Способ и система прогнозирования эффективных толщин в межскважинном пространстве при построении геологической модели на основе метода кластеризации спектральных кривых
METHOD AND SYSTEM FOR PREDICTION OF EFFECTIVE THICKNESSES IN INTER-WELL SPACE DURING CONSTRUCTION OF GEOLOGICAL MODEL BASED ON SPECTRAL CURVES CLUSTERING METHOD

Данное изобретение относится к сейсмической разведке нефтяных и газовых коллекторов и, более конкретно, относится к обработке сейсмических данных, например на высокоскоростном цифровом компьютере с использованием технологии обработки. Изобретение может быть использовано для определения эффективных толщин изучаемого пласта в межскважинном пространстве из данных сейсморазведки и учете полученной информации при прогнозировании геологических свойств. Предложенный способ может быть использован для анализа изменения эффективных толщин геологических пластов на основании изменения энергии спектральных характеристик.
Геологической основой заявленного предложения является то обстоятельство, что изменение эффективных толщин пласта оказывает влияние на распределение энергии полезного сигнала по частотам. Вследствие этого кластеризация распределения энергии спектральных характеристик по площади позволяет связать полученные центры кластеров с изменением эффективных толщин.
Известен способ кластеризации формы сейсмической записи с последующей сортировкой центров классов по патенту США US 6223126 «Мультитрибутная классификация сейсмических сигналов» (дата публикации: 24.04.2001, МПК G01V 1/28). Сущность способа заключается в кластеризации трасс суммарного волнового поля и дальнейшей пересортировкой центров кластеров по коэффициенту корреляции первой и последующей трассы центра кластеров. Способ использования одного или нескольких объемов сейсмических трасс для идентификации реальных трендов множества сейсмических особенностей вдоль подземного горизонта включает:
- выбор характерного подмножества трасс из указанного объема сейсмических трасс, причем указанное подмножество трасс пересекает указанный горизонт;
- сравнение полной формы волны каждой трассы в каждом упомянутом подмножестве каждого объема трассы с каждой другой трассой в упомянутом подмножестве над предварительно определенными зонами выше и ниже указанного подповерхностного горизонта, чтобы определить коэффициент сходства для каждой трассы с каждой другой трассой в упомянутом подмножестве трасс;
- разделение трасс в указанном подмножестве на ряд классов сигналов на основе дисперсии указанного коэффициента подобия для трасс в указанном подмножестве; а также
- группировка трасс в указанном подмножестве в соответствии с указанными классами сигналов, отображение трасс в соответствии с упомянутыми классами сигналов, что выявляет реальные тренды множества сейсмических особенностей.
Общими признаками способов является выбор объема сейсмических данных в горизонте (выбор исследуемой области), выбор трасс (определение амплитудных значений по меньшей мере в одной выбранной исследуемой области), которые пересекают горизонт, определение подобия и кластеризация трасс (спектральных кривых).
Недостатком данного способа является использование менее эффективного способа кластеризации спектральных кривых и отсутствие сравнения эффективных толщин пласта, полученных в результате интерпретации геофизических исследований скважин, от соответствующих их географическому положению центров кластеров, что в целом снижает точность прогнозирования эффективных толщин пласта.
Система по патенту США US 6223126 включает последовательно соединенные блоки: выбора объема сейсмических данных; выбора подмножества трасс, которые пересекают горизонт; определения коэффициента подобия для каждой трассы в подмножестве; разделения трасс в указанном подмножестве на ряд классов сигналов на основе дисперсии указанного коэффициента подобия для трасс в указанном подмножестве; группировки трасс в указанном подмножестве в соответствии с указанными классами сигналов и выявления реальных трендов множества сейсмических особенностей.
Общими признаками систем является наличие блоков: блок выбора объема сейсмических данных (блок выбора исследуемой области), блок разделения трасс в указанном подмножестве на ряд классов (блок кластеризации); блок группировки трасс в указанном подмножестве (блок сортировки центров кластеров).
Недостатками устройства является невысокая точность прогнозирования эффективных толщин пласта за счет отсутствия блока для определения регрессивной зависимости эффективных толщин пласта, полученных в результате интерпретации геофизических исследований скважин, от соответствующих их географическому положению центров кластеров, а также набора блоков, которые позволяют более точно сформировать центры кластеров спектральных кривых.
