Исследование дифрагированных сейсмических волн и их применение для построения изображения среды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат физико-математических наук Никитченко, Андрей Николаевич

• Никитченко, Андрей Николаевич
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Никитченко, Андрей Николаевич

Введение

1 Методология построения изображений среды по данным межсква-жинных наблюдений

1.1 Построение изображений отражающих границ и рассеивающих объектов.

1.1.1 Векторная миграция и построение шумовых изображений

1.1.2 Ограничение угла наклона предполагаемой границы в точке изображения: построение изображений отражающих границ и дифракторов.

1.1.3 Выбор пар источник-приемник для выделения преломленной волны.

1.2 Диагностика мигрированных изображений.

1.2.1 Построение изображений шума.

1.2.2 Анализ сейсмограмм общей точки изображения.

1.3 Выводы.

2 Результаты численного моделирования

2.1 Модель.

2.2 Сравнение результатов векторной и скалярной миграции

2.3 Предварительная обработка сейсмических данных.

2.4 Применение весовых функций.

2.4.1 Построение изображения отражающих границ и определение артефактов.

2.4.2 Построение изображения рассеивающих объектов.

2.5 Анализ сейсмограмм общей точки изображения.

2.6 Уточнение местоположения рассеивающих объектов.

2.7 Построение изображений с использованием поперечных и обменных волн.

2.8 Выводы.

3 Результаты обработки реальных сейсмических данных

3.1 Модель.

3.2 Применение весовых функций.

3.2.1 Построение изображения отражающих границ

3.2.2 Дополнительные весовые функции.

3.2.3 Построение изображений рассеивающих объектов.

3.3 Анализ сейсмограмм общей точки изображения.

3.4 Совместная интерпретация результатов миграции и инверсии

3.5 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование дифрагированных сейсмических волн и их применение для построения изображения среды»

Актуальность проблемы. В последние годы возможности для увеличения запасов нефти и газа путем открытия новых месторождений существенно снизились. Многие из недавно разведанных резервуаров углеводородов находятся в труднодоступных регионах со сложным геологическим строением. Поэтому важной задачей становится повышение эффективности использования уже имеющихся месторождений. Для оптимизации управления резервуаром требуется построение изображений среды. Неоднородности, характеризующие резервуар, могут иметь размер порядка метра [28], поэтому очень важным свойством изображения является разрешение.

Традиционно для изучения характеристик резервуара использовались каротажные данные и данные поверхностных наблюдений. Однако, их использование часто не дает желаемого результата. Скважинные данные обеспечивают высокое вертикальное разрешение, но предоставляют информацию только об области, находящейся в непосредственной близости к скважине. С другой стороны, поверхностные сейсмические исследования позволяют строить изображения больших областей, но часто с плохим разрешением по вертикали порядка 30-50 метров [60]. Методы поверхностной сейсмики часто не способны обнаружить особенности малого масштаба, которые позволяют охарактеризовать резервуар. Обеспечить высокое разрешение по вертикали, необходимое для изучения резервуара, позволяют межскважинные наблюдения. Межскважин-ные наблюдения дают возможность исследовать области намного меньшие, чем области в случае поверхностной сейсмики. Значительно меньшее расстояние между источником и приемником в случае межскважинных наблюдений, по сравнению с поверхностной сейсмикой, позволяет использовать на порядок большие частоты, что приводит к существенно более высокому разрешению по вертикали по сравнению с поверхностной сейсмикой. В межскважинных наблюдениях используются частоты от 20 до 1000 герц в зависимости от типа источника, расстояния между скважинами и свойства среды. Таким образом, максимальное разрешение составляет величину порядка одного метра [41]. Кроме того, особенности геометрии межскважинных наблюдений позволяют избежать ошибок, связанных с распространением сейсмического сигнала в верхней части разреза.

Данные межскважинных наблюдений позволяют создавать очень подробные изображения резервуара, что дает возможность более точно размещать скважины и в конечном счете уменьшает их общее количество. Эффективность применения межскважинных наблюдений для изучения резервуара и контроля процесса нефтедобычи подтверждена многими экспериментами [33, 49, 40].

