ПОЛНАЯ ИНВЕРСИЯ ВОЛНОВОГО ПОЛЯ ПРИ НАЛИЧИИ ПЛОЩАДНОГО И ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКОВ Российский патент 2019 года по МПК G01V1/30 G01V1/28 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[01] По этой заявке испрашивается преимущество приоритета предварительной заявки 62/327752 на патент США, поданной 26 апреля 2016 года, под названием ʺFWI with areal and point sourcesʺ, которая полностью включена в эту заявку путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[02] В общем, примеры вариантов осуществлений, описанных в этой заявке, относятся к области геофизических исследований, а более конкретно, к обработке геофизических данных. Примеры вариантов осуществления позволяют делать заключение о свойствах геологической среды на основании информации, содержащейся в геофизических данных, зарегистрированных при выполнении полевых экспериментов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[03] Этот раздел предназначен для введения в различные аспекты области техники, которые могут быть связаны с примерами вариантов осуществления настоящего изобретения. Можно полагать, что это рассмотрение поможет представить основные положения для содействия лучшему пониманию конкретных аспектов настоящего изобретения. В соответствии с этим следует понимать, что этот раздел должен читаться в этом свете, а необязательно как приобщение к предшествующему уровню техники.

[04] Сейсмическая инверсия представляет собой процесс извлечения информации о геологической среде из данных, измеренных на поверхности Земли во время сейсмических исследований. При типичном сейсмическом исследовании сейсмические волны генерируются источником 101, расположенным на заданном месте. Когда генерируемые источником волны распространяются через геологическую среду, часть энергии отражается от границ раздела 105, 107 и 109 в геологической среде и распространяется обратно к поверхности 111, где она регистрируется на приемниках 103. Сейсмические волны 113 и 115, которые отражаются в геологической среде только один раз перед достижением регистрирующих устройств, называются однократными отражениями. В противоположность этому, многократные отражения 117 представляют собой сейсмические волны, которые отражаются много раз на пути пробега обратно к поверхности (пунктирные линии на фиг. 1). Многократные отражения от поверхности представляют собой волны, которые отразились много раз и в том числе от поверхности Земли или поверхности воды (в более общем смысле от границы раздела с воздухом, которая может быть границей раздела вода-воздух в случае морских данных или границей раздела грунт-воздух в случае наземных данных) на пути распространения до регистрации.

[05] В течение сейсмического, электромагнитного или подобного исследования подземной области геофизические данные обычно регистрируют, расположив источник в выбранном пункте взрыва и измеряя сейсмическую, электромагнитную или иную рассеянную обратно энергию, генерируемую источником, используя приемники, расположенные на заданных местах. Измеренные отражения называют одиночной сейсмограммой общего пункта взрыва. В течение исследования многочисленные сейсмограммы общего пункта взрыва получают при перемещении источника и приемников на разные места и повторении упомянутого выше процесса. Затем результаты исследования могут быть использованы для выполнения инверсии, например полной инверсии волнового сигнала/волнового поля (ПИВП) в случае сейсмических данных, для чего используют информацию, содержащуюся в сейсмограммах общего пункта взрыва, чтобы определить физические свойства подземной области (например, скорость звука в среде, распределение плотности, удельное сопротивление и т.д.). Инверсия представляет собой итерационный процесс, при этом каждая итерация содержит этапы прямого моделирования для образования моделированных (модельных) данных вычисления целевой функции для определения подобия между моделированными и полевыми данными. Физические свойства геологической среды уточняют при каждой итерации для гарантии постепенно улучшающего соответствия моделированных и полевых данных.

[06] Полная инверсия волнового поля представляет собой сейсмический способ, в котором можно использовать полную сейсмограмму, включая сейсмические события, которые трактуются как шум в стандартных алгоритмах инверсии. Задача полной инверсии волнового поля заключается в построении реалистичной модели геологической среды путем минимизации несоответствия между зарегистрированными сейсмическими данными и синтетическими (или моделированными) данными, полученными путем численного моделирования.

