Способ обработки сейсмического сигнала и разведки месторождений - RU2144683C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение имеет отношение главным образом к созданию способов сейсмической разведки месторождений, а более конкретно, касается способов идентификации структурных и стратиграфических характеристик в трех измерениях (направлениях).

Обычные 2-D сейсмические данные получают вдоль линий (см. линии 10 и 11 на фиг. 1), которые образованы решетками сейсмоприемников на участке побережья до прибойной зоны или решетками гидрофонных сейсмоприемных кос (стримеров), которые пересекают прибрежную водную зону. Сейсмоприемники и гидрофоны работают в качестве датчиков и принимают энергию, которая передана вглубь земли и отражена назад к поверхности земли от поверхностей раздела 12 скальной породы нижнего горизонта. Энергия обычно создается на поверхности земли при помощи вибросейсмических аппаратов, которые передают с поверхности импульсы встряхивания грунта с заранее определенными интервалами и частотами. При работе с водной поверхности для этой цели обычно используют пневматические пушки. Тонкие изменения в распределении энергии, возвращенной на поверхность, часто отражают вариации стратиграфического, структурного и жидкостного содержания подземных резервуаров.

При использовании 3-D сейсмических данных принцип остается таким же, однако линии и решетки размещают более тесно (см. фиг. 1 и 2), что позволяет получать более детальное перекрытие нижнего горизонта. При таком перекрытии с очень высокой плотностью требуется записывать, хранить и обрабатывать чрезвычайно большие объемы цифровых данных, перед тем, как может быть произведена их окончательная интерпретация. Обработка данных требует применения огромных компьютерных ресурсов и сложного программного обеспечения, чтобы усилить сигнал, отраженный от нижнего горизонта, и выделить его из сопровождающих шумов, которые маскируют сигнал.

После того, как произведена обработка данных, бригада геофизиков производит компиляцию и интерпретацию сейсмической 3-D информации в форме 3-D куба (см. фиг. 4), который эффективно представляет характеристики нижнего горизонта. При использовании куба данных информация может выводиться на индикацию в самом разном виде. Могут быть сделаны карты горизонтальных временных срезов на выбранной глубине (см. фиг. 5). При использовании компьютерных рабочих станций интерпретатор может делать срезы по полю для исследования выходов резервуара на различных горизонтах. Могут быть также произведены вертикальные срезы или сечения в любом направлении, с использованием сейсмических или скважных данных. Временные карты могут быть конвертированы в глубину для получения структурной интерпретации на конкретном уровне.

Трехмерные (3-D) сейсмические данные интенсивно используются повсюду в мире для получения более детального структурного и стратиграфического изображения резервуаров нижнего горизонта. Применение трехмерных (3-D) сейсмических данных расширилось в течение последних пяти лет, причем основанием для этого является большое число подтвержденных записей следов, которое продолжает расти. 3-D измерения проводят с учетом возросших резервных оценок и с уменьшенными эксплуатационными расходами в результате более точного выбора местоположения оконтуривания и развития скважин, с использованием улучшенных характеристик резервуара, что приводит к получению лучших имитационных моделей, а также с учетом возможности более точного предсказания будущих возможностей и проблем в ходе продукционной истории поля. Что еще более важно, 3-D сейсмические данные также используют в качестве инструмента разведки для уменьшения риска проходки скважины в структурно сложных зонах и для предсказания качества резервуара в зонах, где нет еще скважин.

Так как 3-D сейсмические данные используются для разведки и интерпретации данных, то возникает необходимость в их усовершенствовании.

