Введение в геологию

1. Введение в геологию

1. В чем важность геологической науки при
построении моделей?
2. Что необходимо знать математику-модельеру о
создаваемой геологической модели?
3. На что направлен данный курс?

2.

1. В чем важность геологической науки
при построении моделей?

3.

1. Все мировые запасы углеводородов находятся в горных
породах – абсолютное большинство запасов локализовано
в осадочных породах
2. Углеводороды сосредоточены в пустотах горных пород
3. Процессы осадконакопления и преобразования осадка
при захоронении контролируют морфологию нефтеносных
осадочных тел в недрах
4. Геологические модели помогают определить в каком
месте могут быть локализованы залежи углеводородов в
трехмерном пространстве
5. Свойства пород определяют сколько углеводородов
может находиться в пласте и сколько их можно извлечь при
рентабельной добыче
6. Свойства породообразующих минералов влияют на
распределение углеводородов и воды в коллекторе и на их
добычу

4.

2. Что необходимо знать математикумодельеру о создаваемой
геологической модели?
(вводные положения)

5.

1. Будьте реалистами!
Модель:
– формализованное представление
изучаемого объекта
– отражение наших ограниченных
представлений о моделируемом объекте
реальный
объект –
пласт
измерения
ошибки
интерпретации
данных
модель

6.

2. При переходе от реального геологического объекта к
модели неизбежны потери, упрощения и искажения
исходных геологических параметров
Геологический объект
База данных, полученная в
ходе изучения объекта

7.

3. Помните, что геологическая и гидродинамическая
модели должны быть согласованы и соответствовать
исходным данным. Взаимное влияние и обратная связь!
Исходные данные
(непротиворечивость)
геологическая
модель
гидродинамическая
модель

8.

4. Помните, что моделируемые параметры в основе
своей геологические. Основной объект – осадочное
тело (пласт) с его физическими параметрами:
1. Толщина (мощность)
2. Морфология резервуара (структурные поверхности)
3. Проницаемость
4. Пористость
5. Коэффициент песчанистости
6. Начальная насыщенность для каждой фазы
7. Начальное давление и температура
8. Свойства флюидов (нефть, вода, газ)

9.

5. Модель объединяет разномасштабные
геологические данные
1.
Сейсмические данные - структура / разломы / форма / мощность пласта
2.
Данные внутрипластовой литологической неоднородности
3.
Данные каротажных диаграмм – эффективная мощность пласта, контакты
флюидов (ВНК, ГНК)
4.
Данные лабораторного анализа керна
5.
Данные испытаний скважин
6.
Специальный анализ керна
Cf - сжимаемость f(P)
Kr - f (смачиваемости)
Pс– дренирование, впитывание f(Sw)
7.
Данные PVT
8.
Данные по добыче – по каждой фазе / по каждой скважине / историческая добыча
9.
Режим эксплуатации – история эксплуатации скважины

10.

Масштаб используемых данных
Поровый
Образца керна
Керна
Межскважинного В пределах
пространства месторождения
МАСШТАБЫ
ДАННЫХ
5 см.
5 mm
10 см.
600 м
10 км.
Минералогия
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
ФАКТОРЫ,
ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
НЕОДНОРОДНОСТЬ
РЕЗЕРВУАРА
• КОРРЕЛЯЦИЯ
КАРОТАЖНЫХ
КРИВЫХ
Размер частиц
Сортировка
Геометрия порового пространства
Слоистость
Напластование
Седиментационные текстуры
Фации осадконакопления Региональное распространение
Региональный
Трещиноватость и разломы
структурный контроль
• КОРРЕЛЯЦИЯ КАРОТАЖА
• СТАНДАРТНЫЙ
• ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
• ПЕТРОГРАФИЯ
АНАЛИЗ
• СЕЙСМИЧЕСКАЯ
ОПИСАНИЕ КЕРНА • ПОСТРОЕНИЕ
• РЕНТГЕНОСКОПИЯ. КЕРНА
СТРУКТУРНЫХ
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ
• ЭЛЕКТРОННАЯ
• КАПИЛЛЯРОМЕТРИЯ
КАРТ
НЕОДНОРОДНОСТИ МИКРОСКОПИЯ
• ДАННЫЕ
РЕЗЕРВУАРА
ПОСТРОЕНИЕ
ДОБЫЧИ
• ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ФАЦИАЛЬНЫХ
КАРТ
ОСТАТОЧНОЙ
• КАРТИРОВАНИЕ
И КАРТ
НЕФТЕНАСЫЩЕННО
РЕЗЕРВУАРА
ЭФФЕКТИВНЫХ
СТИ
ТОЛЩИН
• ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ФАЗОВЫХ
• ПОСТРОЕНИЕ
ПРОНИЦАЕМОСТЕЙ
КАРТ ИЗОБАР

