Ампилов Ю.П., Барков А.Ю., Яковлев И.В., Филиппова К.Е., Приезжев И.И. Почти все о сейсмической инверсии. Часть 1
Подождите немного. Документ загружается.
составляющую, а значит, не позволяет использовать абсолютные значения импеданса, без
которых прогноз свойств резервуара теряет смысл.
Использование при интерпретации куба акустического импеданса позволило
выделить структурные элементы и детали внутреннего строения целевых интервалов,
прежде остававшиеся не до конца выясненными. В частности, удалось построить
поверхность кровли песчано-алевролитовой пачки, обнаруженной по данным бурения
внутри целевого пласта Ю1 и характеризующейся улучшенными коллекторскими
свойствами (рис. 6). По палеореконструкции пласта Ю2 в кубе акустического импеданса
удалось не только закартировать палеорусла, залегающие в его толще, но и обосновать
предположение о наличии единой залежи Ю2+3 с подошвой, проходящей по границе
ааленских песчаников (рис. 7).
Затем на основе зависимостей, выявленных по скважинным данным, в каждом
продуктивном интервале куб акустической жесткости совместно с рядом сейсмических
атрибутов был преобразован в кубы свойств пористости и газонасыщенности [4], которые
были инкорпорированы в геологическую модель месторождения, благодаря чему при ее
построении удалось выделить «гравелитовый» пропласток с улучшенными
фильтрационно-емкостными свойствами в пределах пласта Ю1 и учесть пространственное
распространение дельтовых фаций в пласте Ю2+3 (рис. 8).
Однако в интервале Ю0 прогнозные значения пористости оказались непригодными
для использования в геологической модели, поскольку были существенно искажены
влиянием аномальной газонасыщенной части пласта, за пределами которой полученная
пористость резко падала до граничных значений (рис. 9). Выходом из этого затруднения
должен служить раздельный прогноз пористости для газо- и водонасыщенной части
пласта, что в свою очередь указывает на вторую проблему: необходимость построения
объемной литологической модели резервуара Ю0 с выделением минимум трех литотипов
(«газонасыщенный песчаник», «водонасыщенный песчаник», «глина») вместо имеющихся
двух («песчаник», «глина»). Кроме того, из-за невозможности разделения факторов
литологии и насыщения в поле одного только акустического импеданса осталось
неопределенным, является ли «гравелитовое» тело в пласте Ю1 единым связанным
объектом и выходят ли его границы за пределы насыщенной части этого интервала.
Таким образом, очерчивается круг геологических задач по дальнейшей
детализации строения месторождения, решение которых требует расширения арсенала
параметров, используемых для его описания.
Упругий случай: инверсия частичных сумм
Бурный прогресс в развитии технологий полевых работ и обработки привел к тому,
что сегодня в распоряжении геофизика-интерпретатора оказывается значительно более
информативный набор сейсмических данных, чем еще 10 лет назад. В частности,
современные алгоритмы подавления кратных волн и других видов помех, возможности по
созданию скоростных моделей сложнопостроенных сред, учета анизотропии и
множественных путей при миграции до суммирования позволяют в результате обработки
получать сейсмограммы высокого качества в широком диапазоне удалений (или углов
падения). Это в свою очередь дает возможность для расчета угловых сумм —
сейсмических разрезов или кубов отраженных волн, соответствующих различным углам
падения. Наличие такого набора данных открывает путь для естественного расширения
постановки задачи инверсии. Оно заключается в переходе от акустического случая,
соответствующего нормальному падению, к упругому, учитывающему зависимость
коэффициента отражения от угла подхода прямой волны и трех независимых упругих
параметров. В качестве характеристик среды, участвующих в уравнениях, описывающих
эту зависимость, выступают скорости продольных, поперечных волн и плотность. Однако
при постановке задачи инверсии частичных сумм искомыми параметрами, как правило,
являются акустический, сдвиговый импеданс и плотность — отчасти как дань традиции,
отчасти потому, что эмпирически такая параметризация дает более устойчивое решение.