[07] Полная инверсия волнового поля представляет собой реализуемый с помощью компьютера геофизический способ, который используют для обращения свойств геологической среды, таких как скорость или акустический импеданс. Сущность любого алгоритма полной инверсии волнового поля можно описать следующим образом: используя исходную модель физических свойств геологической среды, образуют синтетические сейсмические данные, то есть моделированные или имитированные, путем решения волнового уравнения с использованием численной схемы (например, конечных разностей, конечных элементов и т.д.). Термины «скоростная модель» или «модель физических свойств», используемые в этой заявке, относятся к массиву чисел, обычно к трехмерному массиву, где каждое число, которое может быть названо параметром модели, является значением скорости или другого физического свойства в ячейке, при этом для выполнения вычислений подземную область концептуально разделяют на дискретные ячейки. Синтетические сейсмические данные сравнивают с полевыми сейсмическими данными и, используя различия между ними, вычисляют погрешность или целевую функцию. Используя целевую функцию, выполняют построение модифицированной модели геологической среды, которую используют для моделирования нового набора синтетических сейсмических данных. Этот новый набор синтетических сейсмических данных сравнивают с полевыми данными, чтобы образовать новую целевую функцию. Этот процесс повторяют до тех пор, пока целевая функция не будет удовлетворительно минимизирована, и выполняют построение конечной модели геологической среды. Способ глобальной или локальной оптимизации используют для минимизации целевой функции и для обновления модели геологической среды.

[08] Вследствие сильной нелинейности, присущей способу полной инверсии волнового поля, результаты часто зависят от качества исходной скоростной модели. Выбор плохой исходной модели приводит к хорошо известному явлению «перехода на другую фазу» (когда разность между временами пробега волн, численно моделированных на компьютере, и волн, зарегистрированных в поле, превышает половину периода, соответствующего доминирующей частоте данных) и результаты процесса оптимизации стремятся к нежелательному локальному минимуму. Значительным способствующим фактором является накопление погрешности, когда волны моделируют, используя неточную модель геологической среды. Эта погрешность является особенно большой при так называемых многократных отраженных волнах, которые распространяются вниз в геологическую среду и затем обратно к поверхности наблюдений, где они отражаются вниз и повторно распространяются через подземную область, при этом они регистрируются каждый раз, когда они доходят до поверхности, на которой расположены приемники. Например, если вследствие неточностей моделей однократная волна моделируется с погрешностью Δt времени пробега, то соответствующая многократная волна первого порядка будет моделироваться с погрешностью 2Δt, многократная волна второго порядка будет иметь погрешность 3Δt и т.д.

[09] К сожалению, точное моделирование многократных волн является сложной задачей, поскольку даже небольшие неточности в модели фоновой скорости или неточное определение местоположений генерирующих многократные волны горизонтов может приводить к значительному накоплению погрешностей времен пробега, когда многократные волны неоднократно пересекают геологическую среду.

[10] В идеальном случае эту чувствительность многократных волн к неточности модели можно обратить в преимущество путем преобразования погрешностей времени пробега и амплитуды в источник информации о геологической среде для использования при полной инверсии волнового поля.

[11] Один способ исключения накопления погрешности заключается в ином моделировании многократных волн. Вместо выполнения численного моделирования с использованием точечного источника и граничного условия свободной поверхности можно включать зарегистрированные трассы полевых данных в качестве источников на места расположения приемников (Amundsen и Robertsson, 2014) и предоставлять возможность результирующему волновому полю распространяться еще раз через геологическую среду. Этот пространственно-распределенный источник, получаемый из полевых данных, в дальнейшем будет называться «площадным» источником. Если поглощающее граничное условие использовать вместо граничного условия свободной поверхности и выполнять мьютинг вступления прямой волны (от источника к приемникам), то однократные волны в зарегистрированных полевых данных будут преобразовываться в многократные волны первого порядка, многократные волны первого порядка будут преобразовываться в многократные волны второго порядка и т.д. Кроме того, следует отметить, что, если мьютинг вступления прямой волны не выполнять, то она будет преобразовываться в однократные волны (возможно, с фазовой погрешностью, зависящей от реализации).

