Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Алгоритмы обработки данных и продолжения волновых полей в задачах 3D ВСП

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Алгоритмы обработки данных и продолжения волновых полей в задачах 3D ВСП"

На правах рукописи УДК 550.834

Мишин Виктор Аркадьевич

АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ И ПРОДОЛЖЕНИЯ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ В ЗАДАЧАХ ЗD ВСП

Специальность 25.00.10 - «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003470212

Москва - 2009

003470212

Работа выполнена в ОАО «Центральная Геофизическая Экспедиция»

Научный руководитель: доктор технических наук

Гогоненков Георгий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Шехтман Григорий Аронович, кандидат технических наук Шевченко Алексей Александрович

Ведущая организация : СК «Петроальянс»

Защита состоится "18 " _июня_ 2009 г., в ауд. 6-38 в 1500_на заседании

диссертационного совета Д 212.121.07 при Российском Государственном Геологоразведочном Университете им. Серго Орджоникидзе по адресу:

117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23, РГГРУ, ауд. 6-38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского Государственного Геологоразведочного Университета

Автореферат разослан "_18_"_мая_2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.121.07 доктор физико-математических

профессор » Каринский А. Д.

наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Метод вертикального сейсмического профилирования (ВСП), основанный Е.И. Гальпериным, занимает самостоятельную нишу в поисковых и разведочных работах на нефть и газ.

Первые модификации ВСП с нулевым выносом были нацелены на решение кинематических задач на вертикальном профиле и выступали лишь как вспомогательный инструмент для анализа волнового поля и привязки отражений. Поляризационное направление ВСП, основанное на многокомпонентной регистрации, позволило перейти к решению динамических задач в их многоволновой постановке.

По мере совершенствования аппаратурной базы менялся и подход к проектированию систем наблюдений.

Удаление источника от устья скважины привело к созданию модификации «непродольного», а в случае нескольких пунктов взрыва «мулъти офсетного» ВСП. Это направление уже решало геометрические задачи, связанные с построением разреза в окрестности скважины.

К системам такого типа относятся «уровневые» наблюдения или наблюдения обращенного годографа (В.А. Теплицкий), когда нескольким положениям приемника в скважине соответствует профиль пунктов взрыва на поверхности. Наиболее полной модификацией описанной геометрии являются методики ВСП ОГТ (Walkaway) при полноценной регистрации по стволу скважины. Однако пространственная асимметрия геологических объектов, вызванная тектоническими нарушениями либо латеральным замещением пород, резко снижала эффективность профильных наблюдений, которые не давали представления о морфологии объекта в пространстве. Поэтому дальнейшее развитие систем наблюдений ВСП было связано с желанием получить в окрестности скважины полноценные объемные изображения. И вслед за наземной сейсморазведкой ВСП перешло к модификации 3D.

Понятие 3D ВСП в его площадной модификации подразумевает континуальное (плотное) распределение источников в окрестности скважины. Планирование таких систем происходит по законам 3D сейсморазведки, наблюдения зачастую проводятся синхронно с наземной расстановкой, а методика обработки предполагает трехмерные алгоритмы.

Отечественным первопроходцем площадных скважинных наблюдений стал Г.А. Шехтман. В 1993 году им были доложены результаты эксперимента, проводимого в Казахстане на участке Кожасай. В результате анализа срезов глубинного мигрированного куба в целевом геологическом интервале тогда удалось решить ряд геологических задач, в частности, определить наклон отражающих границ и провести стратиграфическую привязку горизонтов в пределах соленосной толщи.

Первый заграничный эксперимент по 3D ВСП был проведен компанией

AGIP на месторождении Brenda восьмиточечным зондом (1986). Далее, работы проводились компаниями Phillips Pet (Ekofísk К-17), Shell (Brent), Norsk Hydro (Oseberg), PanCanadian (Blackfoot), British Petroleum (Magnus Field), Chevronf (Lost Hills Field, California), Output Expl. Inc. (S. Louisiana, Salt Basin), Crestar Energy (Coyote, Alberta), British Petroleum (Gulf of Mexico) и другими. По мере развития элементной базы увеличивалась и канальность зонда, которая в некоторых проектах достигала нескольких сотен точек.

К настоящему времени практика выполненных работ по 3D ВСП позволяет очертить круг задач, решаемых данным методом:

• повышение разрешенности сейсмических изображений за счет регистрации во внутренних точках среды;

• получение сейсмической информации в условиях соляно-купольной тектоники, когда подсолевые отражения маскируются покрывающей толщей;

• получение изображений при наличии сильно контрастных включений (базальты, ангидриды), являющихся причиной образования многократно отраженных волн;

• построение кубов данных по монотипным и обменным волнам

• построение более точной скоростной модели (в сравнении с ОГТ) в окрестности скважины, что приводит к улучшению качества глубинных построений;

• получение надежных оценок параметров анизотропии.

Несмотря на то, что методика 3D ВСП приобрела в настоящее время

производственный характер, существует пробел в организации процесса обработки. Обычно обработка данных такого типа проводится либо на основе автономных программ, либо путем приспособления для этой цели стандартных технологий ВСП и ОГТ. При этом граф обработки содержит многочисленные преобразования данных из одного формата в другой. Трудности возникают также на этапе совместной интерпретации кубов ВСП и ОГТ. Все это в итоге сказывается на окончательной стоимости работ и сроках выполнения контрактов, которые занимают от нескольких месяцев до года.

Программно-алгоритмическая база также нуждается в обновлении. Алгоритмы контроля качества, скоростного анализа и продолжения волновых полей, взятые из стандартных пакетов, зачастую не удовлетворяют требованиям обработки скважинных данных.

По этим причинам стала актуальной задача создания новой специализированной системы, способной повысить уровень автоматизации обработки и интерпретации данных 3D ВСП.

Цели и задачи исследования

В настоящей работе ставится следующая основная цель: создание интегрированной системы обработки данных скважинных наблюдений 3D ВСП для повышения эффективности сейсмических исследований сложнопостроенных сред.

Основные задачи исследования включали следующие этапы:

• определение основных принципов, модели данных и функционального наполнения системы;

• разработка алгоритмов начальной стадии обработки;

• реализация процедур продолжения волновых полей и динамической инверсии данных ЗБ ВСП;

• опробование созданного программного обеспечения на модельных и реальных материалах.

Методологическая основа исследования

Методологическую основу исследования составляют современные методы математического анализа, цифровой обработки сигналов и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна.

В процессе выполнения работы получены результаты, обладающие научной новизной.

1. Впервые определены основные принципы проектирования и функционального наполнения специализированной системы обработки данных ЗБ ВСП в составе интегрированной системы обработки данных наземно-скважинных наблюдений.

2. Разработаны новые алгоритмы предварительной обработки данных площадных скважинных наблюдений:

• алгоритм автоматического определения первых вступлений на основе поляризационно-кинематического анализа и критериев нестационарности и когерентности записи;

• новые алгоритмы контроля качества наблюдений ЗБ ВСП;

• метод итеративного трехкомпонентного разделения волн, учитывающий зависимость сдвигов целевых волн от времени и реализующий прослеживание волн на основе когерентного трассирования;

• алгоритм построения и уточнения скоростной модели по данным ЗБ ВСП

3. Реализованы новейшие алгоритмы продолжения волновых полей ЗБ

ВСП:

• миграция данных ЗБ ВСП на основе алгоритма предварительного энергетического хеширования;

• миграция в Б-К области, основанная на модифицированном алгоритме фазового сдвига с раздельным продолжением полей от источника и приемника;

4. Разработаны алгоритмы динамического анализа и инверсии данных ЗБ

ВСП.

Защищаемые положения

1. Созданная интегрированная система обработки данных площадных скважинных наблюдений, обеспечила возможность представления процесса

изучения околоскважинного пространства в виде единого технологического комплекса от ввода данных до получения сейсмических кубов и атрибутов.

2. Разработанные алгоритмы предварительного этапа :

• автоматическое определение первых вступлений на основе критериев энергетической нестационарности и когерентности трехкомпонентных записей;

• итеративное разделение волн, включающее уточнение динамических и кинематических характеристик целевых волн с учетом поляризационных критериев оптимального приема трехкомпонентных сигналов;

• построение и уточнение пластовых скоростных моделей на основе решения обратной кинематической задачи по данным 3D ВСП

позволили повысить качество и уровень автоматизации начальной стадии обработки данных.

