ПОЛНАЯ ИНВЕРСИЯ ВОЛНОВОГО ПОЛЯ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ПОКАЗАТЕЛЯ КАЧЕСТВА
COMPLETE WAVE FIELD INVERSION WITH QUALITY FACTOR COMPENSATION

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[01] По данной заявке испрашивается приоритет на основании предварительной заявки на патент США № 62/236,190, поданной 2 октября 2015 года, под названием ʺQ-compensated full wavefield inversionʺ, которая полностью включена в данную заявку путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[02] Примеры вариантов осуществления, описанных в данной заявке, относятся к области геофизических исследований и более конкретно к обработке геофизических данных. В частности, варианты осуществления, описанные в данной заявке, относятся к способу повышения точности сейсмических данных путем компенсации влияния аномалий геологической среды.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[03] Данный раздел предназначен для ознакомления с различными аспектами из уровня техники. Предполагается, что это описание поможет создать основу для содействия лучшему пониманию конкретных аспектов настоящего изобретения. Кроме того, следует понимать, что данный раздел следует истолковывать в этом свете, и он не обязательно содержит признание источников уровнем техники.
[04] Важная задача сейсмических исследований заключается в точном отображении структур геологической среды, под которыми обычно понимают отражающие горизонты. Сейсмическое исследование облегчает получение исходных сейсмических данных во время выполнения сейсмической разведки. Во время сейсмической разведки сейсмическую энергию формируют на уровне земли с помощью, например, управляемого взрыва и направляют в грунт. Сейсмические волны отражаются от подземных структур и принимаются большим количеством датчиков, называемых геофонами. Сейсмические данные, принимаемые геофонами, обрабатывают в попытке создать точное отображение подземной среды. Затем обработанные данные исследуют с целью идентификации геологических пластов, которые могут содержать углеводороды.
[05] Наиболее вероятно, что сейсмическая энергия, которую посылают по относительно вертикальному направлению в грунт, будет отражаться на отражающих горизонтах. Такая энергия обеспечивает получение важной информации о структурах геологической среды. Однако сейсмическая энергия может нежелательным образом рассеиваться вследствие наличия аномалий акустического импеданса, которые регулярно возникают в подземной среде. Рассеяние сейсмической энергии во время сейсмической разведки может быть причиной неправильного представления подземных объектов в результирующих сейсмических данных.
[06] Акустический импеданс является мерой легкости, с которой сейсмическая энергия распространяется через конкретный участок подземной среды. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что акустический импеданс может быть определен как произведение плотности и скорости сейсмической волны. Акустический импеданс обычно обозначают символом Z.
[07] Сейсмические волны затухают по известным причинам, когда они распространяются в подземной среде. Метрику качества (иногда называемую показателем качества) Q обычно используют для представления характеристик затухания волн в подземных пластах. В общем случае Q обратно пропорционально ослаблению сейсмического сигнала и может иметь значение в пределах от нуля до бесконечности. Более конкретно, Q является безразмерным показателем качества, то есть является отношением пиковой энергии волны к рассеянной энергии. Когда волны распространяются, они теряют энергию в зависимости от расстояния и времени вследствие сферической расходимости и поглощения. Такую потерю энергии следует учитывать при восстановлении амплитуд сейсмических волн, чтобы выявлять флюиды и выполнять литологическую интерпретацию, такую как анализ зависимости амплитуды от удаления (ЗАУ). Для структур с относительно высоким значением Q характерна тенденция передавать сейсмические волны с небольшим ослаблением. Структуры, для которых характерна тенденция ослаблять сейсмическую энергию в большей степени, имеют меньшие значения Q.
[08] Значения Q, связанные со структурами геологической среды, используют для математического изменения значений сейсмических данных, чтобы более точно представлять структуры в подземной среде. Для специалистов в данной области техники этот процесс может быть известен как «миграция Q». Во время миграции Q значение сейсмических данных, представляющее распространение сейсмической энергии через структуру геологической среды, имеющую относительно низкое значение Q, может быть усилено и расширено по спектру в большей степени, чем значение данных, представляющее распространение сейсмической энергии через структуру геологической среды, имеющую относительно высокое значение Q. В изменениях амплитуды и фазы данных, связанных с низкими значениями Q, учитывается большее ослабление сигнала, которое происходит, когда сейсмическая энергия распространяется через структуры, имеющие относительно низкие значения Q.
[09] Полная инверсия волнового поля представляет собой способ оптимизации, подчиненный ограничениям в виде уравнений в частных производных, которым итерационно минимизируют норму несоответствия между измеренным и вычисленным волновыми полями. Сейсмическая полная инверсия волнового поля включает в себя многочисленные итерации, а одна итерация может включать в себя следующие вычисления: (1) решение прямых уравнений, (2) решение сопряженных уравнений и (3) свертывание этих прямых и сопряженных решений для получения градиента функции стоимости. Следует отметить, что для способов оптимизации второго порядка, таких как способ Гаусса-Ньютона, также требуется (4) решение возмущенных прямых уравнений. Более робастное математическое обоснование этого случая можно найти, например, в публикации заявки на патент США № 2013/0238246, все содержимое которой включено в данную заявку путем ссылки.