[12] Поскольку полевые данные не имеют никаких числовых погрешностей времени пробега, а распространение через геологическую среду происходит благодаря поглощающему граничному условию, накопление погрешностей не происходит и при использовании системы обозначений, приведенной выше, погрешность времени пробега для многократных волн всех порядков будет ограничиваться Δt. Этот способ хорошо известен и его не так давно использовали применительно к полной инверсии волнового поля Zhang и соавторы (2013), хотя они не обратили внимание на это конкретное преимущество способа. Более того, для предложенного ими способа требуется извлечение многократных волн из полевых данных (например, при использовании подавления многократных волн от поверхности), чтобы при выполнении полной инверсии волнового поля можно было сравнивать моделированные многократные волны с многократными волнами, извлеченными из полевых данных.

[13] Лучшим способом будет исключение необходимости в раздельном оценивании многократных волн и выполнение полной инверсии волнового поля с использованием всех зарегистрированных волн, как однократных волн, так и многократных волн. Поэтому, в свою очередь, будет необходимо моделировать однократные волны и многократные волны в одно и то же время. В последней публикации Tu и Hermann (2014) предложили включать точечный источник на физическое место нахождения источника вместе с площадным источником (и поглощающим граничным условием), чтобы моделировать однократные волны и многократные волны в одно и то же время для построения изображения (это также известно как миграция или линеаризованная инверсия) Они осуществляли продвижение функций двух источников через однородную среду, как это обычно делается при построении изображения, и затем выполняли корреляцию получающегося в результате волнового поля с данными, зарегистрированными при обратном распространении, чтобы получить коэффициент отражения геологической среды. Как отмечено в их статье, недостаток этого способа заключается в создании перекрестных помех, когда случается корреляция многократных волн различных порядков друг с другом, при этом образуются ложные нежелательные волны.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[14] Способ, включающий выполнение при помощи компьютера разделения геофизических данных по восстанию/падению, которым получают приближенное восходящее волновое поле и приближенное нисходящее волновое поле; создание площадного источника на основании по меньшей мере части нисходящего волнового поля; и выполнение при помощи компьютера процесса полной инверсии волнового поля с площадным источником, и определение по целевой функции несоответствия между моделированными восходящими волновыми полями и зарегистрированными восходящими волновыми полями, при этом в результате выполнения процесса полной инверсии волнового поля образуют конечную модель физических свойств геологической среды для разведки углеводородов.

[15] В способе создание площадного источника может включать в себя выполнение при помощи компьютера первого моделирования с использованием точечного источника, включенного в качестве монополя в исходную модель физических свойств вместе с по меньшей мере одной подземной отражающей границей и наложенным граничным условием свободной поверхности, при этом выполнение разделения по восстанию/падению осуществляют относительно данных, образованных в результате первого моделирования; выполнение при помощи компьютера второго моделирования с использованием точечного источника, но при этом точечный источник включают в исходную модель физических свойств в качестве диполя вместе с поглощающим граничным условием; выполнение при помощи компьютера третьего моделирования с использованием площадного источника, включая нисходящее волновое поле, полученное в результате разделения по восстанию/падению, и поглощающее граничное условие; регулирование моделированных данных из третьего моделирования и второго моделирования до соответствия их аналогам из разделения по восстанию/падению; и применение поправки, полученной в результате регулирования моделированных данных, к площадному источнику, и образование гибридного источника путем конкатенации отрегулированных площадного источника и точечного источника.

[16] В способе регулирование может включать в себя использование формирующего фильтра.

[17] В способе формирующий фильтр может быть пространственно-изменяющимся, а способ может также включать в себя итерационное повторение процесса формирования, при этом формирующий фильтр итерационно изменяют в течение каждой последующей итерации так, чтобы формирующий фильтр сходился к оператору тождественности.

[18] В способе формирующий фильтр можно итерационно изменять в течение каждой последующей итерации для постепенного повышения соответствия между моделированными данными из третьего моделирования и второго моделирования и их аналогами из разделения по восстанию/падению.

[19] В способе процесс полной инверсии волнового поля может быть двухстадийным процессом, при этом первая стадия включает в себя выполнение полной инверсии волнового поля с использованием наблюденных данных в качестве функции источника для получения промежуточной модели физических свойств геологической среды, а вторая стадия включает в себя выполнение полной инверсии волнового поля с использованием точечного источника в качестве функции источника для промежуточной модели физических свойств геологической среды, обращенной для образования исходной модели для второй стадии.