3. Реализованные алгоритмы продолжения волновых полей 3D ВСП в спектральной области и на основе метода энергетического хеширования, позволили строить глубинные и временные сейсмические кубы для сложнопостроенных сред в окрестности скважины.

Практическая ценность Практическая ценность работы заключается в создании отечественного программного продукта, ориентированного на решения задач наземно-скважинной сейсморазведки и позволившего существенно повысить производительность процесса обработки данных.

Реализация на производстве Комплекс MultiVSP используется в Центральной Геофизической Экспедиции для обработки данных 3D ВСП и скважинного сейсмического мониторинга. С применением системы были выполнены проекты 3D ВСП на месторождениях Sulige, Nanyang, Shengli (КНР).

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на российских и международных геофизических конференциях - «Геомодель 2007», EAGE (Лондон 2007, Санкт-Петербург 2006, 2007), Гальперинские чтения (2005, 2007).

Публикации и личный вклад в решение проблемы

Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных автором. Разработка системы MultiVSP проводилась в соавторстве с д.ф-м.н. С.И. Александровым и к.т.н. М.В. Перепечкиным. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 в реферируемых журналах.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 138 страниц машинописного текста в том числе 57 рисунков . Список литературы содержит 65 наименований.

Благодарности

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю доктору технических наук Георгию Николаевичу Гогоненкову за способность увлечь новыми идеями, поддержку и помощь при выполнении данной работы и доктору технических наук Алексею Сергеевичу Кашику, во многом обеспечившему практическое воплощение задуманного.

Автор благодарен доктору физико-математических наук Сергею Ивановичу Александрову и кандидату технических наук Михаилу Валентиновичу Перепечкину за неоценимую теоретическую и системную поддержку.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы. Сформулирована цель исследования и его основные задачи, указаны научная новизна и положения, выносимые на защиту, приведены сведения о практической ценности.

В первой главе рассмотрены принципы проектирования и модель данных системы обработки данных MultiVSP.

При разработке системы были использованы следующие принципы:

• работа под управлением MS Windows 2k/XP;

• возможность многопользовательской сетевой обработки на основе идеологии «Клиент-Сервер»;

• встроенные и связанные между собой средства визуализации (визуализация модели данных, 2D и 3D визуализация);

• расширенный набор алгоритмов обработки данных;

• интегрированная база данных с поддержкой форматов ODBC;

• автономные модули загрузки в базу данных;

• геометрические селекторы данных на основе интерактивных графических запросов к базе данных, в том числе набор специальных селекторов для миграции данных 3D ВСП;

• возможность совместного анализа кубов наземных и скважинных данных 3D ВСП;

• возможность обработки данных до и после миграции;

• сохранение истории обработки;

• возможность работы в режиме реального времени (при обработке данных мониторинга).

В результате в системе MultiVSP было реализовано решение следующих

задач:

- стратиграфическая привязка поверхностных наблюдений (в комплексе с обработкой данных многоволнового каротажа для анализа модулей упругости среды);

- анализ поглощающих и отражающих свойств разреза;

- построение скоростных моделей среды по волнам разных типов;

- исследование неоднородных и трещиноватых коллекторов при помощи анализа сейсмической анизотропии и рассеяния;

- построение сейсмических итерированных многоволновых 2D/3D изображений;

непрерывный диагностический мониторинг при разработке месторождений углеводородов (ГРП, заводнение и др.);

- планирование скважинных наблюдений.

В соответствии с этим в обрабатывающую систему интегрированы следующие элементы:

- средства контроля качества и повышения отношения сигнал/помеха;

- подсистема обработки данных ЗС ВСП при нормальном падении и с выносами пунктов возбуждения (включая обработку данных многоволнового каротажа);

- подсистема обработки наблюдений ЗС 3D ВСП;

- подсистема планирования наблюдений 3D ВСП;

- подсистема обработки данных пассивного сейсмического мониторинга;

- системные средства загрузки данных в базу данных, селекции и визуализации данных.

В работе рассмотрена базовая модель данных, принятая в системе. Показаны основные реляционные связи между объектами.

Отдельное место отведено описанию организации процесса обработки данных. Согласно принятой концепции этот процесс содержит две составляющих - линейную и площадную.

Линейная часть обработки осуществляется режимом VSP Process. Входом здесь является набор сейсмограмм одного уровня обработки, выходом -следующий уровень дерева сейсмограмм. При этом каждый этап обработки имеет уникальное имя в базе данных. Обработка имеет потоковую идеологию, согласно которой каждый элемент потока обрабатывается набором процедур, составляющим на каждом этапе граф обработки. Таким образом, каждая сейсмограмма одного уровня порождает сейсмограмму нового уровня после последовательной работы набора процедур.

Площадная часть обработки - режим 3D Process - отличается от линейной тем, что на выходе имеет сейсмические разрезы или кубы данных, являющимися подобъектами 3D Object системного дерева проекта. В свою очередь, разрезы и кубы имеют в качестве обрабатывающих программ свои методы обработки.

Для оптимизации процессов задания параметров обработки, режимов тестирования и визуализации в MultiVSP была создана специализированная система геометрических селекторов - SGS.

Эта система работает над графическим объектом Shot Points, -описывающим распределение пунктов взрыва на площади во внутренних координатах системы. Непосредственно селектор представляет собой выборку пунктов взрыва, сформированный с помощью набора геометрических образцов

(способы отсечения). Возможны следующие виды образцов: одиночный селектор, линия (односторонняя и двухсторонняя), прямоугольник (заполненный и разреженный), окружность, круг. Указанный набор селекторов, а также их комбинаций достаточен для обработки практически любых систем наблюдений ВСП.

В процессе обработки геофизик определяет необходимую ему часть пунктов взрыва, формируя при этом в базе данных селектор с определенным именем. Далее, этап запуска задания на обработку сводится к составлению графа обработки и перемещению выбранного селектора, используя технику Drag-and-Drop, в поле входных данных.

При обработке данных 3D ВСП разные часта совокупности пунктов взрыва зачастую являются неоднородными относительно графа обработки (обрабатываются разными наборами процедур). Идеология геометрической селекции позволяет в таких условиях оптимизировать и, в конечном итоге, удешевить процесс получения результата.

Система визуализации MultiVSP так же, как и база данных, была спроектирована специально для решения задач обработки данных ЗС 3D ВСП. Она разделена на две независимых части - координатную и безкоординатную.

Безкоординатная часть относится к визуализации трехкомпонентных записей в окне и результатов процедур этого окна. К процедурам окна относится следующий функциональный набор:

• поляризационный анализ;

• спектральный анализ;

• поляризационно-кинематический анализ;

• контроль качества;

• определение параметров визуализации.

Координатная часть относится к трем объектам, связанным с математическим координатным пространством системы - Space View, Plane View и Vertical Profile View. Перечисленные объекты работают на основе принципов динамической визуализации и относятся соответственно к пространствам размерности ID, 2D и 3D.

Вторая глава посвящена алгоритмам предварительной обработки данных 3D ВСП.

Автоматическое определение первых вступлений и контроль качества.

Процедура определения первых вступлений играет центральную роль на начальной стадии обработки, обеспечивая контроль качества данных и работу процедур коррекции статических поправок.

Алгоритм, реализованный в системе, является автоматическим, так как после ряда настроек и тестирования, может быть применен ко всей совокупности пунктов взрыва. Он включает два основных шага. Первый приближенное определение времен вступлений на основе параметра энергетической нестационарносга записи. На этом шаге определяются два

параметра котроля качества - отношение сигнал-помеха и значение кажущейся скорости на базе приема. Второй - уточнение времен вступлений на основе специальных прецизионных процедур.