11. Разрешающая способность различных типов данных

Геологический объект
Сейсмика
~ 0,05 м.
ГИС
керн
~ 0,5-1 м.
~ 20 м.
шлиф
~ 0,001-0,0001 м.
11

12.

6. ПОМНИТЕ, ЧТО ПОНИМАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ
РЕЗЕРВУАРА
основано на интеграции данных керна, ГИС и сейсмики,
корректно вложенных в геологическую модель
КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ
МОДЕЛЬ
ВЛИЯНИЕ ОБСТАНОВКИ ОСАДКОНАКОПЛЕНИЯ НА СВОЙСТВА
РЕЗЕРВУАРА
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ
ПЕТРОФИЗИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ

13.

Современные направления развития технологии
геологического моделирования
1. Отказ от формальной трехмерной интерполяции только
параметров Кп, Кпесч, Кпр.
2. Отказ от примитивных построений в режиме «коллектор –
неколлектор»
3.
Расширение набора исследуемых 3D геологических параметров,
включение в модель различных литотипов и их ассоциаций.
4.
Внедрение разработанных в геологии принципов определения
геологической неоднородности пород на основе:
- применения методов литологического анализа,
- восстановления цикличности осадконакопления,
- выделения в толще геологических тел различной природы,
- выделения разнотипных вторичных изменений.

14. Выводы:

Знание геологии позволяет объективно оценивать:
1. Геометрию (форму) и размеры песчаного тела-коллектора
2. Ориентировку коллектора и его внутреннюю архитектуру
3. Отношение песок/глина и связность коллектора
4. Гранулометрические параметры песчаного коллектора: размеры,
окатанность, сортировку обломочных зерен
5. Пространственное размещение различных типов коллекторов,
положение зон выклинивания и изменения коллекторских свойств
6. Выбор месторождений-аналогов
7. Гидродинамические особенности коллектора
Математик-модельер должен обладать необходимым минимумом
геологических знаний для контроля и корректировки создаваемых
моделей и работать в тесном контакте с геологом!

15.

3. На что направлен данный курс?

16.

Данный курс дает базовые представления об устройстве недр, необходимые
для практического применения при геолого-гидродинамическом
моделировании, и обеспечивает генетическое понимание основных
моделируемых параметров и связанных с ними процессов. При изучении курса
обеспечиваются знания в области:
Внутренних и внешних динамических процессов Земли (раздел 1 –
Общая геология)
Происхождения, классификации и основных свойств пород,
определяющих качество коллектора и флюидоупора (раздел 2 – Основы
литологии)
Обстановок осадконакопления и их влияния на промысловые свойства
пород-коллекторов (раздел 3 – Основы седиментологии)
Форм залегания горных пород и структур осадочных нефтеносных
бассейнов (раздел 4 – Основы структурной геологии)
Генерации, миграции и аккумуляции углеводородов, свойств
коллектора и типов ловушек углеводородов (раздел 5 – Формирование
углеводородных систем)
Геофизических исследований скважин и корреляции отложений (раздел
6 – Основы ГИС и корреляция отложений)
Классификации и методов подсчета запасов углеводородов (раздел 7 –
Запасы УВ)

17.