Таким образом, в алгоритме синхронной инверсии угловых сумм используется
несколько угловых или ограниченных по выносу суммарных сейсмических наборов для
восстановления распределения акустического, сдвигового импеданса и плотности. Также
необходимым условием для выполнения этого типа инверсии является наличие
кондиционных замеров (либо полученных с использованием петрофизического
моделирования) скоростей пробега S-волны, P-волны и плотности в скважинах, в то время
как для выполнения обычной акустической инверсии необходимы только данные по P-
волне и плотности.
Перед тем, как приступить к инверсии угловых сумм, необходимо задать вопрос:
как много частично-кратных сумм нужно для достоверного восстановления в процессе
синхронной инверсии всех трех упругих параметров среды? Ответ на него во многом
определяется конкретной геологической обстановкой и требует проведения
соответствующих тестов алгоритма. Однако из уравнения Нота-Цёппритца следует и
подтверждается опытным путем, что наименее стабильным и наиболее трудно
восстанавливаемым параметром является плотность, поскольку ее вариации оказывают
влияние на величину коэффициента отражения при углах падения, значительно
отличающихся от нормального. На рис. 10 приведены графики, иллюстрирующие
«достоверность» восстановления акустического (красный цвет), сдвигового импеданса
(синий цвет) и плотности (зеленый цвет) при наличии двух, трех и пяти угловых сумм в
диапазоне углов от 0 до 45 градусов. Видно, что о восстановлении плотности по
результатам инверсии можно говорить только при наличии пяти угловых сумм для углов
более 30 градусов. Для надежной инверсии относительно сдвигового импеданса
оказывается достаточно трех частичных сумм, а акустический импеданс успешно
вычисляется (как известно) и по одной сумме.
Специфическим этапом в подготовке данных к синхронной угловой инверсии
является «выравнивание» частичных сумм, компенсирующее остаточные локальные
сдвиги внутри сейсмограмм в трассах различных удалений, связанные с недоучетом
кинематических и статических поправок. По условию задачи инверсии угловых сумм, оси
синфазности предполагаются идеально спрямленными, так как наличие в них неучтенных
остаточных сдвигов приводит к тому, что амплитуда, принимаемая за значение
коэффициента отражения от некоторой внутренней границы среды, при разных углах
может оказаться на временах, не соответствующих положению этой границы. Это, в свою
очередь, служит источником ошибок в определении искомых параметров. Выравнивание
обычно выполняется путем приведения всех сумм к сумме ближних удалений либо к
полнократному разрезу и может проводиться по отпикированным заранее горизонтам или
для каждого отсчета. В последнем случае сдвиги рассчитываются на основе вычисляемой
в скользящем временном окне функции взаимной корреляции между выравниваемой и
эталонной трассой с последующей интерполяцией амплитуд между новыми положениями
отсчетов.
В конкретной реализации синхронная инверсия частичных угловых сумм может
быть осуществлена методом CSSI. При этом сохраняются все его основные принципы, а в
целевой функционал добавляются слагаемые невязок по каждой из сумм.
В процессе инверсии выполняется моделирование синтетических сейсмических
трасс посредством свертки извлеченных импульсов (для каждого диапазона углов или
удалений) с инвертированными последовательностями коэффициентов отражения,
которые для каждого угла падения удовлетворяют уравнению Нота-Цёппритца или какой-
либо из его аппроксимаций (в случае если они справедливы для имеющегося диапазона
углов).
Для стабилизации низкочастотной компоненты, представляющей диапазон частот
ниже сейсмического, в процессе синхронной инверсии используются модели каждого из
искомых параметров, построенные на основе скважинных данных и структурных
поверхностей. Получаемые разрезы упругих свойств могут быть напрямую использованы
для геолого-геофизической интерпретации или пересчитаны в другие упругие свойства —
например, отношение скоростей продольных и поперечных волн, коэффициент Пуассона
или параметры Ламэ.
Вернемся к примеру Штокмановского ГКМ и неразрешенным проблемам,
сформулированным в конце предыдущего раздела. Решение описанных геологических
задач, хотя и касается преимущественно непродуктивной части пластов и практически не
влияет на оценку запасов, является принципиально важным на этапе формирования
гидродинамической модели резервуара и проектирования разработки. Путь к их решению
связан с более детальным прогнозом литофациального состава залежи, для проведения
которого необходимо добавить к набору характеристических параметров величины, менее
чувствительные к флюидонасыщению. К таким параметрам относятся характеристики
поперечных волн, и анализ скважинных данных показывает, что классификация в
пространстве акустического и сдвигового импеданса позволяет однозначно расчленить
резервуар Ю0 на требуемые литотипы (рис. 11). Таким образом, для построения
литологической модели резервуара необходимо получить объемные распределения P и S
импеданса. Это может быть сделано за счет применения синхронной детерминистической
инверсии при наличии кондиционной исходной информации — измерений акустического,
плотностного каротажа и интервальных времен пробега поперечных волн в скважине и
кубов частичных угловых сумм.