Наиболее близкий к способу создания куба спектральных характеристик является способ создания «куба настройки», известный из патента РФ RU 2187828 «Спектральное разложение для сейсмической интерпретации» (дата публикации: 20.08.2002, МПК G01V 1/30). В данном патентном документе преобразование сейсмических трасс в «куб настройки» обеспечивается с помощью преобразования Фурье.
В заявленном способе прогнозирования эффективных толщин использован метод непрерывного вейвлет преобразования, что также является операцией по созданию частотной характеристики. Однако вейвлет преобразование, в отличие от преобразования Фурье, обеспечивает более четкое выявление особенностей спектральных кривых при удалении шума из временных рядов. Таким образом, в результате вейвлет преобразования точность анализа остается постоянной на всех участках спектральных кривых в частотно-временной плоскости.
Способ по патентному документу RU 2187828 включает этапы, при котором:
- получают набор сейсмических трасс, распределенных по заранее определенному объему земли, причем упомянутые сейсмические трассы содержат цифровые выборки, которые характеризуются, по меньшей мере, временем, положением и амплитудой;
- выбирают часть указанного объема и содержащиеся в нем сейсмические трассы для определения зоны интереса в указанном объеме;
- выполняют дискретное преобразование Фурье части указанных сейсмических трасс в пределах указанной зоны интереса;
- из выходного объема спектрального разложения формируют «куб настройки» для использования в сейсмической разведке;
- формируют карту для разведки нефти и газа.
Общими признаками является наличие следующих этапов: получение набора сейсмических трасс, распределенных по заранее определенному объему земли (регистрация упругих волн в зоне интереса); выбор части указанного объема и содержащиеся в нем сейсмических трасс для определения зоны интереса в указанном объеме (выбор по меньшей мере одной исследуемой области в исходном суммарном кубе сейсмических данных); выполнение дискретного преобразования части указанных сейсмических трасс в пределах указанной зоны интереса (выполнения непрерывного вейвлет преобразования), формирование карты для разведки нефти и газа (построение карты эффективных толщин пласта в зонах незатронутых бурением по данным регрессионной зависимости).
Недостатком известного способа является невысокая точность преобразования полученных сейсмических данных и отсутствие способа для построения высокоточных карт прогнозирования эффективных толщин пласта.
Система по патентному документу RU 2187828 включает последовательно соединенные блоки:
- преобразования, по меньшей мере, части сейсмических трасс в зоне интереса, используя преобразование Фурье для создания множества связанных коэффициентов преобразования;
- организации упомянутых коэффициентов преобразования в объем спектрального разложения;
- масштабирования к упомянутым коэффициентам преобразования для формирования масштабированного объема разложения;
- отображения указанного масштабированного объема разложения. Общими признаками систем является наличие блока преобразования
(блок раскладки), блока организации упомянутых коэффициенты преобразования в объем спектрального разложения (блок формирования куба спектральных кривых).
Недостатком системы является отсутствие возможности построения высокоточных карт для прогнозирования эффективных толщин пласта.
Основной задачей является повышение надежности выявления и картирования областей с разными геологическими свойствами, оказывающими влияние на частотный состав энергии упругих колебаний, что позволяет осуществить более надежное заложение разведочных и эксплуатационных скважин.
Технический результат заключается в повышении эффективности и достоверности прогноза эффективных толщин геологического пласта, а также формирование более точных карт эффективных толщин пласта в межскважинном пространстве.
