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.