В процессе изучения области между скважинами большой интерес представляют объекты, рассеивающие сейсмическое поле, такие как разломы, соляные включения и другие неоднородности. Определение местоположения таких объектов может быть полезно для интерпретации сейсмических данных и повышения эффективности нефтедобычи. Кроме того, существует ряд методов, использующих дифракторы для уточнения скоростной модели среды [32, 58, 52, 48].

Одна из наиболее серьезных проблем, возникающих в процессе обнаружения дифрактора, заключается в том, что дифрагированные волны, как правило, имеют меньшие амплитуды по сравнению с амплитудами отраженных волн. Это может быть вызвано либо малыми размерами дифрактора, либо слабым контрастом рассеивающей неоднородности. Рассеивающие объекты довольно сложно обнаружить на изображении, построенном методами, предназначенными для построения изображений отражающих горизонтов. Для локализации дифракторов требуется специальные методы построения изображения или предварительная обработка данных. Существует несколько методов, основанных на выделении дифрагированных волн (подавлении отраженных волн) в данных [24, 34, 17, 43, 39, 36, 27, 30, 47, 20, 22, 57, 62]. Например, предварительная обработка данных с использованием фильтра плоских волн [24] позволяет подавить отраженные волны с малой кривизной годографа и выделить волны с годографами большей кривизны, которые характерны для дифрагированных волн. Существует метод обнаружения дифракторов, основанный на фокусировке отраженных волн [34]. Идея данного метода состоит в том, что отраженные волны при определенных условиях могут быть сфокусированы в точечном мнимом источнике. Те волны, которые удается сфокусировать, подавляются при последующей обработке, при этом остаются только дифрагированные волны. Существуют также модификации миграции, исключающие суммирование отраженных волн [43]. Выделение дифракторов возможно в области общих углов наклона предполагаемой границы [39, 36]. В этой области дифракторам соответствуют плоские протяженные объекты, в то время как отраженным волнам соответствуют объекты изогнутой формы. В работе Р. Бансала [17] приведен достаточно полный обзор методов обработки сейсмических данных, имеющих своей целью выделение дифрагированных волн. Эти методы позволяют в некоторой степени преодолеть трудность, связанную с малой амплитудой дифрагированных волн. Однако, многие из описанных выше методов разработаны для поверхностной сейсмики, и их применение в случае межскважинных наблюдений затруднительно.

Цель работы. Целью данной работы является разработка методики и создание пакета программ для построения изображений отражающих границ и рассеивающих объектов по данным межскважинных наблюдений.

Научная новизна. В ходе диссертационного исследования разработана методика, включающая в себя: построение изображений отражающих границ и рассеивающих объектов и последующую диагностику. Используемая для построения изображения процедура основана на векторной миграции Кирхгофа [59] со специальными весовыми функциями, позволяющими выделить отражающие границы или дифракторы; учесть диаграмму направленности источника, используемого в межскважинных наблюдениях; и подавить артефакты, соответствующие прямой и рефрагированным волнам. Для уточнения положения дифракторов используются изображения, построенные с использованием различных групп приемников. В качестве диагностики истинности объектов на мигрированных изображениях используется шумовая миграция [35], а также анализ сейсмограмм общей точки изображения, построенных в зависимости от различных параметров [39]. Изучены особенности волн, позволяющие определить их тип. Предложена процедура совместной интерпретации изображений отражающих границ, дифракторов и результатов инверсии.

Практическая значимость. Изображения, построенные по данным меж-скважинных наблюдений, имеют высокое разрешение по вертикали, что делает их эффективным инструментом для изучения межскважинного пространства. Изображение рассеивающих объектов, построенные по данным меж-скважинных наблюдений, могут быть использованы в качестве дополнения к изображению отражающих границ для более детального изучения геометрии резервуара и протекающих в нем процессов. Измерения, проведенные с некоторым интервалом по времени могут использоваться для мониторинга распределения в резервуаре закачиваемого газа (С02) или пара при добыче углеводородов вторичным способом.

