Потенциальные возможности применения атрибутов сейсмического объема

Arbeit macht frei

1

Потенциальные возможности применения атрибутов сейсмического объема Henning Trappe, Carsten Hallmich и Marc Foell из компании Trappe Erdoel Erdgass Consultant (TEEC) (Германия) представляют свои идеи об атрибутах сейсмического объема, и заявляют, что эти методы намного более могущественными, нежели картирование малозаметных линеаментов. Введение Вводятся атрибуты сейсмического объема (SVA), которые представляют собой атрибуты, выделенные из наборов сейсмических данных или производных от них; например, акустический импеданс. Интерпретация атрибутов объема дает информацию, необходимую для характеристики малозаметных особенностей разломов, литологии и изменений фаций. В литературе приводятся примеры, где для выявления разломов и линеаментов используются корреляция атрибутов. Однако, общая концепция SVA намного шире и позволяет исследовать связи между геологическими данными и данными добычи с одной стороны и сейсмической информацией с другой стороны. Такие методы могут быть применены, например, для интегрированного исследования с целью оценки плотных коллекторов, где открытая пористость в значительной мере контролирует приток углеводородов. Фрактальное поведение разломов открывает возможность объединения сейсмической и скважинной информации, что может быть использовано для предсказания рисунков разломов, не воспринимаемых сейсморазведкой, и прогнозов, касающихся добычи. Чтобы подтвердить действительность таких концепций, необходимо выполнить наиболее детальное описание системы разломов, где роль SVA наиболее велика. Идея SVA состоит в выполнении анализа окрестности сейсмического сигнала с учетом двух- или трехмерной информации. Такой анализ включает использование статистики высшего порядка и методы выделения характеристик, которые следуют за известными алгоритмами обработки сейсмических данных. Эти методы, а также задача, которая должна быть выполнена, известны в таких областях как обработка изображений в медицине или в материаловедении (material science). В обоих случаях прямое измерение требуемых свойств характеризуется высокой стоимостью или запрещено. Поскольку большая часть атрибутов описывается естественным образом в двух измерениях, трехмерные сейсмические данные и расчет в трех измерениях раскрывает полный потенциал операторов. Особенно это относится к определению локальной ориентации. Компания TEEC® разработала комплект средств SVA, называемый CohTEEC®, который обеспечивает гибкий подход к характеристике данных, связанных с сейсморазведкой. Полевые примеры применения атрибутов можно найти в оценке водоносного пласта газохранилища (Trappe и др., 2000b), описании изменения литологии в отложениях каменноугольного возраста (Trappe & Hellmich, 1997, 1999b) и в описании мелких трещин в красном лежне (Trappe и др., 2000a).

Arbeit macht frei

2

Атрибуты сейсмического объема Для обсуждения атрибутов объема предполагается, что данные обрабатываются с целью получения лучшего изображения зоны, представляющей интерес. Это означает, что параметры, или даже операторы, выбранные для одной зоны, не обязательно подходят для всего набора данных. В особенности, когда преследуются различные цели, одного атрибута обычно бывает недостаточно. В других усовершенствованных методиках обработки сейсмических данных (например, AVO или обращение сейсмических данных), последовательность обработки с сохранением истинных амплитуд имеет преимущества, но не всегда необходима или достижима. Суммарные сейсмические данные представляют собой наиболее распространенную форму входных данных, но и другие типы данных также частот используются. Скоростной анализ полагается преимущественно на когерентность, и поэтому вполне естественно использовать его для расчета SVA перед суммированием с целью распознавания литологии или заполнения порового пространства. Другой тип входных данных – акустический импеданс. В принципе, результат обращения сейсмических данных имеет более широкий частотный диапазон, дающий лучшую разрешающую способность. Существуют SVA, которые оперируют другим диапазоном данных акустического импеданса, поэтому можно ожидать интересные результаты. Область, в которой находятся данные (область времен или глубин) – вопрос, который в большей степени касается интерпретации результатов, нежели вычислений. Часто используемые сейсмические атрибуты, такие как комплексные атрибуты трасс, зависят преимущественно от однотрассных фильтров (single trace filters). Эти атрибуты (например, огибающая амплитуд, фаза или частота) рассчитываются с учетом выборок в движущемся временном окне или частотной области (Taner и др., 1979). Распространяя эту концепцию более чем на одну трассу, получаем многотрассные фильтры или атрибуты объема. Эти фильтры могут быть использованы для расчета простой статистики и статистики высшего порядка, или других характеристических мер сейсмических данных в суб-объеме. Имеется множество возможностей, куда входят двух- и трехмерные операторы на временных срезах или срезах по горизонту, сейсмические разрезы и фильтры, работающие на сейсмическом объеме. Целью всех этих многотрассных фильтров является количественная характеристика точек или частей объема. Простейший суб-объем представляет собой небольшой куб, в центре которого находится интересующая нас точка. Размер объема – обычно от 3 до 10 трасс, что обеспечивает хорошую горизонтальную разрешающую способность. Лучший размер определяется типом используемого оператора и поставленной задачей. Размер, подходящий для характеристики трещиноватости, может оказаться неподходящим для описания литологии. Стандартное отклонение должно быть исходной точкой расчета величин, которые характеризуют изменение внутри суб-объема. Принимая в расчет абсолютную разность, а не результат возведения в квадрат, получаем оператор, известный в обработке изображений как дисперсия.

