Сейсмическая инверсия

Сейсмическая инверсия

Сейсмическая инверсия

Сейсмическая инверсия — это процесс преобразования сейсмических данных в количественное описание свойств пород, слагающих резервуар. Существует несколько видов сейсмической инверсии: сейсмическая инверсия до суммирования, сейсмическая инверсия после суммирования, детерминистическая инверсия, стохастическая инверсия и геостатистическая инверсия. Как правило, для выполнения инверсии могут использоваться и другие данные, такие как данные ГИС и описание керна.

Введение

Сейсмические исследования проводятся для получения данных о геологическом строении нефтяных и газовых месторождений. При выполнении съемки записываются звуковые волны, которые проходят через слои породы и флюида в земной коре. Амплитуду и частоту звуковых волн можно оценить таким образом, что эффекты боковых лепестков и эффекты интерференции сейсмического импульса могут быть устранены.

Сейсмические данные можно изучать и интерпретировать сами по себе без инверсии, однако это не позволяет получить наиболее детальное представление о строении недр, а при определенных условиях может даже привести к получению недостоверного результата. Благодаря эффективности и качеству сейсмической инверсии, в настоящее время большинство нефте- и газодобывающих компаний применяют инверсионные технологии с целью увеличения разрешенности и повышения надежности данных, а также для улучшения качества оценки свойств пород, в том числе пористости и нефтенасыщенной толщины.

Существует множество различных инверсионных технологий, которые можно условно подразделить на две совокупности категорий: во-первых, по признаку выполнения -инверсии до или после суммирования, и, во-вторых, инверсия с разрешением сейсмических данных или с разрешением каротажных данных. Сочетание этих категорий позволяет получить четыре технических подхода к решению инверсионной задачи, а выбор определенного типа инверсии в каждом конкретном случае зависит от поставленных задач и характеристики самих пород. Несмотря на то, что представленный порядок отражает развитие инверсионных технологий за последние 20 лет, каждая категория находит свое эффективное применение при выполнении отдельных проектов или являясь частью более крупного рабочего графа.

Оценка импульса

Для всех современных методик сейсмической инверсии необходимы сейсмические данные и импульс, оцененный по этим данным. Как правило, трасса коэффициенов отражения по скважине в пределах границ сейсмической съемки используется для оценки фазы и частоты импульса. Точная оценка импульса очень важна для успешного выполнения любой инверсии. Предполагаемая форма сейсмического импульса может в значительной степени повлиять на результат сейсмической инверсии и следовательно на последующую оценку фильтрационно-емкостных свойств резервуара.

Амплитуда и фазовый спектр импульса оцениваются статистически либо только по сейсмическим данным, либо по сейсмическим данным при увязке со скважинными данными, используя скважины с акустическим и плотностным каротажом. Полученный сейсмический импульс в свою очередь будет использоваться для оценки сейсмических коэффициентов отражения в процессе сейсмической инверсии.

Если оцененная (постоянная) фаза статистического импульса согласована с конечным результатом, то процесс оценки импульса сходится быстрее, чем в случае предположения о «нулевой фазе». Незначительное редактирование и процедура 'растяжение и сжатие' могут быть использованы для лучшего совмещения осей синфазности. Точная оценка импульса требует точной привязки кривой импеданса к сейсмическим данным. Ошибки, допущенные при привязке к скважинам, могут привести к фазовым или частотным искажениям при оценке импульса.

После того как импульс определен, для каждой сейсмической трассы рассчитывается синтетическая кривая. Для обеспечения лучшего качества результат инверсии сворачивается с импульсом для получения синтетических сейсмических трасс, которые сравниваются с исходной сейсмикой.

Компоненты Инверсии

Инверсия использует как сейсмические данные, так и скважинные данные. Скважинные данные служат для того, чтобы добавить низкочастотную компоненту за пределами сейсмической полосы частот и, тем самым, ввести ограничения в результат инверсии. Сначала кривые ГИС обрабатываются и редактируются, чтобы убедиться в наличии соответствующей зависимости между кривыми импеданса и необходимыми свойствами. Затем кривые преобразуются во временную область, отфильтровываются для соответствия сейсмической полосе частот, вводятся поправки за влияние ствола скважины, балансируются и классифицируются по качеству.

Сейсмические данные имеют ограниченную полосу частот, что уменьшает сейсмическую разрешенность и снижает качество. Для того чтобы расширить имеющийся частотный диапазон, для получения низкочастотной компоненты используются каротажные данные, скорости временной или глубинной миграции до суммирования и/или региональный градиент. Высокочастотную компоненту можно получить по скважинным данным или из геостатистического анализа.