Литература:
Н.А.Малышев, А.М.Никишин. Геология для нефтяников,
2008 г
Б. Бижу-Дюваль. Седиментационная геология, 2012 г
Ф. Джерри Лусиа. Построение геологогидродинамической модели карбонатного коллектора,
2010 г

18. Раздел 1: Общая (динамическая) геология

1. Основные сведения о строении Земли
2. Процессы и продукты внутренней
динамики Земли
3. Процессы и продукты внешней
динамики Земли

19.

1. Основные сведения о строении
Земли

20. Земной Шар

• Земля является
динамически подвижной
системой в которой
взаимодействуют процессы
внутренней динамики,
вызванные глубинным
развитием планеты и
процессы внешней
динамики, обусловленные
влиянием поверхностных
факторов
Геология – это наука о вечно меняющейся Земле

21. Сейсмическая модель Земли

22.

23. Выводы:

• Внутреннее строение Земли неоднородно, представлено
оболочками с разным физическим состоянием вещества –
твердым (земная кора, большая часть мантии, внутреннее
ядро) и вязко-пластичным (астеносфера, внешнее ядро)
• Физико-химические процессы в мантии обеспечивают
проявление динамических процессов – зарождение и
перемещение магмы, возникновение деформаций и
структурообразование
• Саморазвитие глубинных процессов в недрах Земли
обеспечивает современное динамическое состояние
планеты – вулканизм, сейсмичность, движение
литосферных плит

24. Мантия активно воздействует на жесткую и хрупкую литосферу

2. Процессы и продукты внутренней динамики
Земли
Мантия активно воздействует на жесткую и хрупкую
литосферу
Континентальная
кора
Литосферная
мантия
Астеносферная
мантия

25.

Динамическое поднятие
Континентальная
кора
Литосферная
мантия
Астеносферная
мантия

26.

Растяжение
Континентальная
кора
Литосферная
мантия
Астеносферная
мантия

27.

Начальный вулканизм
Континентальная
кора
Литосферная
мантия
Астеносферная
мантия

28. Разрыв континентальной коры и формирование океанических впадин

Масштабный вулканизм
Континенталь
-ная кора
Литосферная
мантия
Астеносферная
мантия
Сев. Атлантика
Извергнуто: 1-2 млн. км3
Интрудировано: 5-10 млн.
км3

29. Делимость литосферы на плиты

30.

Границы между плитами
Дивергентная граница
(растяжение)
Земная кора
Астеносфера
(мантия)
Конвергентная граница
(сжатие)
Трансформная граница (скольжение)

31. Ареалы развития животного мира

32.

Расположение очагов сейсмичности

33.

Распределение вулканов

34.

Распределение горных сооружений

35.

Современные движения

36. Напряжения в недрах

37. Современная система срединно-океанических хребтов

38.

Литосферные плиты

39.

Растяжение континентальной коры в Аденском заливе и Красном
море

40. Восточно-Африканская рифтовая система

41.

?
Какое будущее?
(Мадагаскар)

42.

Восточно-Африканская рифтовая зона
Photograph from Anthony Philpotts

43.

Что происходит на континенте в результате
растяжения земной коры?
Результат: начальная стадия растяжения сопровождается
формированием впадины и заполнением ее осадочными отложениями.
Так возникает будущий осадочный нефтегазоносный бассейн

44.

Что происходит на границе раздвигающихся плит в
океане?
Результат: формирование океанической впадины
(глубоководного осадочного бассейна) и мощный
вулканизм

45.

Что происходит на границе континент – океан в
результате растяжения земной коры?
Материковая окраина
Континентальный
шельф
5 км
Континентальная
кора
Разлом шельфа
Континентальный склон Абиссальное
Континентальный дно
подъем
«Переходная»
кора
Океаническая
кора
0 км
0 км
100 км
200 км
300 км
400 км
Увеличение по вертикали: 20 x
500 км
Результат: оседание земной коры и формирование шельфового
(мелководного) краевого бассейна осадконакопления. Потенциально
нефтегазоносный бассейн!

46.

Пример: Северное море, грабен Викинг
пострифт
синрифт

47.