[20] Способ может также включать в себя независимое регулирование площадного источника относительно точечного источника.

[21] В способе выполнение третьего моделирования может включать в себя мьютинг или вычитание вступления прямой волны до включения площадного источника.

[22] В способе выполнение процесса инверсии волнового поля может включать в себя использование поглощающего граничного условия.

[23] Способ может включать в себя бурение скважины на основании местоположения, определенного по меньшей мере частично из конечной модели физических свойств геологической среды.

[24] Способ может включать в себя разведку углеводородов с использованием конечной модели физических свойств геологической среды.

[25] Способ может включать в себя приведение в действие источников на поверхности Земли или вблизи нее или на поверхности водной массы и регистрацию сигналов, отраженных от нижнего горизонта геологической среды.

[26] В способе площадной источник может быть гибридным источником.

[27] В способе площадной источник может быть негибридным источником.

[28] В способе геофизические данные могут быть наземными данными.

[29] В способе геофизические данные могут быть морскими данными.

[30] Способ может также включать выполнение при помощи компьютера четвертого моделирования с использованием модели, состоящей из водного слоя, для определения вступления прямой волны от площадного источника; и вычитание вступления прямой волны из моделированного волнового поля, образованного при третьем моделировании.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[31] При том, что в настоящем раскрытии допускаются различные модификации и альтернативные формы, конкретные примеры вариантов осуществления его показаны на чертежах и описаны подробно в этой заявке. Однако следует понимать, что описание конкретных примеров вариантов осуществления в этой заявке не предполагается ограничивающим раскрытие конкретных форм, изложенных в этой заявке, а напротив, это раскрытие охватывает все модификации и эквиваленты, определенные в прилагаемой формуле изобретения. Следует также понимать, что чертежи необязательно выполнены в масштабе, вместо этого сделан упор на ясную иллюстрацию принципов примеров вариантов осуществления настоящего изобретения. Кроме того, некоторые размеры могут быть преувеличены для содействия визуальной передаче таких принципов. На чертежах:

фиг. 1 - примеры однократных отраженных волн и многократных отраженных волн;

фиг. 2 - пример блок-схемы последовательности действий, иллюстрирующей вариант осуществления предложенного технологического усовершенствования;

фиг. 3А - иллюстрация примера скоростной модели с чередующимися слоями высокой и низкой скоростей;

фиг. 3В - иллюстрация различия между исходной скоростной моделью и истинной скоростной моделью (фиг. 3А);

фиг. 4А - иллюстрация примера направления, обновленного с использованием обычного способа;

фиг. 4В - иллюстрация примера направления, обновленного с использованием предложенного технологического усовершенствования;

фиг. 5А - иллюстрация примера продвижения точечного источника через скоростную модель;

фиг. 5В - иллюстрация примера продвижения зарегистрированных данных (то есть, фиг. 3А) через ту же самую скоростную модель;

фиг. 5С - иллюстрация примера продвижения данных из фиг. 3А через другую скоростную модель;

фиг. 6А - иллюстрация примера истинной скоростной модели в случае двумерных синтетических данных;

фиг. 6В - иллюстрация примера исходной скоростной модели для полной инверсии волнового поля;

фиг. 7А - иллюстрация примера обычной полной инверсии волнового поля с использованием точечного источника в качестве функции источника;

фиг. 7В - иллюстрация примера полной инверсии волнового поля с использованием наблюденных данных в качестве функции источника;

фиг. 7С - иллюстрация примера двухстадийной полной инверсии волнового поля; и

фиг. 8 - пример блок-схемы последовательности действий, иллюстрирующей вариант осуществления предложенного технологического усовершенствования.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[32] Ниже описываются примеры вариантов осуществления. Однако, поскольку нижеследующее описание предназначено для конкретной цели, предполагается, что оно приводится только для примера и представляет собой просто описание примеров вариантов осуществления. В соответствии с этим изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, описанными ниже, а точнее, оно включает в себя все варианты, модификации и эквиваленты, попадающие в пределы истинной сущности и объема приложенной формулы изобретения.