[10] Обычная форма первого порядка линейных вязко-акустических волновых уравнений для имитации волн в ослабляющих акустических средах, имеет вид:
,
,(1)
,
p
m
k
ρ
p
m
l
s
s
τ
τ
v
∇
v
v
l
x
y
z
l
p
v
ε
l
σ
l
T
при надлежащих начальных и граничных условиях для давления , скорости  и переменных  памяти. Следует отметить, что  - оператор расходимости;  - объемный модуль без релаксации ;  - массовая плотность;  - скорость (={v,v,v} в трехмерном пространстве);  - давление;  - переменная памяти для механизма ;  - источник давления;  - источник скорости;  и , где параметры  и  релаксации могут быть определены в соответствии с уравнением (2) для заданного профиля показателя качества. Следует отметить, что на протяжении этого документа непрерывные скалярные переменные обозначаются курсивными буквами, а вектор и матрицы обозначаются жирными некурсивными буквами.
[11] ,(2)
τ
l
τ
l
x
ω
ε
l
σ
l
где Q - показатель качества;  - время релаксации деформации механизма  в модели пошагового линейного поиска;  - время релаксации напряжения механизма  в модели пошагового линейного поиска;  - пространственная координата;  - частота; L - количество механизмов релаксации, используемых в модели пошагового линейного поиска.
Концептуально, показатель Q качества описывает отношение сохраненной энергии к энергии, рассеянной в среде. Времена релаксации деформации и напряжения определяют из условия наилучшего соответствия заданному распределению показателей качества в пределах частотного диапазона.
[12] Способы полной инверсии волнового поля (ПИВП), основанные на вычислении градиентов целевой функции относительно параметров, часто эффективно реализуют посредством методов сопряженных уравнений, в отношении которых доказано, что они превосходят другие релевантные методы, такие как прямой анализ чувствительности, методы конечных разностей или комплексных переменных.
[13] Непрерывное сопряженное преобразование обычной вязко-акустической системы (уравнения (1)) имеет вид
,
,(3)
,
l
F
p
F
v
F
где  - сопряженное давление;  - сопряженная скорость;  - сопряженная переменная памяти для механизма  и ∂/∂ и ∂/∂ - производные целевой функции  по давлению и скорости, соответственно.
F
[14] Общий способ итеративной инверсии, используемый в геофизике, представляет собой оптимизацию функции стоимости. Оптимизация функции стоимости включает в себя итеративную минимизацию или максимизацию значения функции (θ) стоимости относительно модели θ. Функция стоимости, также известная как целевая функция, является мерой несоответствия между моделированными и наблюденными данными. Моделирование (определение моделированных данных) проводят прежде всего выполнением дискретизации физических величин, управляющих распространением сигнала источника в среде, посредством соответствующего численного метода, такого как метод конечных разностей или конечных элементов, и нахождением численных решений на компьютере посредством текущей модели геофизических свойств.
[15] Ниже кратко изложена процедура локальной оптимизации функции стоимости при полной инверсии волнового поля: (1) выбор исходной модели; (2) вычисление направления S(θ) поиска; и (3) поиск обновленной модели, то есть возмущения модели в направлении поиска.
[16] Процедуру оптимизации функции стоимости итерируют посредством новой обновленной модели в качестве исходной модели для нахождения другого направления поиска, который затем используют для возмущения модели, чтобы лучше объяснить наблюденные данные. Процесс продолжают до нахождения обновленной модели, которая удовлетворительно объясняет наблюденные данные. Обычно используемые методы локальной оптимизации включают в себя методы градиентного поиска, сопряженных градиентов, квазиньютоновский, Гаусса-Ньютона и Ньютона.
[17] Локальная оптимизация функции стоимости сейсмических данных в акустическом приближении является типичной задачей геофизической инверсии и на ее примере обычно поясняют геофизическую инверсию других видов. При инверсии сейсмических данных в акустическом приближении функцию стоимости можно записать в виде:
,(4)
F
N
g
w
g
N
r
N
t
N
W
x
x
ψ
ψ
1
2
N
g
g
r
t
calc
obs
2
где (θ)-функция стоимости; θ - вектор  параметров (θ,θ,…θ), описывающих модель геологической среды;  - индекс сейсмограммы;  - функция источника для сейсмограммы , которая является функцией пространственных координат и времени, в случае точечного источника является дельта-функцией пространственных координат;  - количество сейсмограмм;  - индекс приемника в пределах сейсмограммы;  - количество приемников в сейсмограмме;  - индекс временной выборки в пределах трассы;  - количество временных выборок;  - норма (функция минимизации, например, в случае функции наименьших квадратов ()=);  - вычисленные на основании модели θ сейсмические данные;  - измеренные сейсмические данные (давление, напряжение, скорости и/или ускорение).
g
ψ
ψ
obs
calc
[18] Сейсмограммы, данные с некоторого количества датчиков, в которых используется общая геометрия, могут быть сейсмограммами любого вида (общей средней точки, общего пункта излучения, равноудаленных трасс, общего пункта приема и т.д.), которые можно моделировать за один проход программы сейсмического прямого моделирования. Обычно сейсмограммы соответствуют сейсмическому взрыву, хотя взрывы могут быть более распространенными по пространству, чем точечные источники. В случае точечных источников индекс  сейсмограммы соответствует местоположениям индивидуальных точечных источников. Обобщенные данные  источников можно регистрировать в полевых условиях или можно синтезировать по данным, регистрируемым посредством точечных источников. С другой стороны, вычисляемые данные  обычно можно вычислять непосредственно во время прямого моделирования посредством обобщенной функции источника.
