Geological Modeling For Dummies
kriptovalutákról, rakétákról és űrkolonizációról írok, de a tényleges munkám a geológiai modellezéshez szükséges szoftverek készítése volt.
a geológiai modellezés magában foglalja a felszín alatti számítógépes modellek létrehozását, vagyis a talaj alatti kőzetrétegek szerkezetét. A geológusok ezt azért teszik, hogy kiderítsék, hol lehet olaj, és hol kell fúrniuk.
amikor a geológiáról tanulok a középiskolában, meglehetősen unalmas témának találtam. Nem találtam nagyon érdekesnek egy csomó kőzettípus memorizálását. Nem láttam ennek a tudásnak semmilyen egyértelmű célját vagy alkalmazását.
ezen a területen szoftverfejlesztőként dolgozva sokat változott a nézőpontom, olyannyira, hogy más körülmények között geológusnak is választhattam volna.
ami ebben az összefüggésben izgalmassá teszi a geológiát, az az, hogy kideríteni, hol van az olaj, mennyi van, és a legjobban ki lehet vonni, olyan, mint egy bonyolult nyomozói munka. A nyomozó különféle nyomokat vesz fel, és egyesíti őket, hogy összerakja, milyen eseményeknek kellett történniük, ami a bűncselekményhez vezetett.
Hasonlóképpen a geológusoknak különféle nyomokat vagy adatokat kell gyűjteniük, hogy pontosabbak legyenek, amelyeket felhasználhat a bekövetkezett geológiai események összerakására.
az összes különféle adatot összegyűjtik és importálják a geológiai modellezéshez szükséges szoftverbe. Ez a szoftver olyan eszközökkel rendelkezik, amelyek elemzik az adatokat, és nyomokat keresnek, amelyeket fel lehet használni a felszín alatti 3D-s modell felépítéséhez, amely tartalmazza az összes fontos funkciót.
az olyan szénhidrogének, mint az olaj és a gáz, nem szóródnak teljesen véletlenszerűen. Vannak különleges geológiai jellemzők, amelyek jelentősen növelik annak valószínűségét,hogy ott olajat találunk. Az olaj keresése azt jelenti, hogy ezeket a geológiai jellemzőket keressük.
Bármilyen funkciót keresünk, van egy közös minta. Szüksége van valamilyen olajcsapdára. Az olaj felfelé áramlik, ezért olyan geológiai jellemzőket keresünk, amelyek csapdába ejthetik az olajat, így korlátozott területen koncentrálódik.
az olajtartályok tipikus rajzfilmes ábrázolásaival ellentétben az olajat nem a föld alatt tárolják egyfajta üreges barlangban. Bármilyen furcsán is hangzik, az olajat valójában maga a szikla tárolja. Természetesen az olajat semmilyen kőzetben nem lehet tárolni. Szükségünk van egy porózus kőre, sok kis üreggel és csatornával, ahol az olaj tartózkodhat.
ez általában homokkövet jelent. Tehát alapvetően egy kő, amely a homok összenyomásával jött létre. Néhány távoli múltban biztosan volt egy strand, folyó vagy valami hasonló, amely nagy mennyiségben rakott le homokot, amelyet később számtalan más sziklaréteg borított, elegendő nyomást gyakorolva a homokra, hogy homokkővé alakítsa.
a homokkövet fent egy kupakkővel kell lefedni, például pala, amely nem áteresztő. Ez csak egy divatos módja annak, hogy a folyadékok nem áramolhatnak át a sziklán.
szükségünk van arra is, hogy a kupak szikla valamilyen tölcsér alakú legyen, hogy az olaj összegyűlhessen alatta, miközben felfelé mozog. Van egy csomó különböző módon ez megtörténhet. Az alábbiakban különféle példákat mutatunk be a sziklaalakzatokra, amelyek segítenek csapdába ejteni az olajat.
tehát a geológus az ilyen kőzetképződmények felkutatására összpontosít, amelyek megfelelő típusú kőzetből készülnek.
Hibacsapdák
a hiba az, amit akkor kapunk, amikor két kőzetréteg eltolódik egymáshoz képest. Amikor ez megtörténik, akkor általában kap egy föld rengés. Ha egy szögben felfelé tolódik, akkor csapdát hozhat létre az olaj számára.
ezért, amikor geológiai modellezést végez, nagy dolog kitalálni, hogy hol vannak a hibák. Nagyon szeretné megtalálni és modellezni a törésvonalakat.
hogyan összerakni a Puzzle, és épít egy modell
hogy hozzon létre egy modell, ahol láthatjuk a különböző típusú kőzetrétegek, és helyét funkciók, mint a hibák, amelyek csapdába olaj.
a régi időkben az emberek csak egy kicsit fúrtak olajat véletlenszerűen, hogy lássák, szerencséjük van-e és találnak-e olajat. Ez az oka annak, hogy a nagy szárazföldi olajmezők például Oklahomában vagy Kaliforniában úgy néztek ki, mint az olajfúrótornyok erdői.
