KONFERENCJA GEOPETROL 2004 Sposób modelowana i obliczania zasobów złóż ropy naftowej za pomocą specjalistycznego oprogramowania komputerowego Jan Nowak, Zielonogórski Zakład Górnictwa Nafty i Gazu, Zielona Góra Jan Szymański, Soft-Projekt, Wrocław

W artykule przedstawiono konstruowanie modelu geologicznego złoża ropy naftowej w dolomicie głównym z wykorzystaniem nowego, polskiego programu GeoStar/GeoPlan. Określono rodzaje danych wymaganych do konstrukcji modelu, sposób ich wprowadzania i przetwarzania w bazie danych GeoStar.

1. Dane do modelu geologicznego i ich wprowadzanie do bazy danych GeoStar i programu GeoPlan 2. Konstruowanie modelu geologicznego na przykładzie złoża ropy naftowej X przy zastosowaniu programu GeoPlan 3. Skrócony opis obsługi i działania pakietu programów GeoStar/GeoPlan 4. Wnioski

1. Dane do modelu geologicznego i ich wprowadzanie do bazy danych GeoStar i programu GeoPlan

Dla określenia geometrii modelu geologicznego złoża węglowodorów wymagane są następujące dane: ● nazwy odwiertów, współrzędne x, y odwiertów na powierzchni ziemi w stosowanym układzie i ich wysokości n.p.m., ● mierzone głębokości stropów warstw w odwiertach, wyznaczone w oparciu o interpretację wyników badań geofizyki otworowej i międzyotworową korelację anomalii geofizycznych oraz głębokości spodów odwiertów, ● wyniki pomiarów krzywizny odwiertów, ● określona głębokość granicy woda – węglowodory, ● sejsmiczne lub geologiczne mapy strukturalne stropów warstw budujących model złoża ● geologiczne mapy własności warstw.

Dla umożliwienia obliczenia zasobów metodą objętościową powinny być dostępne następujące dane (w odniesieniu do poszczególnych otworów i warstw), możliwe do uzyskania w wyniku badań laboratoryjnych i geofizyki otworowej: ● porowatość (w tym szczelinowatość), ● nasycenie wodą, W przypadku, jeżeli model geologiczny ma stanowić podstawę do opracowania modelu symulacyjnego, powinny być dodatkowo uwzględnione następujące dane: ● przepuszczalność absolutna w kierunku równoległym i prostopadłym do uwarstwienia, ● upady i rozciągłości szczelin,

Dane dla określenia geometrii, za wyjątkiem głębokości granicy woda – węglowodory, mogą być wprowadzane do bazy danych GeoStar poprzez wpisywanie lub wczytywanie z pliku tekstowego. Warstwom nadaje się określony kod stratygraficzny. W wyniku przetworzenia danych otworowych w module krzywizny bazy danych, uzyskuje się zredukowane do pionu głębokości liczone od p.m., miąższości mierzone i zredukowane do pionu oraz współrzędne trajektorii odwiertów na powierzchniach stropowych odpowiednich warstw. Przetworzone dane są umieszczane na odpowiednich mapach programu GeoPlan w postaci symboli odwiertów na powierzchni ziemi i na powierzchni warstwy, schematycznego przebiegu trajektorii, nazwy odwiertu i wartości odpowiedniej własności. Pliki map wymagają przed wczytaniem przygotowania polegającego na podziale danych na dwa rodzaje: punkty danych (reprezentowane przez współrzędne x, y, z) i punkty opisujące linie i granice obszarów (reprezentowane przez współrzędne x, y). Przykładowe punkty danych to współrzędne punktów siatki obliczeniowej, lub wprowadzane interaktywnie bądź przez cyfrowanie tzw. punkty i kontury kontrolne. Linie i granice obszarów opisują granice złoża, granice podziału na kategorie rozpoznania, granice obszarów dyslokacyjnych itp. Po wczytaniu plików do programu GeoPlan i sprawdzeniu poprawności importu, odtworzone mapy można poddawać modelowaniu lub wykonywać na nich operacje arytmetyczne. Dane otworowe muszą być wpisywane do zakładki otworu „litologia” w bazie danych GeoStar.

