نمذجة الخزانات

تتمثل الخطوة الأولى في تحويل البيانات الزلزالية إلى محاكاة في إيجاد علاقة بين الخصائص الفيزيائية الرئيسية للصخور وخصائصها المرنة . وهذا ضروري لإيجاد أرضية مشتركة بين بيانات سجلات الآبار والبيانات الزلزالية. ^{[ 3 ]}

تُقاس بيانات الآبار بالعمق وتوفر بيانات رأسية عالية الدقة، لكنها لا تُقدم أي معلومات عن المسافة بين الآبار. أما البيانات الزلزالية فتُقاس بالزمن وتوفر تفاصيل جانبية دقيقة، لكن دقتها الرأسية محدودة للغاية. عند ربط بيانات الآبار بالبيانات الزلزالية، يُمكن استخدامها لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد دقيق لطبقات ما تحت السطح.

يُستقى فهم خصائص الصخور من مزيج من المعرفة الجيولوجية الأساسية وقياسات الآبار. وبناءً على فهم كيفية تشكّل المنطقة عبر الزمن، يستطيع الجيولوجيون التنبؤ بأنواع الصخور المحتملة ومدى سرعة تغيّرها مكانيًا. وتُوفّر سجلات الآبار وقياسات اللب عينات للتحقق من هذا الفهم وتحسينه.

يستخدم علماء الجيوفيزياء البيانات الزلزالية لتحديد قمم أنواع الصخور المختلفة وتوزيع خصائصها في الفراغات بين الآبار، وذلك باستخدام خصائص الانعكاس الزلزالي مثل المعاوقة الصوتية . تقيس المسوحات الزلزالية تباينات المعاوقة الصوتية بين طبقات الصخور. فعند مواجهة تراكيب جيولوجية مختلفة، تنعكس الموجة الصوتية وتنكسر تبعًا لتباين المعاوقة بين الطبقات. وتختلف المعاوقة الصوتية باختلاف نوع الصخر ، وبالتالي يمكن ربطها بخصائص الصخور باستخدام علاقات فيزياء الصخور بين خصائص الانعكاس والخصائص الجيوفيزيائية مثل المسامية ، والتركيب الصخري ، وتشبع الماء ، والنفاذية .

بعد معالجة بيانات الآبار وتحريرها بشكل صحيح، يتم إنشاء نموذج فيزيائي صخري يُستخدم لاستخلاص الخصائص المرنة الفعالة للصخور من معلمات السوائل والمعادن، بالإضافة إلى معلومات بنية الصخور. تُعاير معلمات النموذج بمقارنة البيانات الصوتية المرنة المُصنّعة مع البيانات الصوتية المرنة المتاحة . تُجرى الحسابات باتباع عدد من خوارزميات فيزياء الصخور، بما في ذلك: Xu & White، وGreenberg & Castagna، وGassmann، وGardner، وHashin-Shtrikman المُعدّل (العلوي والسفلي)، وBatzle & Wang.

عند اكتمال نموذج الخصائص الفيزيائية للصخور، يتم إنشاء قاعدة بيانات إحصائية لوصف أنواع الصخور وخصائصها المعروفة مثل المسامية والنفاذية. ويتم وصف أنواع الصخور، بالإضافة إلى خصائصها المرنة المميزة.

في الخطوة التالية من عملية تحويل البيانات الزلزالية إلى محاكاة، تجمع تقنيات الانعكاس الزلزالي بيانات الآبار والبيانات الزلزالية لإنتاج نماذج ثلاثية الأبعاد متعددة ومتساوية في المصداقية للخصائص المرنة للمكمن. تُحوّل البيانات الزلزالية إلى سجلات الخصائص المرنة عند كل مسار. تُستخدم تقنيات الانعكاس الحتمية لتوفير رؤية شاملة جيدة للمسامية في الحقل، وتُستخدم كآلية للتحقق من الجودة. وللحصول على تفاصيل أدقّ ضرورية للجيولوجيا المعقدة ، يُستخدم انعكاس عشوائي إضافي. ^{[ 4 ]}

تكشف إجراءات الانعكاس الجيولوجي الإحصائي عن الخزانات الرقيقة التي يصعب تحديدها بطرق أخرى، وتحدد معالمها. ^{[ 5 ]} ويعالج الانعكاس الجيولوجي الإحصائي القائم على سلسلة ماركوف مونت كارلو (MCMC) مشكلة القياس الرأسي من خلال إنشاء خصائص صخرية مستمدة من البيانات الزلزالية مع أخذ عينات رأسية متوافقة مع النماذج الجيولوجية.

تُدمج جميع البيانات الميدانية في عملية الانعكاس الجيولوجي الإحصائي باستخدام دوال توزيع الاحتمال (PDFs). تصف كل دالة توزيع احتمال بيانات إدخال معينة بمصطلحات جيولوجية إحصائية باستخدام المدرجات التكرارية والمخططات التباينية ، والتي تحدد احتمالية قيمة معينة في مكان محدد، بالإضافة إلى المقياس والنسيج المتوقعين بشكل عام بناءً على المعلومات الجيولوجية.

بعد إنشاء دوال كثافة الاحتمال، يتم دمجها باستخدام الاستدلال البايزي ، مما ينتج عنه دالة كثافة احتمال لاحقة تتوافق مع كل ما هو معروف عن المجال. ^{[ 6 ]} يُستخدم نظام ترجيح ضمن الخوارزمية، مما يجعل العملية أكثر موضوعية.