Arbeit macht frei

3

В общем случае, все фильтры обнаружения края и фильтры производных (derivative filters) могут быть адаптированы для использования в получении характеристик сейсмических данных. Сюда входит широкий ряд методов классификации структуры (Haralick, 1979). Меры, основанные на корреляции и взаимной корреляции – это другой способ выразить изменение особенностей сигнала (описание ряда Рис.1 Схема классификации атрибутов сейсмического объема таких методов приводится у Yilmaz, 1987). В анализе сейсмических скоростей, подобие (Yilmaz, 1987; Rabbel и др., 1991) представляет собой широко используемый оператор выражения когерентности трасс. Подобие, как мера когерентности для выявления трещин, позднее обрело определенную популярность (Bachorich и Farmer, 1995; Marfurt и др., 1998), но существует также множество других методов. Одной из альтернатив является атрибут, входящий в состав CohTEEC® под названием двоичный куб (Binary Cube). В его основе лежит идея, что двоичные данные могут быть обработаны с высокой эффективностью, и что меры сходства для двоичных данных просты по своей структуре. Сначала сейсмические данные преобразуются в двоичный объем, содержащий только 0s и 1s. Из двоичного объема может быть выделен суб-объем; существуют различные меры определения подобия для суб-объема. Один из вариантов заключается в следующем: подсчитывается количество единиц и делится на полное количество выборок в субобъеме. В других мерах подобия рассматривается особый характер отражения сейсмических волн. Подобие рассчитывается для площади, представляющей интерес, с целью построения карт или разрезов. Тестируются различные размеры суб-объема для получения лучшего результата по разрешающей способности и подавлению помех. Неоднородность сейсмических данных также может быть охарактеризована такими мерами как энтропия или фрактальный размер (fractal size). Для энтропии может быть использовано определение, взятое из теории информации (Haralick, 1979). В литературе (Mandelbrot, 1982) существуют различные методы расчета фрактального размера, например, подсчет блоков (box counting). Один из этих методов представляет собой анализ в масштабированном диапазоне (scaled range analysis), в котором оценивается коэффициент H, относящийся к фрактальному размеру. Имея амплитудно-частотный спектр субвыборки относительно волнового числа, можно получить коэффициент Hurst путем расчета регрессии двух величин в логарифмическом масштабе. Для обоих методов существуют действительные методы в двух- и трехмерном вариантах.

Arbeit macht frei

4

На рис.1 представлена схема классификации SVA. Операторы группируются в следующие три класса: 1. В зависимости от расположения 2. Независимо от расположения 3. Распознавание образов Операторы первого класса обычно используют меры корреляции трасс, такие как взаимная корреляция. Для операторов класса 1, на результат расчета влияет не только значение выборки сейсмических данных, но и положение внутри суб-объема. Имея статистическое распределение выборок, и выделяя из них характеристические меры, можно получить операторы класса 2. В классе 3 применяются более сложные подходы, такие как нейронные сети или размытая логика. С помощью этих методов сейсмические суб-объемы группируются в классы, где отдельный класс может быть связан с геологической информацией. Для учета локального наклона и азимута необходимы фильтры, чувствительные к направлению. Почти все операторы могут быть модифицированы для этой задачи (в большинстве случаев – ценой более обширных расчетов). Выходные данные этих фильтров позволяют получить дополнительные атрибуты, которые описывают ориентацию сейсмических волн. Для преобразования ее в ориентацию геологических элементов необходима тщательная калибровка и учет выбранного оператора.

Оконтуривание зон трещиноватости на площади газохранилища Объектами исследования являются коллекторы триасового возраста, сложенные песчаником, на территории газохранилища в водоносном пласте (aquifer gas storage) в Stenlille около Копенгагена. Коллекторы расположены на глубине около 1500 метров. Чтобы обеспечить надежную основу для возможного расширения хранилища, потребовалось проведение трехмерной сейсмической съемки структуры Stenlille. Работы включают оценку возможностей структуры как хранилища и расчет эффективности замещения воды газом в водоносных пластах, эксплуатируемых в настоящее время. Структурная обстановка определяется в основном антиклиналью; на уровне коллектора имеются лишь незначительные признаки сбросообразования.