Защищаемые положения.

1. Методика анализа изображений отражающих границ и рассеивающих объектов по данным межскважинных наблюдений, включающая в себя принцип построения изображений среды и последующую комплексную диагностику изображений.

2. Предложенные оригинальные весовые функции для миграции Кирхгоф-фа, позволяют эффективно восстанавливать рассеивающие объекты по данным межскважинного зондирования; учитывать диаграмму направленности источника; подавлять на изображении артефакты.

3. Анализ изображений, построенных с использованием различных групп приемников, позволяет уточнить местоположение рассеивающих объектов.

4. Методика построения и анализа изображений опробована на синтетических и реальных сейсмических материалах и продемонстрировала свою эффективность.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях: 71st EAGE Conference and Exhibition (Amsterdam, Netherlands, 2009); 79th SEG Annual Conference and Exhibition (Houston, USA, 2009); Международная научно-практическая конференция молодых специалистов «Геофизика-2009» (Санкт-Петербург, Россия, 2009); 72nd EAGE Conference and Exhibition (Barcelona, Spain, 2010); 8 Международная научная конференция «Проблемы Геокосмоса-2010» (Санкт-Петербург, Россия, 2010); X ежегодная международная конференция «Гальперинские чтения 2010» (Москва, Россия, 2010); International Student Conference "Science and Progress" (St. Petersburg, Russia, 2010); 73rd EAGE Conference and Exhibition (Vienna, Austria, 2011).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав: «Построение изображений рассеивающих объектов» , «Результаты численного моделирования» , «Результаты обработки реальных сейсмических данных» , и заключения. Диссертация изложена на 90 страницах, включая 43 рисунка и список литературы из 62 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых», Никитченко, Андрей Николаевич

3.5 Выводы

Методика построения изображений среды по данным межскважинных наблюдений опробована на примере реальных сейсмических данных. Был обнаружен объект, который с большой вероятностью является дифрактором. Сравнение изображений, построенных с помощью векторной и шумовой миграций, и анализ сейсмограмм общей точки изображения подтвердили истинность данного объекта. Сравнение изображений и результатов инверсии показало, что данному объекту соответствует скачек импеданса. Полученные результаты иллюстрируют эффективность предложенной методики.

Заключение

1. Проведен обзор существующих методов выделения рассеивающих объектов на изображении.

2. Разработана методика анализа изображений отражающих границ и рассеивающих объектов по данным межскважинных наблюдений. Методика включает в себя принцип построения изображений среды, основанный на векторной миграции Кирхгофа со специальными весовыми функциями, и последующую комплексную диагностику изображений.

3. Предложены оригинальные весовые функции для миграции Киргхоффа, позволяющие восстанавливать рассеивающие объекты по данным меж-скважинного зондирования; учитывать диаграмму направленности источника; подавлять на изображении артефакты.

4. Предложен метод уточнения местоположения рассеивающих объектов по данным межскважинного зондирования, основанный на анализе изображений, построенных с использованием различных групп приемников.

5. Предложено использовать сейсмограммы общей точки изображения, построенные в зависимости от полу-глубины источник-приемник, для проверки истинности рассеивающих объектов.

6. Методика опробована на примере синтетических и реальных данных.

Список публикаций по теме диссертации

1. Nikitchenko A., Kiyashchenko D., Kashtan В., Kiselev Y., Troyan V. Diffractor Location in Cross-well Case by Weighted Kirchhoff Migration // EAGE Conference к, Exhibition. Expanded abstracts. Amsterdam, 2009, 5992.

2. Никитченко, А., Киященко, Д., Локализация рассеивающих объектов по данным межскважинных наблюдений // Международная конференция молодых специалистов «Геофизика-2009». Санкт-Петербург, 2009, 26.

3. Nikitchenko A., Kiyashchenko D., Kiselev Y., Kashtan В., Troyan V. Scattering objects location with cross-well data // 79th SEG Annual Conference and Exhibition, Houston, 2009, 4179-4183.