Предварительные инверсии часто выполняются с ослабленными ограничениями, начинают свое решение от сейсмических данных с добавлением определенного тренда по скважинам. Это дает достаточно объективное представление о резервуаре. На этой стадии важно оценить точность привязки между результатами инверсии и скважинами, а также между исходной сейсмикой и полученной синтетикой. Также очень важно убедиться в том, что импульс соответствует фазе и частоте сейсмических данных.

Без сейсмического импульса решение будет неуникально. Детерминистическая инверсия решает эту задачу путем задания определенных ограничений. Обычно ограничения задаются для каротажных данных. Стохастическая инверсия решает эту задачу, предлагая ряд вероятных решений, которые затем можно проверить с помощью ряда испытаний на предмет наилучшего соответствия различным измерениям, в том числе промысловым данным.

Инверсия после суммирования с «сейсмическим» разрешением (Post-Stack Seismic Resolution Inversion)

Примером инверсии после суммирования с «сейсмическим» разрешением может служить инверсия с пространственными и частотными ограничениями (Constrained Sparse-spike inversion — CSSI), что подразумевает ограниченное количество коэффициентов отражения с большей амплитудой. Результатом инверсии является акустический импеданс (АИ), который представляет собой произведение плотности породы на скорость продольной волны. В отличие от сейсмических данных метода отраженных волн, которые являются свойством границ, акустический импеданс — это свойство породы. Качество полученной модели выше и модель свободна от влияния тьюнинга и интерференции, обусловленных импульсом.

Инверсия CSSI преобразует сейсмические данные в кривую псевдо-акустического импеданса в каждой трассе. Акустический импеданс используется для получения более точной и детальной структурной и стратиграфической интерпретации в сравнении с сейсмической интерпретацией (или интерпретацией сейсмических атрибутов). Для многих геологических обстановок характерно наличие устойчивой связи акустического импеданса c петрофизическими свойствами, такими как пористость, литология и флюидонасыщение.

«Хороший» алгоритм инверсии CSSI позволяет получить из суммарных сейсмических данных четыре высококачественных куба: куб импеданса в полном диапазоне частот, куб импеданса в ограниченной полосе частот, модель коэффициентов отражения и низкочастотная компонента. Каждую компоненту можно исследовать на предмет значимости для выбора того или иного решения, а также для выполнения контроля качества результатов.

Для лучшей адаптации алгоритмов к поведению реальных горных пород некоторые алгоритмы инверсии CSSI используют смешанные нормы и допускают наличие взвешивающего фактора между редкостью решения и невязкой с реальными сейсмическими данными.

Инверсия до суммирования с «сейсмическим» разрешением (Pre-Stack Seismic Resolution Inversion)

Инверсия до суммирования часто применяется, если с помощью инверсии после суммирования не удается достаточно точно определить геологическое строение, используя кривую акустического импеданса. Синхронная инверсия в дополнение к акустическому импедансу позволяет получить сдвиговый импеданс. Несмотря на то, что многие геологические структуры могут обладать сходными характеристиками акустического импеданса, немногие геологические образования имеют одинаковую комбинацию свойств в поле акустического и сдвигового импедансов, позволяющие добиться лучшего разделения и интерпретируемости. Зачастую выполняется анализ с помощью кривых ГИС, который показывает, возможно ли выделить необходимый литотип только посредством акустического импеданса или для этого также понадобится сдвиговый импеданс. И от этого будет зависеть неоходимость выбора того или иного типа инверсии — либо инверсии до суммирования, либо инверсии после суммирования.

Синхронная инверсия — это метод инверсии до суммирования, в котором используются множественные частичные угловые или оффсетные суммы и соответствующие импульсы в качестве входных данных, а на выходе получаются кубы АИ, СИ и плотности (однако очень редко можно добиться такой же высокой разрешенности плотности, какой можно добиться у акустического импеданса). Это помогает улучшить разделение литологии, пористости и эффектов флюида. Для каждой исходной частичной суммы оценивается свой индивидуальный импульс. Все модели, частичные суммы и импульсы подаются на вход единого алгоритма инверсии, что позволяет инверсии эффективно компенсировать эффекты оффсетно-зависимых фазы и частотного диапазона, тьюнинга и растяжения за счет ввода кинематических поправок.

