Inwersja sejsmiczna - Seismic inversion

W geofizyce (głównie w poszukiwaniach/rozwojach ropy i gazu ) inwersja sejsmiczna to proces przekształcania danych sejsmicznych z odbicia w ilościowy opis właściwości skały złoża . Inwersja sejsmiczna może być przed lub po stosie , deterministyczna, losowa lub geostatystyczna ; zazwyczaj obejmuje inne pomiary zbiorników, takie jak kłody odwiertów i rdzenie.

Wstęp

Geofizycy rutynowo wykonują badania sejsmiczne w celu zebrania informacji o geologii pola naftowego lub gazowego . Badania te rejestrują fale dźwiękowe, które przeszły przez warstwy skał i płynów w ziemi. Amplituda i częstotliwość tych fal może być określona tak, że wszystkie pasma bocznego strojące działanie wprowadzone falkowych mogą być usunięte.

Dane sejsmiczne mogą być kontrolowane i interpretowane samodzielnie bez inwersji, ale nie zapewniają one najbardziej szczegółowego obrazu podpowierzchni i mogą być mylące w pewnych warunkach. Ze względu na swoją wydajność i jakość większość firm naftowych i gazowych stosuje obecnie inwersję sejsmiczną w celu zwiększenia rozdzielczości i wiarygodności danych oraz poprawy oceny właściwości skał, w tym porowatości i wynagrodzenia netto.

Istnieje wiele różnych technik stosowanych w inwersji sejsmicznej. Można je z grubsza podzielić na dwie kategorie:

  1. pre-stack lub post-stack
  2. rozdzielczość sejsmiczna lub rozdzielczość well-log

Połączenie tych kategorii daje cztery techniczne podejścia do problemu inwersji, a wybór konkretnej techniki zależy od pożądanego celu i charakterystyki skał podpowierzchniowych. Chociaż przedstawiony porządek odzwierciedla postęp w technikach inwersji w ciągu ostatnich 20 lat, każda grupa nadal ma ważne zastosowania w określonych projektach lub jako część większego przepływu pracy.

Estymacja falkowa

Wszystkie nowoczesne metody sejsmicznej inwersji wymagają danych sejsmicznych i falki oszacowanej na podstawie tych danych. Zazwyczaj do oszacowania fazy i częstotliwości falki stosuje się szereg współczynników odbicia z odwiertu w granicach badania sejsmicznego . Dokładne oszacowanie falki ma kluczowe znaczenie dla powodzenia każdej inwersji sejsmicznej. Wywnioskowany kształt falki sejsmicznej może silnie wpływać na wyniki sejsmicznej inwersji, a tym samym na późniejsze oceny jakości zbiornika.

Widma amplitudy i fazy falki są szacowane statystycznie na podstawie samych danych sejsmicznych lub kombinacji danych sejsmicznych i kontroli odwiertu przy użyciu odwiertów z dostępnymi krzywymi dźwięku i gęstości . Po oszacowaniu falki sejsmicznej jest ona wykorzystywana do oszacowania sejsmicznych współczynników odbicia w inwersji sejsmicznej.

Gdy estymowana (stała) faza falki statystycznej jest zgodna z wynikiem końcowym, estymacja falki zbiega się szybciej niż przy założeniu zerowej fazy . W studni można zastosować drobne zmiany i „rozciągnij i ściśnij”, aby lepiej wyrównać wydarzenia. Dokładne oszacowanie falki wymaga dokładnego powiązania log impedancji z sejsmiką. Błędy w odwiercie mogą skutkować artefaktami fazy lub częstotliwości w estymacji falkowej. Po zidentyfikowaniu falki, inwersja sejsmiczna oblicza logarytm syntetyczny dla każdego śladu sejsmicznego. Aby zapewnić jakość, wynik inwersji jest splatany z falką, aby wytworzyć syntetyczne ślady sejsmiczne, które są porównywane z pierwotną sejsmiką.

Składniki inwersji

Inwersja obejmuje zarówno dane z pola sejsmicznego, jak i dane z odwiertu, przy czym dane z odwiertu służą do dodania wysokiej częstotliwości poniżej pasma sejsmicznego i ograniczenia inwersji. Dzienniki studni są najpierw kondycjonowane i edytowane, aby zapewnić odpowiedni związek między dziennikami impedancji a pożądanymi właściwościami. Dzienniki są następnie konwertowane na czas, filtrowane w celu przybliżenia szerokości pasma sejsmicznego i edytowane pod kątem efektów wiertniczych, równoważone i klasyfikowane według jakości.