انطلاقًا من دالة كثافة الاحتمال اللاحقة، تُولَّد نماذج باستخدام خوارزمية مونت كارلو لسلسلة ماركوف. تتميز هذه النماذج بدقتها الإحصائية العالية، وتُنتج نماذج ذات تفاصيل دقيقة وواقعية فائقة. يمكن محاكاة خصائص الصخور، مثل المسامية، بشكل مشترك مع الخصائص المرنة المُحدَّدة بواسطة الانعكاس الجيولوجي الإحصائي. تُكرَّر هذه العملية حتى يتم تحديد النموذج الأنسب.

يتم ضبط معلمات الانعكاس عن طريق تشغيل عملية الانعكاس عدة مرات مع بيانات الآبار وبدونها. في حالة عدم توفر بيانات الآبار، يتم تشغيل عمليات الانعكاس في وضع البئر العمياء. تختبر عمليات الانعكاس هذه في وضع البئر العمياء موثوقية الانعكاس المقيد وتزيل أي تحيز محتمل.

يُنتج هذا النهج الإحصائي نماذج متعددة متساوية الاحتمالية تتوافق مع البيانات الزلزالية والآبار والجيولوجيا. ويقوم الانعكاس الجيولوجي الإحصائي في آنٍ واحد بعكس خصائص المعاوقة وأنواع الخصائص المنفصلة، ​​ويمكن بعد ذلك محاكاة الخصائص الفيزيائية الصخرية الأخرى، مثل المسامية، بشكل مشترك.

تتوافق أحجام البيانات الناتجة مع معدل أخذ العينات في نموذج المكمن، لأن إنشاء نماذج اصطناعية باستخدام عينات دقيقة يُشابه إنشاءها باستخدام سجلات الآبار. وتتوافق خصائص الانعكاس مع خصائص سجلات الآبار، لأن المدرجات التكرارية المستخدمة لتوليد خصائص الصخور الناتجة من الانعكاس تستند إلى قيم سجلات الآبار لتلك الخصائص الصخرية.

يتم قياس عدم اليقين باستخدام بذور عشوائية لتوليد نتائج مختلفة قليلاً، لا سيما في المجالات ذات الأهمية. تُحسّن هذه العملية فهم عدم اليقين والمخاطر داخل النموذج.

بعد إجراء التحليل الجيولوجي الإحصائي، واستعدادًا لمطابقة البيانات التاريخية ومحاكاة التدفق، يُعاد تقسيم النموذج الثابت إلى شبكة وتوسيع نطاقه. وتحوّل هذه العملية الزمن إلى عمق لمختلف الخصائص، وتنقلها في بُعد ثلاثي من الشبكة الزلزالية إلى شبكة نقاط الزاوية . ويتم الحفاظ على المواقع النسبية للخصائص، مما يضمن وصول نقاط البيانات في الشبكة الزلزالية إلى الطبقة الطبقية الصحيحة في شبكة نقاط الزاوية. ^{[ 6 ]}

عادةً ما يكون النموذج الثابت المُنشأ من البيانات الزلزالية متعامدًا، لكن برامج محاكاة التدفق تتطلب شبكات نقاط الزاوية. تتكون شبكة نقاط الزاوية من مكعبات تكون عادةً أكثر خشونة في الاتجاه الأفقي، ويتم تحديد كل زاوية من زوايا المكعب بشكل اعتباطي لتتبع السمات الرئيسية في الشبكة. قد يؤدي التحويل المباشر من الشبكة المتعامدة إلى شبكة نقاط الزاوية إلى مشاكل مثل حدوث انقطاع في تدفق المائع .

تضمن شبكة الطبقات الوسيطة عدم تشويه البنى المهمة أثناء عملية النقل. تحتوي شبكة الطبقات على نفس عدد خلايا شبكة الزلازل المتعامدة، ولكن حدودها محددة بأسطح الطبقات، وتتبع خلاياها التنظيم الطبقي. هذا تمثيل طبقي لبيانات الزلازل باستخدام التفسير الزلزالي لتحديد الطبقات. ثم يُسقط نموذج شبكة الطبقات على شبكة نقاط الزاوية بتعديل المناطق.

باستخدام نماذج المسامية والنفاذية ودالة ارتفاع التشبع، يتم بناء نماذج التشبع الأولية. إذا كشفت الحسابات الحجمية عن وجود مشاكل في النموذج، تُجرى تعديلات على النموذج البتروفيزيائي دون أن يؤدي ذلك إلى انحراف النموذج عن بيانات الإدخال الأصلية. على سبيل المثال، تُضاف فوالق مانعة للتسرب لزيادة تقسيم الطبقات.

في الخطوة الأخيرة من عملية تحويل البيانات الزلزالية إلى محاكاة، تُستكمل عملية التكامل من خلال محاكاة التدفق، وذلك بإدخال بيانات الإنتاج التاريخية. يوفر هذا مزيدًا من التحقق من صحة النموذج الثابت مقارنةً بالبيانات التاريخية. تتم مطابقة مجموعة تمثيلية من نتائج النموذج، المُستخرجة من عملية الانعكاس الجيولوجي الإحصائي، مع بيانات الإنتاج التاريخية. إذا كانت خصائص النموذج واقعية، فينبغي أن يتطابق سلوك ضغط قاع البئر المُحاكى مع ضغط قاع البئر التاريخي (المقاس). ^{[ 7 ]} كما ينبغي أن تتطابق معدلات تدفق الإنتاج وغيرها من البيانات الهندسية.

بناءً على جودة المطابقة، يتم استبعاد بعض النماذج. بعد عملية المطابقة التاريخية الأولية، تُعدّل معايير البئر الديناميكية حسب الحاجة لكل نموذج من النماذج المتبقية لتحسين المطابقة. يُمثل النموذج النهائي أفضل تطابق مع قياسات الحقل الأصلية وبيانات الإنتاج، ويُستخدم بعد ذلك في قرارات الحفر وتخطيط الإنتاج.