F
(
k
)
[19] При полной инверсии волнового поля предпринимают попытки обновить дискретизированную модель θ, чтобы функция (θ) была минимальной. Этого можно достигать локальной оптимизацией функции стоимости, при которой данная модель θ обновляется:
(
i
+1)
(
i
)
(
i
)
(
i
)
γ
S
θ=θ+(θ),(5)
i
γ
F
γ
F
F
N
N
S
S
θ
θ
где  - порядковый номер итерации,  - скалярная длина шага обновления модели и (θ)-направление поиска. В случае наиболее крутого спуска (θ)=-∇(θ), и оно является отрицательной величиной градиента функции несоответствия относительно параметров модели. В этом случае возмущения модели, или значения, по которым модель обновляют, вычисляют умножением градиента целевой функции на длину  шага, которую необходимо многократно вычислять. В случае способов оптимизации второго порядка градиент масштабируют в соответствии с гессианом (вторыми производными целевой функции по параметрам модели). Для вычисления ∇(θ) требуется вычисление производной (θ) по каждому из  параметров модели. При решении геофизических задач  обычно является очень большим (составляет больше одного миллиона) и поэтому для этого вычисления может потребоваться очень много времени, если выполнять его для каждого индивидуального параметра модели. К счастью, можно использовать метод сопряженных уравнений для эффективного выполнения этого вычисления сразу для всех параметров модели (Tarantola, 1984).
[20] При полной инверсии волнового поля выполняют построение высокоразрешающих моделей свойств для глубинной миграции до суммирования и геологическую интерпретацию с помощью итеративной инверсии сейсмических данных (Tarantola, 1984; Pratt и др., 1998). С учетом увеличения компьютерных ресурсов и последних технических достижений при полной инверсии волнового поля можно обрабатывать намного большие массивы данных, а инверсия постепенно становится доступной по затратам для решения прикладных задач обработки реальных данных трехмерной сейсмической разведки. Однако при обычной полной инверсии волнового поля инвертируемые данные часто обрабатывают как собранные в акустической подземной среде, которая не соответствует тому, что грунт всегда вносит затухание. Когда газовые облака существуют в среде, показатель (Q) качества, который определяет эффект затухания, играет важную роль при распространении сейсмической волны, приводит к искажению фазы, уменьшению амплитуды и понижению частоты. Следовательно, при обычной акустической полной инверсии волнового поля не компенсируется влияние Q и нельзя возместить уменьшение амплитуды и ширины полосы под газовыми аномалиями.
[21] С другой стороны, для вязко-акустической полной инверсии волнового поля используют как скорость в среде, так и значения Q при распространении волнового поля. Поэтому влияние Q компенсируется естественным путем при продвижении волнового фронта. В некоторых случаях, когда неглубоко залегающие газовые аномалии покрывают коллектор, под сильным влиянием Q экранируются сигналы и возникает пропуск цикла при реализации акустической полной инверсии волнового поля. Следовательно, алгоритм вязко-акустической полной инверсии волнового поля и точная модель Q являются весьма предпочтительными.
[22] Однако нелегко определять значения Q. Среди многих подходов наиболее исследована лучевая рефракционная или отражательная Q-томография. Однако применительно к полевым данным Q-томография представляет собой трудоемкий процесс и инверсия сильно зависит от способа отделения ослабленных сигналов от их неослабленных дубликатов. В последние годы предложены алгоритмы волновой инверсии, такой как полная инверсия волнового поля, для инверсии значений Q. Теоретически, такие волновые способы являются более точными. Однако скорость и инверсия Q могут сходиться с разным шагом и может происходить серьезная утечка энергии между скоростью и градиентом Q, так что результаты инверсии не являются надежными.
[23] Zhou и др. (2014) описали, каким образом следует использовать акустическую полную инверсию волнового поля для инверсии скоростей и каким образом затем следует использовать инвертированную при выполнении полной инверсии волнового поля скоростную модель для инверсии Q. Однако лучевая Q-томография требует много времени, и они не проводили реальную вязко-акустическую инверсию волновых форм.
[24] Bai и др. (2014) применили вязко-акустическую полную инверсию волнового поля для инверсии скоростей, однако они также нуждались в использовании вязко-акустической полной инверсии волнового поля для инвертирования модели Q. Такая, обычно признаваемая в профессиональной среде Q-инверсия волновых форм является очень нестабильной. Погрешности инверсии скоростей могут легко перейти в погрешности инверсии Q и наоборот. Кроме того, этим способом трудно выполнять целенаправленную инверсию Q, а разрешающая способность и величина Q по-прежнему составляют проблему, подлежащую решению.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[25] Способ включает в себя получение скоростной модели, формируемой при выполнении процесса акустической полной инверсии волнового поля; формирование посредством компьютера модели переменной Q путем применения псевдомиграции Q к обработанным сейсмическим данным из области геологической среды, при этом скоростную модель используют в качестве управляемого ограничения при псевдомиграции Q; и формирование посредством компьютера конечной скоростной модели геологической среды, в которой компенсируют ослабление амплитуд, обусловленное газовыми аномалиями в области геологической среды, при выполнении процесса вязко-акустической полной инверсии волнового поля, при этом модель переменной Q фиксируют в течение процесса вязко-акустической полной инверсии волнового поля.
[26] Кроме того, способ может включать в себя формирование изображения геологической среды на основе конечной скоростной модели геологической среды.
[27] Кроме того, способ может включать в себя формирование обработанных сейсмических данных, при этом формирование включает в себя применение акустической лучевой глубинной миграции до суммирования к скоростной модели и вывод сейсмограмм общего изображения.
[28] В способе формирование модели переменной Q включает в себя уплощение сейсмограмм общего изображения в соответствии с управляемым ограничением.
[29] В способе управляемым ограничением определяется зона в скоростной модели, которая содержит газовую аномалию.
[30] В способе псевдомиграцию Q применяют только к зоне, которая содержит газовую аномалию.
[31] В способе модель переменной Q поддерживают фиксированной в течение всего процесса вязко-акустической полной инверсии волнового поля.