Dane sejsmiczne są ograniczone pasmem, co zmniejsza rozdzielczość i jakość. Aby rozszerzyć dostępne pasmo częstotliwości, dane o niskiej częstotliwości są uzyskiwane z danych log, głębokości przed stosem lub prędkości migracji w czasie i/lub gradientu regionalnego. Wysoka częstotliwość może pochodzić z kontroli odwiertów lub analizy geostatystycznej.

Początkowe inwersje są często przeprowadzane z rozluźnionymi ograniczeniami, zaczynając od danych sejsmicznych, a następnie dodając dane o ograniczonym trendzie z odwiertów. Zapewnia to zgrubny przegląd zbiornika w bezstronny sposób. W tym momencie krytyczna jest ocena dokładności powiązania między wynikami inwersji a odwiertami oraz między oryginalnymi danymi sejsmicznymi a otrzymanymi materiałami syntetycznymi. Ważne jest również, aby falka pasowała do fazy i częstotliwości danych sejsmicznych.

Bez falki rozwiązanie nie jest wyjątkowe. Inwersje deterministyczne rozwiązują ten problem, ograniczając w pewien sposób odpowiedź, zwykle do prawidłowego rejestrowania danych. Inwersje stochastyczne rozwiązują ten problem, generując szereg prawdopodobnych rozwiązań, które można następnie zawęzić poprzez testowanie pod kątem najlepszego dopasowania do różnych pomiarów (w tym danych produkcyjnych).

Inwersja rozdzielczości sejsmicznej po stosie

Przykładem techniki odwracania rozdzielczości sejsmicznej po stosie jest metoda CSSI (Contrained Sparse-Spike Inversion). Zakłada to ograniczoną liczbę współczynników odbicia o większej amplitudzie. Inwersja skutkuje impedancją akustyczną (AI), która jest iloczynem gęstości skały i prędkości fali p . W przeciwieństwie do sejsmicznych danych odbicia (które są właściwością interfejsu) AI jest właściwością skały. Wygenerowany model jest wyższej jakości i nie jest podatny na dostrajanie i zakłócenia powodowane przez falkę.

CSSI przekształca dane sejsmiczne w pseudoakustyczny dziennik impedancji na każdym śladzie. Impedancja akustyczna jest wykorzystywana do uzyskania dokładniejszych i bardziej szczegółowych interpretacji strukturalnych i stratygraficznych niż można uzyskać z interpretacji sejsmicznej (lub atrybutu sejsmicznego ). W wielu środowiskach geologicznych impedancja akustyczna ma silny związek z właściwościami petrofizycznymi , takimi jak porowatość, litologia i nasycenie płynami.

Dobry algorytm (CSSI) wygeneruje cztery wysokiej jakości tomy impedancji akustycznej z pełnych danych sejsmicznych lub po ułożeniu stosu: impedancja pełnej szerokości pasma, impedancja z ograniczeniem pasma , model odbicia i składowa o niskiej częstotliwości. Każdy z tych komponentów można sprawdzić pod kątem jego wkładu w rozwiązanie i sprawdzić wyniki pod kątem jakości. Aby jeszcze bardziej dostosować matematykę algorytmu do zachowania prawdziwych skał w podpowierzchni, niektóre algorytmy CSSI wykorzystują podejście oparte na normach mieszanych i dopuszczają współczynnik ważenia między minimalizacją rzadkości rozwiązania a minimalizacją niedopasowania śladów resztkowych.

Inwersja rozdzielczości sejsmicznej przed stosem

Inwersja przed ułożeniem jest często stosowana, gdy inwersja po ułożeniu nie jest w stanie wystarczająco zróżnicować cech geologicznych o podobnych sygnaturach impedancji P. Jednoczesna inwersja rozwiązuje problem impedancji S i gęstości, oprócz impedancji P. Podczas gdy wiele cech geologicznych może wyrażać podobną charakterystykę impedancji P, niewiele z nich ma wspólne cechy impedancji P i S (pozwalając na lepszą separację i przejrzystość). Często studium wykonalności przy użyciu logów studni wskaże, czy oddzielenie pożądanego litotypu można osiągnąć za pomocą samej impedancji P, czy też wymagana jest również impedancja S. To będzie dyktować, czy potrzebna jest inwersja przed lub po stosie.