На Штокмановском ГКМ в результате обработки было получено 8 угловых сумм в
диапазоне углов падения от 5 до 53 градусов. После предварительного анализа,
«выравнивания» и извлечения импульсов из всех сумм для инверсии были выбраны
первые 7 из них (то есть достаточно для надежного восстановления как акустического, так
и сдвигового импеданса). Запись каротажа поперечных волн присутствует лишь в одной
из семи скважин, поэтому в остальных с помощью петрофизического моделирования
были рассчитаны синтетические кривые времен пробега S волн. Кроме того,
предварительно была проведена коррекция показаний акустического и плотностного
каротажа за скважинные условия, а также удаление некондиционных участков кривых
ГИС. Далее на основе скважинных данных и структурных поверхностей, полученных во
время интерпретации данных сейсморазведки, была построена низкочастотная трендовая
модель упругих параметров в интервале пластов Ю0—Ю2+3. При этом для более
корректного описания аномальной газонасыщенной части резервуара Ю0 в трендовую
модель был добавлен специальный слой, сверху ограниченный кровлей пласта, а снизу —
подошвой и поверхностью газоводяного контакта.
Сопоставление результатов инверсии со скважинными данными в сейсмической
полосе частот показывает высокую точность восстановления упругих параметров: P, S
импеданса и плотности — коэффициенты корреляции инвертированных параметров с
измерениями ГИС составили 0,93, 0,84 и 0,83 соответственно (рис. 12).
Для продуктивного пласта Ю0 с использованием кубов акустического и сдвигового
импеданса была построена объемная литологическая модель (рис. 13) на основе трех
литотипов, выделенных по скважинным данным. Затем для каждого типа насыщения
коллектора (литотипы «газ» и «вода») была применена зависимость пористости от P
импеданса (рис. 14). Полученное таким образом распределение прогнозной пористости
лишено влияния газовой «шапки» и, следовательно, более адекватно описывает свойства
пласта (рис. 15).
О резервуаре Ю1 также удалось получить дополнительную информацию: по
распределению пониженных значений сдвигового импеданса может быть закартирована
предполагаемая область распространения «гравелитовых» фаций (рис. 16), а по
кроссплоту P и S импеданса в ее пределах выделяется зона с улучшенными
коллекторскими свойствами (максимальной пористостью) (рис. 17).
Итак, приведенный пример наглядно иллюстрирует преимущество
детерминистической синхронной инверсии угловых сумм: с ее помощью, за счет
возможности совместного анализа нескольких независимых упругих параметров пород,
формирующих залежь, удается успешно решить задачу литологического расчленения
резервуара и прогноза пористости в присутствии аномально высокого газонасыщения там,
где сейсмическая инверсия в акустическом варианте бессильна.
Заключение
В первой части статьи мы рассмотрели лишь два основных подхода к сейсмической
инверсии и потому общие выводы делать рано. Из сравнения двух методов на конкретном
примере можно заключить, что более простая акустическая инверсия по суммотрассам
дает удовлетворительные результаты по прогнозу свойств в пределах квазиоднородных
блоков. При сильной дифференциации разреза результаты прогноза могут содержать
значимые погрешности. Кроме того, эффекты насыщения оказывают наибольшее влияние
на величину акустического импеданса и потому прогноз других параметров среды и,
прежде всего, пористости является в такой ситуации не вполне корректным. Инверсия по
угловым суммам, расширяющая круг анализируемых параметров, частично снимает эти
ограничения и позволяет более детально и обоснованно дифференцировать среду по
свойствам.
Во второй части данной статьи, которая предполагается к публикации в
следующем номере журнала, будут освещены дополнительные методы сейсмической
инверсии и сопутствующие вопросы. Мы полагаем, что в результате будет возможно
сделать более общие выводы.