Рис.2 Карта амплитуд по слою коллектора 1 (размер участка – около 9 × 6 км2)

Arbeit macht frei

5

Рис.3 Карта когерентности по слою коллектора 1

Карта амплитуд по слою коллектора 1 показана на рис.2. Обратите внимание на сильную амплитудную аномалию на участке группы скважин, которая представляет кровлю структуры. Эта аномалия ассоциирована с распределением закачанного газа, о чем свидетельствуют объединенные исследования AVO и обращения. Светлые участки на карте когерентности по слою коллектора 1 (рис.3) представляют высокие значения когерентности, и означают высокую степень соответствия сейсмических трасс в окрестности. Участки с низкой степенью соответствия представлены более темными цветами. Эта первая попытка позволяет интерпретатору закартировать рисунок разломов, который с трудом различается на обычных изображениях сейсмических данных. Обратите внимание на линеаменты, простирающиеся с юго-запада на северо-восток, особенно вблизи скважин P и C. Можно улучшить картину, если учесть информацию о локальном падении и азимуте, содержащуюся в карте когерентности. Эта информация была использована для создания более детальной карты слоя коллектора 1 (рис.4) с помощью так называемого дисплея IHS (IHS display). На этой карте цвет представляет азимут лучшей когерентности сейсмических данных, а насыщенность отдельных цветов означает наклон оси синфазности.

Рис.4 Карта когерентности по слою коллектора 1, построенная с учетом информации о локальном падении и азимуте; стрелки показывают движение закачанного газа.

Рассмотренный выше анализ выполнен для всего сейсмического объема, представляющего интерес. Из этого объема можно выделить срез по какому-либо горизонту или произвольный временной срез для целей дальнейшего анализа. На рис.5 показана карта когерентности по слою коллектора 2, построенная с учетом локального падения и азимута. Малозаметный рисунок трещин на уровне коллектора снова становится видимым. Дальнейшие детали системы трещин можно выделить, используя вертикальные профили набора трехмерных данных. На рис.6 показан профиль по структуре с применением CohTEEC. На этом профиле можно четко видеть систему трещин. Обратите внимание на элемент трещин вблизи скважины P, который может следовать вдоль всей структуры.

Arbeit macht frei

6

Линеаменты, наблюдаемые на карте когерентности, интерпретируются как трещины, имеющие вертикальное перемещение от 3 до 6 метров (1-2 выборки сейсмических данных). Поскольку порядок этого перемещения сопоставим с мощностью коллектора, необходимо учитывать запечатывающее действие линеаментов. Способность разломов к запечатыванию зависит от их локального вертикального перемещения по отношению к мощности отдельных зон коллектора. Другими словами, трещины способны выполнять функции механизма захвата закачанного газа, пока столб газа не достигнет определенной точки максимального наполнения; в этом случае закачанный газ способен перемещаться в соседний блок. Демонстрация выделенных по сейсмическим данным линеаментов путем обработки когерентности, совместно с атрибутами обращенных сейсмических данных, позволяет сделать вывод об эффективности замещения воды газом за пределами участка, занятого скважинами. Имея эту информацию, компания DONG получила возможность надежно оценивать объем хранилища и ожидает, что дальнейшие исследования уже в течение короткого времени позволят усовершенствовать эксплуатацию коллекторов в этом качестве.

Описание коллекторов (верхний карбон) Данный полевой пример приводится с целью прогнозирования литологии аллювиальных коллекторов верхнекаменноугольного возраста на глубине около 3000 м (Trappe и Hellmich, 1997). Интересующая нас зона представлена первыми 25 метрами верхнекаменноугольных отложений ниже подошвы цехштайна (Base Zechstein) (рис.7). Исследуемая площадь расположена в пределах северогерманского бассейна (North German Basin).

Рис.5 Карта когерентности по слою коллектора 2, построенная с учетом информации о локальном падении и азимуте.

