Сотрудники механико-математического и геологического факультетов МГУ разработали типовую геологическую модель месторождения УВ в Западной Сибири и провели полноволновое сейсмическое моделирование с использованием ресурсов суперкомпьютера МГУ-270. Результаты работы опубликованы в ведущем геофизическом журнале России «Геология и Геофизика».
Материал также войдет в готовящийся к изданию 16-томный цикл монографий по вычислительной механике.
Значительная степень разведанности месторождений нефти и газа в Западной Сибири и истощение «классических» нефтегазоносных комплексов делает актуальным вопрос поиска дополнительных перспективных объектов. Нарастить ресурсную базу возможно с помощью активного освоения трудноизвлекаемых запасов нефти (ТРИЗ), поскольку обычные запасы во многом открыты и давно разрабатываются. Сейсморазведка, безусловно, является основным геофизическим методом при поисках и разведке месторождений углеводородов, но и ее возможности для исследования глубокозалегающих ТРИЗ значительно ограничены в сравнении с традиционными продуктивными интервалами в меловой части разреза Западносибирской нефтегазоносной провинции. Поэтому полноволновое моделирование с учетом всех видов возникающих поверхностных и объемных волн в таких случаях, бесспорно, является необходимым. Разумеется, оно значительно более затратное по времени и вычислительным ресурсам, нежели упрощенное лучевое моделирование, используемое до настоящего времени в сейсморазведке.
Для решения данной амбициозной междисциплинарной задачи команда исследователей под руководством заслуженного деятеля науки РФ, профессора кафедры вычислительной механики мехмата МГУ Владимира Левина и заслуженного деятеля науки РФ, профессора кафедры сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ Юрия Ампилова разработала геологическую и математическую модели месторождения на основе данных по реальному участку недр Российской Арктики, достаточно хорошо изученному трехмерной сейсморазведкой и глубоким бурением. Смоделированный разрез включает в себя несколько нефтегазоносных комплексов с доказанной продуктивностью и региональных экранов. Участок моделирования выбран таким образом, чтобы включать в себя как части открытых залежей УВС, так и подстилающие водонасыщенные зоны. Моделирование литологии разреза основано на результатах глубокого бурения – материалах интерпретации ГИС и лабораторных исследованиях кернового материала. В верхней части смоделирована зона распространения многолетнемерзлых горных пород с изменяющейся мощностью. Размеры моделируемой трехмерной области выбраны так, чтобы получить на выходе пригодный для полноценной обработки объем сейсмических данных 3D (16×12 км в горизонтальной плоскости и от 0 до - 4100 м по вертикали). Трехмерная математическая модель, построенная для пространственной дискретизации в российском пакете инженерного анализа CAE Fidesys, содержит около 6 млн значимых ячеек. Для численного моделирования распространения упругих волн использовался метод спектральных элементов вплоть до 10-го порядка аппроксимации по пространству, что совокупно составило около 15 млрд степеней свободы в математической модели. Учитываются все типы волн, возникающих в трехмерной среде: продольные, поперечные, поверхностные, обменные, дифрагированные, в отличие от упрощенных сверточных и лучевых схем, применяемых в настоящее время и зачастую дающих результаты, приводящие к ошибочным выводам.
Для имитации реальной полевой сейсморазведки в рамках цифрового двойника месторождения необходимо было выполнить около 12000 расчетов для различных положений источника упругих волн (пунктов взрыва), что обусловило колоссальную вычислительную сложность задачи. Для ее решения научным коллективом совместно со специалистами компании Фидесис был разработан модуль, основанный на массивно-параллельной реализация численного алгоритма на гибридных вычислительных платформах на основе графических процессоров, что позволило более чем на порядок ускорить вычисления. Проведен полный набор расчетов для 12000 пунктов взрыва, что стало возможным благодаря предоставленному доступу на суперкомпьютер МГУ-270.
«Наш коллектив на протяжении последних пяти лет развивал передовые методы численного моделирования в задачах геофизики и геомеханики, используя современные вычислительные рабочие станции на базе графических процессоров. Однако именно вычислительные ресурсы МГУ-270 позволили выполнить 12000 трехмерных расчетов в течение двух месяцев. Благодаря этому впервые в мире было осуществлено полноволновое моделирование методом спектральных элементов для детальной модели Западной Сибири», — отметил профессор кафедры вычислительной математики механико-математического факультета МГУ Владимир Левин.
«Такое полноценное волновое моделирование весьма важно для исследования возможностей современных методов обработки и интерпретации данных сейсморазведки. Мы надеемся и предполагаем, что, с учетом интеграции с пакетом Фидесис, предстоит широкое внедрение данной технологии в повседневную практику сейсморазведочных работ. Это то, на что нацеливает нас руководство Московского университета, — внедрение научных результатов в промышленность», — добавил профессор сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ Юрий Ампилов.
Область применения данного моделирования может включать широкий круг прикладных задач, в том числе: создание эталонных моделей среды для основных нефтегазоносных регионов России с целью детального исследования закономерностей формирования волновой картины; исследования реальных возможностей современных методов обработки и интерпретации данных сейсморазведки; создания синтетической базы данных для ИИ; использование полноволновых моделей заказчиками сейсмической обработки (в режиме «скрытых» исходных данных) для объективной технической преквалификации исполнителей в рамках тендеров; моделирование 4D сейсмического сигнала для разрабатываемых месторождений, подземных хранилищ газа (ПХГ) и потенциальных резервуаров для захоронения СО2.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: Елена Либрик / «Научная Россия»
