Анализ возможностей технологий морской электроразведки при решении задач картирования и мониторинга нефтегазовых месторождений с помощью 3D-моделирования и геометрической 3D-инверсии
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2024.204Аннотация
Представлены возможности и сравнительный анализ технологий морской электроразведки для решения задач поиска углеводородов и мониторинга водонефтяного контакта. Исследования проводились с использованием аппарата 3D-моделирования и геометрической 3D-инверсии. Метод 3D-моделирования основан на специальной математической постановке с двухэтапным выделением поля и конечноэлементной аппроксимации с использованием векторных базисных функций. Метод геометрической 3D-инверсии нацелен на максимальное повышение точности определения границ целевых объектов. Рассмотрена новая технология электроразведки, реализуемая в старт-стопном режиме и измерениями во временной области. Эта технология включает в себя расположенный на морском дне восьмилучевой приемник и два источника в виде горизонтальных электрических диполей, которые могут располагаться как на морском дне, так и у поверхности воды. Показано, что эта технология позволяет получить существенно больший абсолютный и относительный сигнал от глубокозалегающего объекта повышенного сопротивления по сравнению с технологиями, в которых возбуждение и прием поля осуществляются либо горизонтальными, либо вертикальными линиями. Для технологии с восьмилучевым приемником проведен анализ погрешности определения водонефтяного контакта и областей эквивалентности. Показано, что при достаточной чувствительности сигналов к наличию глубокозалегающего целевого объекта, положение его границ может быть определено с точностью не хуже 200 м для глубины залегания объекта 2.5 км при достаточном контрасте удельных сопротивлений объекта и окружающей его среды. Также показано, что положение границы нефтенасыщенной зоны определяется сменой знака между отрицательным и положительным экстремумами в графиках отклонений сигналов, полученных при смещении этой границы в процессе добычи нефти, а сопротивление области, оставшейся после вытеснения основного объема нефти, определяется уровнем этих экстремумов. Это, в свою очередь, открывает перспективы использования этой технологии при решении задач мониторинга границы нефтенасыщенной зоны в процессе разработки морских нефтяных месторождений.
Ключевые слова:
морская электроразведка, поиск углеводородов, мониторинг, численное 3D-моделирование, 3D-инверсия
Скачивания
Библиографические ссылки
Abubakar, A., Habashy, T. M., Li, M., Liu, J. (2009). Inversion algorithms for large-scale geophysical electromagnetic measurements. Inverse Problems, 25, 123012. https://doi.org/10.1088/0266-5611/25/12/123012
Brown, V., Hoversten, M., Key, K., Chen, J. (2012). Resolution of reservoir scale electrical anisotropy from marine CSEM data. Geophysics, 77, E147–E158. https://doi.org/10.1190/geo2011-0159.1
Cai, H., Hu, X., Li, J., Endo, M., Xiong, B. (2017). Parallelized 3D CSEM modeling using edge-based finite element with total field formulation and unstructured mesh. Computers Geosciences, 99, 125–134. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2016.11.009
Constable, S. (2013). Review paper: Instrumentation for marine magnetotelluric and controlled source electromagnetic sounding. Geophys. Prospect, 61, 505–532. https://doi.org/10.1111/j.1365-2478.2012.01117.x
Da Piedade, A. A., Régis, C., Nunes, C. M. B., da Silva, H. F. (2021). Computational cost comparison between nodal and vector finite elements in the modeling of controlled source electromagnetic data using a direct solver. Computers Geosciences, 156, 104901. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2021.104901
Da Silva, N. V., Morgan, J. V., MacGregor, L., Warner, M. (2012). A finite element multifrontal method for 3D CSEM modeling in the frequency domain. Geophysics, 77, E101–E115. https://doi.org/10.1190/geo2010-0398.1
Du, Z., Namo, G., May, J., Reiser, C., Midgley, J. (2017). Total hydrocarbon volume in place: improved reservoir characterization from integration of towed-streamer EM and dual-sensor broadband seismic data. First Break, 35. https://doi.org/10.3997/1365-2397.35.9.90115
edgerov.com.au (2024). Edgerov — Autonomous Technology. [online] Available at: https://edgerov.com.au/wp-content/uploads/2022/09/EROV-Seasam-Catalog-Q3.2022-Sept-2022.pdf. [Accessed 29.01.2024].