4. Nikitchenko A., Kiyashchenko D., Kashtan В., Jin, L., Troyan V. Diffractor Imaging Using Cross-well Data for Mapping Reservoir Heterogeneities // EAGE Conference & Exhibition. Expanded abstracts. Barcelona, 2010, 7985.

5. Nikitchenko, A., Kiyashchenko, D., Kashtan В., Troyan, V. Scattering objects imaging with cross-well data // VIII-th international conference Problems of Geocosmos. Saint-Prtersburg, 2010.

6. A.H. Никитченко, Д.А. Киященко, Б.M. Каштан, В.H. Троян. Построение изображения рассеивающих объектов по данным межскважинных наблюдений // Гальперинские чтения. Москва, 2010.

7. Nikitchenko, A. Diffractor imaging with cross-well data // Science and Progress. Saint-Prtersburg, 2010.

8. Никитченко, А. Построение изображения рассеивающих объектов по данным межскважинных наблюдений // Вестник СПбГУ, серия 4, выпуск 1, 2011.

9. Nikitchenko A., Kiyashchenko D., Kashtan В., Troyan V. Diffraction Imaging with Cross-well Seismic Data // EAGE Conference & Exhibition. Expanded abstracts. Vienna, 2011, 10693.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Никитченко, Андрей Николаевич, 2011 год

1. Гогоненков Г. Н., Лаврик А. С., Эльманович С. С. Зарождающиеся горизонтальные сдвиги в тектонике северной части Западной Сибири // Геофизика. Технологии сейсморазведкики. 2002. Ns 1. С. 54—61

2. Гольдин С. В., Смирнов М. Ю., Поздняков В. А., Чеверда В. А. Построение сейсмических изображений в рассеянных волнах как средство детализации сейсмического разреза // Геофизика. Спец. вып. к 40-летию «Тюменьнефтегеофизики». 2004. С. 23—29.

3. Караев Н. А., Анисимов А. А., Кашкевич В. И., Травинская Т. И. Сейсмическая гетерогенность земной коры и ее отображение в поле рассеянных волн // Геофизика. 1998. № 2. С. 29-39.

4. Клем-Мусатов К.Д., Ковалевский Г.Л., Токмулина Д.Д. Об интенсивности волн, дифрагированных ва ребре // "Геология и геофизика 1971, № 5,о.89-100.

5. Ковалевский, Г.Л. Кинематические и динамические особенности дифрагированных сейсмических волн // "Геология и геофизика 1971, 7, 101-110.

6. КозловБ.А., Баранский Н.Л., Семенцов В.Ф., Аксенова H.A. Изображение рассеивающих объектов, маскируемых зеркальными отражениями: Доклад конференции, Геомодель 2004, 2161-2165.

7. Кузнецов В. И., Кычкин А. Н. Выявление нетрадиционных геологических объектов в связи с совершенствованием сейсмических технологий // Геофизика. 2003. № 2. С. 11-15.

8. Ланда Е. Оценка параметров разлома с помощью оптимизационного метода // "Геология и геофизика 1978, 7, 80-89.

9. Ланда Е., Максимов, А. Апробация алгоритма для определения разлома // "Геология и геофизика 1980, 12, 108-113.

10. Левянт В. В., Тронов Ю. А., Шустер В. J1. Использование рассеянной компоненты сейсмического поля для дифференциации кристаллического фундамента на коллекторские и монолитные зоны // Геофизика. 2003. № 3. С. 17-26.

11. Пузырев H. Н., Лебедева Г. Н. Миграция отражающих точек в системах ОГТ обменных PS-волн // Геология и геофизика. 1984. № 4. С. 69—75.

12. Рябинкин Л. А., Напалков Ю. В., Знаменский В. В., Воскресенский Ю. Н., Рапопорт М. Б. Теория и практика сейсмического метода РНП. -Труды МИНХ И ГП им. И. М. Губкина, вып. 39,М.: Гостоптехиздат, 1962.