egy idő után egy kicsit okosabbak lettek, és kőzetmintákat vettek ki a kutakból és a különböző mélységekből. Ha megnézi ezeket a kőzetmintákat különböző helyeken, interpolálhatja, hogy kitalálja, milyen volt a talaj azokon a területeken, amelyeket még nem fúrt. Pl. ha palát, majd homokkövet talál 20 méteren egy helyen, de 40 méter mélységben egy másik helyen, akkor arra a következtetésre juthat, hogy a köztük lévő kőzetképződés nem teljesen lapos.
a következő lépés a mérőműszerek kötéllel történő leeresztése volt, és az alábbi kőzetek tulajdonságainak mérése különböző mélységben. Ezt például úgy lehet megtenni, hogy megkíséreljük elektromos áramot küldeni a sziklán keresztül, és megnézzük, milyen jól vezeti az elektromosságot. A vízzel töltött homokkő például sokkal jobban viselkedik, mint ha olajjal vagy gázzal töltik meg.
a különböző mélységű mérés olyan adatokat eredményez, amelyeket kútnaplóknak hívunk.
Norvégiában, ahol élek, nincs szárazföldi olajkút. Az összes olajat a tengeri olajplatformokról nyerik ki. Ez az egyik oka annak, hogy Norvégiában az olajtermelés sokkal később kezdődött, mint mondjuk Texasban. Nagyon nehéz fúrni a tengeren. Texasban az olaj gyakran nem sokkal mélyebb, mint 20 méter. Az első olajfelfedezés a norvég polcon csaknem 3000 méterrel volt lefelé. Természetesen ilyen körülmények között körbejárhatja az olajkutak fúrását véletlenszerűen, olajat keresve.
a szárazföldi olajkutak milliókba, az olajplatformok milliárdokba kerülnek. Emiatt a tengeri olajfúrás a szeizmikus adatok felhasználásával a geológiai modellezés fejlesztését szorgalmazta. A felderítő hajók régen felrobbantottak néhány dinamitot, hogy hatalmas hanghullámokat hozzanak létre a vízen és a földön.
ha a fényre gondolsz, tudod, hogy amikor a vízbe nézel, tükröződik. Ez azért van, mert a fény visszaverődik a különböző tulajdonságokkal rendelkező anyagok metszéspontjában. Ugyanez a helyzet a hanggal is. Tehát amikor megváltozik a föld alatti kőzet típusa, akkor a hang visszatükröződik.
a víz felszínén hidrofonoknak nevezett Mikrofonok vannak. Ezek összegyűjtik a visszavert hanghullámokat. A hidrofonok a felderítő hajó után húzódnak, így mozoghatnak és szeizmikusan lőhetnek. A szeizmikus felvétel alapvetően hang (akusztikus jel) létrehozását és rögzítését jelenti.
ez adatokká alakul, amelyeket szeizmikus kockáknak nevezünk. Ez egy 3D voxel szerkezet, amelyet a geológiai szoftverekben az akusztikai válaszok különböző színekkel történő színezésével mutatnak be, így pl. azok a területek, ahol erős visszaverődés volt, világosabb színekkel rendelkeznek.
ez lehetővé teszi számunkra, hogy megértsük a sziklák rétegződését és alakját. Amit azonban nem mond el, az az, hogy ezek a különböző sziklaalakzatok milyen mélyek, vagy miből készülnek. Csak azt látjuk, hogy egy kőzetképződés hol kezdődik és végződik, milliszekundumban mérve.
ez egy fontos koncepció a geológiai modellezésben. Szinte minden adat, amellyel dolgozunk, meg van címkézve azzal, hogy milyen tartományban van. A tartomány a zsák kifejezés arra, hogy a mélységeket időegységekben vagy hosszúságegységekben, például méterben vagy lábban mérik-e.
képesnek kell lennünk arra, hogy ezt az időalapú adatot mélységalapú adatokká alakítsuk. Ez az, ahol a detektív munka jön szóba. Kombinálhatjuk a nyomokat. Általában néhány próbafúrást végeztünk, és jól rögzítettük a naplókat. Ez azt jelenti, ítélve a jól naplók láthatjuk átmenetek között különböző kőzetrétegek mélységben mérve.
ezeket a naplókat összehasonlíthatjuk a szeizmikus adatokkal. Ha meg tudunk találni egy időben mért réteget, amely úgy néz ki, mint egy réteg a kútnaplóból, mélységben mérve, akkor képesek vagyunk mélységértéket rendelni egy adott időértékhez.
