Кіріспе
Жер қыртысының бөліктерінің компьютерлік бейнелерін жасаудың қолданбалы ғылымы – геологиялық модельдеу, геологиялық модельдеу немесе геомодельдеу – Жер бетінде және астында жасалған геофизикалық және геологиялық байқауларға негізделген Жер қыртысының бөліктерінің компьютерлік бейнелерін жасаудың қолданбалы ғылымы. Геомодель – қызығушылық танытатын аймақтағы физикалық шамалардың сипаттамасымен толықтырылған үш өлшемді геологиялық картаның сандық баламасы. Геомодельдеу ортақ Жер моделі тұжырымдамасымен байланысты; ол – жер қойнауы туралы көп салалы, өзара әрекеттесетін және жаңартылатын білім базасы. Геомодельдеу әдетте табиғи ресурстарды басқару, табиғи қауіптерді анықтау және геологиялық процестерді мөлшерлеу үшін қолданылады, оның негізгі қолданылуы – мұнай және газ кен орындарында, жер асты суларында және кен орындарында. Мысалы, мұнай және газ өнеркәсібінде әртүрлі көмірсутектерді қалпына келтіру сценарийлері бойынша тау жыныстарының мінез-құлқын болжайтын резервуарлық симуляторларға енгізу ретінде нақты геологиялық модельдер қажет. Резервуарды бір рет қана пайдалануға болады, сондықтан дамуға қолайсыз жайды таңдап қателік жасау – қайғылы және ысырапшылық. Геологиялық модельдерді және резервуарлық модельдеуді пайдалану резервуар инженерлеріне қандай қалпына келтіру нұсқалары белгілі бір резервуардың қауіпсіздігін, экономикалық тиімділігін және тиімді даму жоспарын ұсынатынын анықтауға мүмкіндік береді. Геологиялық модельдеу – геологияның салыстырмалы түрде жаңа саласы, ол құрылымдық геологияны, шөгінділерді, стратиграфияны, палеоклиматологияны және диагенезді біріктіреді.
Geologic modelling, geological modelling or geomodelling is the applied science of creating computerized representations of portions of the Earth's crust based on geophysical and geological observations made on and below the Earth surface. A geomodel is the numerical equivalent of a three dimensional geological map complemented by a description of physical quantities in the domain of interest. Geomodelling is related to the concept of Shared Earth Model;
which is a multidisciplinary, interoperable and updatable knowledge base about the subsurface. Geomodelling is commonly used for managing natural resources, identifying natural hazards, and quantifying geological processes, with main applications to oil and gas fields, groundwater aquifers and ore deposits. For example, in the oil and gas industry, realistic geologic models are required as input to reservoir simulator programs, which predict the behavior of the rocks under various hydrocarbon recovery scenarios. A reservoir can only be developed and produced once; therefore, making a mistake by selecting a site with poor conditions for development is tragic and wasteful. Using geological models and reservoir simulation allows reservoir engineers to identify which recovery options offer the safest and most economic, efficient, and effective development plan for a particular reservoir. Geologic modelling is a relatively recent subdiscipline of geology which integrates structural geology, sedimentology, stratigraphy, paleoclimatology, and diagenesis;
In 2 dimensions (2D), a geologic formation or unit is represented by a polygon, which can be bounded by faults, unconformities or by its lateral extent, or crop. In geological models a geological unit is bounded by 3 dimensional (3D) triangulated or gridded surfaces. The equivalent to the mapped polygon is the fully enclosed geological unit, using a triangulated mesh. For the purpose of property or fluid modelling these volumes can be separated further into an array of cells, often referred to as voxels (volumetric elements). These 3D grids are the equivalent to 2D grids used to express properties of single surfaces. Geomodelling generally involves the following steps:
Preliminary analysis of geological context of the domain of study. Interpretation of available data and observations as point sets or polygonal lines (e. g. "fault sticks" corresponding to faults on a vertical seismic section). Construction of a structural model describing the main rock boundaries (horizons, unconformities, intrusions, faults)
Definition of a three dimensional mesh honoring the structural model to support volumetric representation of heterogeneity (see Geostatistics) and solving the Partial Differential Equations which govern physical processes in the subsurface (e. g. seismic wave propagation, fluid transport in porous media).