[32] В способе формирование конечной скоростной модели геологической среды включает в себя применение псевдомиграции Q для построения еще одной модели переменной Q через посредство уплощения вязко-акустических сейсмограмм общего изображения, а скоростную модель, сформированную в результате выполнения процесса вязко-акустической инверсии волнового поля, используют в качестве управляемого ограничения при псевдомиграции Q.
[33] Кроме того, способ может включать в себя итеративное повторение до тех пор, пока не будет достигнуто заданное условие остановки, выполнения процесса вязко-акустической полной инверсии волнового поля, затем формирование вязко-акустических сейсмограмм общего изображения в результате выполнения вязко-акустической лучевой глубинной миграции до суммирования и после этого формирование еще одной модели переменной Q через посредство уплощения вязко-акустических сейсмограмма общего изображения, при этом скоростную модель, сформированную в результате выполнения процесса вязко-акустической полной инверсии волнового поля, используют в качестве управляемого ограничения при псевдомиграции Q.
[34] Кроме того, способ может включать в себя проведение сейсмической разведки, при этом по меньшей мере один источник используют для инжекции акустических сигналов в геологическую среду и по меньшей мере один приемник используют для регистрации акустических сигналов, отражающихся от подземных объектов.
[35] Кроме того, способ может включать в себя использование конечной скоростной модели геологической среды и изображения геологической среды при извлечении углеводородов.
[36] Кроме того, способ может включать в себя бурение скважины для извлечения углеводородов, при этом скважину располагают на месте, определяемом при анализе изображения геологической среды.
[37] В способе управляемым ограничением управляют в соответствии с геологическими структурами, инвертированными в результате выполнения процесса акустической полной инверсии волнового поля.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[38] При том, что настоящее изобретение допускает различные модификации и альтернативные формы, конкретные примеры вариантов его осуществления показаны на чертежах и подробно описаны в этой заявке. Однако следует понимать, что описание конкретных примеров вариантов осуществления в этой заявке не предполагается ограничивающим изобретение конкретными формами, раскрытыми в этой заявке, а наоборот, данное изобретение охватывает все модификации и эквиваленты, определенные в приложенной формуле изобретения. Следует также понимать, что чертежи не обязательно выполнены в масштабе, вместо этого особое внимание уделяется иллюстрации принципов примеров вариантов осуществления настоящего изобретения. Кроме того, некоторые размеры могут быть преувеличены для содействия наглядной передаче таких принципов. На чертежах:
[39] фиг. 1 - графическое представление области геологической среды, которое является полезным при пояснении работы примера варианта осуществления настоящего изобретения;
[40] фиг. 2 - иллюстрация примера способа построения исходной скоростной модели и исходной модели Q;
[41] фиг. 3 - иллюстрация примера способа вязко-акустической полной инверсии волнового поля;
[42] фиг. 4А - иллюстрация примера скоростной модели;
[43] фиг. 4В - иллюстрация примера модели Q, находящейся в соответствии с газовым облаком из фиг. 4А;
[44] фиг. 5А - иллюстрация примера данных равных удалений, формируемых акустическим прямым моделированием;
[45] фиг. 5В - иллюстрация примера данных равных удалений, формируемых вязко-акустическим прямым моделированием;
[46] фиг. 6А - иллюстрация примера обновления скорости, выполненного на основании акустической полной инверсии волнового поля; и
[47] фиг. 6В - иллюстрация примера обновления скорости, выполненного на основании вязко-акустической полной инверсии волнового поля при фиксированных значениях Q.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[48] Ниже описаны примеры вариантов осуществления. Однако в той степени, в которой нижеследующее описание относится к конкретному варианту осуществления, оно предназначено только для того, чтобы быть примером, и представляет собой простое описание примеров вариантов осуществления. В соответствии с этим изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, описываемыми ниже, а точнее, оно включает в себя все альтернативы, модификации и эквиваленты в пределах истинной сущности и объема приложенной формулы изобретения.
[49] Примеры вариантов осуществления, описанные в этой заявке, представляют собой последовательность действий при построении всеобъемлющей модели, выполнением которых эффективно компенсируется влияние Q при полной инверсии волнового поля без утечки энергии и обеспечивается формирование высокоразрешающих профилей свойств с намного повышенной точностью воспроизведения геологической среды.
[50] Распространение сейсмических волн через газовые облака часто приводит к искаженной фазе, уменьшенной амплитуде и пониженной частоте. При акустической полной инверсии волнового поля такие эффекты Q не компенсируются, и поэтому невозможно возместить потери амплитуды и ширины полосы под газовыми аномалиями. В неограничивающих примерах вариантов осуществления предложенного технологического усовершенствования влияние Q компенсируется путем сочетания построения лучевой модели Q с вязко-акустической полной инверсией волнового поля. При построении лучевой модели Q псевдомиграцию Q используют для эффективного сканирования всех возможных значений Q, чтобы достигнуть оптимального влияния Q. По сравнению с другими способами оценивания Q, подобными Q-томографии или полной Q-инверсии волнового поля, при псевдомиграции Q можно сканировать в пределах целевой локальной газовой области, а процесс сканирования является как эффективным, так и стабильным.
[51] При вязко-акустической полной инверсии волнового поля влияние Q компенсируется как при прямом моделировании, так и при сопряженном вычислении. Применение компенсированной за влияние Q полной инверсии волнового поля к комплексным синтетическим данным позволяет четко выявлять структуры ниже газовой зоны, а результаты ее определенно могут улучшать геологическую интерпретацию. В общем случае предложенное технологическое усовершенствование может быть применено к любым полевым данным, если влияние Q считается проблемой. Предложенное технологическое усовершенствование наиболее применимо к массивам данных, в которых имеются сильные газовые аномалии в геологической среде, а выполнением последовательности действий при построении обычной акустической модели нельзя возместить потери амплитуды и ширины полосы для потенциального целевого коллектора под газом.