В частности, сейсмические данные традиционно получают и обрабатывают для получения изображений сейсмических отражений. Изменения в стратиграфии зачастую трудно обнаружить на традиционных сейсмических дисплеях в результате того, что ограничен объем информации, связанной с стратиграфическими параметрами в поперечном сечении. Хотя такие сечения дают возможность видеть более полную часть этих характеристик, затруднительно идентифицировать ложные поверхности (поверхности дефектов) в 3-D объеме, в том случае, когда ложные отражения не зафиксированы. Что еще более важно, неизвестно использование сейсмических данных для визуализации сейсмических нарушений сплошности вместо сейсмических отражений.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ разведки углеводородов. Этот способ содержит следующие операции: получение комплекта сигналов сейсмических трасс, распределенных по заранее определенному трехмерному объему толщи земли; разделение трехмерного объема на множество вертикально смещенных и главным образом удаленных друг от друга горизонтальных срезов; разделение каждого из срезов на множество ячеек, которые подразделены на идущие в боковом направлении ряды и колонки, таким образом, что участки по меньшей мере трех главным образом вертикально идущих сейсмических трасс локализованы в них; измерение поперек каждой ячейки кросс-корреляции между одной парой трасс, лежащей в одной вертикальной плоскости, для получения значения инлайн (in-line), и измерение кросс-корреляции между другой парой трасс, лежащей в другой вертикальной плоскости, для получения значения кросслайн (cross-line), которые служат оценкой временного (по времени) падения (спада) в инлайн и кросслайн направлениях; комбинирование инлайн значения с кросслайн значением для получения значения когерентности для каждой ячейки; и визуализация значений когерентности поперек по меньшей мере одного горизонтального среза.

Предложенная техника особенно хорошо подходит для интерпретации ложных планов (плоскостей дефектов) в пределах 3-D сейсмического объема и для обнаружения тонких стратиграфических характеристик в 3-D (информации). Это происходит потому, что сейсмические трассы, перерезанные ложной линией (линией дефекта), обычно имеют другой сейсмический характер, чем трассы на любой стороне от ложной. Измерение похожести трасс (то есть когерентности или непрерывности 3-D) вдоль временного среза позволяет выявить контуры низкой когерентности вдоль этих ложных линий. Такие значения когерентности позволяют выявить критические детали нижнего горизонта, которые не всегда ясны на традиционных сейсмических сечениях. За счет вычисления когерентности вдоль серии временных срезов можно при помощи ложных контуров идентифицировать ложные планы или поверхности.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания преимущественного варианта его осуществления, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг. 1 показано расположение сейсмоприемников для получения 3-D сейсмических данных из нижнего горизонта земной толщи, необходимое для проведения обработки в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 2 показан вид сверху расположения фиг. 1. На фиг. 3 приведено расположение сейсмических трасс, лежащих в плоскости, проходящей через ряд сейсмоприемников, показанных на фиг. 2. На фиг. 4 приведено графическое представление информации, полученной при обработке 3-D данных. На фиг. 5 приведено графическое представление горизонтального временного среза 3-D сейсмических данных, обработанных в соответствии с известным состоянием техники. На фиг. 6 приведено графическое представление горизонтального временного среза 3-D сейсмических данных, обработанных в соответствии с настоящим изобретением.

Несмотря на то, что настоящее изобретение может быть осуществлено в различных вариантах, на чертежах показан и детально описан специфический вариант его осуществления. Однако следует иметь в виду, что настоящее описание следует рассматривать только как пример осуществления принципов изобретения, который ни в коей мере не ограничивает изобретение описанным специфическим алгоритмом и примером его осуществления.

Первой операцией является получение комплекта сейсмических данных в форме сигнала сейсмических трасс, распределенных в трехмерном объеме в толще земли. Способы получения таких данных и преобразования их в цифровую форму для обработки 3-D сейсмических данных хорошо известны специалистам в данной области.

Следующей операцией является выработка "куба нарушения сплошности". Это производится приложением алгоритма когерентности к 3-D сейсмическим данным. Этот алгоритм может приобретать различные формы. Вне зависимости от выбранной формы его функционирование заключается в сравнении аналогичности прилегающих друг к другу районов сейсмических данных внутри 3-D сейсмического объема. Если сегмент трассы аналогичен соседнему (например, в инлайн или кросслайн направлениях), то ему присваивается значение низкого нарушения сплошности; если сегмент трассы не аналогичен соседнему, то ему присваивается значение высокого нарушения сплошности.

На фиг. 2 приведен вид в плане участка 3-D сейсмического объема. Для того, чтобы измерить нарушение сплошности, участок трассы A сравнивают со смежными участками трассы B и C. Один из путей вычисления аналогичности трасс описан ниже.