[33] В предложенном технологическом усовершенствовании можно сочетать одновременное использование точечного и площадного источников (которые будут называться гибридным источником) с нелинейной инверсией (полной инверсией волнового поля). Площадной источник важен для моделирования многократных волн. Точечный источник важен для моделирования однократных волн. Преимущества перед ранее опубликованной работой включают в себя использование информации, содержащейся как в однократных волнах, так и в многократных волнах, для обновления модели геологической среды и ограничения кинематических погрешностей (и поэтому для исключения перехода на другую фазу и придания инверсии меньшей чувствительности к исходной модели). Поскольку площадной источник обычно обеспечивает намного более широкое освещение геологической среды, можно выполнять полную инверсию волнового поля при использовании сокращенного поднабора сейсмограмм общего пункта взрыва, что приведет к значительному повышению скорости. Кроме того, поскольку модель геологической среды итерационно обновляют в течение итераций полной инверсии волнового поля, что ведет к постепенному уменьшению остаточного волнового поля (несоответствия между моделированными и зарегистрированными данными), следует ожидать значительного ослабления проблемы перекрестных искажений, наблюдавшихся Tu и Hermann (2014) при построении изображения.

[34] Предложенное технологическое усовершенствование будет описано главным образом в контексте полной инверсии волнового поля (ПИВП) сейсмических данных, но оно может быть применено к инверсиям геофизических данных других видов.

[35] Имеются различные хорошо известные способы включения площадного источника для моделирования многократных волн. Уравнениями 1-3 в работе Amundsen и Robertsson (2014) обеспечивается способ достижения этого (в случае использования формулировки второго порядка волнового уравнения), но требуется знание как давления, так и вертикального градиента (или, что эквивалентно, вертикальной составляющей скорости частиц) на местах нахождения приемников. Если градиент давления отсутствует (как в случае обычных однокомпонентных морских исследованиях), можно использовать только один из членов (основанный только на записях давления), но получающееся в результате волновое поле может иметь неточные фазы и амплитуды и распространяться как восходящему направлению, так и по нисходящему направлению вместо желательного только нисходящего направления, что делает необходимыми этапы уменьшения отрицательных последствий, описанные в следующей части.

[36] Решение формулировки второго порядка волнового уравнения эквивалентно решению нижеследующей системы дифференциальных уравнений первого порядка в частных производных:

,

,

где x - вектор пространственных координат; t - время, p - давление; v - вектор скоростей частиц; ρ - плотность; с - скорость звука в геологической среде; x_i, f_i(t), g_i(t) -пространственные положения и временные сигнатуры (например, зарегистрированные данные) приемников; и n - суммарное количество элементов (приемников), охватывающих площадной источник. В этом случае ввод площадного источника в первое из приведенных выше уравнений будет создавать эффект, подобный эффекту, создаваемому монополем, тогда как ввод во второе уравнение будет создавать эффект, подобный эффекту, создаваемому диполем, если использовать терминологию Amundsen и Robertsson (2014).

[37] В зависимости от граничных условий в верхней части модели предпочтительно вводить площадной источник либо в качестве монополя, либо в качестве диполя. В дальнейшем площадной и точечный источники вводятся в качестве диполей в сочетании с поглощающими граничными условиями.

[38] Существуют более общие формулировки волнового уравнения (например, вязкоупругое волновое уравнение), в соответствии с которыми может потребоваться выполнять ввод источника иным образом в зависимости от конкретной формы волнового уравнения, выбираемого для выполнения моделирований.

Гибридный источник

[39] Использование гибридного источника приводит к особым проблемам при полной инверсии волнового поля. Поскольку полная инверсия волнового поля основана на точном моделировании амплитуд, необходимо тщательно выбирать площадной источник и баланс между точечным источником и площадным источником. На фиг. 2 представлен пример способа использования гибридного источника при полной инверсии волнового поля (ПИВП).

[40] На этапе 201 выполняют первое моделирование, используя выбранный точечный источник 200 вместе с наложенным граничным условием отражающей свободной поверхности. Точечный источник 200 можно включать в модель в качестве монополя. Чтобы многократные волны генерировались, модель, используемая при моделировании, должна содержать по меньшей мере один отражающий горизонт.