Алгоритм инверсии сначала оценивает последовательности коэффициентов отражения продольной волны, зависящие от угла падения, для входных частичных сумм. Затем они используются в полном уравнении Zoeppritz (или в некоторых алгоритмах аппроксимации типа Aki-Richards) для определения коэффициентов отражения для ненулевых углов в ограниченной полосе частот. Они затем смешиваются со своими низкочастотными аналогами, взятыми из модели. После этого приближенный результат улучшается при выполнении финальной инверсии относительно АИ, СИ и плотности, с учетом различных жестких и мягких ограничений. Одно из ограничений может контролировать связь между плотностью и скоростью продольной волны. Это необходимо в том случае, когда диапазон углов недостаточно широк для определения плотности.

Важная часть процесса инверсии заключается в оценке сейсмических импульсов. Это достигается путем расчета фильтра, который наилучшим образом переводит зависящую от угла последовательность коэффициентов отражения в области интереса к соответствующей оффсетной сумме в точке расположения скважины. Коэффициенты отражения рассчитываются по кривым акустического импеданса, сдвигового импеданса и плотности с помощью уравнений Zoeppritz. Импульсы, амплитуды характерные для каждой оффсетной суммы, напрямую используются в качестве входных данных в алгоритме инверсии. Поскольку для каждой оффсетной суммы рассчитывается свой импульс, автоматически выполняется компесация оффсетно-зависимого частотного диапазона, масштабирования и тьюнинга. Импульс ближней суммы можно использовать в качестве отправной точки для оценки импульсов больших углов или дальних офсетов.

Никаких априорных сведений об упругих параметрах и плотности помимо области решения, заданных любыми жесткими ограничениями, в точках скважин не используется. Это делает сравнение отфильтрованных кривых ГИС и результатов инверсии естественным методом контроля. Самые низкие частоты в результатах инверсии заменяются данными из геологической модели, поскольку они не контролируются сейсмическими данными.

При необходимости к целевой функции может добавляться элемент управления пространственными ограничениями и тогда большие группы трасс инвертируются одновременно. В алгоритме синхронной инверсии в качестве входных данных используются множественные угловые сейсмические суммы, а в качестве выходных данных получаем кубы трех упругих параметров.

Получаемые упругие параметры являются истинными свойствами пород, которые могут напрямую соотноситься с фильтрационно-емкостными свойствами коллектора. В более сложных алгоритмах используются полные уравнения Knott-Zoeppritz и делается поправка на изменение амплитуды и фазы с удалением. Это достигается за счет получения уникальных импульсов для каждой входной частичной суммы. Кроме того, к самим упругим параметрам можно напрямую применить ограничения в процессе выполнения инверсии, так что связи между параметрами, установленные на основе рок-физики, ограничивают соотношения пар значений упругих параметров. Финальные модели упругих параметров наиболее оптимально воспроизводят входную сейсмику, так как это является частью оптимизации сейсмической инверсии.

Инверсия данных после суммирования с разрешением данных ГИС (Post-Stack Log Detail Inversion)

Геостатистическая инверсия позволяет интегрировать высокоразрешенные скважинные данные с низкоразрешенными 3D сейсмическими данными, а также позволяет получить модель c хорошей вертикальной разрешенностью в районе скважины и в межскважинном пространстве. Получаемые в итоге модели коллекторов более реалистичны с геологической точки зрения и они позволяют выполнить более точный количественный прогноз неопределенностей для дальнейшей оценки рисков. В результате мы получаем высокодетальные петрофизические модели для последующего гидродинамического моделирования.

Геостатистика отличается от статистики тем, что она признает реалистичными с точки зрения геологии только определенные результаты. Геостатистическая инверсия использует данные из многих источников и полученные модели имеют лучшую разрешенность, чем исходная сейсмика, согласуются с известными геологическими схемами и могут использоваться для оценки и снижения рисков.

Сейсмические данные, каротажные кривые и другие входные данные представлены в качестве функции плотности вероятности (PDF), которая дает геостатистическое описание, основанное на гистограммах и вариограммах. Вместе они определяют вероятность нахождения определенного значения в определенном месте, а также ожидаемые размеры и строение геологических объектов. В отличие от традиционных инверсии и алгоритмов геомоделирования, в геостатистической инверсии используется одношаговый подход, который позволяет одновременно получить импеданс и дискретные свойства или литофации. Применение данного подхода ускоряет сам процесс и повышает точность.

Отдельные функции плотности вероятности объединяются с помощью байесовского принципа, и получаются апостериорные функции плотности вероятности, приведенные ко всему набору данных. Данный алгоритм определяет вес каждого источника данных, исключая возможную смешенность оценок. Апостериорная вероятность затем используется в алгоритме Markov Chain Monte Carlo для получения реалистичных моделей импеданса и литофаций, которые затем используются для ко-симуляции свойств пород, таких как пористость. Как правило, выполняется несколько итераций до тех пор пока не будет получена модель, которая согласуется со всеми данными.