Нулевая средняя задержанная кросс-корреляция в направлении инлайн (в x-направлении) между трассой u(t, x, y) и u(t, x+dx, y) при временной задержке "tlag" мс определяется в соответствии с выражением:
(1)

Нулевая средняя задержанная кросс-корреляция в направлении кросслайн (в y-направлении) между трассой u(t, x, y) и u(t, x, y+dy) при временной задержке "tlag" мс определяется в соответствии с выражением:

После получения видимых падений (спадов) (в мс/на трассу) достаточно просто (но не обязательно точно, если имеют дело с зашумленными данными) произвести вычисление для получения падения и азимута падения. Что более важно, так это то, что концепция кросс-корреляции расширена на два направления путем получения геометрического среднего между двумя классическими одномерными кросс-корреляциями:

Компьютерная программа
Далее приводится упрощенная программа ФОРТРАН 77 для осуществления указанных вычислений.

Пусть имеется трасса "x" из 3-D сейсмического амплитудного объема и две соседних трассы "y" (в направлении инлайн) и "z" (в кросслайн направлении). В этом случае стандартная подпрограмма COH позволяет вычислить выходную трассу "rho", содержащую коэффициенты когерентности, с использованием алгоритма прогонки окна кросс-корреляции, где
"mins" и "maxs" представляют собой минимальные и максимальные показатели образца для всех четырех трасс;
"inwinl" является длиной окна в образцах;
"nlags" задает число задержек (относительных временных сдвигов), которые нужно сделать с каждой стороны "0" в кросс-корреляции; и
"sr" является интервалом образца (выборки) в мс.

При каждой выборке стандартная подпрограмма CROSS производит вычисление серии нормализованных коэффициентов кросс-корреляции, возвращая самые большие коэффициенты для каждого направления в "rho1" и "rho2". Временной сдвиг, при котором случаются максимальные коэффициенты, возвращается в "tshf1" и "tshf2"; эти времена не используются. Стандартная подпрограмма COH вызывается повторно, один раз для каждой трассы во входном сейсмическом амплитудном объеме, для получения объема 3-D данных или "куба когерентности", содержащего коэффициенты когерентности.

subroutine coh (x, y, z, rho, mins, maxs, iwinl, nlags, sr)
real x(mins:maxs), y(mins:maxs), x(mins:maxs)
real rho(mins:maxs)
ihwin = iwin1/2
doj = mins+ihwin, maxs-ihwin
k = j - ihwin
call cross (x(k), iwinl, y(k), iwinl, nlags, sr, rho1, tshf1)
call cross (x(k), iwinl, z(k), iwinl, nlags, sr, rho2, tshf2)
rho(J) = sqrt (rho1^*rho2)
enddo
return
end
subroutine cross (x, nx, y, ny, lags, sr, peak, tshift)
real x(0:nx-1), y(0:ny-1), sr, peak, tshift
parameter (maxlags=128)
real g(-maxlags:+maxlags)
double precision xx,yy
nlags = max(0, min(lags, maxlags))
tshift = 0.0
peak = 0.0
xx = 0.0
yy = 0.0
ks = 0
do ix = 0, nx-1
xx = x(ix)^**2+xx
enddo
if (xx.eq. 0.0) return
do iy = 0, ny-1
yy = y(iy)^** 2+yy
enddo
if(yy.eq.0-0)return
do is = -nlags, +nlags
g(is) = 0.0
do it = 0, nx-1
if (it-is.ge.0) then
if (it-is.le.ny-1)then
g(is) = g(is) + x(it)^*y(it-is)
endif
endif
enddo
if (abs(peak).lt.abs(g(is))) then
peak = g(is)
ks = is
endif
enddo
tshift=ks^*sr
Могут быть использованы, например, рабочие станции интерпретации результатов типа Landmark или GeoQuest, позволяющие интерпретировать ложные значения и стратиграфические характеристики путем загрузки куба нарушения сплошности в качестве сейсмического объема. Может быть использовано программное обеспечение визуализации (например, Landmark's SeisCube) для быстрого выполнения срезов через объем нарушения сплошности с целью установления комплексных ложных соотношений. Визуализация нарушения сплошности позволяет сократить время цикла интерпретации при ее использовании избирательно относительно подлежащих интерпретации сейсмических линий, что позволяет исследователю работать в зонах вблизи ложных и слабых данных. Кроме того, при этом могут быть просто идентифицированы и интерпретированы тонкие стратиграфические характеристики и комплексные ложные сигналы, которые трудно обнаружить при традиционной сейсмической визуализации. На фиг. 5 и 6 рядом произведено сравнение одной и той же сейсмической информации, которая выводится на индикацию и обрабатывается при помощи как известных ранее методов, так и в соответствии с настоящим изобретением. Ложные линии четко видны на фиг. 6.