Simultaneous Inversion (SI) to metoda wstępnego stosu, która wykorzystuje wiele podrzędnych stosów sejsmicznych z przesunięciem lub kątów i powiązanych z nimi falek jako danych wejściowych; generuje impedancję P, impedancję S i gęstość jako wyjścia (chociaż rozdzielczość wyjściowa gęstości rzadko jest tak wysoka jak impedancje). Pomaga to poprawić rozróżnienie między litologią, porowatością i efektami płynów. Dla każdego wejściowego stosu częściowego szacowana jest unikatowa falka. Wszystkie modele, częściowe stosy i falki są wprowadzane do pojedynczego algorytmu inwersji — umożliwiającego inwersję w celu skutecznej kompensacji zależnej od przesunięcia fazy, szerokości pasma, strojenia i efektów rozciągania NMO .

Algorytm inwersji działa poprzez pierwsze oszacowanie zależnego od kąta współczynnika odbicia fali P dla stosów części wejściowej. Następnie są one używane z pełnymi równaniami Zoeppritza (lub przybliżeniami, takimi jak Aki-Richards, w przypadku niektórych algorytmów) w celu znalezienia współczynników odbicia sprężystego z ograniczonym pasmem. Te z kolei są łączone z ich odpowiednikami o niskiej częstotliwości z modelu i integrowane z właściwościami elastycznymi . Ten przybliżony wynik jest następnie poprawiany w ostatecznej inwersji dla impedancji P, impedancji S i gęstości, z zastrzeżeniem różnych twardych i miękkich ograniczeń. Jedno ograniczenie może kontrolować zależność między gęstością a prędkością kompresji; jest to konieczne, gdy zakres kątów nie jest wystarczająco duży do diagnostyki gęstości.

Ważną częścią procedury inwersji jest estymacja fal sejsmicznych. Osiąga się to przez obliczenie filtra, który najlepiej kształtuje zależne od kąta logarytmiczne współczynniki odbicia odwiertu w interesującym obszarze względem odpowiedniego stosu przesunięcia w lokalizacjach odwiertu. Współczynniki odbicia są obliczane z logów P-sonic, S-sonic i gęstości za pomocą równań Zoeppritza . Falki, z amplitudami reprezentatywnymi dla każdego stosu przesunięcia, są wprowadzane bezpośrednio do algorytmu inwersji. Ponieważ dla każdej objętości przesunięcia obliczana jest inna falka, kompensacja jest wykonywana automatycznie dla szerokości pasma zależnego od przesunięcia, skalowania i efektów strojenia. Falka bliskiego stosu może być użyta jako punkt wyjścia do szacowania falki dalekiego kąta (lub przesunięcia).

W lokalizacjach odwiertów nie ma żadnej wcześniejszej wiedzy na temat parametrów sprężystych i gęstości poza przestrzenią rozwiązania zdefiniowaną przez jakiekolwiek twarde ograniczenia. To sprawia, że ​​porównanie przefiltrowanych dzienników studni i wyników inwersji w tych lokalizacjach stanowi naturalną kontrolę jakości. Najniższe częstotliwości z inwersji są zastępowane informacjami z modelu geologicznego, ponieważ są słabo ograniczone przez dane sejsmiczne. W przypadku zastosowania w trybie globalnym do funkcji celu dodawany jest składnik kontroli przestrzennej, a duże podzbiory śladów są odwracane jednocześnie. Algorytm jednoczesnej inwersji pobiera wiele zestawów danych sejsmicznych ułożonych pod kątem i generuje jako dane wyjściowe trzy elastyczne objętości parametrów.

Uzyskane parametry sprężyste są właściwościami skał rzeczywistych, które można bezpośrednio powiązać z właściwościami zbiorników. Bardziej zaawansowane algorytmy wykorzystują pełne równania Knotta-Zoeppritza i istnieje pełny tolerancja na zmiany amplitudy i fazy z przesunięciem. Odbywa się to poprzez wyprowadzenie unikalnych falek dla każdego stosu części wejściowej. Same parametry sprężyste można bezpośrednio ograniczać podczas inwersji sejsmicznej i można zastosować zależności skała-fizyka, wiążąc ze sobą pary parametrów sprężystych. Ostateczne modele sprężysto-parametrowe optymalnie odtwarzają wejściową sejsmikę, ponieważ jest to część optymalizacji sejsmicznej inwersji.

Inwersja geostatystyczna po stosie

Inwersja geostatystyczna integruje dane o odwiertach o wysokiej rozdzielczości z danymi sejsmicznymi 3D o niskiej rozdzielczości i zapewnia model z dużą szczegółowością w pionie w pobliżu i poza kontrolą odwiertu. Generuje to modele zbiorników o geologicznie wiarygodnych kształtach i zapewnia jasną kwantyfikację niepewności w celu oceny ryzyka. Generowane są bardzo szczegółowe modele petrofizyczne, gotowe do wprowadzenia do symulacji przepływu w złożu.

Geostatystyka różni się od statystyki tym, że uznaje, że tylko niektóre wyniki są geologicznie wiarygodne. Inwersja geostatystyczna integruje dane z wielu źródeł i tworzy modele, które mają większą rozdzielczość niż oryginalna analiza sejsmiczna, pasują do znanych wzorców geologicznych i mogą być wykorzystywane do oceny i redukcji ryzyka .

Dane sejsmiczne, rejestry odwiertów i inne dane wejściowe są przedstawiane jako funkcja gęstości prawdopodobieństwa (PDF), która zapewnia opis geostatystyczny na podstawie histogramów i wariogramów . Razem określają one szanse na uzyskanie określonej wartości w określonej lokalizacji oraz oczekiwaną skalę geologiczną i skład na modelowanym obszarze.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych algorytmów inwersji i geomodelowania, inwersja geostatystyczna jest podejściem jednoetapowym, rozwiązując jednocześnie impedancję i dyskretne typy właściwości lub litofacje. Takie podejście przyspiesza proces i poprawia dokładność.

Poszczególne pliki PDF są łączone przy użyciu technik wnioskowania bayesowskiego , co skutkuje uwarunkowaniem tylnego pliku PDF dla całego zestawu danych. Algorytm określa wagę każdego źródła danych, eliminując potencjalną stronniczość. Tylny plik PDF jest następnie wprowadzany do algorytmu Monte Carlo łańcucha Markowa w celu wygenerowania realistycznych modeli impedancji i litofacji, które są następnie wykorzystywane do współsymulowania właściwości skał, takich jak porowatość. Procesy te są zazwyczaj powtarzane, dopóki nie pojawi się model, który pasuje do wszystkich informacji. Nawet przy najlepszym modelu pozostaje pewna niepewność. Niepewność można oszacować za pomocą losowych nasion w celu wygenerowania szeregu realizacji. Jest to szczególnie przydatne w przypadku parametrów wrażliwych na zmiany; analiza tego rodzaju umożliwia lepsze zrozumienie ryzyka rozwojowego.

Odwrócenie szczegółów dziennika przed układaniem

Odwrócenie geostatystyczne amplitudy w porównaniu z przesunięciem (AVO) (AVA) obejmuje jednoczesną inwersję AVO (AVA) w algorytmie inwersji geostatystycznej, dzięki czemu wysoką rozdzielczość, dane geostatystyczne i AVO można osiągnąć za pomocą jednej metody. Model wyjściowy ( realizacje ) jest zgodny z informacjami dziennika odwiertu, danymi sejsmicznymi AVO i powiązaniami własności skał znalezionymi w odwiertach. Algorytm generuje jednocześnie właściwości sprężyste (impedancja P, impedancja S i gęstość) i objętości litologiczne, zamiast sekwencyjnego rozwiązywania najpierw litologii, a następnie wypełniania komórki wartościami impedancji i gęstości. Ponieważ wszystkie modele wyjściowe pasują do wszystkich danych wejściowych, niepewność można ocenić ilościowo w celu określenia zakresu możliwości złóż w ramach ograniczających danych.