Технический результат достигается за счет того, что при осуществлении способа прогнозирования эффективных толщин:
- формируют по методу общей глубинной точки (ОГТ) суммарный куб сейсмических данных из упругих волн, зарегистрированных в зоне интереса с использованием расположенных на поверхности сейсмодатчиков, при этом суммарный куб сейсмических данных характеризуется по меньшей мере временем, географическим положением и амплитудой;
- выбирают по меньшей мере одну исследуемую область в суммарном кубе сейсмических данных с помощью пикирования отражающего горизонта;
- раскладывают суммарный куб сейсмических данных на несколько кубов сейсмических спектральных данных, с использованием алгоритма непрерывного вейвлет преобразования и с заданным спектральным шагом, сохраняя выбранную по меньшей мере одну исследуемую область;
- определяют амплитудные значения по меньшей мере в одной выбранной исследуемой области;
- по полученным амплитудным значениям для каждой выбранной исследуемой области формируют куб спектральных кривых, по вертикальной оси которого расположена частота;
- кластеризуют спектральные кривые по подобию формы с определением центров кластеров;
- сортируют центры кластеров по убыванию энергии в первой трети части спектра;
- определяют регрессионную зависимость эффективных толщин пласта, полученных в результате интерпретации геофизических исследований скважин, от соответствующих их географическому положению центров кластеров;
- строят карту эффективных толщин пласта в зонах незатронутых бурением по данным регрессионной зависимости.
При осуществлении способа могут выбирать по меньшей мере одну исследуемую область в суммарном кубе сейсмических данных с помощью пикирования горизонта по оси синфазности.
Исследуемая область может иметь временной объем, а заданный спектральный шаг может быть равен 2 Гц. Кластеризацию спектральных кривых куба спектральных кривых по подобию формы с определением центров кластеров могут выполнять с помощью алгоритма к-средних.
При осуществлении способа могут определять не менее 10 центров кластеров. Эффективные толщины пласта могут соответствовать пористости пласта от 13% и более.
Технический результат достигается за счет того, что система прогнозирования эффективных толщин в межскважинном пространстве включает компьютер, запрограммированный для выполнения способа, при котором:
- формируют по методу общей глубинной точки (ОГТ) суммарный куб сейсмических данных из упругих волн, зарегистрированных в зоне интереса с использованием расположенных на поверхности сейсмодатчиков, при этом суммарный куб сейсмических данных характеризуется по меньшей мере временем, географическим положением и амплитудой;
- выбирают по меньшей мере одну исследуемую область в суммарном кубе сейсмических данных с помощью пикирования отражающего горизонта;
- раскладывают суммарный куб сейсмических данных на несколько кубов сейсмических спектральных данных, с использованием алгоритма непрерывного вейвлет преобразования и с заданным спектральным шагом, сохраняя выбранную по меньшей мере одну исследуемую область;
- определяют амплитудные значения по меньшей мере в одной выбранной исследуемой области;
- по полученным амплитудным значениям для каждой выбранной исследуемой области формируют куб спектральных кривых, по вертикальной оси которого расположена частота;
- кластеризуют спектральные кривые по подобию формы с определением центров кластеров;
- сортируют центры кластеров по убыванию энергии в первой трети части спектра;
- определяют регрессионную зависимость эффективных толщин пласта, полученных в результате интерпретации геофизических исследований скважин, от соответствующих их географическому положению центров кластеров;
- строят карту эффективных толщин пласта в зонах незатронутых бурением по данным регрессионной зависимости.
Компьютер системы прогнозирования эффективных толщин в межскважинном пространстве может быть запрограммирован на осуществление способа, при котором выбирают по меньшей мере одну исследуемую область в суммарном кубе сейсмических данных с помощью пикирования горизонта по оси синфазности. Исследуемая область может иметь временной объем, а заданный спектральный шаг может быть равен 2 Гц. Кластеризацию спектральных кривых куба спектральных кривых по подобию формы с определением центров кластеров могут выполнять с помощью алгоритма к-средних. При осуществлении способа, на осуществление которого запрограммирован компьютер, могут быть определены не менее 10 центров кластеров. Эффективные толщины пласта при этом могут соответствовать пористости пласта от 13% и более.
Компьютер может быть выполнен с возможностью регистрации упругих волн с использованием расположенных на поверхности сейсмодатчиков.
Компьютер может быть выполнен с возможностью выбора суммарного куба сейсмических данных из ранее сформированного множества суммарных кубов сейсмических данных.
Компьютер может быть выполнен с возможностью предоставления рекомендаций оператору.