[41] На этапе 202 получают восходящее и нисходящее волновые поля, выполняя разделение по восстанию/падению или упрощенную версию его. На этапе 202 разделение синтетических данных по восстанию/падению должно быть совместимым с видом полевых данных, используемых при инверсии. Поэтому, если при полевых исследованиях использовалась многокомпонентная морская буксируемая коса, обеспечивавшая непосредственные измерения давления и скорости частиц (или градиента давления, что эквивалентно), и две компоненты использовались для выполнения разделения волновых полей по восстанию/падению, то приемник такого же вида и тот же самый способ разделения следует использовать при синтетических моделированиях. С другой стороны, если обычные однокомпонентные данные регистрировались в полевых условиях, можно аппроксимировать восходящее волновое поле, положив его равным зарегистрированным полевым данным, и нисходящее волновое поле, положив его равным зарегистрированным полевым данным, умноженным на «-1» (для учета коэффициента отражения границы раздела воздух-вода). Кроме того, можно использовать другие приближенные способы разделения по восстанию/падению, например, подавление волн-спутников.

[42] На этапе 203 выполняют второе моделирование, используя площадной источник (в том числе нисходящее волновое поле, полученное на этапе 202) и поглощающее граничное условие, чтобы образовать восходящие многократные волны. При втором моделировании можно использовать такую же модель, как при первом моделировании. На этапе 203 до включения площадного источника необходимо выполнить мьютинг вступления прямой волны (то есть, энергии, проходящей в воде непосредственно от источника к приемнику). Причина заключается в том, что при включении вступления прямой волны будет генерироваться копия однократных волн (возможно, с неточными фазами и амплитудами, зависящими от реализации) и поэтому будут дублироваться вступления, приходящие от дипольного источника, включенного в гибридный источник.

[43] На этапе 204 восходящие многократные волны, образованные на этапе 203, регулируют (то есть, фильтруют или масштабируют) до соответствия их аналогам из этапа 202. В идеальном случае соответствие может заключать в себе равенство, но в более общем случае оно означает минимизацию несоответствия между ними двумя при некоторой норме (например L2). На этапе 204 моделированное волновое поле из этапа 203 может содержать как восходящие многократные волны, так и вступление прямой волны от площадного источника. Это вступление прямой волны необходимо вычитать, поскольку оно не присутствует в полевых данных. Поэтому можно выполнять дополнительное моделирование с использованием модели, содержащей только водный слой (в случае морских данных, тогда как наземные данные должны быть представлены с помощью модели верхней части разреза), и вычитать результат.

[44] На этапе 205 средство внесения поправки (например, формирующий фильтр или коэффициент масштабирования), полученные на этапе 204, применяют к площадному источнику (к нисходящим полевым данным 206) и вступление прямой волны обнуляют или вычитают. Примеры формирующих фильтров или коэффициентов масштабирования можно найти в работе Robinson E.A. and Treitel S., 1908, Geophysical signal analysis, Prentice-Hall, Inc.

[45] Кроме того, восходящие многократные волны, моделированные на этапе 204, могут не соответствовать достаточно хорошо многократным волнам, наблюденным в полевых данных, вследствие погрешностей при моделировании (например, вследствие неточного положения дна моря в модели или недостаточной частоты выборки из полевых данных, которые используют в качестве площадного источника). Когда моделированные и наблюденные многократные волны не находятся в достаточно хорошем соответствии, обращенные модели могут иметь артефакты, которые обычно проявляются как ложные волны в модели. В этом случае средство внесения поправки (например, формирующий фильтр) можно предусмотреть для повышения соответствия между моделированными и наблюденными многократными волнами. Затем это средство внесения поправки можно применить к нисходящему волновому полю, используемому в качестве площадного источника. Возможность независимого регулирования точечного и площадного источников дает дополнительную степень гибкости, позволяющую использовать гибридный источник, не представленный в обычной полной инверсии волнового поля, при этом как однократные волны, так и многократные волны генерируются одним и тем же точечным источником. Если средство внесения поправки (например, формирующий фильтр) является пространственно изменяющимся, то процесс формирования можно повторять итерационно до тех пор, пока поправка не станет оператором тождественности (например, формирующие фильтры не станут дельта-функциями с ограниченным спектром). Однако формирующий фильтр необязательно должен становиться оператором тождественности; точнее, формирующий фильтр можно регулировать так, чтобы он стремился к оператору тождественности в течение заданного количества итераций или доходил до другого условия остановки. Если фильтр является пространственно-инвариантным, то вследствие линейности волнового уравнения относительно формирования во временной области требуется только одна итерация.