Рассмотрим оценки энергетической нестационарности. Пусть и¡(1) - трехкомпонентная сейсмическая трасса, где ( е [ 0, п

дискретизированное время; / е [1,3] - номер компоненты;

Определим энергетический ряд как у

Введем параметрическое окно дойны Ь. Построим ряд нестационарности вп и весовую функцию ^:

+ Ь)

еп (0 = '

сшах=

(е(О)

-1

(2) (3)

где е

тах

= тах /

Значения функций (2) и (3) принадлежат интервалу [0,1] и могут быть использованы для оценки отношения сигнал/помеха в первых вступлениях. Весовая функция (3) отличается подчеркнутым энергетическим максимумом в начальной части записи. (Рис. 1)

ЩЩрММ:—

1.20Е+00 1-ООЕ+ОО в ООЕ-О 1 <3 00Е-01 4.00Е-01 2 ООЕ-01 0 00ь*00 -2 00Е-01 г

--д-

¿ЬЧ . л -1

га Л 1 ..../ 1 -.». л 1 5в1 1 112 1 1 401 1 ев 1 1 Эв 1 22-41 23: к

1 гоЕ»оо -> 1 ООЕ»ОО - -

е.ООЕ-01 - -б ООБ-О » - -

4 00Е-0 1 - -2.00Е-0 1 -О ООЕ*00 - ■ -г оое-о» - - ___

гво 499 7-4© 997 124в 1-499 1 1993 2242 3491 3 I:

Рис. 1 Сейсмограмма ВСП(А) и оценки нестационарности еп(Б) и \¥(В) для верхней точки приема.

и

Оценка времени первых вступлений - /у - для каждого уровня приема

может быть найдена как точка максимума произведения функций (2) и (3), а оценка отношения сигнал/помеха как г — П1Ш ^к (t/ )' где индекс ^

к к

относится к номеру точки приема. Процедура контроля качества записи в первых вступлениях содержит два пороговых параметра -Т\ и Первый задает уровень отношения сигнал/помеха, ниже которого запись считается не кондиционной. Второй - допустимое значение разности времен прихода волны

между верхним и нижним прибором. Т.е., если К/„ 1> запись будет отбракована по второму критерию. Здесь п - номер последнего канала.

Оценивание вступлений на основе энергетической нестационарности является предварительным. Далее следует уточнение, основанное на следующем алгоритме.

Пусть U¿(/)- векторное волновое поле, зафиксированное на к- том уровне наблюдения. Предполагается модель , содержащая регулярную часть в качестве полезного сигнала, и аддитивную случайную помеху с нулевым математическим ожиданием. Введем следующие оценки:

К К

&át+rk{p))f-YA^t+Tk{p))\ (4)

. к=\ к=1

(Ы(<+П(Р))) (5)

JVA t=ti k=i

Здесь: К - число точек приема; N = tí-ti+l - окно анализа; -

кинематический сдвиг, определяемый медленностью Р = у' где V - кажущаяся

скорость. Статистика (4) является несмещенной оценкой мощности регулярных волн, а (5) - оценкой мощности помехи (Nadel, N.S. and Tañer, М.Т., 1971). Теперь можно получить оценку максимального сембланса в области первых вступлений:

3 3

q&^jsfatyjßfat) (б)

i=i /=4

Заметим, что окно анализа [ti ¿2] - это параметр программы. Центр этого окна соответствует найденной точке максимума по критерию нестационарности.

Следующие шаги могут быть отнесены к эвристической части алгоритма, ставящей задачу уточнения области первых вступлений.

1 '=*2 s(n)=___у

W ЩК-

Введем весовые функции, основанные на оценках нестационарности записи. Первую построим при большом окне анализа, а вторую при малом окне. Под большим окном понимается величина Ь = ^24])*2+1. Под малым окном параметрическая величина Ь=(1/4)Ьр+1, где Ьр - видимая частота сигнала. При этом первая оценка нестационарности проводится для энергии суммоленгы, содержащей как сигнал, так и помеху, вторая - для энергии сигнала. Окончательная оценка представляется в виде:

Щ(рА=Щ(рЛЩ(р,1) (7)

где то - весовая функция, построенная в большом окне, весовая функция, построенная в малом окне. Теперь глобальный максимум

тах(д(р,0Щ:(р,0) (8)

р*

определяет время 1т и медленность Рш, относящиеся к нижнему каналу приемной базы.

Теперь можно определить годограф первой волны, соответствующий максимальному значению когерентности. Пусть Дг = р(1, где с1-расстояние между верхним и нижним приборами базы. Тогда для годографа первой волны можно записать:

и +(/-1)Дг 0=1,-,к) (9)

Получим суммарный сигнал в заданном окне анализа:

(Ю) /=1

Индекс / относится к номеру точки приема. Предполагается суммирование одной выбранной компоненты. На практике это обычно радиальная (для Р-волн) компонента. Далее, может быть использована любая известная техника определения первого вступления волны с заданной формой импульса.

Построение и уточнение скоростных моделей по данным ЗБ ВСП.

Построение скоростной модели при обработке данных ЗБ ВСП проводится с привлечением данных акустического каротажа и продольного ВСП . Техника построения таких моделей хорошо отработана и выделена в общую методику, называемую подбором модели среды (ПМС). В условиях, когда данные каротажа отсутствуют или присутствуют частично, задачу разбиения на пласты приходится решать на основе анализа годографа первых вступлений. Стандартно в качестве критерия разбиения на пласты берутся значения изломов годографа, т.е. углы секущей совокупности точек годографа, построенной методом наименьших квадратов в скользящем окне. Такой метод

имеет право на существование, но при наличии погрешностей в снятии годографа, может быть неустойчивым.

В системе МиШУБР разработан дополнительный способ получения толстослоистых моделей по продольным и поперечным волнам, основанный на энергетическом анализе в области первых вступлений. Алгоритм состоит из следующих этапов.

1. Вычисление энергетических коэффициентов отражения по годографу первых вступлений.

2. Экстремирование и разбивка модели на пласты.

3. Определение интервальных скоростей продольных и поперечных волн.

4. Уточнение модели на основе решения обратной кинематической задачи. На первом этапе в скользящем окне от нижнего приемника к верхнему

происходит вычисление параметра Ег - отношения интенсивностей восходящей и падающих волн, рассчитанных на основе оценки (4):

Ег=Еи!Еа (12)

Эта процедура проводится на основе разделения полей падающих и восходящих волн на базе анализа.

На втором этапе задается уровень дискриминации величины Е г э контролирующий разбиение модели на пласты.

На третьем этапе определяется первое приближение пластовой модели на основе следующего алгоритма.

Определим векторную суммотрассу с параметром медленности, соответствующим максимальной оценке когерентности (4) на базе анализа:

8(0 = |><(' + *"(Р)) <13>

/=1

Введем ковариационную матрицу сигнала:

=(1/^)1 (14> /=1

и ковариационную матрицу помехи:

Отк =(1/^)2О5)

/=Н=/,

Тогда несмещенная оценка поляризационной матрицы накопленного сигнала представляется (С.И. Александров, 1999) как разность:

А = о*-ог (16)

Здесь: индексы шик относятся к номеру компоненты, 1 - к номеру

дискрета в окне анализа, i - к номеру приемника внутри анализируемой базы. Весовые множители в начальной части формул (14) и (15) определяются количеством суммирований.

Пусть bi, t>2, Ьз - нормированные собственные вектора , а ^ДгЛэ -соответствующие собственные значения матрицы А. Первый собственный вектор, соответствующий максимальному собственному значению, определяет поляризацию волны, для которой был определен годограф. Тогда, в случае падающей Р-волны, интервальная скорость может быть оценена как

Vp=\b{\lp> (17)

где р - медленность. В случае SV-волны вектор ¿>1 = (cos Р COS а\ COS sin ОС'- sin /?), а единичный лучевой вектор

Г — (sin Р COS а\ sin Р sin а\ COS /?), и интервальная скорость определяется как:

Vsv^r2\lp (18)

Здесь р - угол с вертикалью, а - азимут.

На последнем этапе происходит уточнение пластовой модели. В системе MultiVSP уточнение происходит в рамках трансверсально-изотропной модели (VTI), т.е. модели среды с вертикальной анизотропией, подходящей для описания большинства слоистых сред. Такая модель характеризуется углом (нормалью) пачки согласно залегающих слоев и пятью параметрами каждого слоя - Н- глубина, Vp - скорость Р-волн, Vs- скорость S-волн, Ср-коэффициент анизотропии среды по Р-волне, Cs - коэффициент анизотропии среды по S-волне.