Компьютер может содержать по меньшей мере последовательно соединенные блоки:
- блок формирования суммарного куба (БФСК), в котором формируют по методу общей глубинной точки (ОГТ) суммарный куб сейсмических данных из упругих волн, зарегистрированных в зоне интереса с использованием расположенных на поверхности сейсмодатчиков, при этом суммарный куб сейсмических данных характеризуется по меньшей мере временем, географическим положением и амплитудой, а БФСК содержит вход для ввода объема данных;
- блок выбора исследуемой области (БВИО), в котором выбирают по меньшей мере одну исследуемую область в суммарном кубе сейсмических данных с помощью пикирования отражающего горизонта;
- блок раскладки суммарного куба (БРСК), в котором раскладывают суммарный куб сейсмических данных на несколько кубов сейсмических спектральных данных, с использованием алгоритма непрерывного вейвлет преобразования и с заданным спектральным шагом, сохраняя выбранную, по меньшей мере одну исследуемую область;
- блок определения амплитудных значений (БОАЗ), в котором определяют амплитудные значения по меньшей мере в одной выбранной исследуемой области;
- блок формирования куба спектральных кривых (БФКСК), по полученным амплитудным значениям для каждой выбранной исследуемой области формируют куб спектральных кривых, по вертикальной оси которого расположена частота;
- блок кластеризации (БК), в котором кластеризуют спектральные кривые по подобию формы с определением центров кластеров;
- блок сортировки центров кластеров (БСЦК), в котором сортируют центры кластеров по убыванию энергии в первой трети части спектра;
- блок определения регрессивной зависимости (БОРЗ), в котором определяют регрессионную зависимость эффективных толщин пласта, полученных в результате интерпретации геофизических исследований скважин, от соответствующих их географическому положению центров кластеров;
- блок построения карты эффективных толщин пласта (БПК), в котором строят карту эффективных толщин пласта в зонах незатронутых бурением по данным регрессионной зависимости.
Кроме того, компьютер может включать блок отображения информации, соединенный с блоком построения карты эффективных толщин пласта.
Компьютер может включать блок базы данных, выполненный с возможностью хранения по меньшей мере одного суммарного куба сейсмических данных, при этом блок базы данных подключен к блоку выбора исследуемой области (БВИО).
Компьютер может включать блок записи карт эффективных толщин пласта, соединенный с блоком построения карты эффективных толщин пласта.
Все блоки могут быть выполнены в одном общем корпусе или разделены на несколько конструктивных блоков.
В результате разработан способ и система, обеспечивающие обработку сейсмических данных и кластеризацию спектральных кривых для прогнозирования эффективных толщин в межскважинном пространстве при построении высокоточной геологической модели (карт пласта и/или пластов).
Заявленный способ и система прогнозирования эффективных толщин в межскважинном пространстве за счет преобразования всего объема полученных сейсмических данных в исследуемой области с применением непрерывного вейвлет преобразования (НВП) и предложенной методики кластеризации центров кластеров, которые географически связаны с ранее полученными реальными результатами интерпретаций геофизических исследований скважин, позволяют повысить точность прогнозирования расположения эффективных толщин пласта в зонах незатронутых бурением.
Сущность методики заключается в разложении исходного суммарного куба сейсмических данных на отдельные спектральные характеристики с помощью алгоритма непрерывного вейвлет преобразования по формуле:
где
σ,τ - параметры масштабирования,
ƒ(f) - сейсмический сигнал,
ψ(t) - импульс,
t - время.
По полученным амплитудным значениям для каждой выбранной исследуемой области формируют куб спектральных кривых, по вертикальной оси которого расположена частота, при этом каждая спектральная кривая такого куба представляет собой трассу.
Трассы (спектральные кривые) сформированного куба спектральных кривых кластеризуют, например с помощью алгоритма к-средних, который минимизирует среднеквадратичную ошибку по формуле:
где
μ - среднее значение выборок в кластере,
i
j - значение точки,
С - выборка точек в датасете;
n - число кластеров.
