Построение трехмерной сетки (3D-грида)

Следующим за созданием структурного каркаса этапом построения модели является построение трехмерной сетки, или 3D-грида. Трехмерная сетка — это ячеистый каркас, внутри которого происходят все основные этапы геологического моделирования. Главное отличие трехмерной сетки от двумерного грида (то есть поверхности) в том, что каждая ячейка трехмерной сетки занимает определенный объем в пространстве, тогда как ячейка двумерного грида характеризуется только площадью. Правильно построенная трехмерная сетка — это основа построения корректной геологической модели.

Существует два глобальных типа трехмерных сеток: структурированные сетки и неструктурированные. Ячейки структурированных сеток всегда представляют собой шестигранники (то есть имеют 8 вершин). Ячейки неструктурированных сеток теоретически не имеют ограничений по форме ячейки. На рис.7 показан пример моделирования месторождения на основе различной сеточной геометрии. Слайд 8.

Неструктурированные сетки более гибкие и позволяют моделировать залежи с наиболее сложной геометрией (рис.8), однако в таких случаях часто возникают трудности при передаче результатов геологического моделирования в гидродинамические симуляторы. Слайд 10.

Сетка грида

Рис.8. Пример построения опрокинутой складки в пакете GOCAD

Рассмотрим на конкретных примерах разбиения сетки на слои по вертикали, поскольку этот процесс должен определяться характером геологического строения объектов, безотносительно к особенностям построения сетки в данном программном продукте.

На рис.9 Слайд 10 показан пример вертикальной разбивки трехмерной геологической сетки для выдержанных по мощности терригенных пластов (Западная Сибирь, породы мелового возраста). Пласты БВ формировались в морских условиях мелководного шельфа, хорошо выдержаны по латерали и имеют малые вариации общих стратиграфических толщин от скважины к скважине, отсутствуют зоны эрозии или размыва. Для этих условий наиболее целесообразно применение пропорциональной схемы нарезки слоев.

На рис.10 Слайд 11 изображена схема корреляции и вертикальная разбивка трехмерной геологической сетки для юрских континентальных отложений руслового и озерно-болотного генезиса, залегающих на эродированных образованиях фундамента (кора выветривания) с угловым и стратиграфическим несогласием, заполняя в первую очередь участки между палеоподнятиями. Для данных условий осадконакопления целесообразно применение параллельной вертикальной разбивки слоев от кровли (то есть с равной толщиной ячеек — ячейки выклиниваются снизу), либо пропорциональной вертикальной разбивки (то есть количество слоев не меняется, но толщина ячеек варьируется в зависимости от общей толщины пласта).

В последнем случае возникает проблема наличия слишком тонких ячеек в зонах выклинивания (несогласия), которая решается введением ограничения по минимальной толщине ячейки. Таким образом, получается сетка, являющаяся

одновременно и пропорциональной (в зонах полной стратиграфической мощности), и параллельной (с выклинивающимися ячейками в зонах эрозии). Пропорциональная она до тех пор, пока толщина пласта не падает до определенного значения, после этого сетка становится параллельной. На рис.11 Слайд 12 показан пример трехмерной сетки с выклиниванием пласта и варианты решения описанной выше проблемы.

Рис.9. Пример обоснования зон, исходя из корреляционных построений, выделения седиментационных циклов и анализа ГСР. Для меловых шельфовых пластов Широтного Приобья Западной Сибири была выбрана пропорциональная схема напластования

На рис.12 и рис.13 Слайд 13 показан пример комбинирования трех различных типов вертикальной разбивки (параллельного кровле, параллельного подо­шве и пропорционального). Ачимовские меловые отложения в этом районе представлены участком с аномальным разрезом баженовской свиты. Такие участки, по представлениям геологов, сформировались за счет «подводно-оползневой» модели — песчано-алевролитовые слои аномальных разрезов представляют собой продукт деятельности более поздних (валанжинских) турбидитов, расклинивших отложения баженовской свиты и внедривших в нее принесенный песчано-алевритовый материал ачимовской толщи. В этой ситуации для ачимовских отложений на участках с аномальным разре­зом баженовской свиты условно была принята схема напластования равной мощности от подошвы. Для ачимовских пластов, несогласно примыкающих к этим участкам, принимается схема напластования равной мощности от кровли (вертикальная разбивка, параллельная кровле), а для верхнего пласта, не затронутого аномальными процессами — пропорциональная разбивка.

На рис.14 Слайд 14 представлен пример вертикальной разбивки на слои пласта БВ₂ (Западная Сибирь). Формирование пласта БВ₂ происходило в условиях формирующейся дельты, причем высокоэнергетические отложения конуса выноса эродировали ранее отложившиеся слои. Для данных условий осадконакопления была применена параллельная кровле нарезка слоев (схема на пластования от кровли с равной толщиной ячеек). Кроме того, непроницаемая перемычка (зона 4), представлена одним мощным слоем, а зона 5 разбита на слои параллельно подошве.

На рис.15 Слайд 15 также представлена схема корреляции и разбивка на слои ачимовских отложений. В данном случае ачимовские клиноформенные отложения нижнего мела имеют косослоистую структуру, обусловленную тем, что отложения формировались в условиях проградации береговой линии. Выбор схемы напластования связан с конкретными условия формирования отложений данного района (относительное повышение или понижение уровня моря, скорость привноса осадочного материала и др.), и обычно принимается пропорциональная схема, либо параллельная подошве вертикальная разбивка слоев (равная толщина ячеек от подошвы).

На рис.16 Слайд 16 показана ситуация, при которой песчаники пласта БП состоят из серии береговых барьерных баров, сформировавшихся за счет волно-прибойного механизма. Для этого типа отложений целесообразно применять либо пропорциональную схему нарезки слоев, либо равной мощности от подошвы (параллельную подошве).

Поскольку для гидродинамических симуляторов чем сетка проще, тем лучше, то при формировании трехмерного грида следует, по возможности, избегать излишних усложнений, приводящих к увеличению времени гидродинамических расчетов (не поступаясь, естественно, принципами геологической природы объекта). Пример влияния структуры сетки на фильтрационные вычисления приводится на рис.17 Слайд 17.

После создания грида выполняется процедура переноса (осреднения) скважинных данных на сетку (blocked wells, scaleup), в инструкциях пользователей эта операция описана достаточно подробно. Из геологических соображений следует отметить, что осреднение непрерывных параметров должно выполняться, во-первых, с учетом дискретной кривой фаций (bias), во-вторых, с учетом закона распределения параметров: для пористости и не-фтенасыщенности нормального (арифметическое осреднение), проницаемости — логнормального (геометрическое или гармоническое осреднение). Вообще, с ростом мощности компьютеров и уменьшения размеров ячеек процедура
осреднения скважинных данных на сетку будет становиться все более точной.

Литература

1. Регламент по созданию постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений. РД 153-39.0-047-00. Утвержден и введен в действие Приказом Минтопэнерго России N 67 от 10.03.2000.

2. Тынчеров К.Т., Горюнова М.В. Практический курс геологического и гидродинамического моделирования процесса добычи углеводородов: учебное пособие / К.Т.Тынчеров, М.В.Горюнова – Октябрьский: издательство Уфимского государственного нефтяного технического университета, 2012, 150 с.