Но даже самая лучшая модель оставляет некоторые неопределенности. Неопределенность может быть оценена путем генерации множества реализаций. Это особенно полезно, если речь идет о параметрах чувствительных к изменениям. Такого рода анализ позволяет лучше оценить степень эксплутационных рисков.

Инверсия до суммирования с разрешением данных ГИС (Pre-Stack Log Detail Inversion)

Геостатистическая AVO (AVA) инверсия объединяет синхронную AVO (AVA) инверсию с алгоритмом геостатистической инверсии, с тем чтобы высокая разрешенность, геостатистические закономерности и AVO эффекты достигались в рамках одного метода. Выходные модели (реализации) согласуются с каротажными данными, сейсмическими данными AVO, и отвечают взаимосвязям свойств пород, найденным в скважинах. Кроме того алгоритм позволяет одновременно получить упругие свойства (АИ, СИ и плотность) и кубы литологии, вместо того чтобы сначала получить литологию, а затем заполнить ячейки значениями импедансов и плотности. Благодаря тому, что все выходные модели удовлетворяют всем входным данным, неопределенность может быть оценена количественно с целью определения диапазона возможностей резервуара в рамках имеющихся ограничений.

В программном обеспечении для выполнения геостатистической AVA инверсии используются передовые геостатистические методики, в том числе выборки основанные на цепях Маркова и плори-Гауссовском моделировании литологии. Тем самым становится возможно использовать «информационную синергетику» для того чтобы восстановить детали, которые могут быть пропущены, если применять детерминистическую инверсию. В результате удается восстановить как общую структуру, так и тонкие детали резервуара. Использование множественных угловых сейсмических сумм в геостатической AVA инверсии позволяет выполнять дальнейшую оценку упругих свойств пород и предполагаемой литологии или сейсмофаций, а также оценку распределения флюида с большей точностью.

Вначале выполняются детальный петрофизический анализ и калибровка каротажных данных. Процесс калибровки заменяет ненадежные измерения и недостающие данные акустического и плотностного каротажа на кривые, синтезированные на основе петрофизических и рок-физических моделей. Каротажные данные используются в процессе инверсии для получения импульсов, восстановления низкочастотной компоненты, отсутствующей в сейсмических данных, а также для проверки и анализа финальных результатов.

Затем, горизонты и кривые ГИС используются для построения стратиграфического каркаса будущей модели. В этом случае данные ГИС используются для расчета статистических характеристик разных типов пород внутри заданного стратиграфического слоя.

Анализ импульса выполняется путем оценки фильтра по каждой из сейсмических сумм, используя упругий (угловой или оффсетный) импеданс в качестве желаемого результата. Качество результата инверсии зависит от извлеченных сейсмических импульсов. Это требует точной привязки кривых акустического каротажа на продольных и поперечных волнах, и кривых плотности к сейсмике. Импульс извлекается отдельно для каждой скважины. Затем для каждого куба извлекается финальный импульс по множеству скважин, используя самые лучшие привязки к скважинам, которые служили в качестве входных данных для инверсии.

Гистограммы и вариограммы строятся для каждого стратиграфического слоя и типа литологии. Предварительное моделирование проводится на небольших участках. Затем выполняется геостатистическая AVA инверсия с целью получения необходимого количества реализаций, которые будут согласовываться со всеми входными данными. Проводится контроль качества полученных результатов путем прямого сравнения инвертированных кубов свойств пород с кривыми ГИС. Дальнейший контроль качества предполагает рассмотрение всех входных параметров и результатов моделирования всеми специалистами.

Анализ множественных реализаций позволяет получить кубы или карты средних (P50) свойств. Чаще всего это кубы литологии или сейсмофаций, прогнозная литология или прогнозные фации. Но возможно также получение и других результатов.

Для выбранных литотипов/фаций также генерируются кубы с вероятностями P15 и P85 (например). Фиксируются 3-мерные тела УВ-содержащих коллекторов с соответствующими им свойствами, и количественно оценивается неопределенность в отношении размера и фильтрационно-емкостных свойств залежи.

Ссылки по теме

• Australian Society of Exploration Geophysicists (ASEG)
• Fugro-Jason, Jason Geoscience Workbench (JGW)
• European Association of Geoscientists and Engineers
• Petroleum Exploration Society of Australia (PESA)
• Society of Exploration Geophysicists
• Society of Petroleum Engineers
• Society of Petrophysicists and Well Log Analysts (SPWLA)
• The University of Texas at Austin Petroleum and Geoscience Engineering Reading Room
• Geological Survey Publications Warehouse

Связать^?