Полученные центры кластеров сортируют по убыванию энергии в первой трети части спектральной кривой. Центрам кластеров могут быть присвоены порядковые номера по убыванию энергии в первой трети части спектра. Номера центров кластеров присваиваются итоговой карте, вычисляют регрессивную зависимость карты центров кластеров спектральных кривых и эффективных толщин по скважинным данным, которые сравнивают с априорной информацией об эффективных значениях пласта. В результате осуществляют прогноз эффективных толщин в межскважинном пространстве и зонах незатронутых бурением. Полученный прогноз эффективных толщин используют при построении геологической модели для определения уровня запасов углеводородов по пласту. В результате прогноз выполняют путем совместного статистического анализа значений центров кластеров и целевых геологических параметров (эффективной толщины). По результатам статистического анализа делают суждение о связи спектральных кривых с параметром геологической среды (эффективной толщиной). Степень эффективности толщины пласта, а также возможность отнесения толщины пласта к эффективной может быть обеспечена для способа и системы отдельно. Например эффективность может быть установлена при пористости пласта 13%.
Изобретение поясняется следующими фигурами:
на фиг. 1 - схема формирования куба спектральных кривых;
на фиг. 2 - пример волнового поля, полученного с использованием сейсмодатчиков, расположенных на поверхности;
на фиг. 3 - пример вейвлет преобразование трасс исходного суммарного куба сейсмических данных для частот 20, 30, 40 Гц;
на фиг. 4 - разрез куба спектральных кривых вдоль вертикальной оси частот;
на фиг. 5 - центры кластеров спектральных кривых до сортировки;
на фиг. 6 - центры кластеров спектральных кривых после сортировки;
на фиг. 7 - зависимость эффективных толщин пласта, полученных в результате интерпретации геофизических исследований скважин, от соответствующих их географическому положению центров кластеров;
на фиг. 8 - карта прогнозного значения эффективных толщин пласта с обозначенными скважинами, по которым были получены результаты интерпретации геофизических исследований;
на фиг. 9 - пример системы прогнозирования эффективных толщин в межскважинном пространстве.
Способ осуществляют следующим образом:
Осуществляют регистрацию (запись) сейсмических колебаний путем установки сейсмологических датчиков на поверхность земли. Максимальное время одновременной записи не ограничено. В качестве примера использовано месторождение М. Целевым объектом для оценки запасов нефти выступает пласт L.
На месторождении получены 3D-данные сейсморазведки МОГТ (метод общей глубинной точки) на площади 382 кв.км путем возбуждения и приема упругих волн в зоне интереса. Получены данные по 79 скважинам (измерения эффективной толщины целевого интервала), расположенным на площади исследования.
Проведена обработка сейсморазведочных данных МОГТ с получением суммарного куба сейсмических данных 1 (суммарного волнового поля) (фиг. 1). На фиг. 1. Представлен суммарный куб 1 сейсмических данных, который характеризуется временем (t), географическим положением (х; у) и амплитудой (А).
Выбирают исследуемую область 2 в суммарном кубе 1 сейсмических данных с помощью пикирования отражающего горизонта (фиг. 1, фиг. 2). Исследуемая область 2 может быть плоской или иметь временной объем, например 5 мсек.
Выполняют непрерывное вейвлет преобразование (НВП) всех трасс суммарного куба 1 сейсмических данных с использованием импульса Риккера, с выбранным шагом частот 2 Гц (фиг. 1). Раскладывают суммарный куб 1 сейсмических данных на несколько кубов сейсмических спектральных данных с использованием алгоритма непрерывного вейвлет преобразования и с заданным спектральным шагом (2 Гц), сохраняя выбранную исследуемую область 2.
На фиг. 3 представлен пример вейвлет преобразования (с шагом 10 Гц) трасс куба 1 для частот 20, 30, 40 Гц.
После разложения суммарного куба 1 определяют амплитудные значения в выбранной исследуемой области 2. По полученным амплитудным значениям для каждой выбранной исследуемой области 2 формируют куб 3 спектральных кривых, по вертикальной оси которого расположена частота (фиг. 1).
На фиг. 4 представлен разрез куба 3 спектральных кривых, интенсивность цвета на котором указывает на значения энергии (частоты).
На фиг. 5 представлен набор спектральных кривых, полученных из куба 3 спектральных кривых.
Кластеризуют спектральные кривые 4, например с использованием алгоритма к-средних, основанного на использовании мини выборок датасета по формуле (2).
Сортируют центры кластеров по убыванию энергии в первой трети части спектра. В результате сортировки центров кластеров на фиг. 6 представлены центры кластеров после сортировки. Центрам кластеров присвоены номера от 1 до 20 в порядке убывания энергии в первой трети части спектра.
