что такое акустический импеданс в сейсморазведке

Сейсмическая инверсия. Теория

Сейсмические инверсии

Как известно, при отражении волны от границы и прохождении её через геологическую среду, может меняться амплитуда, частота и фаза отражённой волны, по изменению этих характеристик геофизики-интерпретаторы пытаются определить параметры нижележащей среды. Если геофизик добавит к этому процессу скважинную информацию, то можно будет получать согласованные параметры среды в межскважинном пространстве, основанные одновременно на сейсмических и скважинных данных.

Прежде чем переходить непосредственно к описанию алгоритмов сейсмической инверсии, ответим сначала на несколько вопросов относительно инверсии.

Геологический разрез, сложенный различными горными породами, мы видим через призму преобразования отражающих границ в амплитуды отражённых волн. Название «инверсия» подразумевает инвертирование/обращение наблюдённых сейсмических амплитуд обратно к упругим характеристикам пород.

Зачем нужна инверсия? Она дает нам множество преимуществ:

В настоящее время разработано большое множество различных инверсионных алгоритмов, также предложена масса классификаций сейсмических инверсий, мы попытались обобщить информацию о современных инверсиях по типу входных данных, по разновидности алгоритмов, а также по получаемым результатам. Принципиальная классификация представлена на рисунке. Стоит отметить, что приведённая классификация отражает представление авторов данного практикума.

Каждый из алгоритмов инверсии обладает своими уникальными особенностями. Мы рассмотрим только те алгоритмы, которые реализованы в программном комплексе Petrel.

2D/3D синхронная детерминистическая инверсия одновременно инвертирует все трассы, используя алгоритм «глобальной оптимизации» для получения наилучшего общего решения. Под решением понимается 2D/3D распределение упругих свойств (импеданс, плотность, скорости). Оценка качества осуществляется с помощью решения прямой задачи (по полученному распределению упругих свойств рассчитывается синтетическое волновое поле и сравнивается с исходным).

При этом, как мы помним, обратная задача геофизики не имеет единственного решения и для любого волнового поля можно подобрать большое количество частных решений, которые в одинаковой степени будут удовлетворять исходным данным. Для того, чтобы сузить количество решений, мы накладываем ряд ограничений, например, величину расхождения исходного волнового поля и синтетического, изменчивость свойств по латерали, отклонение свойств от их низкочастотной модели и т.п. В итоге образуется целевая функция, которая характеризует критерии качества решения данной задачи. При глобальной оптимизации алгоритм перебирает несколько возможных решений, оценивает их качество и выбирает такое решение, при котором целевая функция примет минимальное значение.

Алгоритм “WG Simultaneous Inversion”, используемый в ПО Petrel, работает с данными 2D/3D/4D/азимутальными съёмками; PP/PS съёмками; с данными до- и после- суммирования; используются сейсмические импульсы и низкочастотная модель упругих свойств.

3D стохастическая инверсия алгоритмически реализована несколько иначе. Данный вид инверсии требует предварительного построения 3D структурной модели и перемасштабирования каротажа упругих свойств. По этой причине, результат инверсии очень чувствителен к параметрам построенной модели (геометрия горизонтов, размер элементарных ячеек, разломы и т.п.). В качестве входной информации, помимо каротажей упругих свойств, алгоритм инверсии использует сейсмические импульсы, тренды упругих свойств, а также параметры вариограммы и ряд стохастических параметров. На основе всей входной информации создаётся первоначальная модель упругих свойств, по которым рассчитываются синтетические кубы.

Оценивается разность между исходными сейсмическими кубами и синтетическими кубами, если погрешность больше заданного уровня, первоначальная модель стохастически изменяется таким образом, чтобы уменьшить эту разницу, удовлетворительный результат достигается за несколько итераций.

В силу того, что мы применяем стохастический алгоритм, на выходе мы получаем несколько отличных друг от друга реализаций упругого свойства, при этом, они все являются равновероятностными, и мы не имеем оснований отдать предпочтение одному из них. Это позволяет использовать результат стохастической инверсии для анализа неопределённости, а при необходимости, можно получить среднее по всем реализациям.

Также необходимо отметить, что результат стохастической инверсии сильно зависит от построенной модели, то есть от геометрии структурных горизонтов и параметров построения 3Д модели. Так, бытует мнение, что стохастическая инверсия повышает вертикальную разрешающую способность сейсморазведки.

