Введение
Прикладная наука создания компьютеризированных представлений участков земной коры.
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).
Геологическое моделирование, геологическое моделирование или геомоделирование – это прикладная наука создания компьютеризированных представлений участков земной коры на основе геофизических и геологических наблюдений, выполненных на поверхности и в недрах Земли. Геомодель является числовым эквивалентом трехмерной геологической карты, дополненной описанием физических характеристик в рассматриваемой области. Геомоделирование связано с концепцией Объединенной модели Земли, которая представляет собой междисциплинарную, совместимую и обновляемую базу знаний о недрах. Геомоделирование обычно используется для управления природными ресурсами, выявления природных опасностей и количественной оценки геологических процессов, в основном в области нефтяных и газовых месторождений, подземных водоносных горизонтов и рудных месторождений. Например, в нефтегазовой промышленности реалистичные геологические модели необходимы в качестве входных данных для программ моделирования пластов, которые прогнозируют поведение горных пород при различных сценариях добычи углеводородов. Пласт можно разработать и эксплуатировать только один раз, поэтому ошибка при выборе участка с неблагоприятными условиями для разработки является трагичной и нерациональной. Использование геологических моделей и моделирования пластов позволяет инженерам-разработчикам месторождений определить, какие стратегии разработки обеспечивают наиболее безопасный, экономически эффективный и результативный план для конкретного пласта. Геологическое моделирование – относительно новая подотрасль геологии, объединяющая структурную геологию, седиментологию, стратиграфию, палеоклиматологию и диагенез.
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).
В двух измерениях (2D) геологическое образование или слой изображается многоугольником, ограниченным разломами, несоответствиями, его боковым распространением или выходом на поверхность. В геологических моделях геологический слой ограничен трехмерными (3D) треугольными или сетчатыми поверхностями. Эквивалентом картографированного многоугольника является полностью замкнутый геологический слой, представленный треугольной сеткой. Для моделирования свойств или флюидов эти объемы могут быть дополнительно разделены на массив ячеек, часто называемых вокселями (объемными элементами). Эти 3D-сетки эквивалентны 2D-сеткам, используемым для представления свойств отдельных поверхностей. Геомоделирование обычно включает следующие этапы:
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).
Предварительный анализ геологического контекста исследуемой области. Интерпретация доступных данных и наблюдений в виде наборов точек или полилиний (например, «линии разломов», соответствующие разломам на вертикальном сейсмическом разрезе). Построение структурной модели, описывающей основные границы горных пород (горизонты, несоответствия, интрузии, разломы). Определение трехмерной сетки, соответствующей структурной модели для поддержки объемного представления неоднородности (см. Геостатистику) и решения частных дифференциальных уравнений, управляющих физическими процессами в недрах (например, распространение сейсмических волн, перенос флюида в пористых средах).
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).
Структурные рамки
Включение пространственного положения основных границ формаций, учитывающее влияние разломов, складок и эрозии (несогласий). Основные стратиграфические подразделения далее дробятся на слои ячеек различной геометрии относительно ограничивающих поверхностей (параллельно верхней границе, параллельно основанию, пропорционально). Максимальные размеры ячеек определяются минимальными размерами элементов, которые необходимо отобразить (например, на цифровой карте города местоположение парка может быть адекватно представлено одним большим зеленым пикселем, но для определения местоположения баскетбольной площадки, бейсбольного поля и бассейна требуются гораздо меньшие пиксели – более высокое разрешение).
Тип породы
Каждой ячейке модели присвоен тип породы. В прибрежной обломочной среде это могут быть пляжный песок, песок верхнего берегового уреза с высокой энергией водной среды, песок нижнего берегового уреза со средней энергией водной среды, а также более глубоководные илы и сланцы с низкой энергией. Распределение этих типов пород в модели контролируется несколькими методами, включая граничные полигоны на картах, карты вероятности типов пород или статистическое размещение на основе достаточно плотных данных скважин.
Качество резервуара
Параметры качества коллекторов почти всегда включают пористость и проницаемость, но могут также включать измерения содержания глинистых пород, коэффициенты цементации и другие факторы, влияющие на ёмкость и дебильность флюидов, заключенных в порах этих пород. Геостатистические методы чаще всего используются для определения значений пористости и проницаемости для каждой ячейки, соответствующих типу породы в этой ячейке.
Насыщенность жидкостью
Большинство горных пород полностью насыщены подземными водами. Иногда, при определенных условиях, часть порового пространства в породе занимают другие жидкости или газы. В энергетической отрасли наиболее часто моделируются нефть и природный газ. Предпочтительные методы расчета насыщения углеводородами в геологической модели включают оценку размера портового горлышка, плотности жидкостей и высоты ячейки над уровнем контакта с водой, поскольку эти факторы оказывают наибольшее влияние на капиллярные эффекты, которые в конечном итоге определяют насыщение флюидами.
Геостатистика
Важная часть геологического моделирования связана с геостатистикой. Для представления наблюдаемых данных, которые зачастую располагаются не на регулярных сетках, необходимо использовать определенные методы интерполяции. Наиболее распространенным методом является кригинг, использующий пространственную корреляцию между данными и строящий интерполяцию на основе полувариограмм. Для воспроизведения более реалистичной пространственной изменчивости и оценки пространственной неопределенности между точками данных часто применяется геостатистическое моделирование, основанное на вариограммах, обучающих изображениях или параметрических геологических объектах, например.
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.
Минеральные месторождения
Геологи, работающие в сфере добычи полезных ископаемых и геологоразведки, используют геологическое моделирование для определения геометрии и размещения минеральных месторождений в подповерхностных слоях Земли. Геологические модели помогают определить объем и концентрацию минералов, к которым применяются экономические критерии для оценки экономической ценности минерализации. Минеральные месторождения, признанные экономически выгодными, могут быть разработаны как шахты.
Технология
Геомоделирование и САПР используют множество общих технологий. Программное обеспечение обычно разрабатывается с применением технологий объектно-ориентированного программирования на языках C++, Java или C# для одной или нескольких компьютерных платформ. Графический пользовательский интерфейс, как правило, состоит из одного или нескольких 2D и 3D графических окон для визуализации пространственных данных, интерпретаций и результатов моделирования. Такая визуализация обычно реализуется с использованием графических ускорителей. Взаимодействие с пользователем в основном осуществляется с помощью мыши и клавиатуры, хотя в некоторых случаях могут применяться 3D-указатели и иммерсивные среды. ГИС (географические информационные системы) также широко используются для обработки геологических данных. Геометрические объекты представляются параметрическими кривыми и поверхностями или дискретными моделями, такими как полигональные сетки.
История
В 70-х годах геомоделирование в основном состояло из автоматических 2D картографических техник, таких как построение изолиний, реализованных в виде подпрограмм FORTRAN, напрямую взаимодействовавших с устройствами вывода графической информации. С появлением рабочих станций с возможностями 3D-графики в 80-х годах возникло новое поколение программного обеспечения для геомоделирования с графическим пользовательским интерфейсом, которое достигло зрелости в 90-х годах. С момента своего появления геомоделирование в основном стимулировалось и поддерживалось нефтегазовой отраслью.