2. Konstruowanie modelu geologicznego na przykładzie złoża ropy naftowej X przy zastosowaniu programu GeoPlan

Podstawę do opracowanie geometrycznej części modelu geologicznego złoża ropy naftowej w dolomicie głównym (Ca2), stanowiły wyniki interpretacji badań sejsmicznych 3D, wykonanych w rejonie złoża, a przede wszystkim sejsmiczna mapa głębokościowa granicy refleksyjnej Z2 (Rys. 1), wiązanej ze stropem anhydrytu podstawowego (A2). Występująca w rejonie złoża sekwencja litostratygraficzna: sole młodsze i starsze (Na3 i Na2), A2, Ca2, anhydryt górny werry (A1G), pozwala na rejestrowanie precyzyjnie dowiązanego odbicia jedynie od granicy Na2 – A2. Oznacza to, że aby uzyskać mapę strukturalną stropu Ca2, oprócz mapy strukturalnej stropu A2, trzeba dysponować mapą miąższości A2. Dla opracowania takiej mapy wykorzystano wartości otworowe. Uzyskiwany przebieg izopachyt, wynikający z siatki obliczeniowej generowanej metodą krigingu, modelowano poprzez interaktywne wprowadzanie dodatkowych punktów danych, do uzyskania wersji mapy uznanej za satysfakcjonującą (Rys. 2).

Mapę strukturalną stropu Ca2 (Rys.3) uzyskano w wyniku operacji arytmetycznych na mapach stropu i miąższości A2. W celu skonstruowania mapy miąższości złoża, w tym przypadku tożsamej z mapą miąższości efektywnej, zdefiniowano granice złoża (Rys. 5). Górną granicę złoża stanowi powierzchnia stropowa Ca2, a zewnętrzną - linia przecięcia powierzchni stropowej Ca2 i poziomej płaszczyzny zalegającej na głębokości występowania granicy woda – węglowodory, tworząca kontur złoża. Typ złoża jest określony jako warstwowy, co oznacza, że dolna granica złoża składa się częściowo z poziomej płaszczyzny na głębokości konturu, a częściowo z powierzchni spągowej Ca2, tożsamej z powierzchnią stropową A1G.

Mapę miąższości efektywnej złoża (Rys. 4) uzyskano w dwóch etapach, w wyniku operacji arytmetycznych wykonywanych z udziałem mapy stropu Ca2. W pierwszym etapie od mapy stropu Ca2 odjęto głębokość występowania granicy woda – węglowodory. W drugim – wartości miąższości przekraczające stwierdzoną w jednym z odwiertów miąższość Ca2 zamieniono na wartości równe wartości miąższości z odwiertu.

W oparciu o mapę miąższości efektywnej złoża, po uruchomieniu opcji obliczeń objętości programu GeoPlan, uzyskano następujące dane: - powierzchnię, - objętość efektywną skały złożowej, - średnią miąższość efektywną. W celu zobrazowania na przekroju przez model złoża (Rys. 5) położenia jego dolnej granicy (z uwzględnieniem obszaru, na którym stanowi ona powierzchnię graniczną pomiędzy spągiem Ca2 i stropem A1G), należało utworzyć schematyczną mapę stropu A1G. Dokonano tego poprzez operację odjęcia stałej wartości miąższości Ca2 uzyskanej z otworu od mapy stropu Ca2.

Część modelu geologicznego, obejmująca przestrzenny rozkład porowatości i przepuszczalności, nie była możliwa do zrealizowania w przypadku omawianego złoża, ze względu na brak wystarczającej ilości danych otworowych. Dlatego też obliczenia zasobów metodą objętościową wykonano bez użycia programu GeoPlan, w oparciu o obliczoną objętość efektywną skały złożowej, średnią porowatość i nasycenie oraz własności ropy w określonych warunkach złożowych. W przypadku dostępności do danych otworowych dotyczących porowatości i nasycenia, reprezentatywnych pod względem ilości i położenia na złożu, dane te podlegają przygotowaniu ze względu na stosowane wartości graniczne. Następnie są wykorzystywane do konstruowania map, które służą do obliczania zasobów metodą objętościową i znakomicie poprawiają jej dokładność. Omówione mapy, wraz z mapami rozkładów przepuszczalności oraz upadów i rozciągłości szczelin tworzą model geologiczny, który stanowi podstawę do konstruowania symulacyjnego modelu złoża. Oba modele są ze sobą związane: w procesie konstruowania modelu symulacyjnego model geologiczny jest zwykle modyfikowany.

