Глубина знаний достигается различными методами, в том числе и исследованием глубин нашей планеты. Ученые Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А.Трофимука СО РАН земные недра изучают с помощью математического моделирования геофизических полей. И добились результатов, отмеченных научной общественностью. О том, насколько важно это направление работ, что оно дает науке и практике и в чем его особенность, рассказывает в беседе с нашим корреспондентом заведующий отделом института, доктор физико-математических наук, профессор Владимир ЧЕВЕРДА.
— Геофизические поля, которыми мы занимаемся, — это сейсмические волновые поля, как правило, искусственные, то есть создаваемые человеком, — объясняет Владимир Альбертович. — Их используют для исследования глубинного строения геологической среды обычно при проведении поисковых и разведочных работ на нефть и газ.
— Что дает математическое моделирование этих полей?
— Оно позволяет изучать физические особенности процессов их распространения в сложно- устроенных трехмерных средах. Особое внимание мы уделяем выявлению в сейсмических полях характерных особенностей исследуемых геологических объектов. К таким особенностям можно отнести, например, наличие каверн и коридоров трещиноватости в геологическом пласте и их флюидонасыщение. Поясню эти термины. Каверны — это пустоты, которые образуются в результате геохимических процессов. Они могут заполняться углеводородами. Карбонатное окружение пустот само по себе не обладает проницаемостью и поэтому не позволяет извлекать эти углеводороды из каверн. Вот почему важна развитая система трещин, которая обеспечивает транспорт флюидов (нефти и газа). Она пронизывает пласты и соединяет каверны, определяет направления потоков в резервуаре и, следовательно, “диктует” геометрию расположения системы скважин, что необходимо для разработки месторождения.
Математическое моделирование помогает также строить волновые изображения трехмерных геологических объектов. Для этого нужны и трехмерные данные. Чтобы их получить, используют так называемые площадные системы, когда источники и приемники колебаний заполняют некоторую область на свободной поверхности, расположенную, как правило, над изучаемым геологическим объектом. Такие системы чрезвычайно дорогие, их применение трудоемкое, поэтому большое внимание уделяется их проектированию для обеспечения оптимального соотношения “цена — качество”. В настоящее время ни одна из ведущих нефтяных компаний не проектирует такие системы без предварительного полномасштабного численного моделирования, рассматривая различные сценарии и выбирая оптимальный.
— Чем отличаются ваши методы от других? Сопоставимы ли они с работами российских и зарубежных коллег?
— Основное достоинство наших методов численного моделирования и программного обеспечения в их модульном характере. Мы создали набор различных “кубиков” и разработали технологию их объединения в объектно-ориентированные комплексы программ. Такой технологией владеем только мы, что и определяет наши лидирующие позиции в мире в области численного моделирования сейсмических волновых полей.
— С какими трудностями приходится сталкиваться?
— Основные проблемы — нехватка вычислительных мощностей в нашей стране. Наиболее интересные для практики сейсмогеологические модели мы можем обсчитывать только на единственном специализированном комплексе в России — суперкомпьютере “Ломоносов” МГУ. Естественно, этот комплекс перегружен, и иногда приходится ждать своей очереди на запуск несколько дней.
К счастью, в марте 2013 года мы выиграли грант по европейскому проекту PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) в размере 32 миллионов ядро-часов на суперкомпьютере HERMIT Штутгартского университета. Это позволило провести представительную серию численных экспериментов по изучению особенностей процессов взаимодействия сейсмических волн с тонкой геологической структурой, в которой скопились трещины и каверны. Грант заканчивается в марте 2014 года. По условиям его предоставления мы должны создать специализированный сайт в Интернете, где в открытом доступе опубликуем основные результаты наших расчетов. Это, несомненно, укрепит репутацию нашей группы, как одной из ведущих в области численного моделирования волновых сейсмических полей.
— Как удалось добиться таких высот?
— Есть ряд результатов, которые позволили нам занять мировые лидирующие позиции. Расскажу чуть подробнее о том, что дало начало развитию нашего модульного принципа конструирования объектно-ориентированного программного обеспечения.