[52] В варианте осуществления предложенного технологического усовершенствования выполняют последовательность действий по построению адаптированной под газ модели, которые могут включать в себя: выполнение лучевой псевдомиграции Q для эффективного оценивания значений Q; и выполнение волновой вязко-акустической полной инверсии волнового поля для обновления компенсированной за влияние Q скорости.
[53] При вязко-акустической полной инверсии волнового поля значения Q фиксируют и необходимо вычислять только градиент скорости. Фиксация значений Q в течение всего построения скоростной модели при полной инверсии волнового поля блокирует утечку энергии для Q в скорость, и это делает инверсию стабильной, а инвертированную скоростную модель надежной. При применении компенсированной за влияние Q полной инверсии волнового поля к синтетическим и полевым данным с газовыми облаками лучше проявляются структуры и привязки к скважине ниже газа, и это может положительно влиять на геологическую интерпретацию.
[54] На фиг. 1 дано графическое представление области геологической среды, которое является полезным при пояснении работы примера варианта осуществления предложенного технологического усовершенствования. График в целом обозначен позицией 100. На графике 100 показаны водная область 101 и область 102 осадков. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что водная область 101 имеет очень высокое значение Q, обычно представляемое большим числом, таким как 999. В соответствии с этим сейсмические волны распространяются через водную область 101 с относительно низким затуханием. Область 102 осадков может иметь намного меньшее значение Q, чем водная область 101. Например, значение Q области 102 осадков может составлять около 150.
[55] Аномалии геологической среды, такие как газовые шапки или что-либо подобное, могут иметь очень низкие значения Q. На графике 100 аномалия А 103 имеет значение Q, составляющее около 20. Аналогично этому, аномалия В 104 также имеет значение Q, составляющее около 20. Низкие значения Q аномалии А 103 и аномалии В 104 приводят к ослабленным сейсмическим данным, соответствующим более глубоким структурам геологической среды. Например, аномалия А 103 отрицательно влияет на целостность сейсмических данных из области 105 ослабления аномалии, которая продолжается ниже аномалии А 103. Любая сейсмическая энергия, которая распространяется через аномалию А 103, будет значительно ослабляться, когда она возвращается на поверхность и измеряется. Если аномалия А 103 расположена выше отложения углеводородов, сейсмические данные, по которым можно идентифицировать присутствие более глубокого коллектора углеводородов, могут затеняться. Это явление показано на графике 100 рядом отражающих горизонтов 106, 107, 108 и 109. Участки отражающих горизонтов 106, 107, 108 и 109, которые, вероятно, могут быть представлены значительно ослабленными сейсмическими данными, показаны пунктирными линиями. Данные, соответствующие участкам отражающих горизонтов 106, 107, 108 и 109, которые, с весьма малой вероятностью могут быть ослаблены присутствием аномалии А 103 и аномалии В 104, показаны сплошными линиями на фиг. 1. Выполнение псевдомиграции Q согласно примеру варианта осуществления настоящего изобретения предполагается обеспечивающим восстановление точной амплитуды, частоты и фазовых данных для сейсмической энергии, на которую отрицательно влияет прохождение через аномалию А 103 и аномалию В 104.
0
TOMO
[56] На фиг. 2 показан пример способа построения исходной скоростной модели и исходной модели Q, которые затем используют в качестве входных данных для способа вязко-акустической полной инверсии волнового поля (см. фиг. 3). На этапе 201 формируют исходную скоростную модель V. Исходную скоростную модель можно формировать с помощью лучевой томографии (Liu и др., 2008). Однако можно использовать другие технологии.
1
ПИВП
[057] На этапе 203 применяют акустическую полную инверсию волнового поля (ПИВП), используя исходную скоростную модель. На этапе 205 на основании акустической полной инверсии волнового поля формируют высокоразрешающее распределение V скоростей. Суть любого алгоритма полной инверсии волнового поля можно описать следующим образом: использование исходной модели физических свойств геологической среды, формирование синтетических сейсмических данных, то есть моделированных или имитированных, путем решения волнового уравнения посредством численной схемы (например, конечных разностей, конечных элементов и т.д.). Термин «скоростная модель» или «модель физических свойств», используемый в этой заявке, относится к матрице чисел, обычно к трехмерной матрице, где каждое число, которое может быть названо параметром модели, является значением скорости или другого физического свойства в ячейке, при этом для решения вычислительных задач область геологической среды концептуально разделена на дискретные ячейки. Синтетические сейсмические данные сравнивают с полевыми сейсмическими данными и, используя различия между ними, вычисляют погрешность или целевую функцию. Используя целевую функцию, выполняют построение модифицированной модели геологической среды, которую используют для моделирования нового массива синтетических сейсмических данных. Этот новый массив синтетических сейсмических данных сравнивают с полевыми данными, чтобы сформировать новую целевую функцию. Этот процесс повторяют до тех пор, пока целевая функция не будет удовлетворительно минимизирована, и выполняют построение конечной модели геологической среды. Способ глобальной или локальной оптимизации используют для минимизации целевой функции и для обновления модели геологической среды. Дальнейшие подробности, относящиеся к полной инверсии волнового поля можно найти в публикации заявки на патент США № 2011/0194379 (Lee et al.), все содержимое которой включено в данную заявку путем ссылки.