Техника уточнения основана на решении оптимизационной задачи. Выберем сейсмограмму общей точки приема , протрассируем на ней одно или несколько отражений. Каждому отражению (годографу) поставим в соответствие определенную границу раздела. Задачу будем решать итерационно, двигаясь сверху вниз. Пронумеруем границы исходной модели. Пусть ni - номер верхней границы уточняемой части модели, пг - номер нижней границы. Для первой итерации ni=l, п2=пгь где nri - номер первой отражающей границы, соответствующей протрассированному отражению. На следующей итерации ni становится равной п2, а пг - номеру границе, соответствующей следующему годографу и так далее.

На каждом шаге находится оптимальное положение вектора в пространстве (n2-ni+l)*3 измерений:

X = x(hnU...,hn2vnb...,vn2,cnU...,cn2) (19)

Здесь координатами вектора являются уточняемые параметры - глубины, скорости Р или S - волн и коэффициенты анизотропии в слоях.

Функцию невязки, необходимую для оптимизационного решения, выберем в виде:

[ т tr —tn

V /=i li

Здесь tf - времена вступлений волны от фиксированной границы отражения, снятые по выбранному сечению общей точки приема (Walkaway) для каждого пункта взрыва, tj - времена вступлений волны, полученные на

основе решения прямой кинематической задачи для трансверсально-изотропной среды с входным вектором параметров (19), Ш - число пунктов взрыва.

Заметим, что трассирование луча в такой среде не представляет затруднений и может быть проведено с любой необходимой точностью. При этом на вектор параметров X находится в области допустимых значений параметров, т.е. X — Ах < X < X + Ах. Область ограничения изменений параметров задается геофизиком в зависимости от конкретных условий.

В системе MuläVSP задача минимизации функционала (20) решается численным методом Левенберга-Маркардга (С. Т. Kelley, 1999).

IIоляризационно-кинематическое разделение волн. Разделение волн является принципиальной задачей в обработке скважинных данных. Этой проблемой занимался ряд исследователей (Seeman and Horowicz 1983, Stewart 1984, Esmersoy 1990, Leaney and Esmersoy 1989, Blias 1997,2007, С.И. Александров 1999).

Специфика геометрии наблюдений 3D ВСП проявляется в том, что амплитудные и кинематические параметры целевых волн сильно варьируются в зависимости от положения базы приема и удаления пункта взрыва.

Эти причины заставили заново взглянуть на проблему разделения волн в свете поставленных задач.

Алгоритм разделения волн основывается на следующей модели сейсмической записи:

N

и,(0=(2D

Är=l

Здесь N

— число регулярных волн; I — число уровней наблюдений, Я j fc -

амплитудный вектор k-той волны на i-том уровне приема; f\ £ (/) - форма

волны; Г/ £ (/) - временной сдвиг к-той волны на i-том уровне приема; (/)-ад дитивный шум; t - дискретизированное время.

Э. Бляс (2007) показал, что определение формы волны и ее амплитудных характеристик может быть сделано путем решения задачи на условный экстремум с использованием функции Лагранжа.

В стандартных системах ВСП первое приближение временных сдвигов задается вручную, т.е. отмечается одна или несколько точек вдоль годографа разделяемых волн, далее годограф прослеживается на основе функции взаимной корреляции. В ситуации ЗБ ВСП выделить все интересующие годографы вручную нет возможности. Для этой цели в МиШУБР реализовано

два способа задания начального приближения функции (0.

Первый - модельно-ориентированный. Этот метод позволяет задать начальное приближение сдвигов путем трассирования лучей в рамках заданной модели и определения времен прихода отраженных волн для каждого положения пункта взрыва.

Второй - интерполяционный. В этом методе годографы целевых волн задаются вручную для определенного разреженного селектора, т.е. набора сейсмограмм с различными удалениями. После этого при работе с произвольной сейсмограммой годографы волн находятся путем интерполяции.

Процесс выделения волн является итеративным, т.е. каждая волна уточняется по мере вычитания из волнового пакета других типов волн.

На первом шаге находятся параметры только одной доминирующей волны. После определения временных сдвигов и амплитуд эта волна вычитается из исходного волнового поля. Поле остатков содержит все остальные волны. Амплитуды и сдвиги второй выделяемой волны находятся по полю остатков. Затем происходит возврат к уточнению первой волны, после вычитания из исходного поля второй волны. Поскольку следующее определение параметров первой волны проводится по полю с вычтенной второй волной, оно будет более точным. Этот процесс продолжается итеративно до тех пор, пока энергия поля остатков после вычитания первой и второй волн перестанет уменьшаться.

На следующем шаге в рассмотрение вводится третья волна, а полем остатков становится исходное поле без трех рассматриваемых волн. И в рассмотрение вводится третья волна. И так далее. На каждом этапе происходит уточнение параметров каждой волны по полю, полученному из исходного путем вычитания всех волн за исключением уточняемой. При этом критерием завершения процесса уточнения является стабилизация поля остатков.

Алгоритм итеративного разделения волн, работающий в системе ¡\iultiVSP , отличается тем, что на каждой итерации уточняются не только амплитудные характеристики целевой волны, но и направление ее распространения.

Для уточнения годографа на каждой итерации проводится прослеживание волны путем дополнительного кинематического анализа. Суть его в следующем.

По начальному приближению годографа в узком веере медленностей на

текущей базе приема в заданном временном окне анализа рассчитывается оценка когерентности (4) регулярной волны. Ее максимум соответствует уточненному направлению распространения волны и ее кинематике.

В работе приведены примеры работы алгоритма разделения волн на модельных и реальных данных 3D ВСП.

В главе 3 рассмотрены алгоритмы продолжения волновых полей и построения изображения околоскважинного пространства.

Алгоритм миграции на основе метода энергетического хеширования.

Задача миграции данных площадных наблюдений 3D ВСП сталкивается с проблемой малости зоны фокусирования в сравнении с размером поверхностной апертуры. Прямое применение интеграла Кирхгофа ведет к возникновению эффектов типа «smile» , что ухудшает качество сейсмических изображений и интерпретацию данных в условиях сложно построенных сред.

Если информация о наклонах отражающих горизонтов хорошо известна, для уменьшения маскирующих эффектов миграции можно вводить ограничения на пространственные производные продолжаемых волновых фронтов.

Другой пуп. - строить миграционный оператор с учетом геометрии истинных точек отражения. В условиях известной скоростной модели может быть применен способ фокусирования в ограниченном объеме Френеля (LQth at all. 2005).

В случае отсутствия априорной информации об углах наклона, когда известна лишь приближенная скоростная модель, полезным может стать метод энергетического хеширования (предварительного оценивания), предлагаемый в данной работе.

Идея метода заключается в предварительном энергетическом анализе результата миграции ограниченной апертуры данных. Такой анализ определяет окрестность фокусирования, в которую и происходит окончательная миграция .

Согласно этому подходу текущий пункт взрыва и определенное облако пунктов взрыва его окрестности подвергаются процедуре предварительной миграции в куб, сильно разреженный по пространственным координатам. Подсчет энергии мигрированных трасс позволяет определить приближенное положение отражающей площади для данной геометрии источник-приемник и фиксированного глубинного уровня продолжения поля. Очевидно, что разрастание энергии мигрированных трасс будет происходить в месте когерентного суммирования мигрированных сигналов, т.е. в окрестности положения истинных точек отражения.

Таким образом, задача предварительного энергетического хеширования сводится к подсчету максимума функционала вида f = F(x, у, хс, ус, tc, Т, Rc, V,L), где: х - пространственная координата мигрированной трассы ; у -пространственная координата мигрированной трассы ; хс- пространственная координата пункта взрыва; ус - пространственная координата пункта взрыва; tc - текущее время мигрированного сигнала на трассе; Т - длительность мигрированного сигнала; Rc- радиус текущей апертуры миграции; V=V(x,y,z) -

скоростной закон; Ь - приемная апертура в скважине.

Функционал Б имеет гладкую форму с ярко выраженным максимумом. Этот максимум и определяет место фокусирования в результирующем глубинном кубе. Заметим, что гладкость функционала позволяет строить куб предварительной миграции с большими шагами по пространству и поэтому сама процедура работает достаточно быстро.

