличивается с 6876 тыс. тонн до 34125 тыс. тонн. С середины периода 1982-1992 наблюдается незначительное увеличение накопленных запасов нефти и к концу периода составляет 34243 тыс. тонн.

История освоения ТимПП (по данным работы [1])

В современной истории развития геологоразведочных работ ТИП можно выделить несколько основных этапов, связанных с имевшими­ся на то время представлениями об особенностях геологического стро­ения территории, перспективами её нефтегазоносности.

I этап (1929-1960 гг.)

Планомерное геологическое изучение региона было начато с 1929 го­да, с момента высадки на р. Ухту первой крупной геологоразведочной экспедиции О ГПУ под руководством С. Ф. Сидорова, которая уже в 1930 году открыла Чибьюское нефтяное месторождение. Первооткрывательница месторождения скважина № 5 была заложена Н. Н. Тихо­новичем.

Но до середины 1950-х гг. работы были сосредоточены на юго-вос­точном склоне Южного Тимана и в южной части Печорско-Кожвинского мегавала, где на дневную поверхность выходили породы верхнего палеозоя. Это было обусловлено тем, что именно в этих районах глуби­ны залегания маркирующих горизонтов были доступными для струк­турно-поискового бурения.

К концу 50-х годов требования народного хозяйства вызвали необ­ходимость проведения широких и всесторонних работ на неисследо­ванных территориях севера ТПП с целью изучения их геологического строения и выяснения перспектив нефтегазоносное.

В 1958 году, во ВНИГРИ для осуществления правительственной про­граммы (от 28.07.1953 г.) в соответствии с научными представлениями о перспективах нефтегазоносности северной части ТПП создается Тимано-Пайхойская экспедиция во главе с В. А. Дедеевым. Это была пер­вая и единственная в то время экспедиция, проводившая поисковые работы на нефть и газ в северных районах ТПП. Начиная с 1958 года, Тимано-Пайхойская экспедиция регулярно выезжала на полевые рабо­ты в районы Ненецкого автономного округа. Первые же результаты ана­лиза геологических и геофизических работ легли в основу первой количественной оценки углеводородов, произведенной в 1960 году во ВНИГРИ под руководством СМ. Домрачева. В 1961-1962 гг. коллекти­вом авторов ВНИГРИ и УТГУ была составлена сводная карта прогноза нефтегазоносное Тимано-Печорского бассейна.

II этап (1961-1980 гг.)

Наиболее широкий разворот геологоразведочные работы (ГРР) по­лучили в начале 60-х годов.

Данный период характеризуется широким выходом крупномасштаб­ных геофизических и буровых работ на всю территорию Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции: от Тимана до западного склона Урала и от Пермской области до Баренцева моря (о. Колгуев).

За пять лет с 1961 по 1965 г. запасы углеводородного сырья возрос­ли на 84% по сравнению с предыдущим 30-летним периодом, в т. ч. по нефти (с учетом конденсата) более чем в 2,7 раза. Было пробурено 575 тыс. пог. м скважин, или в 1,7 раза больше, чем за предыдущий пя­тилетний период .

Большое развитие в эти годы получило параметрическое и опорное бурение. В 1956-1960 гг. была пробурена одна, в 1961-1965 гг. - 2 опор­ных и 25 параметрических скважин.

В 1966-1970 гг. на территории провинции было пробурено 517 тыс. м скважин, что на 10% меньше, чем за предыдущие пять лет. Снижение объема бурения объяснялось выходом ГРР в новые труднодоступные районы, увеличением глубин скважин, усложнением горно-геологических условий.

На 1 января 1971 г. в Тимано-Печорской провинции было открыто 36 месторождений нефти и газа.

За 15 лет (1961-1975 гг.) было пробурено 1675 тыс. пог. м поисково-разведочных скважин - почти вдвое больше, чем за предыдущие 30 лет (1930-1960 гг.), и открыто 29 месторождений.