Карты когерентности были получены для множества 3-D разведок. При глубинах приемлемого качества данных, ориентировочно 90% ошибок (ложных сигналов) легко могут быть обнаружены. На картах когерентности были обнаружены ложные сигналы, которые плохо видны на сейсмических сечениях, но четко присутствуют на картах когерентности благодаря надежности предложенного способа и перспективе карт для ложных картин (картин распределения дефектов). Так как карты когерентности могут быть получены для не интерпретированных временных срезов, то настоящее изобретение предлагает средство для значительного ускорения составления карт структурных деталей и для выявления деталей с ложными соотношениями, которые в противном случае могли бы быть выявлены только в результате сложной утомительной работы.

Специфические примеры
2-D карты когерентности были разработаны вдоль захваченных горизонтов и позволили четко идентифицировать сланцевые диапиры в прибрежных водах Нигерии.

В водах Мексиканского залива предложенная техника позволила быстро идентифицировать диапирические структуры.

На множестве временных срезов когерентности были обнаружены важные детали стратиграфических характеристик, такие как заброшенные речные каналы, грязевые потоки и подводные каньоны. На сейсмических сечениях такие характеристики иногда видны, однако в некоторых случаях не могут быть идентифицированы даже при тщательном анализе.

Предложенный способ является первым известным способом, позволяющим выявить ложные планы (плоскости нахождения дефектов) в 3-D объеме, в котором не были зарегистрированы ложные отражения. Следует отметить, что дефекты часто являются критичными для накопления нефти. Дефект может образовать уплотнение путем разрезания структурной или стратиграфической характеристики, таким образом, что нефть просачивается через дефект. С другой стороны, если плоскость дефекта содержит бут (каменную кладку), который не был зацементирован, то он может образовать трубопровод для жидкостей. Это может позволить углеводородам дрейфовать вверх через плоскость дефекта в определенное место, захватываться там или вытекать из такого места.

Таким образом, линии дефектов могут предсказывать картины потоков в резервуаре и указывать, например, пути сообщения от инжектора до продуктивной скважины. Кроме того, сейсмические нарушения сплошности могут являться необходимой связью для предсказания распределения скважин, установления непрерывности резервуара и создания картины потока по полю залежи.

Построение карт сейсмической когерентности 3-D является мощным и эффективным средством для получения как структурных, так и стратиграфических карт. Этот новый способ является особенно чувствительным к любой боковой вариации в характере импульсоида и поэтому особенно чувствителен при обнаружении обычных причин появления боковых вариаций в импульсоидах (например, ложного смещения или стратиграфических вариаций). Этот 3-D способ позволяет производить анализ временных срезов или горизонтов, основываясь на интервалах и измеряя максимум нормализованной кросс-корреляции в инлайн и кросслайн направлениях.

Дальнейший анализ
Куб нарушения сплошности позволяет четко выявить ложные планы как зоны высокого нарушения сплошности. Однако эти зоны не обязательно являются зонами низкого отношения сигнал/шум. Способ усиления этих ложных зон предусматривает применение так называемого "среднего планарного оператора". Дефекты в нижнем горизонте земли обычно выражаются сами по себе как плоскости или поверхности. В случае изогнутой поверхности дефекта ряд небольших плоскостей может быть использован для аппроксимации поверхности дефекта. В соответствии с этим аспектом настоящего изобретения, небольшой планарный оператор используется для усиления (то есть в качестве "фильтра") идентификации тонких стратиграфических характеристик. Прежде всего, выбирают небольшой участок сейсмических данных вокруг центрального значения.

