Введение к работе
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 областях 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, 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 непосредственно вблизи скважины. С другой стороны, поверхностные сейсмические исследования позволяют строить изображения больших областей, но часто с плохим разрешением по вертикали порядка 30-50 метров. 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. Межскважинные 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 нескольких метров. 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 (Harris J.M. et al., 1995; Sheline H.E., 1995; Langan R.T. et al., 1998).
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 (de Vries D. and Berkhout A. J., 1984; Harlan W., 1986; Soellner W. and Yang W., 2002; Sava P. С rt al., 2005).
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 требуются специальные методы построения изображения или предварительная обработка данных. Большой вклад в раз-
витие методов выделения дифрагированных волн (подавления отраженных волн) внесли Е. Ланда ( Landa Е. and Keydar S., 1998), С. Гольдин (Goldin S. et al., 2000), С. Фомель (Fomel S., 2002), В. Хайдуков (Khaidukov V. et al., 2004), P. Бансал (Bansal R. and Imhof M., 2005), Т. Мозер (Moser T.J. and Howard C.B., 2008) и другие авторы. Предлагаемые данными авторами методы позволяют в некоторой степени преодолеть трудность, связанную с малой амплитудой дифрагированых волн. Однако, многие из них разработаны для поверхностной сеисмики и их применение в случае межскважинных наблюдений затруднительно.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является разработка методики построения изображений отражающих границ и рассеивающих объектов по данным межскважинных наблюдений.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи.
Исследование существующих методик построения изображений рассеивающих объектов и отражающих границ;
Разработка подхода, позволяющего получить качественные изображения отражающих границ и рассеивающих объектов по данным межскважинных наблюдений;
Разработка методики анализа мигрированных изображений, целью которой является определение истинных и ложных объектов на изображении;
Создание пакета программ, позволяющих реализовать предложенную методику;
Опробование предложенной методики на модельных и реальных сейсмических данных.
Экспериментальный материал
В диссертации использованы материалы реального эксперимента, полученные в Северной Америке по методу межскважинных наблюдений. Материалы предоставлены компанией Шелл (Shell International Exploration and Production).
Научная новизна
В ходе диссертационного исследования разработана методика, включающая в себя построение изображений отражающих границ и рассеивающих объектов и последующую диагностику. Используемая для построения изображений процедура основана на векторной миграции Кирхгофа со специальными весовыми функциями, позволяющими выделить отражающие границы или дифракторы; учесть диаграмму направленности источника, используемого в межскважинных наблюдениях; подавить артефакты, соответствующие волнам различной природы. Особенностью методики является использование данных межскважинных наблюдений, что позволяет избежать ошибок, связанных с наличием сложной верхней части разреза ВЧР. Использование данных межскважинных наблюдений позволяет строить изображения с высоким разрешением по вертикали, что необходимо для локализации мелкомасштабных рассеивателей. Еще одной важной особенностью методики является комплексная диагностика мигрированных изображений. Для проверки достоверности объектов на изображениях используется шумовая миграция, а также анализ сейсмограмм общей точки изображения, построенных в зависимости от различных параметров.
Практическая значимость
Предложенная методика может использоваться для локализации мелкомасштабных неоднородностей среды. Изображения среды, построенные по данным межскважинных наблюдений, имеют высокое разрешение по вертикали, что делает их эффективным инструментом для изучения межскважин-ного пространства. Изображения рассеивающих объектов, построенные по
данным межскважинных наблюдений, могут быть использованы в качестве дополнения к изображению отражающих границ для более детального изучения геометрии резервуара и протекающих в нем процессов. Защищаемые положения
Методика анализа изображений отражающих границ и рассеивающих объектов по данным межскважинных наблюдений, включающая в себя принцип построения изображений среды и последующую комплексную диагностику изображений.
Предложенные оригинальные весовые функции для миграции Кирх-гоффа, позволяют эффективно восстанавливать рассеивающие объекты по данным межскважинного зондирования; учитывать диаграмму направленности источника; подавлять на изображении артефакты.
Анализ изображений, построенных с использованием различных групп приемников, позволяет уточнить местоположение рассеивающих объектов.
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); Международная конференция молодых специалистов «Геофизика-2009» (Санкт-Петербург, Россия, 2009); 79th SEG Annual Conference and Exhibition (Houston, USA, 2009); 72nd EAGE Conference and Exhibition (Barcelona, Spain, 2010); 8 Международная научная конференция «Проблемы Геокосмоса-2010» (Санкт-Петербург, Россия, 2010); X ежегодная международная конференция «Галь-перинские чтения 2010» (Москва, Россия, 2010); International Student Conference
"Science and Progress" (St. Petersburg, Russia, 2010); 73rd EAGE Conference and Exhibition (Vienna, Austria, 2011).
Публикации и личный вклад автора
По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 1 статья в рекомендованном ВАК журнале. Диссертация основана на теоретических, методических и экспериментальных исследованиях, выполненных автором лично.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Диссертация изложена на 90 страницах, включая 43 рисунка. Список литературы включает 62 наименования.
Благодарности
Автор выражает благодарность научному руководителю Владимиру Николаевичу Трояну, а также Юрию Васильевичу Киселеву, Денису Александровичу Киященко и Борису Марковичу Каштану за советы, постоянное внимание к работе и плодотворное обсуждение результатов.