На самом деле, интерпретатор после стохастической инверсии получает согласованный разрез упругого свойства с более высоким разрешением, но это является результатом влияния скважинных данных высокого разрешения. Особенно это хорошо заметно, если 3Д модель построена с размером ячеек намного меньшим, чем разрешающая способность сейсмической информации. В этом случае можно говорить об увеличении разрешающей способности согласованного сейсмогеологического разреза, помня, что на результат влияли, как сейсмические, так и каротажные данные.

Алгоритм “WG Stochastic Inversion” работает с данными 3D кубами; с данными до- и после- суммирования; используются сейсмические импульсы, низкочастотные модели и упругих свойств и перемасштабированные в модель каротажи.

Источник

Сейсмическая инверсия

Сейсмическая инверсия

Содержание

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.

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.

Источник

Эффективность технологий инверсии данных сейсморазведки 3d как основа построения и уточнения сейсмогеологической модели вендских отложений месторождения восточной сибири

Последние достижения в области интерпретации данных сейсморазведки связаны с инверсионными преобразованиями. Эти данные можно изучать и интерпретировать без применения инверсии, что часто не позволяет получить адекватное представление о строении пласта, а при определенных условиях может приводить к получению недостоверного результата. Благодаря эффективности, относительной простоте и быстрой реализуемости сейсмической инверсии в настоящее время большинство нефте- и газодобывающих компаний применяют технологии инверсии с целью увеличения информативности данных сейсморазведки и повышения надежности прогнозов — достоверности оценки фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) пород, в том числе с вероятностной оценкой получаемых прогнозов (по квантилям Р10, Р50, Р90). Существует множество различных технологий инверсии, выбор определенной из них непосредственно зависит от количества и качества геолого-геофизической информации, а также от поставленных задач и свойств пород изучаемого разреза.

В статье впервые для месторождения Восточной Сибири описан полный цикл работ по инверсии, начиная с наиболее простой — акустической и заканчивая самой сложной в настоящее время — геостатистической. Выполнено сравнение результатов различных методов инверсионных преобразований сейсмических данных и дана оценка их возможностей для прогнозирования перспективных объектов и количественного прогноза ФЕС терригенных венд-нижнекембрийских отложений.

Сейсмическая инверсия

Рис. 2. Схема временнóй толщины прогнозных коллекторов в интервале терригенного венда, полученная из куба акустического импеданса (результат акустической инверсии)

В связи с жесткими сроками реализации программы геолого-разведочных работ (ГРР) на данной площади, не дожидаясь результатов синхронной детерминистической AVO/AVA-инверсии, в выделенный по кубу акустического импеданса перспективный объект была рекомендована скв. 5, результаты бурения и испытания которой позволяют дать независимую оценку всех выполненных видов инверсии. Для контроля качества акустической инверсии необходимо определить корректность восстановления акустического импе данса — результата инверсии путем сравнения с кривой акустического импеданса, полученного по данным каротажа, выполненного в скважине. В интервале целевых пластов — от кровли подсолевого комплекса до фундамента — коэффициент корреляции между кривыми составляет 0,872 (кривые приведены в сейсмическом диапазоне частот до 80 Гц), что свидетельствует о высоком качестве куба акустического импеданса.

Синхронная (упругая) AVO/AVA-инверсия

Алгоритм синхронной AVO/AVA-инверсии принципиально отличается от акустической тем, что одновременно используется несколько угловых или ограниченных по выносу (офсетных) суммарных сейсмических наборов для восстановления распределения импедансов продольных и поперечных волн, их отношения, v_p/v_s, плотности и их производных. Использование набора просуммированных в различных диапазонах сейсмических данных позволяет перейти от акустического варианта, соответствующего нормальному падению отраженных волн, к упругому, учитывающему зависимость коэффициента отражения от угла подхода прямой волны и трех независимых упругих параметров: скорости продольных, поперечных волн и плотности.

Набор входных сейсмических данных требует более тщательной подготовки, для каждой суммы по скважинным данным необходимо оценить сейсмический импульс, низкочастотные модели строятся для каждого упругого параметра. Синхронная инверсия предъявляет более высокие требования, чем акустическая к необходимому набору скважинных данных. Обязательным условием ее выполнения является наличие в скважинах записей широкополосного акустического каротажа дополнительно к акустическому и гамма-гамма плотностному каротажам в значительном интервале глубин, охватывающем не только целевой интервал.