Рис.6 Профиль когерентности по структуре

Arbeit macht frei

7

Доказано, что получение информации о пористости с помощью амплитуд сейсмических волн (рис.8) представляет собой сложную задачу. Проблема заключается в том, что пределы изменения акустических импедансов в преобладающих глинах и пористых песчаниках перекрываются (рис.9). Следовательно, в качестве дополнения к амплитудам сейсмических волн использовались сейсмические атрибуты, выделенные с помощью алгоритмов, основанных на когерентности. Кроме того, выполнен статистический анализ с целью объединения скважинных данных и сейсмических атрибутов. Проблема была решена с помощью следующего подхода: • Выделение параметров, полученных по данным ГИС (АК, ГК и т.д.) • Обработка многотрассных атрибутов • Взаимная корреляция между параметрми, выделенными по данным ГИС, и многотрассными атрибутами • Объединения скважинной и сейсмической информации геостатистическими методами Вероятностные геологические модели предлагают основу, которая объединяет горизонтальную и вертикальную информацию. Например, показано, что для данной площади существует статистическое соотношение между шириной и мощностью русловых отложений, таких как песчаные тела (например, Fielding и Crane, 1987, справа на рис.10). Другие авторы, в частности, Weber (1982) предложили соотношение между седиментологическими условиями и длиной слоев глин (слева на рис.10). Это открывает возможность измерять изменения геологии по вертикали и горизонтали в объеме атрибутов. Поскольку в точке скважины мощность седиментологического тела известна, эта информация калибруется с применением горизонтальной информации, полученной по атрибутам сейсмического объема. Однородное песчаное тело, характеризующееся Рис.7 Пример сейсмических данных на интересующей нас некоторой протяженностью в глубине вертикальном направлении, продемонстрировало высокие значения когерентности в латеральном направлении, где тонким слоям обычно свойственно лишь ограниченная протяженность. В последнем случае, выдержанность сейсмических данных в латеральном направлении снижается. В конечном счете, изменчивость многотрассного атрибута в латеральном направлении может содержать информацию, касающуюся вертикальной мощности и/или процессов осадконакопления. Таким образом, в настоящем исследовании обработка когерентности амплитуд на уровне подошвы цехштайна/верхнего карбона выполнена с целью определения соотношений между изменчивостью сейсмических данных в горизонтальном направлении и литологией. Многотрассные фильтры, такие как «entropy» и «dispersion» были использованы для расчета статистики

Arbeit macht frei

8

окрестности для каждой точки в интервале глубин, представляющем интерес. В следующем шаге исследуются соотношения с параметрами ГИС в окрестности опорных скважин. На рис.11, средняя величина ГК для интересующего нас интервала глубин построена в функции атрибута объема для всех опорных скважин. Из этого рисунка следует, что песчаники и глинистые сланцы ведут себя по-разному в зависимости от их выдержанности в латеральном направлении.

Рис.8 Входные данные для обработки изображения 2 (размер участка около 10 × 10 км )

Рис.9 Поскольку акустические импедансы перекрываются, пористые слои нельзя выявить, используя только амплитуды сейсмических волн

Сейчас геостатистика используется для привлечения сейсмических атрибутов и параметров ГИС. Атрибуты могут быть общепринятыми, как, например, амплитуды или SVA. Первым шагом является пространственное исследование сейсмических данных и данных ГИС, выполняемое путем анализа вариограмм. Анализ вариограмм показывает пределы изменения около 600 м (рис.12). Этот результат согласуется с геологической моделью аллювиальных отложений, где доминирующие глины характеризуются незначительной протяженностью (рис.10, слева). Информация определяет ход построения геостатистической модели, позволяя лучше понять пространственные соотношения.

Arbeit macht frei

9

Рис.10 Слева: соотношение между протяженностью глинистого сланца и условиями осадконакопления. Справа: соотношение между мощностью песчаного тела и шириной руслового пояса (channel belt).

Разброс значений вариограммы и сейсмических данных (Variogram seismic dispersion) Посмотрите на рис.12. Обратите внимание на диапазон 25 трасс (625 м) и геологическую модель условий дельтовой равнины на рис.10 слева. Заключение Применение многотрассных фильтров и методов выделения особенностей открывает поле применения различных SVA. Приведенные примеры показали влияние этих методик на проблемы описания коллектора, такие как оконтуривание малозаметных рисунков разломов или изменения литологии.

Рис.11 Энтропия получается путем обработки изображения, примененной к карте амплитуд. Это мера изменчивости карты амплитуд.

Как и во всех методологиях, лучшее понимание обеспечивается не единственным алгоритмом, а сочетанием многих атрибутов с надежной моделью коллектора. Как следствие, атрибуты объема могут быть объединены с результатами анализа обращения или исследования AVO. Такие сочетания могут дать новые способы получения большего количества информации из сейсмических данных. Опубликован пример (Trappe и Hellmich, 1999b), где результаты, основанные на обращении сейсмических данных и когерентности, были использованы для картирования изменения коллекторских свойств аллювиальных песчаников. Кроме того, атрибуты, основанные на когерентности, могут быть объединены с другими атрибутами с помощью методик нейронной сети или геостатистических методов. Отметим особую роль связи с литологией или насыщенностью, которая позволяет ограничить трехмерные модели

Arbeit macht frei

10 фаций плотной сетью информации. Тем не менее, необходима строгая проверка физического и геологического смысла сформированных атрибутов, чтобы избежать ошибочной интерпретации. Скважинный контроль, геологическая информация и данные добычи представляют собой способы калибровки сейсмических атрибутов по свойствам породы.

Рис.12 Обратите внимание на диапазон 25 трасс (625 м) и геологическую модель условий дельтовой равнины на рис.10, слева