Пример: Надрифтовые впадины
Основной тип ловушек рифтового и дорифтового комплексов – повернутые
разломные блоки
НГБ Северного моря
Underhill, 2003

48. Что происходит на границах сжатия литосферных плит?

Результат: поглощение океанической коры, ее плавление и мощный
магматизм. Продукты магматизма - источник материала для будущих
осадочных пород. Формирование преддугового потенциально
нефтеносного осадочного бассейна.

49. Типы магматизма

1. Эффузивный магматизм (вулканизм)
2. Интрузивный (глубинный) магматизм
По глубине застывания выделяются интрузивные
тела:
1) приповерхностные до 1-1,5 км,
2) среднеглубинные – 1,5-3 км,
3) глубинные – более 3 км.

50. Вулканические тела

• Лава - магма, излившаяся на земную
поверхность
• Вулканические аппараты трещинного и
центрального типов.

51. Что дает магматизм?

Результат: формирование пепловых частиц и лавового материала, как
источника для будущих осадочных пород

52. Типы интрузивных тел

53.

Основные выводы из функционирования
внутренней динамической системы:
1. Образование разнообразных бассейновых впадин
как главных областей осадконакопления и
формирования нефтегазоносных систем
(бассейны растяжения, сжатия, сдвига на границах
литосферных блоков)
2. Образование магматических пород, которые при
разрушении дают исходный материал для
формирования осадочных пород – потенциальных
нефтегазоносных отложений
3. Образование положительных форм рельефа
(горных сооружений), обеспечивающих ускоренную
эрозию и формирование больших объемов
обломочного материала – источника вещества для
будущих осадочных пород
4. Образование разномасштабных геологических
структур (складок, разломов, трещин) как
потенциальных ловушек УВ

54.

3. Процессы и продукты внешней
динамики Земли
Обеспечиваются геологической работой:
1) рек
2) ледников
3) ветра
4) климатических факторов
Выветривание

55.

Что подвергается выветриванию? Горные породы,
выходящие на дневную поверхность – магматические,
осадочные породы

56.

57.

Результат физического выветривания: различные по размерам (от
глыб до песка) обломки горных пород – исходный материал для
будущей осадочной породы

58.

59.

Итог химического
выветривания –
истинные и коллоидные
растворы различных
веществ из которых
возможно осаждение
нового материала!!!
1. Окисление характерно для элементов с несколькими
степенями валентности: Fe, Mn, S и др.
2. Гидратация – процесс связывания частиц растворимого в
воде вещества с молекулами воды (CaSO4x2H2O)
3. Растворение – переход из твердого состояния в раствор:
CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2
4. Гидролиз – реакция обменного разложения между водой и
различными химическими соединениями, способными под
действием воды расщепляться на более
низкомолекулярные соединения с присоединением
элементов воды (Н и ОН): 4KAlSi3O8 + 6H2O 4KOH +
8SIO2 + Al4(Si4O10)(OH)8

60.

Химическое выветрвание
активно происходит в
породах, способных
растворяться (известняки:
СаСО3) – образуются
карстовые формы
рельефа

61.

Процесс выветривания: контролирующие
факторы и продукты
КЛИМАТ
Теплый
и
влажный
H
O
TA
N
D
H
U
M
ID
Профиль
глубокого
выветривания
D
e
e
pw
e
a
th
e
rin
g
p
ro
file
Преобразование минералов
B
re
a
k
d
o
w
no
fp
a
re
n
tro
c
k
исходной породы в глинистые
m
in
e
ra
lstoc
la
ym
in
e
ra
ls
минералы
Холодный
иA
сухой
C
O
L
DA
N
D
R
ID
Профиль
поверхностного
S
h
a
llo
ww
e
a
th
e
rin
gp
ro
file
выветривания
S
o
lu
tio
no
fm
i
n
e
ra
ls
Растворение
минералов
L
ittlea
lte
ra
tio
no
f
Слабое
преобразование
p
a
re
n
tro
c
k
исходной
породы
Исходная
порода
P
a
re
n
tro
c
k
Исходная
порода
P
a
re
n
tro
c
k
W
e
a
th
e
rin
g
p
ro
d
u
c
ts
Продукты
выветривания:
Продукты
выветривания:
W
e
a
th
e
rin
gp
ro
d
u
c
ts
A
b
u
n
d
a
n
tc
la
y глиной
Обогащенный
Q
u
a
rtzs
a
n
d
кварцевый песок
L
ith
icfra
g
m
e
n
ts
Обломки
породы,
‘U
n
s
ta
b
le
’m
in
e
ra
ls
нестабильные
(e
.g
.fe
ld
s
p
a
rs
)
минералы
(полевые
L
ittlec
la
y
шпаты),
немного
глины

62.

Химическое выветривание силикатных
минералов
Породообразующие
силикатные
минералы
ROCK-FORMING SILICATE
MINERALS
Оливин
Olivine
Increasing
Увеличение
resistanceк
устойчивости
to
химическому
выветриванию
chemical
weathering
Са
Ca-feldspars
полевые
Пироксен
Pyroxenes шпаты
Продукты
выветривания
WEATHERING
PRODUCTS
Глинистые
минералы
Clay minerals
Каолинит
Kaolinite
Амфиболы
Amphiboles
Биотит
Biotite
mica
Na полевые
Na-feldspars
шпаты
К полевые
K-feldspars
шпаты
Мусковит
Muscovite mica
Кварц
Quartz
Illite
Иллит
Монтмориллонит
Montmorillonite
Хлорит
Chlorite

63.

64. Цикл горной породы

65.

1
2
3

66.

Олистолиты
Обрушение
пород
Однородный
(ненарушенный)
оползень
1. Перемещение
осадка под влиянием
гравитации
Скольжение
Внутренне
деформированная
масса
Оползание
Высокоплотностной
(ламинарный поток)
Обломочный
поток
Низкоплотностная
турбулентная масса
(турбидит)
Турбидитный
поток

67.

Транспортировка
под влиянием
гравитации (конус
выноса)

68.

2. Перемещение осадка флюидами
(вода, воздух)

69.

Перенос осадка в потоке
Перекатыва
нием
Донный
осадок
Сальтаци
ей
Суспензией
Перенос
реками: 1)
твердые
частицы
различных
размеров; 2)
истинные
растворы; 3)
коллоиды
Суспензио
нная
взвесь

70. Диаграмма зависимости между скоростью потока и размером зерен осадка (по Хьюлстрому)

71. Способы транспортировки обломочных частиц ветром

Sand Movement
Ветер
ль
Са
10 сантиметров
та
ц
ия
Взвешенные
частицы
Волочение

72.

В процессе переноса и отложения происходит
разделение (дифференциация) осадка
1. Механическая дифференциация – сортировка по мере
переноса в водной среде
2. Химическая дифференциация – последовательный
переход растворенных веществ в твердую фазу

73.

Пример механической дифференциации осадка

74. Пример химической дифференциации

«Солнечная» диаграмма Курнакова: гипс – галит – эпсомит – гексагидрит –
карналлит – бишофит
бишофитовая
карналлитовая
ЗОНЫ
(Почти полное высыхание
Бассейна)
сильвинитовая
Зона сульфатов магния
галитовая
Гипс-ангидритовая
(Объем воды уменьшается
до 1/10)
(Объем воды уменьшается до
1/3 – 1/5)

75. Основные выводы из функционирования внешней динамической системы:

• Процессы внешней динамики Земли обеспечивают
физическое разрушение и химическое разложение
выходящих на дневную поверхность пород и
формирование исходного материала для будущих
осадочных отложений
• Продукты физического разрушения являются исходным
материалом для формирования обломочного класса
осадочных пород (песчаники); продукты химического
разложения служат исходным материалом для
образования химического и органогенного классов
осадочных пород (известняки)
• Динамические системы, функционирующие на
поверхности Земли, обеспечивают перемещение и
концентрацию продуктов выветривания в
конечных водоемах стока, где образуются пласты
горных пород-коллекторов