Трехмерная система полевых наблюдений, использованная на участке, обеспечила получение сейсмических данных высокой кратности (номинальная кратность равна 100). Высокая кратность и значительные удаления источника от приемника (максимальное удаление составляет 2802 м) позволили сформировать начальный набор из 10 частично-кратных сумм. Для выполнения синхронной инверсии в параметризации плотность — отношение v_p/v_s требуется минимум информативных частичных сумм.

Сейсмогеологическое строение разреза исследуемой площади крайне сложное. Высокоскоростной разрез, наличие ярких акустических границ и неоднородностей в верхней части разреза, расчлененный рельеф и широко развитая речная сеть негативно влияют на формирование суммарного поля отраженных волн. Скоростная характеристика разреза определяет максимальные углы падения отраженных волн на целевые границы. В разрезе присутствуют контрастные по акустической жесткости слои, преломление лучей на границах которых следует учитывать. Оценка угловых или офсетных диапазонов при выборе необходимого набора частичных сумм выполнена по сейсмограмме общей глубинной точки с финальной стадии обработки вблизи скважины, охарактеризованной записями акустического широкополосного и плотностного каротажей. В качестве скоростной модели использован скоростной закон, определенный при вертикальном сейсмическом профилировании. В этом случае оценка показала наличие углов падения/отражения в целевом интервале до При использовании в качестве скоростного закона скоростей суммирования, применяемых при миграции сейсмическихданных и служащих основой для «нарезки» угловых сумм, оценка дает более низкие значения углов — до В связи с этим возникает необходимость проведения синхронной AVO-инверсии с набором офсетных сумм, которая обусловливает дополнительное построение скоростной модели, обеспечивающей максимально возможную согласованность временных сейсмических данных и данных ГИС в глубинном масштабе. Развитая орогидрографическая сеть в пределах съемки 3D приводит к пропускам в системе наблюдений (из-за невозможности отработки в водоохранных зонах), в результате на ближних удалениях (вплоть до 600 м) частично отсутствуют сейсмические данные.

Сейсмические данные должны быть представлены по площади равномерно, поэтому офсетные диапазоны для первых трех и последних двух сумм были пересмотрены. Необходимыми при подготовке сейсмических данных к синхронной инверсии также являются процедуры нормировки и выравнивания. Последнее заключается в устранении эффекта растяжки сейсмического импульса на больших удалениях, не связанного с геологией. В результате интерпретационного постпроцессинга был сформирован набор из семи офсетных сумм, для которых определен набор соответствующих сейсмических импульсов. Качество выполнения синхронной инверсии контрлируется различными способами: сопоставлением полученных в точках скважин псевдокривых упругих параметров с записанными (отфильтрованными в сейсмическом диапазоне частот); анализом полученных разрезов упругих свойств; сравнением реального сейсмического поля, восстановленного в результате инверсии, и их разницы; анализом автоматически рассчитанных карт качества. Средний для восьми скважин коэффициент корреляции кривой упругого импеданса в целевом интервале составляет 0,889, плотности — 0,763, отношения v_p/v_s — 0,691. По каротажным диаграммам новой скв. 5 можно независимо оценить корректность восстановления упругих параметров: импедансов продольных и поперечных волн, их отношения vp/vs и плотности. В интервале целевых пластов — от кровли подсолевого комплекса до фундамента — коэффициент корреляции между кривыми составляет соответственно 0,81; 0,733; 0,592 и 0,617 (кривые приведены в сейсмическом диапазоне частот до 80 Гц).

Получаемые в результате синхронной инверсии кубы независимых упругих параметров позволяют выполнить более точный по сравнению с акустической инверсией количественный прогноз ФЕС и качественный прогноз распространения литотипов, определенных по скважинным данным (например, литотипа «коллектор»). При прогнозе эффективных толщин целевого пласта В₁₃ использовались временные толщины литотипа «коллектор», полученные при выделении связанных объемов по отсечкам в поле двух упругих параметров: плотности и отношения v_p/v_s. По проверочной скв. 5 получено занижение прогнозных толщин относительно фактических: соответственно 3,9 и 8,9 м. Столь значительное расхождение связано с объективным ограничением прогностической способности детерминистической синхронной инверсии: коллектор толщиной как 5, так и 10 м может выделяться в качестве перспективного объекта временной толщиной 7 мс. Толщина выделяемого по сейсмическим данным перспективного объекта зависит от их качества, свойств коллектора и вмещающих пород. Другой объективной сложностью является определение интервальной скорости в коллекторе для перевода временных толщин в глубинные.