[46] На этапе 207 гибридный источник образуют объединением точечного источника 200 и отрегулированного площадного источника из этапа 206. От точечного источника получается сейсмическая трасса. От площадного источника получается набор сейсмических трасс. Гибридный источник можно образовать конкатенацией площадного источника и точечного источника в один файл или использованием эквивалентного способа, при этом конечный результат заключается в одновременном включении обоих источников в моделирование.

[47] На этапе 208 выполняют полную инверсию волнового поля (ПИВП), используя гибридный источник и поглощающее граничное условие, при этом все другие аспекты являются точно такими же, как в традиционном способе полной инверсии волнового поля. Целевую функцию можно использовать для определения несоответствия между моделированными восходящими волновыми полями и зарегистрированными восходящими волновыми полями и при этом образовывать обновленную модель физических свойств геологической среды. Хотя в этом примере используется поглощающее граничное условие, можно использовать условие свободной поверхности. Однако условие свободной поверхности может быть более чувствительным к погрешностям скорости вследствие излишних многократных волн.

Примеры

[48] Предложенное технологическое усовершенствование дополнительно иллюстрируется примером, основанным на простой слоистой скоростной модели. На фиг. 3А показана типовая скоростная модель с чередующимися слоями высоких и низких скоростей. На фиг. 3В показано различие между исходной скоростной моделью (непоказанной) и истинной скоростной моделью (фиг. 3А), при этом разность скоростей повсюду равна 20 м/с.

[49] В соответствии с этим можно ожидать, что обновленное направление полной инверсии волнового поля укажет на повышение скорости повсюду в геологической среде. Численный эксперимент выполняли с использованием единственной сейсмограммы общего пункта взрыва, при этом источник располагали примерно в середине модели (несколько ниже свободной поверхности), а приемники протягивали как влево, так и вправо от места расположения источника на расстояние 12 км. Обычным способом получали обновленное направление (отрицательный градиент), которое показало желаемое повышение скорости только в окрестности места нахождения источника (фиг. 4А). В противоположность этому, предложенное технологическое усовершенствование приводит к обновленному направлению, которое имеет правильный знак почти повсюду (фиг. 4В).

Негибридный площадной источник

[50] Еще один вариант заключается в замене гибридного источника площадным источником без мьютинга вступлений прямых волн при использовании того, что вступления прямых волн преобразуются в однократные волны после распространения еще один раз через среду. Как рассматривалось ранее, однократные волны преобразуются в многократные волны первого порядка, многократные волны первого порядка преобразуются в многократные волны второго порядка и т.д. Поэтому, если среда является истинной средой, данные после распространения еще один раз будут «эквивалентны» самим данным. Формально это можно проверить при использовании репрезентативной теории в предположении бесконечной апертуры регистрации и при включении в модель данных как о давлении, так и о вертикальной скорости (Amundsen и Robertsson, 2014). Однако на практике это, вероятно, не будет случаться, поскольку регистрация сейсмических данных всегда является ограниченной по природе; и в случае регистрации морской буксируемой косой часто регистрируют только данные о давлении. Однако можно показать численно, что при включении в модель только данных о давлении время пробега все же сохраняется, хотя амплитуды могут не быть точными. Если целью является использование из данных только информации о времени пробега для улучшения скоростной модели, эта стратегия моделирования все же будет полезной, особенно с учетом того, склонность к переходу на другую фазу будет меньше.