Этот участок может быть образован из множества ячеек, использованных для образования "куба когерентности". После этого математически вводят небольшую ложную плоскость в этот участок и вычисляют среднее значение точек в этой плоскости для наклона (падения) и азимута, которые лучше всего сопрягаются с зоной высокого нарушения сплошности. После этого указанное среднее значение присваивают центральному значению новой решетки. Вслед за этим сдвигают область данных (например, на один ряд) и процесс повторяют до тех пор, пока каждая точка в ранее определенном кубе нарушения сплошности не будет проанализирована как центральное значение. В качестве конечного результата получают совершенно новый куб нарушения сплошности с усиленными ложными плоскостями и с ослабленными стратиграфическими параметрами (то есть с не планарными параметрами), а также с ослабленными шумами. Указанные стратиграфические параметры могут быть выделены путем вычитания нового куба нарушения сплошности из старого куба нарушения сплошности, без применения плоскостного фильтра.

Несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения. В частности, могут быть использованы другие алгоритмы для измерения аналогичности прилегающих зон сейсмических данных или для выработки "куба нарушения сплошности". Более того, могут быть применены любые эквивалентные вычисления вместо тех, которые показаны и описаны в заявке. Кроме того, определенные характеристики настоящего изобретения могут быть использованы независимо от других его характеристик.

Например, стратиграфические характеристики обычно идентифицированы на временных срезах, где падение низкое; и, следовательно, временное окно захватывало узкое стратиграфическое сечение. В зонах с высоким падением предложенный способ будет работать для захвата горизонтов. В связи с изложенным можно полагать, что при использовании способа в соответствии с настоящим изобретением в качестве инструмента для составления стратиграфических карт могут быть обнаружены новые уровни деталей, невидимые прежде, хотя это и может потребовать составления карты представляющего интерес горизонта.

В соответствии с другим примером, несмотря на то, что сами по себе карты срезов когерентности являются мощным средством картографирования, при их использовании в сочетании с амплитудными картами и картами падения (наклона) для разведки месторождений, удалось достичь высокой эффективности картографирования в районе Мексиканского залива и в аналогичных бассейнах с 3-D сейсмизмом. Можно полагать, что предложенный способ позволит ускорить составление детальных структурных и стратиграфических карт по сравнению с используемыми традиционными методами их составления. Рассмотрение на картах "разведочных" данных позволяет достичь существенного улучшения качества и количества интерпретации.

Следует иметь в виду, что могут быть произведены многочисленные изменения, модификации и вариации, которые соответствуют сущности изобретения и не выходят за его рамки, определенные формулой изобретения.

Реферат

Использование в сейсмической разведке месторождений для идентификации структурных и стратиграфических характеристик в трех измерениях. Способ разведки углеводородов предусматривает следующие операции: получение комплекта сигналов сейсмических трасс, распределенных по заранее определенному трехмерному объему толщи земли, разделение трехмерного объема на множество вертикально смещенных и главным образом удаленных друг от друга горизонтальных срезов и разделение по меньшей мере одного из указанных срезов на множество ячеек, причем каждая из указанных ячеек имеет участки по меньшей мере трех локализованных в ней сейсмических трасс, измерение поперек каждой из указанных ячеек кросс-корреляции между одной парой трасс, лежащих в первой вертикальной плоскости, для получения значения инлайн (in-line), и измерение кросс-корреляции между другой парой трасс, лежащих в другой вертикальной плоскости, для получения значений кросслайн (cross-line), комбинирование указанного инлайн значения с указанным кросслайн значением для получения значения когерентности для каждой из ячеек и визуализацию значений когерентности. Изобретение позволяет значительно ускорить составление карт структурных деталей и выявить детали с ложными соотношениями. 5 с. с. и 26 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула