Сейсмическая инверсия

В геофизике (в первую очередь при разведке/разработке нефти и газа ) сейсмическая инверсия — это процесс преобразования данных сейсмических отражений в количественное описание свойств пород коллектора . Сейсмическая инверсия может быть до или после суммирования , детерминированной, случайной или геостатистической ; обычно он включает в себя другие измерения резервуара, такие как каротажные диаграммы и керны.

Введение

Геофизики регулярно проводят исследования для сбора информации о геологии нефтяных газовых или сейсмические месторождений. Эти исследования фиксируют звуковые волны, которые прошли через слои горных пород и жидкости в земле. Амплитуда этих волн могут быть оценены так , и частота чтобы любые боковые лепестки и эффекты настройки внесенный вейвлетом, может быть удален.

Сейсмические данные можно проверять и интерпретировать самостоятельно, без инверсии, но это не дает наиболее детального представления о недрах и может вводить в заблуждение при определенных условиях. Благодаря своей эффективности и качеству большинство нефтегазовых компаний теперь используют сейсмическую инверсию для повышения разрешения и надежности данных, а также для улучшения оценки свойств горных пород, включая пористость и эффективную продуктивность.

При сейсмической инверсии используется множество различных методов. Их можно условно разделить на две категории:

1. до или после укладки
2. сейсмическое разрешение или разрешение каротажа скважины

Сочетание этих категорий дает четыре технических подхода к проблеме инверсии, а выбор конкретного метода зависит от желаемой цели и характеристик подземных пород. Хотя представленный порядок отражает достижения в методах инверсии за последние 20 лет, каждая группа по-прежнему находит применение в конкретных проектах или как часть более крупного рабочего процесса.

Оценка вейвлета

Все современные методы сейсмической инверсии требуют сейсмических данных и вейвлета , оцененного на основе этих данных. Обычно и частоты вейвлета используется ряд коэффициентов отражения от скважины в пределах сейсморазведки для оценки фазы . Точная оценка вейвлета имеет решающее значение для успеха любой сейсмической инверсии. Предполагаемая форма сейсмического импульса может сильно повлиять на результаты сейсмической инверсии и, следовательно, на последующие оценки качества коллектора.

вейвлетов Амплитудные и фазовые спектры оцениваются статистически либо на основе только сейсмических данных, либо на основе комбинации сейсмических данных и контроля скважины с использованием скважин с доступными акустическими кривыми и кривыми плотности . После оценки сейсмического вейвлета он используется для оценки коэффициентов сейсмического отражения при сейсмической инверсии.

Когда оцененная (постоянная) фаза статистического вейвлета согласуется с конечным результатом, оценка вейвлета сходится быстрее, чем при запуске с предположением о нулевой фазе . К скважине можно применить незначительные изменения и «растянуть и сжать», чтобы лучше согласовать события. Точная оценка вейвлета требует точной привязки каротажа импеданса к сейсмическим данным. Ошибки в привязке скважин могут привести к фазовым или частотным артефактам в оценке вейвлета. После идентификации вейвлета сейсмическая инверсия вычисляет синтетический каротаж для каждой сейсмической трассы. Для обеспечения качества результат инверсии свертывается с вейвлетом для получения синтетических сейсмических трасс, которые сравниваются с исходными сейсмическими данными.

Компоненты инверсии

Инверсия включает в себя как данные сейсмического поля, так и данные скважин, где данные скважин служат для добавления высоких частот ниже сейсмического диапазона и ограничения инверсии. Каротажные диаграммы сначала кондиционируются и редактируются, чтобы убедиться в наличии подходящей взаимосвязи между каротажными диаграммами импеданса и желаемыми свойствами. Затем каротажные данные преобразуются во временные данные, фильтруются для аппроксимации сейсмической полосы пропускания и редактируются с учетом скважинных эффектов, балансируются и классифицируются по качеству.

Сейсмические данные имеют ограниченный диапазон, что снижает разрешение и качество. Чтобы расширить доступный диапазон частот, низкочастотные данные получают из данных каротажа, глубины до суммирования или скоростей миграции во времени и/или регионального градиента. Высокая частота может быть получена на основе контроля скважины или геостатистического анализа.

Первоначальные инверсии часто выполняются со смягченными ограничениями, начиная с сейсмических данных и затем добавляя данные ограниченного тренда из скважин. Это обеспечивает объективный приблизительный обзор резервуара. На этом этапе крайне важно оценить точность связи между результатами инверсии и скважинами, а также между исходными сейсмическими данными и полученными синтетическими данными. Также важно убедиться, что вейвлет соответствует фазе и частоте сейсмических данных.

Без вейвлета решение не является единственным. Детерминированные инверсии решают эту проблему, каким-то образом ограничивая ответ, обычно для данных каротажа скважин. Стохастические инверсии решают эту проблему, генерируя ряд вероятных решений, которые затем можно сузить путем тестирования на предмет наилучшего соответствия различным измерениям (включая производственные данные).

Инверсия сейсмического разрешения после суммирования

Примером метода инверсии сейсмического разрешения после суммирования является ограниченная инверсия редких пиков (CSSI). Это предполагает ограниченное количество коэффициентов отражения с большей амплитудой. Результатом инверсии является акустический импеданс (AI), который является произведением плотности породы и p-волны скорости . В отличие от данных сейсмических отражений (которые являются свойством интерфейса), AI является свойством породы. Созданная модель имеет более высокое качество и не страдает от настройки и помех, вызванных вейвлетом.

CSSI преобразует сейсмические данные в каротаж псевдоакустического импеданса на каждой трассе. Акустический импеданс используется для получения более точных и подробных структурных и стратиграфических интерпретаций, чем можно получить с помощью сейсмической интерпретации (или интерпретации сейсмических атрибутов ). Во многих геологических средах акустический импеданс тесно связан с петрофизическими свойствами, такими как пористость, литология и флюидонасыщенность.

(CSSI) Хороший алгоритм создаст четыре высококачественных объема акустического импеданса на основе полных сейсмических данных или данных после суммирования: импеданс в полной полосе пропускания, импеданс с ограниченной полосой пропускания , модель отражательной способности и низкочастотную составляющую. Каждый из этих компонентов можно проверить на предмет его вклада в решение и проверить качество результатов. Для дальнейшей адаптации математики алгоритма к поведению реальных горных пород в недрах некоторые алгоритмы CSSI используют подход смешанной нормы и допускают весовой коэффициент между минимизацией разреженности решения и минимизацией несоответствия остаточных трасс.

Инверсия сейсмического разрешения до суммирования

Инверсия до суммирования часто используется, когда инверсия после суммирования не позволяет в достаточной степени дифференцировать геологические объекты со схожими характеристиками P-импеданса. Одновременная инверсия учитывает S-импеданс и плотность в дополнение к P-импедансу. Хотя многие геологические объекты могут иметь схожие характеристики P-импеданса, лишь немногие из них обладают комбинированными характеристиками P-импеданса и S-импеданса (что позволяет улучшить разделение и четкость). Часто технико-экономическое обоснование с использованием каротажа скважин показывает, можно ли достичь разделения желаемого литотипа только с помощью P-импеданса или требуется также S-импеданс. Это будет определять, необходима ли инверсия до или после суммирования.

Одновременная инверсия (SI) — это метод до суммирования, который использует в качестве входных данных несколько смещенных или угловых сейсмических подсумков и связанные с ними вейвлеты; он генерирует P-импеданс, S-импеданс и плотность в качестве выходных данных (хотя разрешение выходного сигнала плотности редко бывает таким же высоким, как импедансы). Это помогает улучшить различие между литологией, пористостью и эффектами флюидов. Для каждого входного частичного стека оценивается уникальный вейвлет. Все модели, частичные суммирования и вейвлеты вводятся в единый алгоритм инверсии, что позволяет инверсии эффективно компенсировать зависящие от смещения эффекты фазы, полосы пропускания, настройки и растяжения NMO .

Алгоритм инверсии работает, сначала оценивая зависящие от угла коэффициенты отражения продольных волн для частичных сумм входных данных. Затем они используются с полными уравнениями Цеппритца (или аппроксимациями, такими как Аки-Ричардс, для некоторых алгоритмов) для определения упругой отражательной способности с ограниченной полосой. Они, в свою очередь, объединяются со своими низкочастотными аналогами из модели и интегрируются в упругие свойства . Этот приблизительный результат затем улучшается при окончательной инверсии P-импеданса, S-импеданса и плотности с учетом различных жестких и мягких ограничений. Одно ограничение может контролировать соотношение между плотностью и скоростью сжатия; это необходимо, когда диапазон углов недостаточно велик, чтобы можно было определить плотность.

Важной частью процедуры инверсии является оценка сейсмических импульсов. Это достигается путем расчета фильтра, который наилучшим образом формирует зависящие от угла коэффициенты отражения каротажных диаграмм в интересующей области в соответствии с соответствующей суммой смещений в местах расположения скважин. Коэффициенты отражения рассчитываются по каротажным диаграммам P-sonic, S-sonic и плотности с использованием уравнений Цепприца . Вейвлеты с амплитудами, характерными для каждого стека смещений, вводятся непосредственно в алгоритм инверсии. Поскольку для каждого объема смещения вычисляется отдельный вейвлет, автоматически выполняется компенсация зависящей от смещения полосы пропускания, эффектов масштабирования и настройки. Вейвлет, близкий к суммированию, может использоваться в качестве отправной точки для оценки вейвлета дальнего угла (или смещения).

Никакие предварительные знания об упругих параметрах и плотности за пределами пространства решений, определяемого какими-либо жесткими ограничениями, не предоставляются в местах расположения скважин. Это делает сравнение отфильтрованных каротажных диаграмм и результатов инверсии в этих местах естественным контролем качества. Самые низкие частоты инверсии заменяются информацией из геологической модели, поскольку они плохо ограничены сейсмическими данными. При применении в глобальном режиме к целевой функции добавляется член пространственного контроля, и одновременно инвертируются большие подмножества трасс. Алгоритм одновременной инверсии принимает несколько наборов сейсмических данных, сложенных по углам, и генерирует на выходе три объема упругих параметров.

Полученные упругие параметры представляют собой свойства реальной породы, которые могут быть напрямую связаны со свойствами коллектора. Более продвинутые алгоритмы используют полные уравнения Нотта-Цеприца и полностью учитывают изменения амплитуды и фазы в зависимости от смещения. Это делается путем получения уникальных вейвлетов для каждого частичного входного стека. Сами упругие параметры могут быть напрямую ограничены во время сейсмической инверсии, а также могут быть применены соотношения физики горных пород, связывающие пары упругих параметров друг с другом. Окончательные модели упругих параметров оптимально воспроизводят входные сейсмические данные, поскольку это является частью оптимизации сейсмической инверсии.

Геостатистическая инверсия после суммирования

Геостатистическая инверсия объединяет данные скважин высокого разрешения с трехмерными сейсмическими данными низкого разрешения и обеспечивает модель с высокой вертикальной детализацией вблизи и вдали от контроля скважины. Это создает модели резервуаров с геологически правдоподобными формами и обеспечивает четкую количественную оценку неопределенности для оценки риска. Создаются высокодетализированные петрофизические модели, готовые к использованию в моделировании потока в резервуаре.

Геостатистика отличается от статистики тем, что признает, что только определенные результаты геологически правдоподобны. Геостатистическая инверсия объединяет данные из многих источников и создает модели, которые имеют большее разрешение, чем исходные сейсмические данные, соответствуют известным геологическим закономерностям и могут использоваться для оценки и снижения рисков.

Сейсмические данные, каротажные диаграммы и другие входные данные представлены в виде функции плотности вероятности (PDF), которая обеспечивает геостатистическое описание на основе гистограмм и вариограмм . Вместе они определяют вероятность получения определенного значения в конкретном месте, а также ожидаемый геологический масштаб и состав на всей моделируемой территории.

В отличие от традиционных алгоритмов инверсии и геомоделирования, геостатистическая инверсия использует одноэтапный подход, одновременно решая импеданс и дискретные типы свойств или литофации. Такой подход ускоряет процесс и повышает точность.

Отдельные PDF-файлы объединяются с использованием методов байесовского вывода , в результате чего получается апостериорный PDF-файл, адаптированный ко всему набору данных. Алгоритм определяет вес каждого источника данных, устраняя потенциальную погрешность. Затем апостериорный PDF вводится в алгоритм Монте-Карло на основе цепей Маркова для создания реалистичных моделей импеданса и литофаций, которые затем используются для совместного моделирования свойств горных пород, таких как пористость. Эти процессы обычно повторяются до тех пор, пока не появится модель, соответствующая всей информации. Даже при использовании самой лучшей модели остается некоторая неопределенность. Неопределенность можно оценить, используя случайные начальные значения для генерации диапазона реализаций. Это особенно полезно при работе с параметрами, чувствительными к изменению; анализ такого рода позволяет лучше понять риски развития.

Инверсия данных журнала до суммирования

Геостатистическая инверсия амплитуды в зависимости от смещения (AVO) (AVA) включает одновременную инверсию AVO (AVA) в алгоритм геостатистической инверсии, поэтому высокое разрешение, геостатистика и AVO могут быть достигнуты с помощью одного метода. Выходная модель ( реализации ) согласуется с данными каротажа скважин, сейсмическими данными AVO и соотношениями свойств пород, обнаруженными в скважинах. Алгоритм также одновременно определяет упругие свойства (P-импеданс, S-импеданс и плотность) и литологические объемы вместо последовательного определения литологии, а затем заполнения ячейки значениями импеданса и плотности. Поскольку все выходные модели соответствуют всем входным данным, неопределенность может быть оценена количественно, чтобы определить диапазон возможностей коллектора в пределах ограничивающих данных.

Программное обеспечение геостатистической инверсии AVA использует передовые геостатистические методы, включая отбор проб по цепи Маркова Монте-Карло (MCMC) и плюри-гауссово литологическое моделирование. Таким образом, можно использовать «информационную синергию» для извлечения деталей, которые методы детерминированной инверсии размывают или опускают. В результате геологам удается более успешно реконструировать как общую структуру, так и мелкие детали резервуара. Использование сейсмических объемов многоугольного суммирования в геостатистической инверсии AVA позволяет проводить дальнейшую оценку свойств упругих пород и вероятной литологии или сейсмических фаций и распределения флюидов с большей точностью.

Процесс начинается с детального петрофизического анализа и калибровки каротажных диаграмм. Процесс калибровки заменяет ненадежные и отсутствующие измерения звука и плотности синтезированными значениями из калиброванных петрофизических и геолого-физических моделей. Информация каротажа скважины используется в процессе инверсии для получения вейвлетов, подачи низкочастотной составляющей, отсутствующей в сейсмических данных, а также для проверки и анализа окончательных результатов. Затем данные горизонта и каротажа используются для построения стратиграфической основы для статистической информации для построения моделей. Таким образом, данные каротажа используются только для создания статистики по схожим типам горных пород в стратиграфических слоях земли.

Вейвлет-анализ проводится путем извлечения фильтра из каждого сейсмического объема с использованием упругого импеданса скважины (углового или смещенного) в качестве желаемого результата. Качество результата инверсии зависит от извлеченных сейсмических импульсов. Для этого необходимы точные каротажи p-sonic, s-sonic и плотности, привязанные к соответствующим событиям в сейсмических данных. Вейвлеты извлекаются индивидуально для каждой скважины. Затем для каждого объема извлекается окончательный «многоскважинный» вейвлет с использованием лучших связей отдельных скважин и используется в качестве входных данных для инверсии.

Для каждого стратиграфического слоя и литологии создаются гистограммы и вариограммы, а предварительное моделирование выполняется на небольших площадях. Затем запускается геостатистическая инверсия AVA для создания желаемого количества реализаций, которые соответствуют всем входным данным. результатов Качество контролируется путем прямого сравнения объемов перевернутых свойств горных пород с данными каротажных диаграмм. Дальнейший контроль качества включает проверку многопрофильной группой всех входных параметров и результатов моделирования. Анализ нескольких реализаций создает кубы или карты средних свойств (P50). Чаще всего это кубы литологии или сейсмических фаций литологии или фаций и прогнозируемые вероятности , но возможны и другие результаты. Выбранные кубы литологии и фаций также генерируются для вероятностей P15 и P85 (например). Трехмерные тела коллекторов углеводородсодержащих пластов фиксируются с соответствующими свойствами пород, а неопределенность в размерах и свойствах коллектора определяется количественно.

См. также

• Линейная сейсмическая инверсия
• От сейсмики к моделированию
• Разведочная геофизика
• Полная инверсия формы сигнала
• Инверсия модели

Дальнейшее чтение

• Колфилд К., Фероци М., Якивчук К. «Сейсмическая инверсия для планирования горизонтальных скважин в Западном Саскачеване», Развитие геофизики через инновации, стр. 213–214.
• Чакрабарти, К., Фосси, Дж., Ренард, Г., Гадель, К. «Процесс SAGD на месторождении Восточный Сенлак: от характеристики коллектора к полевому применению», № 1998.192.
• Контрерас А., Торрес-Вердин К., Честерс В., Квин К., Глоуб М., «Совместная стохастическая инверсия петрофизических каротажей и трехмерных сейсмических данных до суммирования для оценки пространственной непрерывности пластов флюида на расстоянии из Уэллса: применение к глубоководному углеводородному резервуару в Мексиканском заливе», 46-й ежегодный симпозиум SPWLA по каротажу, 26–29 июня 2005 г.
• Де Баррос, Дитрих, М., «Инверсия полной формы сигнала импульсных сейсмограмм с точки зрения пороупругих параметров», EAGE, Лондон, июнь 2007 г.
• Дойч, К., Геостатистическое моделирование резервуаров, Нью-Йорк: Oxford University Press, 2002, 376 страниц.
• Фрэнсис А., «Ограничения детерминизма и преимущества стохастической сейсмической инверсии», CSEG Recorder, февраль 2005 г., стр. 5–11.
• Хасануси Д., Адхитиаван Э., Баасир А., Лисапали Л., ван Эйкенхоф Р., «Сейсмическая инверсия как интересный инструмент для определения распределения фаций в карбонатных коллекторах Тиака, Сулавеси – Индонезия», Труды, индонезийский Нефтяная ассоциация, тридцать первая ежегодная конференция и выставка, май 2007 г.
• Рассел Б., Хэмпсон Д., «Старое и новое в сейсмической инверсии», CSEG Recorder, декабрь 2006 г., стр. 5–11.
• Стивен К., Макбет К., «Уменьшение неопределенности прогноза коллектора путем обновления стохастической модели с использованием сопоставления с сейсмической историей», SPE Reservoir Evaluation & Engineering, декабрь 2008 г.
• Варгас-Мелеза Л., Мегчун Дж., Васкес Г., «Оценка петрофизических свойств путем интеграции AVO, сейсмической инверсии и многоатрибутного анализа в трехмерном объеме Плайуэлы, Веракрус», Международная конференция AAPG: 24–27 октября , 2004, Канкун, Мексика.
• Ван С., Ву С., Сюй Н., Чжан Г., «Оценка газогидратонасыщенности с использованием ограниченной инверсии редких пиков: практический пример северной части Южно-Китайского моря», Terr. Атмосфера. Океан. наук., Том. 17, № 4, 799–813, декабрь 2006 г.
• Уотсон И., Лайнс Л., «Сейсмическая инверсия на пике Пайкс, Саскачеван», Отчет об исследованиях CREWES, том 12, 2000 г.
• Уитфилд, Дж., «Связь чистой заработной платы с амплитудой и градиентами смещения: пример Мексиканского залива», магистерская диссертация Хьюстонского университета, 1993.
• Цзоу Ю., Бентли Л., Лайнс Л., «Интеграция моделирования резервуара с замедленным сейсмическим моделированием», Национальная конвенция CSEG 2004 г.

Внешние ссылки

• Компания Земляные Работы Сейсмическая Инверсия
• Понимание стохастической инверсии
• Джейсон Геофизический верстак (JGW)
• CGGVERITAS, Одновременная эластичная инверсия
• Общество петрофизиков и аналитиков скважин (SPWLA)
• Читальный зал нефтяной и геофизической инженерии Техасского университета в Остине
• Склад публикаций геологической службы