Вариационно-сеточный подход к построению литологических моделей клиноформных отложений

Abstract

With the depletion of large oilfields, prospects are associated with non-structural deposits, bounded by impermeable mudstone layers. Reservoir of this type is typical for the Achimov deposits of the West Siberian Neocomian complex, formed in a deep-sea marine conditions. The clinoform type horizons are characterized by nonconformal bedding, as well as a complex lithological structure caused by sea level fluctuations. These features limit the applying of interpolation and stochastic mapping methods for lithological modeling and make it relevant to develop approaches that take into account the physical principles of the sedimentation process. The article proposes an approach that is often used in basin modeling, in which the sedimentation is presented as the result of a diffusion process. The problem of two-component turbulent diffusion with advection in a quasi-stationary formulation is considered. The diffusion coefficients, as well as the equation term responsible for sediment deposition, are functions of the sea depth. An explicit difference scheme is written for the thickness of accumulated deposits. A stationary diffusion equation is solved on each time layer using the variational gridding method for the concentration of each component. As a test example, a map of the seabed surface was generated and one transgressive-regressive cycle was simulated. As a result, a typical clinocyclite was obtained. It contains sandstone layers on the shelf, a sandy-siltstone body on the seabed slope and a shale topset bed formed during the maximum flooding period.

По мере выработки потенциала крупных месторождений углеводородов перспективы нефтегазоносности нередко связываются с залежами, образованными ловушками неструктурного типа, экранированными непроницаемыми слоями глин. Такой тип коллекторов характерен для ачимовских отложений Западно-Сибирского неокомского комплекса, сформированных в глубоководной морской обстановке. Для пластов клиноформного типа характерно неконформное залегание, а также сложное литологическое строение, обусловленное колебаниями уровня моря. Всё это ограничивает применение при построении цифровых литологических моделей интерполяционных и стохастических методов геокартирования и приводит к необходимости развития подходов, учитывающих физические основы процесса седиментации. В статье предлагается подход, часто применяемый в задачах бассейнового моделирования, в которых формирование осадочной толщи представляется как результат диффу­зионного процесса. Рассматривается задача двухкомпонентной турбулентной диффузии с адвекцией в квазистационарной постановке. Коэффициенты диффузии, а также член уравнения, отвечающий за осаждение частиц, являются функциями глубины моря. Относительно толщины накопленных осадков записывается явная разностная схема, на каждом временном слое которой с помощью вариационно-сеточного метода картирования для концентрации взвешенных частиц решается стационарное уравнение диффузии. В качестве тестового примера была сгенерирована карта поверхности морского дна и произведен расчет одного трансгрессивно-регрессивного цикла. В результате был получен характерный клиноциклит с песчанистыми прослоями в шельфовой части, песчано-алевролитовым телом на склоне морского дна и глинистой покрышкой, сформированной в период максимального затопления.