Достоверность прогноза ФЕС целевого пласта, в первую очередь эффективных толщин, позволяет повысить технология геостатистической инверсии.

Технологии геостатистической инверсии

Традиционное геостатистическое моделирование основано на скважинных данных и априорных представлениях о седиментационной модели резервуара. Синхронная сейсмическая инверсия позволяет объединить сейсмические и скважинные данные для описания объемного распределения коллекторских свойств продуктивных пластов, но вертикальная разрешенность полученного результата ограничена сейсмической полосой частот, в то время как объемная модель резервуара в идеале должна обладать разрешенностью скважинных данных. Алгоритм синхронной геостатистической инверсии позволяет максимально приблизиться к решению данной задачи. Для этого геолого-статистическая модель строится на стратиграфической сетке методами геостатистического моделирования, а сейсмические данные являются дополнительным источником информации.

Метод геостатистической инверсии, предложенный А. Хаасом и О. Дюрбулом [4], основан на расчете для каждой реализации волнового поля, соответствующего полученной в процессе статистического моделирования геологической модели. Сравнивая модельное волновое поле с наблюденным, осуществляют отбраковку реализаций, не удовлетворяющих значениям невязок. Описав в виде функции плотности вероятности PDF (Probability Density Function) все источники информации о резервуаре с использованием алгоритма моделирования и отбора вариантов решения (цепи Маркова — Монте-Карло), можно получить множество моделей свойств (упругих и дискретных), согласованных с сейсмическими данными [5].

Геостатистическая инверсия имеет следующие принципиальные отличия от детерминистических алгоритмов.

1. Решение осуществляется на стратиграфической сетке, вертикальный шаг которой определяет вертикальное разрешение прогноза. Объективными ограничениями являются вычислительные мощности и априорная информация об ожидаемых вертикальных размерах слоев и прослоев.

2. Представления о пространственной выдержанности свойств изучаемых отложений описываются многомерными вариограммами.

3. Взаимосвязи между петрофизическими и упругими свойствами описываются многомерными функциями плотности вероятности.

4. Полученное решение — распределение моделируемых литотипов и упругих свойств — согласуется с наблюденным волновым полем. Синтетический сейсмический куб моделируется в рамках сверточной модели трассы, разница между рассчитанным и наблюденным полями регулируется PDF, отвечающей допустимому уровню шума. При работе с частично-кратными суммами взаимосвязь между изменением амплитуд с удалением и упругими параметрами среды (v_p, v_s, плотностью) описывается уравнением Нотта—Цепритца, PDF создается для каждой суммы.

5. Априорная геологическая информация о резервуаре (литологические закономерности, уровни углеводородных контактов и др.) может учитываться в решении в виде трендов.

PDF, описывающие доступную информацию о резервуаре, комбинируются с использованием стратегии Байеса таким образом, чтобы для каждого моделируемого параметра получить апостериорное распределение, согласованное с априорным. Далее с использованием стохастических алгоритмов получают множественные реализации кубов упругих параметров и дискретных свойств (литотипов), которые удовлетворяют всем заданным условиям и дискретизированы так же, как и стратиграфическая сетка, в которой происходит поиск оптимального решения [5]. Результатами геостатистической инверсии являются множественные равновероятностные высокоразрешенные реализации кубов дискретных (литотипы) и упругих (импедансы, плотность, отношение v_p/v_s и др.) свойств. Для дискретных свойств рассчитываются кубы вероятности для каждого литотипа, которые позволяют не только прогнозировать эффективные толщины коллектора, но и выполнить оценку неопределенности прогноза по квантилям Р10, Р50, Р90.

Были выбраны следующие основные технические параметры геостатистической инверсии данного проекта. Шаг вертикальной дискретизации стратиграфической модели задан равным 0,25 мс как оптимальный, позволяющий передать все основные прослои-коллекторы. Горизонтальный шаг выбран равным двукратному расстоянию между инлайнами и кросслайнами, составляет соответственно 25 и 50 м. По данным ГИС для терригенного интервала было выделено несколько литологических разностей, в пространстве упругих свойств достаточно уверенное разделение имеют только литотипы песчаный коллектор и неколлектор, каждый из которых описан своей PDF. Радиус вертикальных вариограмм оценивался по скважинным данным, масштабируемым к шагу дискретизации стратиграфической каркасной модели, радиус горизонтальных вариограмм был выбран с учетом размеров геологических тел, полученных по результатам детерминистической инверсии. Сейсмические данные при геостатистической инверсии используются как «очень жесткий тренд», ограничивающий множество возможных вариаций модели заданными параметрами: уровнем шума — разницей между наблюденным сейсмическим полем и синтетическим, рассчитанным для каждой реализации. Параметр уровень шума определен по результатам синхронной детерминистической инверсии.