2 өлшемде (2D) геологиялық формация немесе бірлік көпбұрышпен бейнеленеді, оны жарылымдар, сәйкессіздіктер немесе оның бүйірлік кеңеюі немесе шығыңқысы шектеуге болады. Геологиялық модельдерде геологиялық бірлік үш өлшемді (3D) үшбұрышты немесе торлы беттермен шектеледі. Картаға түсірілген көпбұрышқа балама – үшбұрыштай торды пайдалана отырып, толық жабық геологиялық бірлік. Қасиеттерді немесе сұйықтықты модельдеу мақсатында бұл көлемдерді көбінесе вокселдер (көлемдік элементтер) деп аталатын ұяшықтар массивіне бөлуге болады. Бұл 3D торлар 2D торларға тең, олар бір беттің қасиеттерін көрсетуге қолданылады. Геомодельдеу әдетте мынадай қадамдарды қамтиды: зерттеу аймағының геологиялық контекстін алдын ала талдау; қол жетімді деректер мен байқауларды нүктелер жиынтығы немесе көпбұрышты сызықтар ретінде түсіндіру (мысалы, тік сейсмикалық қимадағы жарылымдарға сәйкес келетін «жаңсақ таяқшалар»); негізгі тау жыныстарының шекараларын сипаттайтын құрылымдық модель жасау (горизонттар, сәйкессіздіктер, интрузиялар, жарылымдар); гетерогенділіктің көлемдік бейнелеуін қолдау үшін құрылымдық модельді сақтайтын үш өлшемді торды анықтау (геостатистиканы қараңыз) және жер астындағы физикалық процестерді басқаратын ішінара дифференциалдық теңдеулерді шешу (мысалы, сейсмикалық толқындардың таралуы, кеуекті ортадағы сұйықтықтардың тасымалы).
Geologic modelling, geological modelling or geomodelling is the applied science of creating computerized representations of portions of the Earth's crust based on geophysical and geological observations made on and below the Earth surface. A geomodel is the numerical equivalent of a three dimensional geological map complemented by a description of physical quantities in the domain of interest. Geomodelling is related to the concept of Shared Earth Model;
which is a multidisciplinary, interoperable and updatable knowledge base about the subsurface. Geomodelling is commonly used for managing natural resources, identifying natural hazards, and quantifying geological processes, with main applications to oil and gas fields, groundwater aquifers and ore deposits. For example, in the oil and gas industry, realistic geologic models are required as input to reservoir simulator programs, which predict the behavior of the rocks under various hydrocarbon recovery scenarios. A reservoir can only be developed and produced once; therefore, making a mistake by selecting a site with poor conditions for development is tragic and wasteful. Using geological models and reservoir simulation allows reservoir engineers to identify which recovery options offer the safest and most economic, efficient, and effective development plan for a particular reservoir. Geologic modelling is a relatively recent subdiscipline of geology which integrates structural geology, sedimentology, stratigraphy, paleoclimatology, and diagenesis;
In 2 dimensions (2D), a geologic formation or unit is represented by a polygon, which can be bounded by faults, unconformities or by its lateral extent, or crop. In geological models a geological unit is bounded by 3 dimensional (3D) triangulated or gridded surfaces. The equivalent to the mapped polygon is the fully enclosed geological unit, using a triangulated mesh. For the purpose of property or fluid modelling these volumes can be separated further into an array of cells, often referred to as voxels (volumetric elements). These 3D grids are the equivalent to 2D grids used to express properties of single surfaces. Geomodelling generally involves the following steps:
Preliminary analysis of geological context of the domain of study. Interpretation of available data and observations as point sets or polygonal lines (e. g. "fault sticks" corresponding to faults on a vertical seismic section). Construction of a structural model describing the main rock boundaries (horizons, unconformities, intrusions, faults)
Definition of a three dimensional mesh honoring the structural model to support volumetric representation of heterogeneity (see Geostatistics) and solving the Partial Differential Equations which govern physical processes in the subsurface (e. g. seismic wave propagation, fluid transport in porous media).
Құрылымдық негіздеме
Негізгі формация шекараларының кеңістіктік орналасуын, оның ішінде жарықтардың, бүктелулердің және эрозияның (ұқсастықтардың жоқтығы) әсерін қамту. Негізгі стратиграфиялық бөліністер шекаралық беттерге қатысты әртүрлі геометриялық жасуша қабаттарына бөлінеді (жоғарғы бетке параллель, төменгі бетке параллель, пропорционал). Жасушаның максималды өлшемдері шешілуі тиіс нысандардың ең кіші өлшемдерімен анықталады (күнделікті мысал: қаланың цифрлық картасында қалалық саябақтың орналасуы бір үлкен жасыл пикселмен көрсетілуі мүмкін, бірақ баскетбол алаңының, бейсбол алаңының және бассейдің орналасуын анықтау үшін әлдеқайда кіші пиксельдер – жоғары ажыратымдылық – пайдалану қажет).
Тау жыныстарының түрі
Модельдегі әрбір ұяшыққа тау жынысының түрі тағайындалады. Жағалаудағы кластикалық ортада бұл жағажай құмы, жоғары су энергиясы бар теңіздің жоғарғы жағалау құмы, орташа су энергиясы бар теңіздің төменгі жағалау құмы, және тереңдегі төмен энергиялы теңіздің саз және палеозойі болуы мүмкін. Модельдегі осы тау жыныстарының таралуы бірнеше әдістермен бақыланады, оның ішінде карта шекаралық көпбұрыштар, тау жынысы түрінің ықтималдық карталары, немесе жеткілікті жақын аралықта орналасқан ұңғыма деректеріне сүйенген статистикалық орналастыру арқылы.