13. Тимошин Ю.В. Основы дифракционного преобразования сейсмических записей. М., Недра, 1972.

14. Троян В.Н. Статистические алгоритмы разделения дифрагированных волн // Сб. Математическое обеспечение цифровой обработки геофизических данных. М., 1972, с. 47-54.

15. Троян В.Н., Каштан Б.М. Результаты опробования статистических алгоритмов разделения интерферирующих дифрагированных волн //Сб. «Вопросы динамической теории», вып. 12, 1974, Л. Наука.

16. Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка, том 2. М. Мир, 1987.

17. Bansal R., and Imhof M. Diffraction enhancement in pre-stack seismic data // Geophysics, 2005, 70, p. V73-V79.

18. Berkhout A.J. Multidimensional linearized inversion and seismic migration // Geophysics,1984, 49, 1881-1895.

19. Berkovitch A. , Belfer I. and Landa E. Multifocusing as a method of improving subsurface imaging // The Leading Edge; 2008, v. 27; no. 2; p. 250-256; DOI: 10.1190/1.2840374

20. Berkovitch A., Belfer I., Hassin Y., and Landa E. Diffraction imaging by multifocusing // Geophysics, 2009, 74, WCA75-WCA81.

21. Chen J. Specular ray parameter extraction and stationary-phase migration // Geophysics. 2004. V 69.P. 249-256.

22. Cheng M., and Hilterman F. Scattering object imaging with azimuthal binning to detect vertical fractures: Extended abstract, SEG Meeting 2007, 2045-2049.

23. Claerbout J. F. Earth soundings analysis: Processing versus inversion -Blackwell Scientific Publications, Inc. 1992,

24. Fomel S. Application of plane-wave destruction filters // Geophysics, 2002, 67, 1946-1960.

25. Fomel S., Landa E. and Taner M.T. Post-stack velocity analysis by separation and imaging of seismic diffractions: 76th SEG meeting Expanded Abstracts 2006, 2559-2563.

26. Gelchinsky B., Berkovitch A., and Keydar S., Multifocusing Homeomorphic Imaging: Part 1: Basic concepts and formulae: Presented at the special course on Homeomorphic Imaging by B. Gelchinsky, Seeheim, Germany, 1997.

27. Grammer G. M., Harris P. M., Eberli G. P., Integration of outcrop and modern analogs in reservoir modeling: Overview with examples from the Bahamas, in Integration of outcrop and modern analogs in reservoir modeling AAPG Memoir 80, 2004, 1-22.

28. Grasmueck M. andWeger R. Full-resolution 3D GPR imaging // Geophysics, 2005, 70, K12-K19.

29. Gulunay N. Localization of diffracted seismic noise sources using an array of seismic sensors. Sensor Array and Multichannel Signal Processing: workshop, SAM, 2008, 5th IEEE, 198-202.

30. Hagedoorn J.G. A process of seismic reflection interpretation // Geophysical Prospecting, 1954, 2, 85-127.

31. Harlan W. S.Signal-noise separation and seismic inversion: Ph.D. thesis, Stanford University, 1986.

32. Harris J.M., Nolen-Hoeksema R.C., Langan R.T., van Schaack M., Lazaratos, S.K. and Rector, J.W. High-resolution crosswell imaging of a west Texas carbonate reservoir: Part 1. Project summary and interpretation // Geophysics, 1995, 60, No. 3: 667-681.

33. Khaidukov V., Landa E., Moser T.J. Diffraction imaging by focusing-defocusing: An outlook on seismic superresolution // Geophysics, 2004, 69, 1478-1490.

34. Kiyashchenko D., Mulder W., Lopez J. Wave equation vector migration for subsalt VSP imaging and interpretation: 79th SEG Annual Meeting Expanded Abstracts 2009.

35. Klokov A., Baina R., Landa E. Separation and imaging of seismic diffractions in dip angle domain: 72nd EAGE Conference Expanded Abstracts 2010.