Процедуры контроля качества являются неотъемлемой частью инверсии на каждом этапе работы. Часть выполняемых процедур стандартна и для детерминистической, и для стохастической инверсий. При работе с геостатистической инверсией применяются дополнительные методы оценки качества:

— контроль согласованности статистических моделей используемых литотипов со скважинными данными;

— восстановление процентных соотношений между литотипами в изучаемом пласте;

— сопоставление результатов геостатистической инверсии (прогнозных литотипов и упругих свойств) со скважинными данными;

— контроль стабильности реализаций, т.е. повторяемости деталей разреза от одной реализации к другой.

Для данного проекта был выполнен расчет 30 реализаций геостатистической инверсии. Не существует правила, определяющего минимальное число реализаций. Бесполезным также может оказаться расчет большого числа реализаций (более Решение геостатистической инверсии ограничено большим числом условий (PDF упругих и дискретных свойств, пропорциями, сейсмическими критериями), поэтому получаемые реализации могут отличаться одна от другой в деталях. При существенных различиях рекомендуется вернуться на начальный этап работ и перепроверить заданные условия.

Для определения упругих свойств удобно пользоваться кубом средней оценки параметра. На рис. 3 приведено сопоставление разрезов акустического импеданса (среднего по геостатистической инверсии) с результатом синхронной детерминистической инверсии. Очевиден прирост вертикальной разрешенности и информативности вертикальных сечений кубов упругих параметров — результат геостатистической инверсии.

Рис. 3. Сравнение разрезов акустического импеданса в интервале терригенного венда по линии скв. 9—8—5—2—1—6: а, б — результаты синхронной соответственно детерминистической и геостатистической инверсий

На данном проекте интерпретация результатов геостатистической инверсии для каждого пласта состояла в выделении перспективных объектов (геологических тел), оценке эффективной толщины коллекторов и стандартного отклонения эффективной толщины. На рис. 4 приведен разрез куба литотипов по линии скв. 9—8—5—2—1—6. От реализации к реализации тонкие прослои коллекторов незначительно изменяются, средняя оценка позволяет выполнить объективный прогноз для обоих пластов раздельно. На рис. 5 сопоставлены прогнозные карты временных толщин коллекторов: выполнена средняя оценка по 30 реализациям. На карту на рис. 5, б линиями черного цвета наложены перспективные объекты, выделенные по данным синхронной детерминистической инверсии. Видно, что эти объекты приобретают большую детальность и однозначность. Кроме того, выделяются новые геологические тела малой толщины.

Рис. 4. Разрез куба литотипов терригенных пластов В10 и В13 по линии скв. 9—8—5—2—1—6 (единичная реализация № 20)

Переход от временных толщин к эффективным выполнен через интервальные скорости в коллекторах, оцененные по данным акустического каротажа в скважинах изучаемой площади. Абсолютные значения стандартного отклонения составляют около половины прогнозной толщины, что обусловлено незначительной толщиной коллекторов терригенного венда.

Получаемые в результате геостатистической инверсии оценки неопределенности прогноза эффективных толщин и объема коллекторов по квантилям Р10, Р50 и Р90 могут быть учтены при определении прогнозных запасов. Все расчеты выполнены объемным методом, насыщение прогнозных геологических тел принималось по аналогии с тектоническими блоками, охарактеризованными результатами бурения и испытания скважин. Разница оцененных запасов между вариантом Р50 и находящимися на государственном балансе (ГБ) по нефти составляет 48 %, по газу — 41 %, для варианта Р10 с оценкой ГБ по нефти — 70 %, по газу — −38 %, для варианта Р90 по нефти — 28 %, по газу — 44 %.