3. Skrócony opis obsługi i działania pakietu programów GeStar/GeoPlan

W celu skonstruowania modelu złoża należy wykonać następujące czynności: ● Ustawienie wymiarów rysunku, zakresu współrzędnych projektu oraz skali mapy. ● Nadanie nazw warstwom rysunku. ● Przygotowanie podkładu topograficznego – opcjonalnie. Każda mapa geologiczna lub górnicza może być tworzona na podkładzie geodezyjnym. Może to być podkład cyfrowy wykonany w programach Microstation, Autocad lub rastrowy. Przedstawione oprogramowanie umożliwia wczytanie i kalibrację podkładów. ● Przygotowanie i wprowadzanie danych. Poszczególnym warstwom definiowanym w otworach przypisane są kody stratygraficzne. Dla własności warstw, oprócz głębokości stropów i miąższości, mierzonych i zredukowanych do pionu, przewidziano 6 pól definiowanych przez użytkownika. Dane do tych pól, po odpowiednim przygotowaniu, wprowadza się z klawiatury.

● Zdefiniowanie parametrów generowania izolinii w przypadku modelowania. Parametry interpolacji dobiera sie zależnie od rozkładu punktów danych (średnia odległość między punktami, maksymalne odległości między otworami w obszarze złoża, odległości między otworami konturującymi granicę zewnętrzną złoża). W przypadku otworu, w którym dana warstwa nie występuje, należy podać odległości do otworów, w których warstwę tę stwierdzono (program posiada moduł statystyczny do wyznaczania obszaru takich anomalii). ● Zdefiniowanie obszarów obliczeniowych i uskoków. Obiekty te wprowadza się graficznie lub wczytuje z plików tekstowych. ● Generowanie siatek obliczeniowych. Dostępne są następujące metody generowania siatek obliczeniowych: - metoda odwrotnych odległości, - metoda interpolacji liniowej przy pomocy trójkątów, - metoda krigingu. ● Generowanie izolinii. Izolinie można generować z uwzględnieniem uskoków.

● Definiowanie siatki obliczeniowej i generowanie punktów siatki. Siatkę (mapę) definiuje się poprzez nadanie jej nazwy warstwy i własności oraz przyporządkowanie jej odpowiedniego kodu stratygraficznego. Punkty siatki generowane są w oparciu o wcześniej wygenerowane izolinie, z możliwością uwzględnienia uskoków. ● Wczytywanie plików siatek (map) wykonanych przy pomocy innych aplikacji. Siatki wykonane przy pomocy innych aplikacji wczytuje się jako pliki tekstowe, po uprzednim podziale na pliki punktów danych i pliki obszarów. ● Działania na siatkach. Dostępne są następujące działania: dodawanie, odejmowanie, mnożenie, stosowanie funkcji logarytmicznych i wykładniczych, zadawanie ograniczeń. ● Obliczanie zasobów. Obliczanie objętości i zasobów odbywa się w zdefiniowanych obszarach za pomocą specjalistycznego modułu. W przypadku objętości określany jest błąd wyliczeń.

● Edycja. Program jest wyposażony w elementy programu graficznego, dające szerokie możliwości edycyjne. Możliwe jest importowanie obiektów graficznych przygotowanych w innych aplikacjach. ● Przekroje geologiczne. Lokalizacja linii przekroju geologicznego odbywa się poprzez wskazanie na mapie otworów lub początku i końca linii przekroju. W pierwszym przypadku linia przekroju będzie linią łamaną, w drugim linią prostą, a otwory będą rzutowane na linię przekroju. Użytkownik ma możliwość wyboru warstw (siatek) wnoszonych na przekrój. Na przekrój rzutowane są trajektorie wybranych otworów z uwzględnieniem krzywizny oraz słupki ze zdefiniowaną wcześniej przez użytkownika litologią. Przekroje, podobnie jak mapy, mogą być graficznie edytowane w zależności od potrzeb użytkownika.

4. Wnioski

● Program nie posiada ograniczeń ze względu na format i wielkość importowanych plików. Przy ilości ok oczek siatki zalecana jest pamięć operacyjna 500 MB. ● Program nie wykazuje skłonności do zawieszania się. ● Program jest w krótkim terminie usprawniany na wniosek użytkownika, bądź z inicjatywy autora, po konsultacji z użytkownikiem. ● Program jest w pełni użytecznym programem do modelowania złóż. ● Program charakteryzuje się niskim czasem otwierania projektu i operacji na siatkach oraz łatwością konstruowania przekroju geologicznego.

Rys.1 Mapa strukturalna stropu A2

Rys.2 Mapa miąższości A2

Rys.3 Mapa strukturalna stropu Ca2

Rys.4 Mapa miąższości efektywnej złoża

Rys.5 Przekrój przez model złoża