Рис. 2 Сравнение результатов миграции: стандартный алгоритм Кирхгофа (слева), способ энергетического хеширования (справа)

Эффективность рассмотренного подхода показана на Рис.2, для модели, содержащей три границы под углом 30°.

В работе приводятся результаты алгоритма миграции на основе метода предварительного энергетического хеширования на примере реальных проектов ЗЭ ВСП.

Алгоритм миграции данных 30 ВСП в спектральной области.

Данный алгоритм был разработан для скоростных моделей, при которых затруднена практическая реализации миграции на основе лучевого трассирования (наличие каустик и разрывных нарушений). Рассматриваемый подход может считаться модификацией метода фазового сдвига (О. С1аегЬои1, 1985).

Применим принцип взаимности к системе наблюдений ЗР ВСП . Теперь каждый приемник может рассматриваться в качестве источника, а пространственная наземная апертура может быть отнесена к базе приема. Тогда продолжение волнового поля с поверхности во внутрь среды может быть представлено в спектральной области как

ЕХкхку, 2МФ) = Щкхку^, со) * (22)

здесь: В(к,г,ю) - пространственно-временной спектр волнового поля на глубине Ъ, кх,ку,кг - пространственные волновые числа, ш - круговая частота;

Zi,Zi+l -начальный и конечный уровни пересчета поля.

Результирующее поле на глубине Ъ, согласно общим принципам миграции, представляется как

021102000800020002010201100205020002000000021001000301020011

о>2

I(x,y,z) = §G(x, у, z,co) * D(x, y, z, a)* dm »1

где: G(x,y,z,©) - функция Грина источника, расположенного в скважине; [ю1,со2] - рабочая полоса частот.

В работе подробно описан алгоритм продолжения поля на основе указанного подхода и приведены примеры его работы при обработке данных 3D ВСП на месторождении Шенли (КНР). Заметим, что в случае наличия латеральных зависимостей в скоростной модели в данном способе миграции применяется метод амплитудной и фазовой интерполяции PSPI (Gazdag, J., and P. Sguazzero, 1984).

Рис. 3. Результат глубинной миграции данных ЗО ВСП на месторождении Шенли (КНР).

Глава 4 посвящена методике обработке данных ЗО ВСП в системе МиШУЗР на месторождении 8и%е (КНР).

На газовом месторождении 8и%е (провинция Оаши, КНР) исходные данные ЗО УБР были получены при помощи 6-точечной регистрации на глубине 1500-1600 м при расположении 9211 пунктов возбуждения (ПВ) на площади -18x10 км2. Одновременно были выполнены наземные ЗС ЗО наблюдения, геофизические исследования скважины (ГИС) и ЗС УБР с нулевым выносом с вибрационными источниками возбуждения продольных и поперечных волн.

Задачей работ было картирование газового коллектора, представляющего собой стратиграфическую ловушку в песчаниках.

После ввода данных в систему МиШУБР и предварительного анализа был определен граф обработки для решения поставленной задачи. Граф включал следующие этапы.

Этап предварительной обработки данных: • Контроль качества (ОС) первой очереди с целью выявления ошибок в задании параметров геометрии системы наблюдения;

• ОС второй очереди с целью выявления аппаратурных проблем регистрации;

• <3С третьей очереди с целью характеристики качества полевого сейсмического материала по уровню сигнал/помеха

» Автоматический пикинг Р-волн и определение времен первых вступлений.

Коррекция статики для ПВ, включая:

• Расчет статических поправок по прямым волнам по совокупности ПВ с отбраковкой грубых выбросов;

• Медианная коррекция статических поправок по совокупности пунктов приема (1111);

• Ввод полученных статических поправок в сейсмические записи;

• Расчет параметров азимутальной ориентации и приведение (ротация) ЗС записей к системе координат, связанной с лучевой плоскостью (Р-БУ);

• Фильтрация записей;

• Подавление трубной волны-помехи (вейвлетная фильтрация);

• Корректирующая обратная фильтрация (минимально-фазовая Винеровская деконволюция) для согласования спектрального состава записей для различных ПВ;

• Селекция волн;

Этап основной обработки данных:

• Обработка данных продольного УБР , полученных при вибрационном возбуждении Р- и Б-волн;

• Интерактивный полуавтоматический пикинг Р- и Б-волн с определением времен вступлений;

• Разбиение разреза на слои по данным анализа энергетических коэффициентов отражения;

• Определение модели пластовых скоростей для Р- и Б-волн при помощи веерного поляризационно-кинематического анализа;

• Уточнение скоростных моделей для Р- и Б-волн для анизотропной УТ1-модели среды по уровневым годографам отраженных волн;

• Расчет синтетических сейсмограмм для проверки полученных моделей по уровневым записям;

• Построение сейсмических кубов в глубинном масштабе;

• Преобразование глубинных кубов во временные;

Результатом проведенных работ были геологические карты, уточняющие строение продуктивного горизонта в окрестности скважины.

В главе 5 рассмотрены вопросы инверсии и динамического анализа применительно к данным ЗБ ВСП.

Показаны необходимые этапы динамической обработки (с сохранением амлитуд) для решения обратных задач по данным ЗО ВСП:

• компенсация за расхождение и поглощение;

• коррекция условий возбуждения и приема с помощью процедур

обратной фильтрации;

• поляризационная ротация записей - проектирование целевых волн на

оптимальную волновую компоненту записи.

Перечисленные этапы обработки позволяют приблизить амплитудные характеристики изучаемых отраженных волн к их истинным значениям и получить адекватные оценки коэффициентов отражения.

Инверсия данных 3D ВСП.

Задача динамической инверсии (определение сейсмических атрибутов) при наблюдениях 3D ВСП напрямую связана с динамическим угловым анализом AVA (amplitude versus angle). Иными словами, зависимостью амплитуд отраженных волн от угла подхода. Если в наземной сейсмике, как правило, такая зависимость определяется одним параметром - расстоянием взрыв-прибор (AVO -amplitude versus offset), в случае со скважинными данными ситуация усложняется. Здесь при анализе отражений для выделения групп трасс, соответствующих определенному угловому диапазону, приходится применять специальные процедуры сортировки, связанные с трассированием лучей в рамках заданной скоростной модели.

В работе изучена возможность инверсии данных 3D ВСП, основанная на линеаризованном уравнении Цепритца (Аки, Ричарде 1980), позволяющем определить приближенную зависимость коэффициента отражения от угла подхода волны:

RP(e)=P+Gsm2(0)+Rl(tg1(0)-sm\e)) (24)

При этом:

Ц (25)

ар' 2 а ß р ' а v'

где а и ß - скорости продольных и поперечных волн.

Задача линейной инверсии сводится к определению коэффициентов уравнения (24) на основе минимизации функционала т ^

f^dj-dj) ->min ^ (26)

где dobs - вектор наблюденных данных, ¿¿ы - вектор значений, полученных на основе теоретической аппроксимации (24), Ш - число угловых диапазонов, участвующих в анализе. Условие (26) эквивалентно решению системы уравнений

Ad = dobs (27)

методом наименьших квадратов. В (31) d — вектор из коэффициентов

(24), подлежащих оцениванию, А - матрица параметров размерностью 3*т.

Оценка коэффициентов (25) позволяет перейти на их основе к вычислению сейсмических атрибутов (А.К. Урупов 2004): акустической жесткости (Р), градиента (G), псевдокоэффициента Пуассона (P+G), псевдокоэффициента сдвига Ламе (P-G) и других.

В задачах AVA анализа большую роль играет диапазон углов лучевого покрытия отражающих площадок. Поэтому на первом этапе исследования было проведено моделирование, с целью изучения поведения данного параметра для геометрии наблюдений 3D ВСП. Модель включала вертикальную антенну приборов от 1000 до 2400 метров с шагом 10 метров по скважине, целевой горизонт на глубине 2500 метров и площадную расстановку пунктов взрыва 2*2 километра с шагом 25 метров. Размер бина равнялся 12.5 метрам.

В результате моделирования были получены карты распределения минимальных и максимальных углов отражения РР-волны для заданного целевого горизонта.

Рис. 4. Распределение минимальных (слева) и максимальных (справа) углов отраясения для целевого горизонта.