Рис. 5. Сопоставление карт временных толщин литотипа песчаный коллектор пласта В₁₃: а, б — прогноз синхронной соответственно детерминистической и геостатистической инверсий

Наиболее интересны результаты геостатистической инверсии в сравнении с данными по новым скважинам. Так, в скв. 5 по результатам интерпретации материалов ГИС эффективная толщина пласта В₁₃ равна 8,9 м, прогнозная по результатам геостатистической инверсии — 6,2 м, стандартное отклонение — ±3,3 м. Фактические эффективные толщины соответствуют «положительной» прогнозной оценке — от 6,2 до 9,5м. При испытании пласта получен приток газа дебитом 53,9 тыс. м 3 /сут и пластовой воды дебитом 33,9 м 3 /сут.

После завершения проекта была пробурена скв. 10 (см. рис. 5, б). Прогнозная по результатам геостатистической инверсии эффективная толщина пласта В₁₃ в скв. 10 составляет 7,8 м, стандартное отклонение равно ±4,1 м. По факту бурения в целевом пласте был вскрыт коллектор толщиной 2,7 м, залегающий на выветрелых, разуплотненных гранито-гнейсах толщиной 12 м. При испытании получен приток пластовой воды дебитом 3,2 м 3 /сут. Высокая ошибка сейсмического прогноза явилась следствием неучтенного геологического риска, связанного с распространением увеличенных толщин коры выветривания пород фундамента.

Выводы

1. Впервые для месторождения в Восточной Сибири последовательно выполнены все виды сейсмической инверсии, начиная с наиболее простой — акустической и заканчивая одной из самых сложных — геостатистической;

2. Показано сравнение результатов различных методов инверсионных преобразований сейсмических данных и дана оценка их возможностей прогнозирования перспективных объектов и количественного прогноза ФЕС терригенных венд-нижнекембрийских отложений. Прогнозные результаты подтверждены данными по новым скважинам.

3. Акустическая детерминистическая инверсия является наиболее простой и быстро реализуемой из всего набора инверсионных технологий, позволяет существенно уточнить стратиграфическую модель, в благоприятных случаях — выполнить экспресс-анализ зон улучшенных коллекторских свойств терригенных пластов, обладающий высокой степенью неоднозначности выделения коллекторов в пространстве одного упругого параметра — акустического импеданса. Количественный прогноз ФЕС, как правило, существенно затруднен.

4. Синхронная детерминистическая инверсия дает возможность получать кубы трех независимых упругих параметров и более уверенно прогнозировать наличие коллекторов. Вертикальная разрешенность кубов упругих параметров ограничена частотным диапазоном сейсмических данных. В благоприятных условиях возможен количественный прогноз ФЕС, ошибка прогноза оцененивается только в скважинах.

5. При прогнозировании зон улучшенных коллекторских свойств в сейсмогеологических условиях Восточной Сибири наиболее эффективна синхронная геостатистическая инверсия, позволяющая выйти за пределы зарегистрированного частотного диапазона сейсмических данных и получить детальные высокоразрешенные модели, максимально приближенные к детальности материалов ГИС.

6. Геостатистическая синхронная инверсия наиболее требовательна как к количеству, так и к качеству входных данных, для ее выполнения необходимы значительные вычислительные и временные ресурсы.

7. Множество равновероятных реализаций геостатистической инверсии позволяет оценить неопределенность прогноза. Использование оценки неопределенности прогноза эффективных толщин и объема коллекторов по множеству реализаций геостатистической инверсии дает возможность выполнить вероятностную оценку запасов и ресурсов углеводородов по квантилям В13: Р10, Р50, Р90.

Список литературы

1. Левянт В.Б., Ампилов Ю.П., Глоговский В.М. Методические рекомендации по использованию данных сейсморазведки (2D, 3D) для подсчета запасов нефти и газа. — М.: ОАО «ЦГЭ», 2006. — 40 с.

2. Ампилов Ю.П., Барков А.Ю., Яковлев И.В. Почти все о сейсмической инверсии. Ч. 1//Технологии сейсморазведки. — 2009. — № 4. — С.

3. Сейсмическая инверсия: читая между строк/Ф. Барклай, А. Бруун, К.Б. Расмуссен, Х.К. Альфаро//Неф- тегазовое обозрение. — 2008. — Весна. — С.

4. Haas A., Dubrule O. Geostatistic inversion — a sequential method of stochastic reservoir modeling constrained by seismic data//First Break. — 1994. — V. 12. — № — 11. — P.

5. Яковлев И.В., Ампилов Ю.П., Филиппова К.Е. Почти все о сейсмической инверсии. Ч. 2//Технологии сейсмо- разведки. — 2011. — № 1. — С.

Источник