Oprogramowanie inwersji geostatystycznej AVA wykorzystuje najnowocześniejsze techniki geostatystyczne, w tym próbkowanie metodą Monte Carlo w łańcuchu Markowa (MCMC) i modelowanie litologii pluri-gaussowskiej. Możliwe jest zatem wykorzystanie „synergii informacyjnych” w celu wyszukania szczegółów, które deterministyczne techniki inwersji zacierają lub pomijają. W rezultacie geolodzy odnoszą większe sukcesy w rekonstrukcji zarówno ogólnej struktury, jak i drobnych szczegółów zbiornika. Wykorzystanie objętości sejsmicznych z wieloma stosami kątowymi w inwersji geostatystycznej AVA umożliwia dalszą ocenę właściwości sprężystych skał i prawdopodobnej litologii lub facji sejsmicznych i rozkładów płynów z większą dokładnością.

Proces rozpoczyna się od szczegółowej analizy petrofizycznej i kalibracji odwiertu. Proces kalibracji zastępuje niewiarygodne i brakujące pomiary dźwięku i gęstości zsyntetyzowanymi wartościami ze skalibrowanych modeli petrofizycznych i fizyki skał. Informacje z dziennika odwiertu są wykorzystywane w procesie inwersji do uzyskania falek, dostarczania składowej niskiej częstotliwości nieobecnej w danych sejsmicznych oraz do weryfikacji i analizy wyników końcowych. Następnie dane o horyzoncie i logarytmie są wykorzystywane do budowy ram stratygraficznych dla informacji statystycznych do budowy modeli. W ten sposób dane logarytmiczne są wykorzystywane tylko do generowania statystyk w obrębie podobnych typów skał w warstwach stratygraficznych Ziemi.

Analiza falkowa jest przeprowadzana przez wyodrębnienie filtra z każdej objętości sejsmicznej, przy użyciu impedancji dobrze elastycznej (kątowej lub offsetowej) jako pożądanej wartości wyjściowej. Jakość wyniku inwersji zależy od wydobytych fal sejsmicznych. Wymaga to dokładnych rejestrów p-sonic, s-sonic i gęstości powiązanych z odpowiednimi zdarzeniami na danych sejsmicznych. Falki są ekstrahowane indywidualnie dla każdego dołka. Ostateczna falka „wielostudzienkowa” jest następnie wyodrębniana dla każdej objętości przy użyciu najlepszych pojedynczych dołków i wykorzystywana jako dane wejściowe do inwersji.

Histogramy i wariogramy są generowane dla każdej warstwy stratygraficznej i litologii, a wstępne symulacje prowadzone są na małych obszarach. Następnie uruchamiana jest inwersja geostatystyczna AVA w celu wygenerowania pożądanej liczby realizacji, które pasują do wszystkich danych wejściowych. Wyniki są kontrolowane pod względem jakości poprzez bezpośrednie porównanie objętości własności skały odwróconej z kłodami studni. Dalsza kontrola jakości obejmuje przegląd przez multidyscyplinarny zespół wszystkich parametrów wejściowych i wyników symulacji. Analiza wielu realizacji daje w wyniku sześciany lub mapy właściwości średnich (P50). Najczęściej są to litologiczne lub sejsmiczne kostki facjalne i przewidywane prawdopodobieństwa litologiczne lub facjalne , ale możliwe są również inne wyniki. Wybrane sześciany litologiczne i facjalne są również generowane dla prawdopodobieństw P15 i P85 (np.). Zbiorniki 3-D jednostek węglowodoronośnych są wychwytywane wraz z odpowiadającymi im właściwościami skał, a niepewność co do wielkości i właściwości zbiorników jest określana ilościowo.

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ Chen, Yangkang; Chen, Hanming; Xiang, Kui; Chen, Xiaohong (2017). „Struktura geologiczna prowadzona dobrze interpolacja dziennika dla wysokiej wierności pełnej inwersji przebiegu”. Czasopismo Geofizyczne Międzynarodowy . 209 (1): 21–31. doi : 10.1093/gji/ggw343 .
  2. ^ Słowniczek pól naftowych Źródło 2011-06-03.
  3. ^ Pendrel, J., "Inwersja sejsmiczna - krytyczne narzędzie w charakterystyce zbiornika", Scandinavian Oil-Gas Magazine, nr 5/6, 2006, s. 19-22 .
  4. ^ B Sen, MK "Inwersja sejsmiczna", Society of Petroleum Engineers 2006.
  5. ^ Latimer, R., Davison, R., van Riel, P., „Przewodnik tłumacza do zrozumienia i pracy z danymi o impedancji akustycznej pochodzącej z sejsmiki”, The Leading Edge, marzec 2000, s. 242-256.
  6. ^ Pendrel, J., "Inwersja sejsmiczna - najlepsze narzędzie do charakteryzacji zbiorników", CSEG Recorder.
  7. ^ Pendrel, J., Dickson, T., "Jednoczesna inwersja AVO do impedancji P i Vp/Vs", SEG.