Благодарности
Авторы выражают благодарность своим коллегам, в той или иной мере
принимавшим участие в создании концепции и фактического наполнения этой работы:
Я. И. Штейну, С. Л. Федотову, П. Викену, Д. В. Кляжникову, А. А. Радченко, И. Е. Ягову.
Список литературы
1. Алексеев А. С. Обратные динамические задачи сейсмики. 1967, в кн. «Некоторые
методы и алгоритмы интерпретации геофизических данных», М., Наука, с. 9—84
2. Ампилов Ю. П. Сейсмическая интерпретация: опыт и проблемы. 2004, М.,
Геоинформмарк, 278 с.
3. Ампилов Ю. П. От сейсмической интерпретации к моделированию и оценке
месторождений нефти и газа. 2008, М., Геоинформмарк, 384 с.
4. Ампилов Ю. П., Барков А. Ю., Шаров С. А., Яковлев И. В., Приезжев И. И.,
Газарян З. И. Сопоставление альтернативных методов прогноза фильтрационно-
емкостных свойств по данным сейсморазведки. 2008, Материалы X
международной научно-практической конференции «Геомодель-2008»
5. Барков А. Ю., Яковлев И. В., Кляжников Д. В. Некоторые практические вопросы
комплексирования сейсмических и скважинных геофизических исследований.
2008, Материалы X международной научно-практической конференции
«Геомодель-2008»
6. Барков А. Ю., Штейн Я. И., Яковлев И. В., Гречишникова Т. А. Переобработка
данных 3D сейсморазведки для повышения надежности интерпретации и
выявления особенностей геологического строения. 2008, Технологии
сейсморазведки, 2, с. 38—43
7. Боганик Г. Н., Гурвич И. И. Сейсморазведка. 2006, Тверь, АИС, 743 с.
8. Barkov, A., Yakovlev, I., Stein, Y., Grechishnikova, T. and Webb, B. Shtokman 3D
seismic data reprocessing brings sharper image to the reservoir. 2009, First Break, 27,
No. 6, p. 127—132
9. Debeye, H. W. J., Sabbah, E. and van der Made, P.M. Stochastic Inversion. 1996, 65th
Annual International SEG meeting, Denver, USA
10. Haas, A. and Dubrule, O. Geostatistical Inversion – a Sequential Method of Stochastic
Reservoir Modeling Constrained by Seismic Data, 1994, First Break, 12, No. 11,
p. 561—569
11. Hampson, P. P., Schuelke, J. S., Quirein, J. A. Use of multiattribute transforms to predict
log properties from seismic data. 2001, Geophysics, 66, p. 220—236
12. Li, Q. LP sparse spike inversion. 2001, Strata Technique Document, Hampson-Russell
Software Services Ltd.
13. Mora, P. Nonlinear two-dimensional elastic inversion of multioffset seismic data. 1987,
Geophysics, 52, p. 1211—1228
14. Oldendurg, D. W., Sheuer, T. and Levy, S. Recovery of the acoustic impedance form
reflection seismograms. 1983, Geophysics, 48, p. 1318—1337
15. Priezzhev, I., Shmaryan, L. and Veeken, P. Genetic seismic inversion using a non-linear,
multi-trace reservoir modeling approach. 2009, Extended Abstracts, EAGE 71th Annual
Conference, P018.
16. Tal-Virskiy, B. B. and Tabakov, A. A. High resolution prediction of acoustic impedances
below bottom-of-hole. 1983, Geophysical Prospecting, 31, p. 225—236
17. Tarantola, A. A strategy for nonlinear elastic inversion of seismic reflection data. 1986,
Geophysics, 51, p. 1893—1903
Рисунки
1. Оптимизационная схема восстановления трассы коэффициентов отражения
2. Искажения записей акустического и плотностного каротажа в интервалах размыва
и каверн
3. Продуктивные пласты Штокмановского ГКМ
4. Сравнение различных вариантов обработки одной из линий наблюдения
5. Сравнение результатов акустической инверсии методом редких импульсов и с
помощью нейросетевого «генетического» алгоритма
6. Выделение кровли «гравелитовой» пачки в пласте Ю1 на разрезе акустического
импеданса
7. Выделение подошвы продуктивного пласта Ю2+3 на разрезе акустического
импеданса