1
ПИВП
[58] На этапе 207 на основании инвертированной в процессе полной инверсии волнового поля скоростной модели V акустическую лучевую глубинную миграцию до суммирования (ГМДС) применяют для вычисления сейсмограмм общего изображения, плоскостность которых отражает точность скоростной модели и модели Q. Для выполнения этапа 207 можно использовать несколько способов миграции до суммирования, и они включают в себя, например, глубинную миграцию Кирхгофа до суммирования, однонаправленную миграцию на основе решения волнового уравнения и миграцию в обратном времени, каждая из которых известна специалистам в данной области техники.
[59] На этапе 209 сейсмограммы общего изображения (СОИ) представляют в качестве входных данных для псевдомиграции Q. Сейсмограмма общего изображения представляет собой набор сейсмических трасс, в котором совместно используется некоторый общий геометрический атрибут, например общее удаление или общий угол.
1
1
ПИВП
ПИВП
[60] На этапе 211 зоны низких скоростей, которые обычно обозначают газовые аномалии, определяют на основании V и представляют в качестве входных данных для псевдомиграции Q. На последующем этапе, на котором определяют Q (см. этап 215), эти зоны низких скоростей используют в качестве управляемых ограничений полной инверсии волнового поля (ПИВП). В частности, управляемые ограничения полной инверсии волнового поля очерчивают области вероятного газа (целевые газовые зоны) и используются при последующей псевдомиграции Q для ограничения псевдомиграции Q только теми областями, в которых, возможно, содержится газ (показанными в качестве областей низкой скорости в V). Управляемые ограничения управляются в соответствии с геологическими структурами, инвертированными в результате выполнения процесса акустической полной инверсии волнового поля.
0
0
[61] На этапе 213 получают и представляют Q в качестве входных данных для псевдомиграции Q. Q может быть исходной моделью однородного Q.
[62] На этапе 215 псевдомиграцию Q применяют к областям или зонам, очерченным ограничениями полной инверсии волнового поля. Псевдомиграция Q отличается от Q-томографии. Q-томография представляет собой очень трудоемкий процесс, для которого необходимо тщательно подготавливать различные входные данные. Кроме того, Q-томография является нестабильной, когда отношение сигнала к шуму в общем угле изображения невысокое. Однако псевдомиграция Q является не только эффективной, но также и стабильной, поскольку она аналогична сканированию Q. Ниже кратко рассмотрена теория псевдомиграции Q. Более полное описание псевдомиграции Q находится в публикации WO2009/123790 международной заявки, все содержание которой включено в эту заявку путем ссылки.
[63] Аспект псевдомиграции Q включает в себя составление таблицы интегрирования Q, которую можно использовать для восстановления значений амплитуды, частоты и фазы данных, соответствующих мигрированной трассе. Данные интегрирования Q вычисляют, используя перемножение матрицы (производных интегрирования Q по данной модели Q) и вектора (обновления модели Q). Производные интегрирования Q могут быть вычислены по частям путем определения скорости изменения скоростной модели. В примере варианта осуществления производные интегрирования Q желательно представлять в виде разреженной матрицы.
[64] Матрица производных не зависит от модели Q, поэтому ее можно вычислять заранее и сохранять для использования вместе с разрабатываемыми впоследствии моделями Q. В таком случае таблицу интегрирования Q вычисляют в каждой конкретной точке изображения и для ее угла отражения в трассе. В основном, псевдомиграция Q согласно примеру варианта осуществления включает в себя операцию включения трассы и исключения трассы, поэтому вычисление является по существу одномерной операцией обработки. Кроме того, псевдомиграция Q может быть реализована как целевая. Обратную миграцию входной трассы для восстановления амплитуды и фазы следует осуществлять только в случае, если прогнозируется, что на них влияет зона низкого Q, такая как область 105 ослабления аномалии А (см. фиг. 1).
c
x
ω
c
x
[65] Например, пусть () является комплексной скоростью в вязко-акустическом поле скоростей, зависящей от переменной  частоты. При этих предположениях () можно представить в следующем виде:
,(6)
c
ω
0
0
где  - акустическая часть комплексной скорости, Q - показатель качества, представляющий затухание, и  - опорная частота.
[66] Комплексное время пробега может быть вычислено в соответствии с
,(7)
T
x
c
0
где () -время пробега в акустической среде  и
.(8)
Т
Q
Т
Т
Q
Т
Т
*
-1
*
*
[67] Первый член в уравнении (6) содержит первичную кинематическую информацию в миграционном изображении и может быть вычислен путем трассирования лучей в акустической среде. Второй член в уравнении (6) делает возможным миграцию для компенсации потери амплитуды вследствие ослабления и третий член в уравнении (6) делает возможной миграцию для компенсации фазового искажения, обусловленного дисперсией. Как второй, так и третий член зависят от , интеграла  по траектории луча, определенного в уравнении (8).  может быть вычислено по тем же самым траекториям лучей, какие используются для вычисления . Когда  обновляют,  остается тем же самым, а изменение  составляет
.(9)
[68] Кроме того, уравнение (9) можно перезаписать в матричной форме:
.(10)
D
Т
Q
D
c
D
*
-1
0
[69] В уравнении (10)  является матрицей производных  по  (значений производных). В качестве примеров терминологии, используемой в этой заявке  содержит «производные значений интегрирования Q, основанные на скоростной модели», при этом член «значения интегрирования Q» представлен в уравнении (8) и  относится к скоростной модели. Матрицу  можно заранее вычислять и сохранять, поскольку она не зависит от конкретной модели Q.
dT
dQ
*
Псевдо-Q
1
[70] Примеры этапов обработки при псевдомиграции Q можно выразить следующим образом: (1) при наличии мигрированных трасс (сейсмограммы общего изображения или обработанных сейсмических данных), скоростной модели, использованной при миграции, и исходной модели Q; (2) выбор точек отражения и оценивание углов отражения для этих точек; (3) вычисление производных интегрирования Q по модели Q (/) и вывод этих производных; и умножение производных интегрирования Q на исходную модель Q для получения таблицы интегрирования Q (Q).