Girard, J.-F., Coppo, N., Rohmer, J., Bourgeois, B., Naudet, V., Schmidt-Hattenberger, C. (2011). Time-lapse CSEM monitoring of the Ketzin (Germany) CO2 injection using 2×MAM configuration. Energy Procedia, 4, 3322–3329. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2011.02.253
Haroon, A., Hölz, S., Gehrmann, R. A. S., Attias, E., Jegen, M., Minshull, T. A., Murton, B. J. (2018). Marine dipole–dipole controlled source electromagnetic and coincident-loop transient electromagnetic experiments to detect seafloor massive sulphides: effects of three-dimensional bathymetry. Geophysical Journal International, 215, 2156–2171. https://doi.org/10.1093/gji/ggy398
Helwig, S. L., Wood, W., Frafjord, Ø. (2017). First CSEM Surveys with a Newly Designed Receiver. In: 79th EAGE Conference and Exhibition 2017. https://doi.org/10.3997/2214-4609.201700566
Helwig, S. L., El Kaffas, A. W., Holten, T., Frafjord, O., Eide, K. (2013). Vertical dipole CSEM: technology advances and results from Snohvit field. First Break, 31 (4), 63–68.
Holten, T., Flekkøy, E. G., Singer, B., Blixt, E. M., Hanssen, A., Måløy, K. J. (2009). Vertical source, vertical receiver, electromagnetic technique for offshore hydrocarbon exploration. First Break, 27. https://doi.org/10.3997/1365-2397.27.1299.28934
Johansen, S. E., Panzner, M., Mittet, R., Amundsen, H. E. F., Lim, A., Vik, E., Landrø, M., Arntsen, B. (2019). Deep electrical imaging of the ultraslow-spreading Mohns Ridge. Nature, 567, 379–383. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1010-0
Karoth, P. (2023). Minimizing positional errors during ROV visual inspection. A guide for underwater video survey professionals | Hydro International. [online] Available at: https://www.hydro-international.com/content/article/minimizing-positional-errors-during-rov-visual-inspection. [Accessed 29.01.2024].
Key, K. (2009). 1D inversion of multicomponent, multifrequency marine CSEM data: Methodology and synthetic studies for resolving thin resistive layers. Geophysics, 74, F9–F20. https://doi.org/10.1190/1.3058434
King, R. B., Constable, S., Maloney, J. M. (2022). A case study in controlled source electromagnetism: Near seabed hydrocarbon seep systems of Coal Oil Point, California, USA. Mar. Petroleum geology, 139, 105636. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2022.105636
Knai, T. A. and Knipe, R. J. (1998). The impact of faults on fluid flow in the Heidrun Field. Geological Society, London, Special Publ. 147, 269–282. https://doi.org/10.1144/GSL.SP.1998.147.01.18
Legeydo, P. Y. and Ageenkov, E. V. (2011). Differentially-normalized Method of Electroinvestigation (DNME) — An Efficient Instrument for HC Exploration Off- and Onshore. In: SPE Arctic and Extreme Environments Conference and Exhibition. SPE. https://doi.org/10.2118/149910-MS
Li, G., Zhang, L., Goswami, B. K. (2022). Complex Frequency-Shifted Perfectly Matched Layers for 2.5D Frequency-Domain Marine Controlled-Source EM Field Simulations. Surveys in Geophysics, 43, 1055–1084. https://doi.org/10.1007/s10712-022-09699-z
Liu, Z., Ren, Z., Yao, H., Tang, J., Lu, X., Farquharson, C. (2023). A parallel adaptive finite-element approach for 3-D realistic controlled-source electromagnetic problems using hierarchical tetrahedral grids. Geophysical Journal International, 232, 1866–1885. https://doi.org/10.1093/gji/ggac419
Mogilatov, V. and Goldman, M. (2020). Generalized Tikhonov’s algorithm for accurate calculation of one-dimensional transient responses directly in time domain. Geophysical Prospecting, 68, 690–708. https://doi.org/10.1111/1365-2478.12843