Всего за период 1976-1980 гг. было пробурено 1228 тыс. пог. м сква­жин, открыто 17 месторождений и на 14 площадях во вскрытых разре­зах установлены прямые признаки нефтегазоносности.

За время проведения ГРР второго этапа значительно расширилась площадь поисков новых месторождений и стратиграфический диапа­зон новых открытий. Этот период характеризуется переходом к поис­кам новых залежей УВ в сложнопостроенных карбонатных коллекторах верхнего девона. По результатам проведенных за эти годы ГРР, анализа полученных данных и их научного обобщения была объективно увели­чена оценка нефтегазового потенциала ТПП, практически сохраняю­щаяся до сих пор.

III этап (1981-1990 гг.)

После 1981 года сложность геологоразведочных работ возрастает, что связано, главным образом, с уменьшением размеров выявляемых залежей, сложными горно-геологическими условиями, введением в опоискование и разведку комбинированных типов ловушек и коллекторов со сложными фильтрационно-емкостными свойствами, значительным удалением работ от основных промышленных центров.

Концентрация ГРР на этих основных направлениях в 1986-1990 гг. привела к открытию 74 месторождений.

В целом же, третий этап ГРР характеризовался значительным уве­личением объемов сейсморазведочных работ и глубокого бурения. Тем не менее, несмотря на положительные результаты ГРР, средняя эффек­тивность за эти годы составила 199 т/м, что объясняется в основном, мелкими запасами открытых месторождений и большим объемом глу­бокого бурения.

IV этап (начало 90-х гг. - настоящее время)

Начиная с 1991-1992 гг. принципиально изменились условия прове­дения геологоразведочных работ, что связано с введением «Закона о недрах» Российской Федерации, который обусловил выполнение этих работ на лицензионной основе.

Этот период отмечен резким падением объемов всех видов геолого­разведочных работ на нефть и газ из-за сокращения объемов финансиро­вания, разделением мощных специализированных геологоразведочных организаций на множество мелких акционерных обществ.

Заключительный период IV этапа - 1996-2002 гг. - характеризовал­ся небольшими объемами сейсморазведочных и буровых работ.

Важным фактором в освоении ТПП на данном этапе стало внедре­ние разрешительной практики распределения фонда недр, недропользование стало платным с комплексом условии, закрепленных соглаше­нием между государством и недропользователем, ограниченное во вре­мени и пространстве.

4.3 ЭВОЛЮЦИОННЫЕ КРИВЫЕ

1. График зависимости N=n/N

y= -0,1557x+1,4993

при y=0, x=9,6

Nmax=10, N=8

Можно сделать вывод, что в данном регионе можно открыть еще 2 месторождения.

2.График зависимости V=Q/V

y = -2E-05x + 1,1529

при y=0, х=57645.

Vmax=57645 тыс. т, V=34243 тыс. т.

Согласно данным, в данном регионе мы исчерпали на 23402 тыс.т накопленных запасов меньше, чем возможно.

Эволюционные кривые характеризуют распределение показателей ГРР во все периоды времени. Равномерная линия тренда свидетельствует об отсутствии прироста запасов и количества открываемых месторождений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работа над курсовым проектом позволила познакомиться с математическими методами моделирования в геологии. Благодаря информации об открытых месторождениях, можно сделать вывод о правильности проведения геологоразведочных работ.

Также можно сделать вывод, что от количества открываемых месторождений, не всегда увеличивается добыча нефти, а открытие крупного месторождения сильно повышает практически все показатели эффективности геологоразведочных работ.

Современная скорость появления информации настолько велика, что без применения математического анализа и компьютерных технологий обработать эту информацию представляется невозможным.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Дементьев Л.Ф. Математические методы и ЭВМ в нефтегазовой геологии. Учебное пособие для вузов. М., Недра, 1983. - 189 с.

2. Геологический словарь. Т.2. – М.: Недра, 1978. – 456с.

3. Каждан А.Б. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых. Научные основы поисков и разведки: учебник. – М.: Недра, 1984. – 285с.