0
1
1
Псевдо-Q
Псевдо-Q
[71] В случае простого однородного Q, имеющегося в качестве исходной модели Q, при выполнении процесса из фиг. 2 будет определяться и выводиться (этап 217) оптимизированная переменная модель Q, Q, которая считается наиболее эффективно снижающей кривизну сейсмограммы изображения (то есть, создающей уплощение). При каждой итерации псевдооптимизации Q матрица траекторий лучей фиксируется и значения Q возмущаются. В отличие от любых способов построения модели Q на основании инверсии при псевдомиграции Q выполняется сканирование имеющихся моделей Q в пределах приемлемого диапазона значений Q и выполняется сканирование в пределах целевой области, определенной при полной инверсии волнового поля (то есть области, идентифицированной с помощью скоростной модели из полной инверсии волнового поля как газовой). Поэтому в результирующей модели Q отсутствуют локальные минимумы, и тем самым следует отдавать предпочтение последнему этапу распространения вязко-акустического волнового поля (см. фиг. 3).
[72] Общей особенностью этапов из фиг. 2 является то, что каждый процесс может быть акустическим. Весь процесс из фиг. 2 намеренно поддерживается независимым от показателя Q. Этот акустический процесс способствует построению более надежной исходной модели Q, которая с самого начала может быть более совершенной по сравнению с акустической моделью.
1
1
1
Псевдо-Q
ПИВП
Псевдо-Q
[73] В результате выполнения способа из фиг. 2 выходные данные получают и используют в качестве исходных моделей (этапы 301 и 303) для первой итерации способа из фиг. 3. На этапе 305 вязко-акустическую полную инверсию волнового поля (ПИВП) выполняют при фиксированном Q («при фиксированном» не означает при постоянном, поскольку Q является переменной, точнее, «при фиксированном» означает использование одной и той же модели Q в течение каждой итерации i способа, показанного на фиг. 3). Как показано на фиг. 3, в случае использования как скорости V, так и Q из модели Q при вязко-акустической полной инверсии волнового поля Q автоматически включается в распространение волнового поля и эффективно учитывается эффект затухания. Однако модель Q фиксируют в процессе вязко-акустической полной инверсии волнового поля для исключения утечки энергии между инверсией Q и инверсией скорости. Соответственно, в процессе выполнения полной инверсии волнового поля необходимо вычислять только градиент скорости.
[74] На этапе 307 обновленную скоростную модель выводят для последующего использования при вязко-акустической глубинной миграции до суммирования.
1
Псевдо-Q
[75] На этапе 309 Q из модели Q получают для последующего использования при вязко-акустической глубинной миграции до суммирования.
[76] На этапе 311 вязко-акустическую глубинную миграцию до суммирования (ГМДС) применяют, используя обновленную скоростную модель из этапа 307 и модель Q из этапа 309. Вязко-акустическая миграция Кирхгофа является способом, наиболее широко используемым для формирования сейсмограмм и разрезов вязко-акустической глубинной миграции до суммирования.
[77] На этапе 313 сейсмограммы общего изображения (СОИ) выводят на основании вязко-акустической глубинной миграции до суммирования.
[78] Аналогично этапу 211 на фиг. 2 этап 315 включает в себя использование инвертированной полной инверсией волнового поля скоростной модели (из этапа 307) для определения газовых аномалий (на основании областей с пониженной скоростью), при этом аномалии пригодны для использования в качестве управляемых ограничений при псевдоинверсии Q.
1
Псевдо-Q
[79] На этапе 317 получают Q из модели Q для последующего использования при псевдомиграции Q.
[80] На этапе 319 при псевдомиграции Q стабильно сканируют, чтобы найти оптимальные значения Q для дальнейшей минимизации кривизны сейсмограмм изображения. При сканировании можно циклически просматривать множество значений Q и определять, какое решение из множества является оптимальным решением. Псевдомиграция Q рассматривалась выше и это рассмотрение применимо к действию этого этапа.
[81] При выполнении действий согласно фиг. 3 итерационно обновляют скорость и модели Q и прекращают процесс на заданной итерации i=N, которая может точно определяться пользователем. В ином случае можно использовать другие критерии остановки процесса.
[82] Следует отметить, что индекс i введен для показа большого гибридного цикла способа из фиг. 3 и не является количеством итераций на этапе 305 полной инверсии волнового поля. Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, полная инверсия волнового поля сама по себе является итеративным процессом.
[83] Общая особенность процессов из фиг. 3 заключается в том, что каждый процесс может быть вязко-акустическим. Как при глубинной миграции, так и при полной инверсии волнового поля согласно фиг. 3 используется вязко-акустический механизм для гарантии состоятельности распространения волн.
[84] После завершения итераций на протяжении всего процесса из фиг. 3 (то есть, после завершения N итераций) выходные данные представляют собой конечную скоростную модель геологической среды (или модель физических свойств) и конечную модель Q (этапы 321 и 323). Конечную модель физических свойств геологической среды можно использовать при построении изображения геологической среды для интерпретации геологической среды и/или управления разведкой углеводородов (этап 325). При применении компенсированной за влияние Q полной инверсии волнового поля к комплексным синтетическим данным четко выявляются структуры ниже газовой зоны, и результаты определенно могут быть полезными для геологической интерпретации. Использованный в этой заявке термин «освоение углеводородов» охватывает извлечение углеводородов, добычу углеводородов, разведку углеводородов, идентификацию потенциальных запасов углеводородов, идентификацию местоположений скважин, определение скорости закачки в скважину и/или скорости извлечения из скважины, идентификацию связности коллектора, регистрацию, определение расположения запасов и/или прекращение добычи запасов полезных ископаемых, рассмотрение предшествующих решений по освоению углеводородов и любые другие связанные с углеводородами действия или работы.