Қойма сапасы
Резервуардың сапалық параметрлеріне көбінесе кеуектілік және өткізгіштік кіреді, бірақ тау жынысының құрамындағы саздың мөлшері, цементтелу факторлары және осы тау жыныстарының кеуектеріндегі сұйықтықтардың сақталуы мен берілуіне әсер ететін басқа да факторлар да кіруі мүмкін. Геостатистикалық әдістер әдетте әрбір ұяшықтың тау жынысы түріне сай кеуектілік және өткізгіштік мәндерін енгізу үшін қолданылады.
Сұйықтыққа қанығу
Тау жыныстарының көп бөлігі толығымен жер асты суларымен қаныққан. Кейде, қажетті жағдайлар туғанда, тау жынысының кеуекті кеңістігінің бір бөлігі басқа сұйықтықтар немесе газдармен толған болады. Энергетика саласында мұнай және табиғи газ ең көп модельденетін сұйықтықтар болып табылады. Геологиялық модельдегі көмірсутектердің қанығуын есептеу үшін қолданылатын басты әдістер, кеуектің тамыр диаметрін, сұйықтықтардың тығыздығын және су деңгейінен жасушаның биіктігін бағалауды қамтиды, себебі осы факторлар капиллярлық күшке ең күшті әсер етеді, ал капиллярлық күш сұйықтықтардың қанығуын анықтайды.
Геостатистика
Геологиялық модельдеудің маңызды бөлігі геостатистикамен байланысты. Көрсетілген деректерді, көбінесе реттелмеген торларда бейнелеу үшін, біз белгілі бір интерполяция техникаларын қолдануға тиіспіз. Ең көп қолданылатын техника – Kriging, ол деректердің кеңістіктік корреляциясын пайдаланып, жартылай вариограммалар арқылы интерполяция жасауға бағытталған. Деректер арасындағы кеңістіктік өзгергіштікті реалистік көріністе көрсету және кеңістіктік белгісіздікті бағалау үшін вариограммаларға, оқулық суреттерге немесе параметрлік геологиялық объектілерге негізделген геостатистикалық модельдеу жиі қолданылады, мысалы.
not on regular grids, we have to use certain interpolation techniques. The most widely used technique is kriging
which uses the spatial correlation among data and intends to construct the interpolation via semi variograms. To reproduce more realistic spatial variability and help assess spatial uncertainty between data, geostatistical simulation based on variograms, training images, or parametric geological objects is often used, e. g.
Минералдық кен орындары
Тау-кен және минералдық барлаумен айналысатын геологтар геологиялық модельдеуді Жер қойнауындағы минералдық кен орындарының геометриясын және орналасуын анықтау үшін пайдаланады. Геологиялық модельдер минералдардың көлемін және концентрациясын анықтауға көмектеседі, ал минералданудың экономикалық құндылығын бағалау үшін экономикалық шектеулер қолданылады. Экономикалық тұрғыдан тиімді деп танылған минералдық кен орындары кен байытуға дайындалуы мүмкін.
Технология
Геомодельдеу мен CAD көптеген ортақ технологияларды бөліседі. Бағдарламалық жасақтама көбінесе C++, Java немесе C# тілдерінде объектіге бағытталған бағдарламалау технологияларын қолданады, бір немесе бірнеше компьютерлік платформаларда іске асырылады. Графикалық пайдаланушы интерфейсі әдетте кеңістіктік деректерді, интерпретацияларды және модельдеу нәтижелерін визуализациялау үшін бір немесе бірнеше 3D және 2D графикалық терезелерден тұрады. Мұндай визуализация графикалық құрылғыларды пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Пайдаланушы өзара әрекеттесуі көбінесе тышқан мен пернетақта арқылы жүзеге асырылады, бірақ кейбір жағдайларда 3D көрсеткіш құрылғылары мен толыққанды орталар қолданылуы мүмкін. Географиялық ақпараттық жүйе (ГИС) геологиялық деректерді өңдеу үшін де кеңінен қолданылады. Геометриялық нысандар параметрлік қисықтармен және беттермен немесе көпбұрышты торлар сияқты дискретті модельдермен көрсетіледі.
Тарих
70-ші жылдары геомодельдеу негізінен контурлау сияқты автоматты 2D картографиялық техникалардан тұрды, бұл FORTRAN бағдарламалары арқылы тікелей графикалық құрылғылармен байланысқан күйінде іске асырылды. 80-ші жылдары 3D графикалық мүмкіндіктері бар жұмыс станцияларының пайда болуы графикалық пайдаланушы интерфейсімен жаңа буын геомодельдеу бағдарламалық жасақтамасын құрады, ол 90-шы жылдары толыққанды жетілді. Геомодельдеудің бастапқы қадамынан бері оны негізінен мұнай және газ өнеркәсібі қолдап, дамытып келеді.