Анализ карт угловых диапазонов позволил сделать следующие выводы. В системах наблюдения ЗБ ВСП распределение минимальных углов отражения резко отличаются от распределения максимальных углов. Минимальные углы падения распределяются вокруг скважины по концентричным окружностям. Вблизи устья скважины минимальные углы составляют лишь несколько градусов, а по краям исследуемой площади они достигают 30° и более. Сопоставляя эти данные со схемой распределения максимальных углов можно сделать вывод, что в схемах ЗБ ВСП диапазон изменения углов в сравнении с наземными наблюдениями является неравномерным и ограниченным.

В случае небольшого углового диапазона задача линейной инверсии

становится плохо обусловленной, поэтому к интерпретации получаемых атрибутов необходимо подходить с некоторой осторожностью.

В целом, проведя анализ угловых вариаций для данной модели, молено заключить, что области вблизи скважины и на большом удалении от нее из-за маленького углового диапазона неблагоприятны для проведения AVA анализа. На остальной площади исследования угловые диапазоны имеют значения от 10° до 20°, что может считаться приемлемым для AVA обработки.

Последняя часть пятой главы относится к разработке алгоритма инверсии данных 3D ВСП и его опробованию на реальном материале.

Центральной частью алгоритма является формирование множества трасс, отсортированных по признаку общей глубинной точки и значению диапазона угла отражения. Трассы, сформированные таким образом, загружаются в новый проект системы MultiVSP и далее поступают на вход процедуры инверсии.

м за 36 4в se

ю эв ад je ЕЙ

Рис. 5. Кубы акустической жесткости (слева) и «псевдокоэффициента» Пуассона (справа).

На рисунке 5 представлены кубы сейсмических атрибутов, полученные в : результате процедуры динамической инверсии по реальным данным 31) ВСП на месторождении Шенли (КНР).

В заключении содержатся основные выводы и результаты диссертации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ.

Инновационная технология сейсмических исследований 30 ВСП, рассмотренная в диссертации, позволяет получать высокоточные трехмерные изображения геологического строения сложно построенных сред. Показана эффективность разработанных идей и подходов, реализованных в новой системе обработки данных. Поставленные задачи решены полностью.

Созданные алгоритмы являются дополнением множества программ

обработки скважииных данных и аккумулируют в себе многолетний опыт работы автора по данной тематике.

К результатам диссертации можно отнести следующее:

1. Создана и опробована на реальных сейсмических данных новая объектно-ориентированная система обработай данных 3D ВСП.

2. Разработаны специализированные алгоритмы, решающие задачу построения изображения трехмерного околоскважинного пространства.

3. Рассмотрен и реализован алгоритм решения обратной динамической задачи 3D ВСП.

4. Усовершенствована и опробована на реальных сейсмических данных методика обработки данных 3D ВСП.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Миграция данных наблюдений 3D ВСП на основе метода энергетического хеширования. ВНИИ Геосистем, Геоинформатика №3, 2007 (соавтор М.В. Перепечкин),с. 4-6

2. Продолжение волновых полей в задачах 3D ВСП. Технологии сейсморазведки №3,2007, с.33-38

3. Обработка данных и продолжения волновых полей наблюдений 3D ВСП. Геофизика №4, 2007 (соавторы С.И. Александров, М.В. Перепечкин),с.44-48

4.Massive 3D VSP data migration with energy hashing technique. EAGE workshop, 2006,Saint-Petersburg, September .(соавторы С.И. Александров, М.В. Перепечкин).

5. Практические методы миграции данных массивного 3D ВСП. Гальперинские чтения, 2006, М., ЦГЭ (соавторы С.И. Александров, В.Х. Кивелиди, М.В. Перепечкин), с. 83-86

6. Принципы построения интегрированной системы обработки данных ЗС 3D ВСП. 2005, Гальперинские чтения, Москва, ЦГЭ (соавторы С.И. Александров, Г.Н. Гогоненков,М.В. Перепечкин),с. 105-107

7. Practice of 3D VSP data processing. 2007 EAGE Conference, London (соавторы С.И. Александров, В.Х. Кивелиди, М.В. Перепечкин)

8. Продолжение волновых полей в задачах 3D ВСП Сборник тезисов докладов IX международной научно-практической конференции «Геомодель-2007», Геленджик, 2007, с. 109

9. Прямые динамические задачи ВСП. Сборник научных трудов ЦГЭ «Вопросы обработки и комплексной интерпретации в сейсморазведке», Москва, ВНИИОЭНГ, 1989, с.161-171

Подписано к печати 14.05.09 Формат 60x90 1/16.. объем 2пл. Тираж 120 экз. заказ № 39

Отпечатано в ОАО «Центральная Геофизическая Экспедиция» Россия, 123298, Москва, ул. Народного Ополчения, 38/3

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Мишин, Виктор Аркадьевич

Содержание.

Введение.

Актуальность работы.

1.1 Система МиШУБР. Принципы проектирования.

1.2 Базовая модель данных.

1.3. Особенности структурного строения системы МиШУБР.

Глава 2. Алгоритмы обработки данных наблюдений ЗИ ВСП.

2.1 Алгоритмы определения первых вступлений, контроля качества и коррекции статических поправок.

2.2 Алгоритмы поляризационного анализа сейсмических волн.

2.3 Построение и уточнение кинематических моделей по продольным и поперечным волнам.

2.4 Процедура интерполяции входных данных.

2.7 Поляризационо-кинематическое разделение волн.

Глава 3. Алгоритмы продолжения волновых полей и построение изображения околоскважинного пространства.

3.1 Алгоритм миграции на основе метода энергетического хеширования.

3.2 Алгоритм миграции данных ЗО ВСП в спектральной области.

3.3. Конечно-разностный алгоритм миграции.

Глава 4. Обработана данных ЗБ ВСП! в системе МиШУБР на месторождениеи 8и

§е

КНР).

4.1 Цели и задачи работ.

4.5. Предварительная обработка.

4.6. Контроль качества исходных данных.

4.7. Коррекция статических поправок для полной совокупности ПВ.

4.8. Азимутальная- ориентация- компонент, поляризационная и кинематическая селекция волн.

4.10. Результаты построения сейсмических кубов.

Глава 5. О динамической обработке данных ЗИ ВСП.

5.1. Методика обработки данных ЗБ ВСП с сохранением амплитуд.

5.3 Особенности инверсии данных ЗИ ВСП.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Алгоритмы обработки данных и продолжения волновых полей в задачах 3D ВСП"

Актуальность работы

Метод вертикального сейсмического профилирования (ВСП), основанный Е.И. Гальпериным, занимает самостоятельную нишу в поисковых и разведочных работах на нефть и газ.

Первые модификации ВСП с нулевым выносом были нацелены на решение кинематических задач на вертикальном профиле и выступали лишь как вспомогательный инструмент для анализа волнового поля и привязки отражений. Поляризационное направление ВСП, основанное на многокомпонентной регистрации, позволило перейти к решению-динамических задач в их многоволновой постановке.

По мере совершенствования аппаратурной базы менялся и подход к проектированию систем наблюдений.

Удаление источника от устья скважины привело к созданию модификации «непродольного», а в случае нескольких пунктов взрыва «мульти офсетного» ВСП. Это направление уже решало геометрические задачи, связанные с построением разреза в окрестности скважины.

К системам такого типа относятся «уровневые» наблюдения или наблюдения обращенного годографа (В.А. Теплицкий), когда нескольким положениям приемника в скважине соответствует профиль пунктов взрыва на поверхности. Наиболее полной модификацией описанной геометрии являются методики ВСП ОГТ (Walkaway) при полноценной регистрации по стволу скважины. Однако пространственная асимметрия геологических объектов, вызванная тектоническими нарушениями либо латеральным замещением пород, резко снижала эффективность профильных наблюдений, которые не давали представления о морфологии объекта в пространстве. Поэтому дальнейшее развитие систем наблюдений ВСП было связано с желанием получить в окрестности скважины полноценные объемные изображения. И вслед за наземной сейсморазведкой ВСП перешло к модификации 3D.

Понятие 3D ВСП в его площадной модификации подразумевает континуальное (плотное) распределение источников в окрестности скважины. Планирование таких систем происходит по законам 3D сейсморазведки, наблюдения зачастую проводятся синхронно с наземной расстановкой, а методика обработки предполагает трехмерные алгоритмы.