Изучение резервуаров углеводородов в карбонатном окружении — одно из основных направлений геологоразведки в Восточной Сибири (резервуары такого же типа довольно широко распространены и на Ближнем Востоке). Их основная отличительная особенность — наличие развитой системы трещин, которые формируют так называемые коридоры трещиноватости. Именно такие структуры определяют направление движения углеводородов в резервуаре, без учета этого невозможна эффективная разработка месторождения. Эти трещины ориентированы почти вертикально и имеют толщину, не превышающую нескольких десятков сантиметров, что делает их практически не видимыми в отраженных сейсмических волнах. Поэтому в последнее время для развития сейсмических методов стали использовать рассеянные волны, возникающие в областях нарушений непрерывности параметров среды, к которым и относятся скопления трещин. Но прежде чем разрабатывать методы использования таких волн, необходимо понять особенности процессов их формирования и распространения. Особая трудность заключается в том, что следует учитывать два разных масштаба, необходимых для описания: в одном случае — геометрии и физических параметров структуры среды, в другом — скоплений трещин. Поэтому наша первая разработка в области объектно-ориентированного комплекса программ была связана с созданием методов объединения различных пространственно-временных сеток. В 2010 году эта работа под названием “Численное моделирование взаимодействия сейсмических волн с кавернозно-трещиноватыми коллекторами в трехмерно-неоднородных средах реалистичного строения” заняла первое место на III Всероссийском конкурсе в сфере высокопроизводительных вычислений, который проходил при участии компании Intel под девизом “Невозможное становится возможным”. Ее авторы — члены нашего коллектива Галина Решетова, Вадим Лисица и я.
Опыт, накопленный при создании этого численного программного обеспечения, помогает нам быстро продвигаться в нужном направлении. Сейчас мы умеем не только использовать сетки с различными шагами по пространству и времени, но и объединять численные методы для моделирования волновых полей в различных средах. Уже близок к завершению комплекс, с помощью которого можно целенаправленно включать в различных областях исследуемой структуры схемы расчета, учитывающие анизотропию и поглощение в среде.
Изначально инициаторами этих разработок были две крупнейшие компании — нефтяная Total SA и сервисная геофизическая Schlumberger. Наши принципы стали основой для их собственных дальнейших разработок.
— Надо думать, что и отечественные компании пользуются результатами ваших работ?
— Да, конечно. На протяжении ряда лет мы тесно сотрудничаем с НК “Роснефть”, точнее — с ее дочерним ООО “РН КрасноярскНИПИнефть”. Численное моделирование, которое мы провели, позволило сформулировать надежные критерии для определения ориентации коридоров трещиноватости и флюидонасыщенности коллектора. Эти критерии были использованы в формулировке проходящего сейчас регистрацию патента на изобретение, поданного НК “Роснефть”. Мы радуемся тому, что в этой компании уже используют наши комплексы программ для численного моделирования сейсмических волновых полей в сложнопостроенных трехмерно неоднородных средах. С их помощью находят оптимальные системы наблюдений для конкретных геологических объектов.
Следует подчеркнуть, что, прежде чем приступать непосредственно к расчетам, нужно построить цифровую сейсмогеологическую модель конкретного региона или объекта. Для этого необходима вся доступная геолого-геофизическая информация — от стандартных площадных сейсмических данных, так называемых временных кубов, до данных геофизических исследований скважин. Кроме того, крайне желательно провести лабораторный анализ образцов керна изучаемого резервуара для определения структуры пустотного пространства, что важно при конструировании модели пласта на микроуровне.
Все это требуется для развития специализированной технологии по согласованию разномасштабных данных и проверке качества построенной модели. Именно в этом направлении будет развиваться наш объектно-ориентированный комплекс численного моделирования распространения сейсмических волн. Естественно, для успешной работы нам нужен постоянный контакт с коллегами из промышленных организаций, поэтому мы будем всячески развивать совместные работы с ООО “РН КрасноярскНИПИнефть”. Эта компания обладает чрезвычайно богатыми экспериментальными данными по геофизическим исследованиям скважин, лабораторному анализу керна, сейсмическим наблюдениям. Такое сотрудничество проходит в рамках целевых инновационных программ НК “Роснефть”, участвовать в которых мы надеемся и в будущем.
Мы также начали работы в новом направлении, связанном с численным моделированием волновых сейсмических полей на мелководье, в транзитной зоне районов Крайнего Севера и арктического побережья. Проведение исследований в этих местах летом связано с большими трудностями. На мелководье не всегда удается использовать технологии морских и наземных наблюдений. Лучше вести такие работы зимой. Но и в этом случае не все просто. Из-за неравномерного ледового покрова, других сезонных обстоятельств возникают серьезные поля помех, мешающие получить корректные данные. Наша ближайшая цель — более точно определить происхождение таких помех и найти способы их подавления. Решения будем искать в ходе полевых работ либо уже на этапе углубленного изучения полученных результатов в лабораторных условиях. Надеемся, что НК “Роснефть” проявит заинтересованность и поддержит наши дальнейшие исследования.
Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото из архива Института нефтегазовой геологии
и геофизики
Нет комментариев