Алгоритмы обработки данных и продолжения волновых полей в задачах 3D ВСП тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат технических наук Мишин, Виктор Аркадьевич

• Мишин, Виктор Аркадьевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат 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 диссертации (часть автореферата) 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 диссертации 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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мишин, Виктор Аркадьевич, 2009 год

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.