Mogilatov, V., Goldman, M., Persova, M., Soloveichik, Y., Koshkina, Y., Trubacheva, O., Zlobinskiy, A. (2016). Application of the marine circular electric dipole method in high latitude Arctic regions using drifting ice floes. Journal of Applied Geophysics, 135, 17–31. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2016.08.007
Nunes, C. M. B. and Régis, C. (2020). GEMM3D: An Edge Finite Element program for 3D modeling of electromagnetic fields and sensitivities for geophysical applications. Computers Geosciences, 139, 104477. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2020.104477
Park, J., Fawad, M., Viken, I., Aker, E., Bjørnarå, T. I. (2013). CSEM Sensitivity Study for Sleipner CO2-injection Monitoring. Energy Procedia, 37, 4199–4206. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.06.322
Persova, M. G., Soloveichik, Y. G., Domnikov, P. A., Vagin, D. V., Koshkina, Y. I. (2015). Electromagnetic field analysis in the marine CSEM detection of homogeneous and inhomogeneous hydrocarbon 3D reservoirs. Journal of Applied Geophysics, 119, 147–155. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2015.05.019
Persova, M. G., Soloveichik, Y. G., Kjerstad, J. K. (2022). Method and apparatus for performing a CSEM survey. Patent no. WO2022186701A1 2022-09-09, Priorities: NO20210285A 2021-03-03.
Persova, M. G., Soloveichik, Y. G., Kjerstad, J. K., Sivenkova, A. P., Kiseleva, A. S., Kiselev, D. S. (2023). Geometric 2.5D inversion of marine time domain electromagnetic data with application to hydrocarbon deposits prospecting. Journal of Applied Geophysics, 212, 104996. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2023.104996
Persova, M. G., Soloveichik, Y. G., Trigubovigh, G. M. (2011). Computer modeling of geoelectromagnetic fields in three-dimensional media by the finite element method. Izvestiya, Physics of the Solid Earth, 47, 79–89. https://doi.org/10.1134/S1069351311010095
Persova, M. G., Soloveichik, Y. G., Vagin, D. V., Grif, A. M., Kiselev, D. S., Patrushev, I. I., Nasybullin, A. V., Ganiev, B. G. (2021a). The design of high-viscosity oil reservoir model based on the inverse problem solution. Journal of Petroleum Science and Engineering, 199, 108245. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.108245
Persova, M. G., Soloveichik, Y. G., Vagin, D. V., Kiselev, D. S., Grif, A. M., Koshkina, Y. I., Sivenkova, A. P. (2020a). Three-dimensional inversion of airborne data with applications for detecting elongated subvertical bodies overlapped by an inhomogeneous conductive layer with topography. Geophysical Prospecting, 68, 2217–2253. https://doi.org/10.1111/1365-2478.12979
Persova, M. G., Soloveichik, Y. G., Vagin, D. V., Kiselev, D. S., Koshkina, Y. I. (2020b). Finite element solution to 3-D airborne time-domain electromagnetic problems in complex geological media using non-conforming hexahedral meshes. Journal of Applied Geophysics, 172, 103911. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2019.103911
Persova, M. G., Soloveichik, Y. G., Vagin, D. V., Kiselev, D. S., Sivenkova, A. P., Grif, A. M. (2021b). Improving the computational efficiency of solving multisource 3-D airborne electromagnetic problems in complex geological media. Computers Geosciences, 25, 1957–1981. https://doi.org/10.1007/s10596-021-10095-6
Persova, M. G., Soloveichik, Y. G., Vagin, D. V., Sivenkova, A. P., Kiseleva, A. S., Tokareva, M. G. (2021c). Improving the Accuracy of 3-D Modeling Electromagnetic Fields in Marine Electrical Prospecting Problems, in: 2021 XV International Scientific-Technical Conference on Actual Problems Of Electronic Instrument Engineering (APEIE). IEEE, 583–586. https://doi.org/10.1109/APEIE52976.2021.9647511
PL887 Status Report at Licence Lapse (2020). [report] PGNiG Upstream Norway, Skagen 44, Concedo, Petrolia NOCO.
Schwalenberg, K., Gehrmann, R. A. S., Bialas, J., Rippe, D. (2020). Analysis of marine controlled source electromagnetic data for the assessment of gas hydrates in the Danube deep-sea fan, Black Sea. Marine and Petroleum Geology, 122, 104650. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2020.104650
Schwalenberg, K., Rippe, D., Koch, S., Scholl, C. (2017). Marine‐controlled source electromagnetic study of methane seeps and gas hydrates at Opouawe Bank, Hikurangi Margin, New Zealand. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 122, 3334–3350. https://doi.org/10.1002/2016JB013702
Schwarzbach, C., Börner, R.-U., Spitzer, K. (2011). Three-dimensional adaptive higher order finite element simulation for geo-electromagnetics-a marine CSEM example. Geophysical Journal International, 187, 63–74. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2011.05127.x
Senger, K., Birchall, T., Betlem, P., Ogata, K., Ohm, S., Olaussen, S., Paulsen, R. S. (2021). Resistivity of reservoir sandstones and organic rich shales on the Barents Shelf: Implications for interpreting CSEM data. Geoscience Frontiers, 12, 101063. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2020.08.007
Soloveichik, Yu.G., Persova, M.G., Vagin, D.V., Sivenkova, A.P., Kiselev, D.S., Koshkina, Yu.I. (2024). Comparative analysis of computational schemes for FEM modeling of 3D time-domain geoelectromagnetic fields excited by a horizontal grounded-wire source. Computers and Geosciences 183, 105514. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2023.105514
Soloveichik, Yu.G., Royak, M.E., Persova, M.G. (2007). Finite element method for solving scalar and vector problems. Novosibirsk: NSTU Publ. (In Russian)
Theuerkorn, K. (2012). Reservoir characterisation using macromolecular petroleum compounds including asphaltenes: A case study of the Heidrun oil field in the Norwegian North Sea. [thesis] Berlin.
Thrana, C., Næss, A., Leary, S., Gowland, S., Brekken, M., Taylor, A. (2014). Updated depositional and stratigraphic model of the Lower Jurassic Åre Formation, Heidrun Field, Norway. In: From Depositional Systems to Sedimentary Successions on the Norwegian Continental Margin. 253–289. https://doi.org/10.1002/9781118920435.ch11
Um, E. S., Harris, J. M., Alumbaugh, D. L. (2010). 3D time-domain simulation of electromagnetic diffusion phenomena: A finite-element electric-field approach. Geophysics 75, F115–F126. https://doi.org/10.1190/1.3473694
Zhang, M., Farquharson, C. G., Lin, T. (2022). Comparison of nodal and edge basis functions for the forward modelling of three-dimensional frequency-domain wire source electromagnetic data using a potentials formulation. Geophysical Prospecting, 70, 828–843. https://doi.org/10.1111/1365-2478.13187
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Статьи журнала «Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле» находятся в открытом доступе и распространяются в соответствии с условиями Лицензионного Договора с Санкт-Петербургским государственным университетом, который бесплатно предоставляет авторам неограниченное распространение и самостоятельное архивирование.