Отечественным первопроходцем площадных скважинных наблюдений стал Г.А. Шехтман. В 1993 году им были доложены результаты эксперимента, проводимого в Казахстане на участке Кожасай. В результате анализа срезов глубинного мигрированного куба в целевом геологическом интервале тогда удалось решить ряд геологических задач, в частности, определить наклон отражающих границ и провести стратиграфическую привязку горизонтов в пределах соленосной толщи .

Первый заграничный эксперимент по 3D ВСП был проведен компанией AGIP на месторождении Brenda восьмиточечным зондом (1986). Далее, работы проводились компаниями Phillips Pet (Ekofisk К-17), Shell (Brent), Norsk Hydro (Oseberg), PanCanadian (Blackfoot), British Petroleum (Magnus Field), Chevronf (Lost Hills Field, California), Output Expl. Inc. (S. Louisiana, Salt Basin), Crestar Energy (Coyote, Alberta), British Petroleum (Gulf of Mexico) и другими. По мере развития элементной базы увеличивалась и канальность зонда, которая в некоторых проектах достигала нескольких сотен точек.

К настоящему времени практика выполненных работ по 3D ВСП позволяет очертить круг задач, решаемых данным методом:

• повышение разрешенности сейсмических изображений за счет регистрации во внутренних точках среды;

• получение сейсмической информации в условиях соляно-купольной тектоники, когда подсолевые отражения маскируются покрывающей толщей;

• получение изображений при наличии сильно контрастных включений (базальты, ангидриды), являющихся причиной образования многократно отраженных волн;

• построение кубов данных по монотипным и обменным волнам

• построение более точной скоростной модели (в сравнении с ОГТ) в окрестности скважины, что приводит к улучшению качества глубинных построений;

• получение надежных оценок параметров анизотропии.

Несмотря на то, что методика ЗБ ВСП приобрела в настоящее время производственный характер, существует пробел в организации процесса обработки. Обычно обработка данных такого типа проводится либо на основе автономных программ, либо путем приспособления для этой цели стандартных технологий ВСП и ОГТ. При этом граф обработки содержит многочисленные преобразования данных из одного формата в другой. Трудности возникают также на этапе совместной интерпретации кубов ВСП и ОГТ. Все это в итоге сказывается на окончательной стоимости работ и сроках выполнения контрактов, которые занимают от нескольких месяцев до года.

Программно-алгоритмическая база также нуждается в обновлении. Алгоритмы контроля качества, скоростного анализа и продолжения волновых полей, взятые из стандартных пакетов, зачастую не удовлетворяют требованиям обработки скважинных данных.

По этим причинам стала актуальной задача создания новой специализированной системы, способной повысить уровень автоматизации обработки и интерпретации данных ЗБ ВСП.

Цели* и задачи исследования.

В настоящей работе ставится следующая основная цель: создание интегрированной системы обработки данных скважинных наблюдений ЗО ВСП для повышения эффективности сейсмических исследований сложнопостроенных сред.

Основные задачи исследования включали следующие этапы: определение основных принципов, модели данных и функционального наполнения системы; разработка алгоритмов начальной стадии обработки; реализация процедур продолжения, волновых полей и динамической инверсии данных ЗБ ВСП; опробование созданного программного обеспечения на модельных и реальных материалах.

Методологическая основа исследования.

Методологическую основу исследования составляют современные методы математического анализа, цифровой обработки сигналов и, объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна.:

В процессе выполнения работы получены результаты, обладающие научной новизной.

1. Впервые определены основные принципы проектирования и, функционального наполнения специализированной системы обработки данных ЗБ ВСП в составе интегрированной системы обработки данных наземно-скважинных наблюдений.

2. Разработаны новые алгоритмы предварительной обработки данных площадных скважинных наблюдений:

• алгоритм автоматического определения первых вступлений на основе поляризационно-кинематического анализа и критериев нестационарности и когерентности записи;

• новые алгоритмы контроля качества наблюдений ЗБ ВСП;

• метод итеративного трехкомпонентного разделения волн, учитывающий зависимость сдвигов целевых волн от времени и реализующий прослеживание волн на основе когерентного трассирования;

• алгоритм построения и уточнения скоростной модели по данным ЗБ ВСП

3. Реализованы новейшие алгоритмы продолжения волновых полей ЗБ ВСП: миграция данных ЗТ> ВСП на основе алгоритма предварительного энергетического хеширования;

• миграция в Б-К области, основанная на модифицированном алгоритме фазового сдвига с раздельным продолжением полей от источника и приемника;

4. Разработаны алгоритмы динамического анализа и инверсии данных ЗБ ВСП.

Защищаемые положения.

1. Созданная интегрированная система обработки данных площадных скважинных наблюдений, обеспечила возможность представления процесса изучения околоскважинного пространства в виде единого технологического комплекса от ввода данных до получения сейсмических кубов и-атрибутов.

2. Разработанные алгоритмы предварительного этапа :

• автоматическое определение первых вступлений на основе критериев энергетической нестационарности и когерентности трехкомпонентных записей;

• итеративное разделение волн, включающее уточнение динамических и кинематических характеристик целевых волн с учетом поляризационных критериев оптимального приема трехкомпонентных сигналов;

• построение и уточнение пластовых скоростных моделей на основе решения обратной кинематической задачи по данным ЗТ> ВСП позволили повысить качество и уровень автоматизации начальной стадииюбработки данных.

3. Реализованные алгоритмы продолжения волновых полей ЗБ ВСП в спектральной области и на основе метода энергетического хеширования, позволили строить глубинные и. временные сейсмические кубы для сложнопостроенных сред в окрестности скважины.

Практическая ценность

Практическая ценность работы заключается; в создании отечественного программного продукта, ориентированного на5 решения задач наземно-скважинной сейсморазведки и позволившего существенно повысить производительность процесса обработки данных.

Реализация на производстве

Комплекс МиШУБР используется; в; Центральной Геофизической Экспедиции для обработки данных ЗБ ВСП и скважинного сейсмического мониторинга:. С применением системы были выполнены, проекты. ЗШ ВСН нашесторождениях БиНде, Капуап§, 811еп§Н (КНР).

Апробация работы

Основные результаты работы; докладывались на российских, и международных геофизических; конференциях - «Геомодель 2007», ЕАОЕ (Лондон- 2007, (Санкт-Петербург 2006; 2007); Гальперинские чтения (2005; 2007);

Публикации и личный вклад в решение проблемы.

Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных автором. Разработка системы МиШУБР проводилась в соавторстве с д.ф-м.н. С.И. Александровым и к.т.ш М.В. Перепечкиным. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 в реферируемых журналах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав: и заключения: Общий объем диссертации составляет 135 страниц машинописного текста в том числе 45 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Мишин, Виктор Аркадьевич

Заключение.

Инновационная технология сейсмических исследований ЗБ ВСП, рассмотренная в диссертации, позволяет получать высокоточные трехмерные изображения геологического строения сложно построенных сред. Показана эффективность разработанных идей и подходов, реализованных в новой системе обработки данных. Поставленные задачи решены полностью.

Созданные алгоритмы являются дополнением множества программ обработки скважинных данных и аккумулируют в себе многолетний опыт работы автора по данной тематике.

К результатам диссертации можно отнести следующее:

1. Создана и опробована на реальных сейсмических данных новая объектно-ориентированная система обработки данных ЗБ ВСП.

2. Разработаны специализированные алгоритмы, решающие задачу построения изображения трехмерного околоскважинного пространства.

3. Рассмотрен и реализован алгоритм решения обратной динамической задачи ЗБ ВСП.

4. Усовершенствована и опробована на реальных сейсмических данных методика обработки данных ЗБ ВСП.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Мишин, Виктор Аркадьевич, Москва

1. Агаев X. Б., Гальперин Е. И. Алгоритм поляризационного анализа трехкомпонентных записей в сейсморазведке. Экспресс-информ. ВИЭМС. Сер. «Региональная, разведочная и промысловая геофизика». 1982. - Вып. 18. - С. 24-28.

2. Александров С.И. Поляризационный анализ сейсмических волн, М., 1999

3. Александров С.И. Поляризационно-кинематический анализ сейсмических волн, Геофизика, №6, 1999, с. 12-19.