36. Krey, T. The significance of diffraction in the investigation of faults // Geophysics, 1952, 17, 843-858.

37. Landa E., and Keydar S. Seismic monitoring of diffraction images for detection of local heterogeneities // Geophysics, 1998, 63, 1093-1100.

38. Landa E., Fomel S., and Reshef M. Separation, imaging, and velocity analysis of seismic diffractions using migrateddip-angle gathers: SEG Expanded Abstracts 2008, 27, 2176.

39. Langan R.T., Lazaratos S.K., Harris J.M., Vassiliou A.A., Jensen T.L., Fairborn J.W. Crosswell seismic imaging in the Buena Vista Hills, San Joaquin Valley: A case history: Expanded Abstr., 68th Ann. Internat. SEG Mtg. 1998, New Orleans: 353-356.

40. Lazaratos S.K. Cross-well reflection imaging: Ph.D. Thesis. Stanford University, 1993.

41. Moser T. J., Petersen S. A., and Landa E. Diffractivity analysis of VSP data: 70th Ann. Internat. Mtg, Soc. Expl. Geoph., Expanded Abstracts 2000, 758761.

42. Moser T.J., and Howard C.B. Diffraction imaging in depth // Geophysical Prospecting, 2008, 56, 627-641.

43. Neidell N.S. Perceptions in seismic imaging Part 2:Reflective and diffractive contributions to seismic imaging, 1 to 4 // The Leading Edge, 1997, 16, 11211123.

44. Nikitchenko A., Kiyashchenko D., Kashtan B., Kiselev Y., Troyan V. Diffractor Location in Cross-well Case by Weighted Kirchhoff Migration: EAGE Conference & Exhibition. Expanded abstracts. Amsterdam, 2009

45. Papziner U., and Nick K.P. Automatic detection of hyperbolas in georadargrams by slant-stack processing and migration // First Break, 1998, 16, 219-223.

46. Reshef M., and Landa E. Post-stack velocity analysis in the dip-angle domain using diffractions // Geophysical Prospecting, 2009, 811-823.

47. Sava P. C., B. Biondi and J. Etgen Wave-equation migration velocity analysis by focusing diffractions and reflections // Geophysics, 2005, 70, no. 3, U19-U27.

48. Sheline H.E. Cross Well Seismic Reservoir Charaterization a Case Story: Expanded Abstr., 57th Ann. Internat. EAEG Mtg.1995, Session:B049.

49. Shleicher J., Tygel M., Hubral P. 3-D true amplitude finite-offset migration // Geophysics. 1993. V 58. P. 1112-1121.

50. Shtivelman V. and Keydar S. Imaging shallow subsurface inhomogeneities by 3D multipath diffraction summation // First Break, 2004, 23, 39-42.

51. Soellner W., and Yang W. Diffraction response simulation: A 3D velocity inversion tool: 72nd Ann. Internat. Mtg. Soc. of Expl. Geophys., 2002, 2293.2296.

52. Stewart R., Marchisio Cross-Well Seismic Imaging Using Reflections: 61st SEG Intern. Ann. Mtg. 1991,

53. Taner M.T., Fomel S. and Landa E. Separation and imaging of seismic diffractions using plane-wave decomposition: 76th SEG meeting Expanded Abstracts 2006, 2401.

54. Tarantola A. Linearized inversion of seismic reflection data // Geophys. Prosp., 1984, 32, 998-1015.

55. Trorey W. A simple theory for seismic diffractions// Geophysics, 1970, 35, 762-784.

56. Wang D. Vector 3C3D VSP Kirchhoff migration: 74th SEG Annual Meeting Expanded Abstracts 2004.

57. Yilmaz O. Seismic Data Processing. Tulsa, OK: Society of Exploration Geophysicists 1987.

58. Zavalishin B.R. Diffractions over deposit edges: Stanford Exploration Project Report-32, Stanford University, 1982, 125-136.

59. Zhu X., and Wu R. Imaging diffraction points using the local image matrix in prestack migration: Extended abstract, SEG Meeting 2008, 2161-2165.