Dalsza lektura

  • Caulfield, C., Feroci, M., Yakiwchuk, K. "Inwersja sejsmiczna do planowania odwiertów poziomych w zachodniej części Saskatchewan", ewoluująca geofizyka poprzez innowacje, s. 213-214.
  • Chakrabarty, C., Fossey, J., Renard, G., Gadelle, C. "Proces SAGD na polu East Senlac: od charakterystyki zbiornika do zastosowania w terenie", nr 1998.192.
  • A. Contreras, C. Torres-Verdin, W. Chesters, K. Kvien, M. Globe, „Wspólna inwersja stochastyczna logów petrofizycznych i dane sejsmiczne 3D przed złożeniem w celu oceny ciągłości przestrzennej jednostek płynu z dala from Wells: Application to a Gulf-of-Mexico Deepwater Hydrocarbon Reservoir”, SPWLA 46th Annual Logging Symposium, 26-29 czerwca 2005.
  • De Barros, Dietrich, M., „Pełna inwersja kształtu fali zbieranych strzałów w warunkach parametrów poroelastycznych”, EAGE, Londyn, czerwiec 2007.
  • Deutsch, C., Geostatistical Reservoir Modeling, New York: Oxford University Press, 2002, 376 stron.
  • Francis, A., „Ograniczenia deterministyczne i zalety stochastycznej inwersji sejsmicznej”, CSEG Recorder, luty 2005, s. 5-11.
  • Hasanusi, D., Adhitiawan, E., Baasir, A., Lisapaly, L., van Eykenhof, R., "Inwersja sejsmiczna jako ekscytujące narzędzie do wyznaczania rozkładu facji w zbiornikach węglanu Tiaka, Sulawesi - Indonezja", postępowanie w języku indonezyjskim Stowarzyszenie Naftowe, trzydziesta pierwsza doroczna konwencja i wystawa, maj 2007.
  • Russell, B., Hampson, D., "Stare i nowe w inwersji sejsmicznej", CSEG Recorder, grudzień 2006, s. 5-11.
  • Stephen, K., MacBeth, C., „Zmniejszanie niepewności przewidywania zbiornika poprzez aktualizację modelu stochastycznego za pomocą dopasowywania historii sejsmicznej”, Ocena i inżynieria zbiornika SPE, grudzień 2008 r.
  • Vargas-Meleza, L., Megchun, J., Vazquez, G., „Oszacowanie właściwości petrofizycznych poprzez integrację AVO, inwersji sejsmicznej i analizy wieloatrybutowej w objętości 3-D Playuela, Veracruz”, Międzynarodowa konferencja AAPG: 24-27 października , 2004, Cancún, Meksyk.
  • Wang, X., Wu, S., Xu, N., Zhang, G., „Oszacowanie nasycenia hydratami gazu przy użyciu ograniczonej inwersji rzadkich skoków: studium przypadku z Morza Północno-Południowochińskiego”, Terr. Atmosfera. Ocean. Nauka, tom. 17, nr 4, 799-813, grudzień 2006.
  • Watson, I., Lines, L., "Seismic Inversion at Pike's Peak, Saskatchewan", Raport badawczy CREWES, tom 12, 2000.
  • Whitfield, J., „Relacja wynagrodzenia netto do amplitudy kontra gradienty przesunięcia: studium przypadku Zatoki Meksykańskiej”, praca magisterska University of Houston, 1993.
  • Zou, Y., Bentley, L., Lines, L., „Integracja symulacji zbiornika z poklatkowym modelowaniem sejsmicznym”, Konwencja krajowa CSEG z 2004 r.

Zewnętrzne linki