4. Александров С.И., Г.Н.Гогоненков, В.А.Мипшн, М.В.Перепечкин. Принципы построения интегрированной системы обработки данных ЗС 3D ВСП. Гальперинские чтения 2005 Москва.

5. Боголюбский А. Д. Методика выбора наилучшего разбиения вертикального годографа при обработке данных сейсмокаротажа. Разведочная геофизика. М.: 1980. - Вып. 88. - С. 86 - 97.

6. Больших С.Ф. О приближенном представлении годографа отраженных волн в случае многослойной покрывающей среды.- Прикладная геофизика вып. 15. М., Гостоптехиздат, 1956, с. 3-14.

7. Бляс Э.А., Середа А.-В.И., Определение параметров слоистой среды по данным скважинных сейсмических наблюдений методом решения обратной динамической задачи Вестник МГТУ, том 1, №1, 1998 г.

8. Бреховских JI.M. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973.

9. Бродов Л.Ю. Применение многоволнового вертикального сейсмического профилирования для изучения коллекторских свойств осадочных отложений. Бюл. Ассц. Нефтегазгеофизика.,1992. №4.

10. Ю.Вейцман Б.А., Студеникина Л.И. Способы определения эффективных скоростей. Обзор. Регион., развед. и промысл, геофизика. -М.: ВИЭМС,1973.

11. И.Гальперин Е.И., Вертикальное сейсмическое профилирование. М.: Недра,1971.с

12. Гальперин Е.И., 1977., Поляризационный метод сейсмических исследований. М.Недра, 1977. с. 276.

13. Гальперин Е.И. Изучение напрявления вектора смещения в сейсмических волнах при наблюдениях на скважинах // Изв. АН СССР, сер. геофиз. -1963. (2). - С. 278-292.

14. Гальперин Е.И. Изучение многократно- отраженных волн при вертикальном сейсмическом профилировании // Изв. АН СССР, физика Земли. 1965. - (12). - С. 1-2.

15. Гальперин Е.И. Изучение процесса распространения сейсмических волн в реальных средах // Вестн. АН СССР. 1966. - (1). - С. 55-60

16. Глоговский В.М., Гогоненков Г.Н. Сходимость итеративного метода определения пластовых скоростей по сейсмическим данным. -Прикладная геофизика, 1978, вып. с,65-78.

17. Гамбурцев Г. А., Гальперин Е.И. Азимутальные сейсмические наблюдения с наклонными сейсмографами // Изв. АН СССР, сер. геофиз. 1954. - (2). - С. 184-189.

18. Гельфанд В.А. Уточнение модели среды с помощью синтетических сейсмограмм. Нефтегазовая геология и геофизика, 1977 №5 с.32-36.

19. Гогоненков Г.Н., Табаков A.A. Современное состояние и перспективы развития метода ВСП. Гальперинские Чтения, Москва 2002

20. Гольдин C.B., Черняк B.C., Судварг Д.И. Оценка параметров скоростной модели среды по данным многократного прослеживания отраженных волн. Геология и геофизика, 1978, №6, с. 103-114.

21. Гурвич И.И., Боганик Г.Н.Сейсмическая разведка, изд. третье, М., Недра, 1980.

22. Кащеев Д.Е., Кирнос Д.Г. Использование имитационного аннилинга для инверсии данных сейсморазведки: Геофизика, Технологии сейсморазведки -1, 2002 с.75-79.

23. Ларичев В.А., Лесонен Д.Н., Максимов Г.А., Подъячев Е.В;, Деров А.ВЛ: Математическая модель трехмерной геологической среды с разломами для решения прямых и обратных задач геофизики. Гальперинские чтения 2005 Москва.

24. Кибальчич Л.Н., Шевченко A.A. Построение модели среды по данным АК и ВСП. Технологии сейсморазведки №3, 2005г.

25. Касимов А.Н., Фарбирович В.П.,Примеры применения технологий работ по методике ВСП и важность их адаптации к решаемым геологическим задачам. «Технологии сейсморазведки» №2, 2006г

26. Костюкевич A.C., Мармалевский Н.Я., Горняк З.В., Роганов Ю.В., Мерщий В.В. Моделирование с помощью конечно-разностного метода отраженных от субвертикальных границ дуплексных волн. — Геофизический журнал. -2001. -23, №3. — с.110-115.

27. Маловичко A.A. Определение предельной эффективной скорости и степени скоростной неоднородности по одиночному годографу отраженных волн в случае вертикально-неоднородной среды. -Прикладная геофизика, 1979, вып.95. с.35-44

28. Мирзоят Ю.Д., Соболев Д.М., Ерух Д.В. Технология изучения околоскважинного пространства (промысловая сейсмика) на основе комплекса- ГИС, совмещенных векторных^ наземных, и скважинных сейсмических наблюдений: Гальперинские чтения 2005 Москва.

29. Лритчетт У. Получение надёжных данных сейсморазведки. М.: Мир, 1999.

30. Пузырев H.H., Бродов Л.Ю., Тригубов A.B. Сейсмическая разведка методом поперечных и обменных волн., М., НЕДРА. 1985.С.277.

31. Пузырев; H. Н. Измерение сейсмических скоростей в, скважинах. М., Гостоптехздат, 1957.

32. Редекоп В.А., Бондарева Н.В., Помазанов В.В., Риле Д.Г. 2D-3D миграция НВСП для сеточной модели среды. Гальперинские чтения 2005 Москва.

33. Савин И.В., Шехтман Г.А., Обратная кинематическая задача ВСП для сред с неплоскими границами раздела. 1994.

34. Табаков A.A., Яковлев И.В., Копчиков A.B., Баранов К.В., Рыковская Н.В. Методика и некоторые результаты обработки WALKAWAY и 3D ВСП. Гальперинские чтения 2005 Москва.

35. Урупов А.К. Изучение скоростей в сейсморазведке. М.: Недра, 1966.

36. Урупов А.К. 3D сейсморазведка целевое назначение и системы наблюдений. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003.

37. Урупов А.К. Основы трёхмерной сейсморазведки. М.: Недра, 2004.

38. Урупов А.К., Левин А.Н. Определение и интерпретация скоростей в методе отражённых волн. М.: Недра, 1985.

39. Урупов А.К., Богоявленский В.И., Мирзоян* Ю.Д.,. Изучение анизотропии сейсмических характеристик геологического разреза на акватории по записям прямых преломленных волн. Комплекное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР, М. 1986.

40. Шевченко A.A. Скважинная сейсморазведка

41. Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка: В 2-х т. Т.2. Обработка и интерпретация данных. М.: Мир, 1987.51.1Перифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка: В 2-х т, Т.1. История, теория и получение данных. М.: Мир, 1987.

42. Шехтман Г.А., Макаров Г.Ф. Способ Вертикального Сейсмического Профилирования. A.c. 408249 СССО, МКИ G01 V1/40

43. Шехтман Г.А., Выявление анизотропии пластовых скоростей и количественная ее оценка по данным сейсмокоротажа. Экспресс Информ ВИЭМС. 1973

44. Шехтман Г.А. Методика ВСП, ее современное состояние и перспективы развития. 1994, Прикладная геофизика. 131.

45. Шехтман Г.А. Площадная модификация метода ВСП. Геофизика, №1, 1996, с.23-28.

46. Alkhalifah, Т., and Tsvankin, I., 1995, Velocity analysis in transversely isotropic media: Geophysics, 60, 1550-1566.

47. Hasselmann S.P. 1997, An optimal interpolation scheme for the assimilation of spectral wave data, J. Geophys. Res. 102(C7), 15, 823-836

48. Horn S.A. and al., 2000, walkaround VSPs for fractured reservoir characterization SEG, Calgary, Exp. Abs.

49. Summers G.C., Broading R.A. Continous velocity logging. Geophys. No. 3, 1952

50. X.Zhao, D.Wang, Y.Li, Z.Patval, A.Ghosh, F.Doherty. 3D Migration of 2D Multi-Line Walkaway VSP Data Using a 3D Seismic Model Гальперинские чтения 2005 Москва.

51. Robinson E.A. Digital foundations of time series analysis, 1980, University of Tulsa, 456 pp.