hogyan csináljuk ezt elég bonyolult. A kőzetek akusztikai tulajdonságait például egy kútfával mérhetjük. Különböző mélységekben ellenőrizze, hogy a hang milyen gyorsan halad át a sziklán. Ez azt jelenti, hogy egy csomó bonyolult számítás segítségével létrehozhatunk egyfajta hamis szeizmikus jelet, amelyet összehasonlíthatunk a valódi szeizmikussal. A geológus a szoftverben kinyújthatja és összenyomhatja ezt a hamis szeizmikus anyagot, amíg megegyezik a kút körüli terület felmérő hajójának szeizmikusával.
a szoftver nyomon követi a nyújtást és a szorítást, hogy kiszámítsa a különböző mélységek közötti kapcsolatot időben. Miután levezetettük ezt a kapcsolatot az idő és a mélység között több kútban, interpolálhatjuk őket a szeizmikus kocka segítségével, hogy vezessen minket.
ez lehetővé teszi számunkra, hogy időben mérjük a horizontokat vagy a 3D felületeket. A horizontok két különböző kőzetréteg metszéspontját jelzik.
ezen a ponton még nem végeztünk. Ki kell derítenünk, hogy milyen kőzetek léteznek a különböző kőzetrétegek és azok tulajdonságai között. Szeretnénk tudni a tulajdonságaikat is. Például mi a homokkő porozitása. Ha nagy porozitással rendelkezik, akkor sok olajat tartalmazhat. De ha alacsony az áteresztőképessége, akkor a kis üregek nincsenek jól összekapcsolva, és az olaj nem tud könnyen átjutni a tartályból az olajkútba.
ezért hozunk létre adatstruktúrákat, úgynevezett zónákat, amelyek a horizontok közötti területet képviselik. A kút naplóit vizsgálva a geológusok megpróbálják meghatározni a kőzet tulajdonságait és típusát. Ez a fajta munka sok statisztikát és korrelációt igényel. A naplóadatok, amelyeket kapunk, olyan dolgok, mint:
- Gamma naplók, a kőzet által kibocsátott gamma sugarak mérése.
- neutrínó naplók, neutrínó részecskék sűrűségének mérése.
- Ellenállási naplók. Mérje meg az elektromos ellenállást.
- Sonic log, mérje meg azt az időt, amely alatt a hang áthalad a sziklán.
röviden: egyik sem méri közvetlenül azokat a tulajdonságokat, amelyeket követünk, például a porozitást és a permeabilitást. Az általunk mért naplók és az általunk érdekelt tulajdonságok közötti statisztikai kapcsolatokra vonatkozó ismereteket kell felhasználnunk.
de még mindig nem végeztünk, mert a kőzettípusok közötti különbség nem csak rétegenként fordul elő. Lehettek kanyargó folyók, strandok stb., amelyek homokot raktak le, amely homokkővé vált, amelyet látunk. Részletesebb modellezésre van szükségünk, mert az olajtartály nem lesz egy homogén homokkő darab.
ezért hozunk létre egy rácsot, ami azt jelenti, hogy az egész modellt sok kis cellára osztjuk, amelyek jellemzően kocka alakúak. Minden cellához különböző értékeket rendelhetünk a porozitáshoz, permeabilitáshoz és kőzettípushoz.
ez lehetővé teszi számunkra, hogy számításokat végezzünk arról, hogy mennyi hely van az olajtartályban.
általában a tartály nagyon összetett dolog. Különböző nyomások vannak, és amikor olajfolyadékokat, például olajat, gázt és vizet termel, a tartály belsejében mozog, és befolyásolja, hogy mennyi olajat tud előállítani. Ezért szimulációkat futtatunk ezeken a rácsmodelleken, hogy megjósoljuk, milyen lesz az olajtermelés az idő múlásával.
Loops and History Matching
mindezt eddig úgy mutattam be, mintha a folyamat mindig csak egy irányba haladna. De valójában nagyobb és kisebb hurkokból áll. Az idő múlásával mindig több adatot szerez. Több kutat fúrsz, és több kutat kapsz. Ha hosszabb idő alatt termel olajat, akkor a tényleges termelést összehasonlíthatja azzal, amit megjósolt. Ezt hívjuk történelemillesztésnek. Mindezt arra használjuk, hogy folyamatosan javítsuk az olajmező geológiai modelljét, hogy új helyeket fedezzünk fel az olaj megszerzéséhez, vagy jobb képet kapjunk a jövőbeli olajtermelésről.
ezután a geológiai modellek Adatábrázolása
Oké, sok részletet kihagytam, de remélem, hogy ez áttekintést adott arról, hogyan működik egy geológus, és hogyan találunk olajat. Ezután többet szeretnék írni az olajtartály és a felszín alatti modellezéshez használt adattípusok sajátosságairól, valamint arról, hogy ezek hogyan kapcsolódnak egymáshoz.
a célközönségem olyan emberek, akik nem geológusok, de talán szoftverfejlesztők, és jobban meg akarják érteni, hogyan készül ez a fajta szoftver.