Определяют регрессионную зависимость эффективных толщин пласта, полученных в результате интерпретации геофизических исследований скважин, от соответствующих их географическому положению центров кластеров (фиг. 7), где К - порядковый номер центра кластера после сортировки (от 1 до 20), Н - карта эффективных толщин пласта, сформированная по полученным результатам интерпретации геофизических исследований скважин. При этом каждый центр кластера несет информацию о географическом положении, сохраненную на стадии формирования суммарного сейсмических данных, и соответствует географическому положению ранее исследованной скважины.
Совместный анализ карты центров кластеров спектральных кривых и эффективной мощности скважин позволил установить функциональную связь между этими параметрами с коэффициентом корреляции выше 0,7 (фиг. 7).
Формула пересчета по линейной зависимости из номеров кластеров в эффективные толщины в этом случае будет:
где К - порядковый номер центра кластера после сортировки (от 1 до 20), Н - карта эффективных толщин пласта, сформированная по полученным результатам интерпретации геофизических исследований скважин.
Полученная функциональная связь позволила построить карту прогнозного значения эффективных толщин (фиг. 8) из карты центров кластеров спектральных кривых, которая в дальнейшем позволяет формировать геологическую модель распространения насыщенных коллекторов по площади исследования.
Для данного примера порода считается коллектором (эффективная толщина пласта) при пористости породы выше 13%. Таким образом, зоны на карте (фиг. 8), окрашенные от светло-зеленного до красного цвета, являются эффективными толщинами пласта.
В результате по данным множества карт эффективных толщин пласта можно построить трехмерную геологическую модель недр земли.
Система прогнозирования эффективных толщин в межскважинном пространстве включает компьютер, который выполнен с возможностью регистрации упругих волн с использованием расположенных на поверхности сейсмодатчиков.
На фиг. 9 представлена система, в которой компьютер (на фиг. не показан) содержит последовательно соединенные блоки: блок 5 формирования суммарного куба (БФСК), в котором формируют по методу общей глубинной точки (ОГТ) суммарный куб 1 сейсмических данных из упругих волн, зарегистрированных в зоне интереса с использованием расположенных на поверхности сейсмодатчиков, при этом суммарный куб 1 сейсмических данных характеризуется по меньшей мере временем (t), географическим положением (х; у) и амплитудой (А), а БФСК содержит вход для ввода объема данных; блок 6 выбора исследуемой области (БВИО), в котором выбирают исследуемую область 2 в суммарном кубе 1 сейсмических данных с помощью пикирования отражающего горизонта; блок 7 раскладки суммарного куба (БРСК), в котором раскладывают суммарный куб 1 сейсмических данных на несколько кубов сейсмических спектральных данных, с использованием алгоритма непрерывного вейвлет преобразования и с заданным спектральным шагом, сохраняя выбранную исследуемую область 2; блок 8 определения амплитудных значений (БОАЗ), в котором определяют амплитудные значения п выбранной исследуемой области 2; блок 9 формирования куба спектральных кривых (БФКСК), по полученным амплитудным значениям для каждой выбранной исследуемой области 2 формируют куб 3 спектральных кривых, по вертикальной оси которого расположена частота (А); блок 10 кластеризации (БК), в котором кластеризуют спектральные кривые 4 по подобию формы с определением центров кластеров; блок 11 сортировки центров кластеров (БСЦК), в котором сортируют центры кластеров по убыванию энергии в первой трети части спектра; блок 12 определения регрессивной зависимости (БОРЗ), в котором определяют регрессионную зависимость эффективных толщин пласта, полученных в результате интерпретации геофизических исследований скважин, от соответствующих их географическому положению центров кластеров; блок 13 построения карты эффективных толщин пласта (БПК), в котором строят карту эффективных толщин пласта в зонах незатронутых бурением по данным регрессионной зависимости.
Таким образом, при осуществлении заявленного способа и применении системы обеспечивается повышение эффективности и достоверности прогноза эффективных толщин пластов за счет учета информации, полученной при геофизических исследованиях скважин о поглощающих свойствах среды при построении геологической модели.