[85] Ниже описан неограничивающий пример применения предложенного технологического усовершенствования.
[86] Способы, представленные на фиг. 2 и 3, были применены к двумерным синтетическим данным с буксируемой косы. На фиг. 4А показан пример скоростной модели. На фиг. 4А представлена точная модель нижних слоев грунта, на основании которой прямое моделирование может быть применено для формирования синтетических данных. Скоростная модель из фиг. 4А была модифицирована на основании сценария глубоководной полевой геологии, в соответствии с которым газовая зона была расположена вблизи дна водного объекта и выполнено построение глубинного изображения и построение модели, весьма многообещающей в области ниже коллектора.
[87] Параллельно с низкоскоростной газовой зоной 401 сформирована аномалия 402 Q, показанная на фиг. 4В. Кроме того, фиг. 4В, как и фиг. 4А, использовалась при вязко-акустическом моделировании для вычисления синтетических данных.
[88] На фиг. 5А показаны данные при небольшом удалении, сформированные в результате акустического прямого моделирования (данные равных удалений при удалении 100 м) посредством скоростной модели из фиг. 4А, тогда как на фиг. 5В показаны аналогичные данные, сформированные в результате вязко-акустического моделирования посредством аномалий как скорости, так и Q. В отмеченной окружностями областях 501 и 502 волны затухают вследствие эффекта поглощения газом. По сравнению с фиг. 5А отличие фиг. 5В заключается в наличии газовой области, где фазы искажаются, а амплитуды ослабляются. Различием между фиг. 5А и 5В демонстрируется действие ослабления, создаваемого Q. Вследствие действия Q фиг. 5В имеет низкое качество.
[89] На фиг. 6А показано обновление скорости, инвертированной в результате выполнения акустической полной инверсии волнового поля (то есть, выполнения этапа 203), и на фиг. 6В показано обновление скорости, инвертированной в результате вязко-акустической полной инверсии волнового поля (то есть, выполнения этапа 305), при фиксированных значениях Q. При обеих полных инверсиях волнового поля синтетические вязко-акустические данные использовались в качестве наблюденных данных. На фиг. 6А и 6В наглядно показано, что включение или не включение Q в полную инверсию волнового поля оказывает значительное влияние на инверсию скорости. В этом конкретном случае включение фиксированного Q в полную инверсию волнового поля несомненно улучшает обновление скорости в целевой газовой области (сравните 601 и 602). Кроме того, такую же последовательность действий применяли к трехмерным полевым данным морских исследований и при выполнении полной инверсии волнового поля при фиксированном Q получали визуально более качественные геологические структуры по сравнению с акустической полной инверсией волнового поля.
[90] При всех практических применениях предложенное технологическое усовершенствование следует использовать в сочетании с компьютером, программируемым в соответствии со сведениями, изложенными в данной заявке. Для эффективного выполнения полной инверсии волнового поля предпочтительно, чтобы компьютер представлял собой высокопроизводительный компьютер (ВПК), известный специалистам в данной области техники. Такие высокопроизводительные компьютеры обычно включают в себя кластеры узлов, при этом каждый узел имеет многочисленные центральные процессоры и компьютерную память, что обеспечивает параллельные вычисления. Модели можно визуализировать и редактировать посредством любых интерактивных программ визуализации и соответствующего аппаратного обеспечения, такого как мониторы и проекторы. Архитектуру систем можно изменять, а систему можно составлять из любого количества подходящих структур аппаратного обеспечения, способных выполнять логические операции и отображать выходные данные в соответствии с предложенным технологическим усовершенствованием. Специалистам в данной области техники известны подходящие суперкомпьютеры, которые можно получить от Cray или IBM.
[91] В предложенных способах допускаются различные модификации и альтернативные формы, а примеры, рассмотренные выше, приведены лишь для иллюстрации. Однако предложенные способы не предполагаются ограниченными конкретными примерами, раскрытыми в данной заявке. В действительности, предложенные способы включают в себя все альтернативы, модификации и эквиваленты в пределах сущности и объема приложенной формулы изобретения.
Список литературы
Нижеследующие источники полностью включены в эту заявку путем ссылки.
Bai J., Yingst D., Bloor R., Leveille L., 2014, ʺViscoacoustic waveform inversion of velocity structures in the time domainʺ, Geophysics, 79, R103-R119;
Liu J., 2007, ʺMethod for performing pseudo-Q migration of seismic dataʺ, публикация WO2009/123790 международной заявки;
Liu J., Bear L., Krebs J., Montelli R. and Palacharla G., 2008, ʺTomographic inversion by matrix transformationʺ, Geophysics, 73(5), VE35-VE38;
Pratt R.G., Shin C. and Hicks G.J, 1998, ʺGauss-Newton and full Newton methods in frequency-space seismic waveform inversionʺ, Geophysical Journal International, 133, 341-362;
Tarantola A., 1984, ʺInversion of seismic reflection data in the acoustic approximationʺ, Geophysics, 49, 1259-1266; и
Zhou J., Wu., Teng K., Xie Y, Lefeuvre F., Anstey I, Sirgue L., 2014, ʺFWI-guided Q tomography for imaging in the presence of complex gas cloudsʺ, 76th EAGE conference.