[51] На фиг. 5А показаны моделированные данные, полученные путем продвижения точечного источника через скоростную модель, тогда как на фиг. 5В показаны моделированные данные, полученные при использовании сейсмограммы общего пункта взрыва, показанной на фиг. 4А, в качестве источника и при продвижении его еще один раз через ту же самую скоростную модель. Следует отметить, что информация о времени пробега надлежащим образом сохранена. На фиг. 5С показаны моделированные данные при продвижении зарегистрированных данных (фиг. 5А) через другую скоростную модель (можно полагать, что она такая же, как исходная модель для полной инверсии волнового поля). Фиг. 5С очень сильно отличается от фиг. 5В или фиг. 5А, поскольку другая модель, а не истинная модель, была использована при продвижении. Различие между (В) и (С) отражает чувствительность к скорости такой стратегии моделирования, и это различие можно использовать в процессе полной инверсии волнового поля для обновления скоростной модели, вследствие чего фиг. 5С может быть ближе к фиг. 5А или 5В. В течение полной инверсии волнового поля площадного источника моделированные данные, получаемые с использованием площадного источника в исходной модели (например, фиг. 5С), использовали для сравнения с наблюденными данными (например, фиг. 5А). Различие между ними двумя называется остатком, а остаток может быть преобразован в обновление модели, так что после обновления модели различие (или остаток) между моделированными и наблюденными данными уменьшится. Если сходимость достигается, различие между моделированными данными, полученными с использованием площадного источника в конечной обращенной модели (например, фиг. 5В), и наблюденными данными (например, фиг. 5А) будет достигать минимума.

[52] На фиг. 6А, 6В, 7А, 7В и 7С представлены численные примеры способа с негибридным площадным источником. На фиг. 6А показана истинная скоростная модель для двумерных синтетических данных, а на фиг. 6В показан пример исходной скоростной модели для полной инверсии волнового поля.

[53] На фиг. 7А показана модель, полученная в результате обычной полной инверсии волнового поля с использованием точечного источника в качестве функции источника. На фиг. 7В показана модель, полученная в результате полной инверсии волнового поля с использованием наблюденных данных в качестве функции источника. На фиг. 7С показана модель, полученная в результате выполнения двухстадийного процесса полной инверсии волнового поля, при этом первая стадия включала в себя выполнение полной инверсии волнового поля с использованием наблюденных данных в качестве функции источника, а вторая стадия включала в себя выполнение полной инверсии волнового поля с использованием точечного источника в качестве функции источника и обращенной модели из первого этапа в качестве исходной модели.

[54] В то время как в случае обычной полной инверсии волнового поля (фиг. 7А) существуют проблемы при восстановлении морщинистой кровли соляного пласта, при полной инверсии волнового поля площадного источника (фиг. 7В и 7С) задача оконтуривания кровли соляного пласта решается намного лучше.

[55] На фиг. 8 показан способ использования многостадийного процесса полной инверсии волнового поля при негибридном площадном источнике. Этап 801 включает в себя разделение сейсмических данных по восстанию/падению, которым получают приближенное восходящее волновое поле и приближенное нисходящее волновое поле. Этап 802 включает в себя создание площадного источника на основании по меньшей мере части нисходящего волнового поля. Этапы 803 и 804 составляют многостадийный процесс полной инверсии волнового поля. Этап 803 первой стадии может включать в себя выполнение полной инверсии волнового поля (ПИВП) с использованием наблюденных данных (то есть, данных нисходящего поля) в качестве функции источника для получения промежуточной модели физических свойств геологической среды, а этап 804 второй стадии может включать в себя выполнение полной инверсии волнового поля с использованием точечного источника в качестве функции источника, при этом для создания начальной модели для второй стадии выполняется обращение промежуточной модели физических свойств геологической среды.

[56] Освоение залежи углеводородов может быть выполнено в соответствии с выходной моделью геологической среды, образованной способами из фиг. 2 и 8. Используемый в этой заявке термин «освоение углеводородов» включает в себя извлечение углеводородов, добычу углеводородов, разведку углеводородов, идентификацию потенциальных запасов углеводородов, идентификацию местоположений скважин, определение скорости закачки в скважину или скорости извлечения из скважины, идентификацию связности коллекторов, освоение, окончание и/или прекращение добычи запасов углеводородов, рассмотрение до принятия решения об освоении залежи углеводородов и любые другие связанные с углеводородами действия или формы деятельности.

[57] Хотя примеры вариантов осуществления, рассмотренные в этой заявке, относятся к морским данным, предложенное технологическое усовершенствование применимо к наземным данным.

[58] При всех практических применениях предложенное технологическое усовершенствование следует использовать в сочетании с компьютером, программируемым в соответствии с раскрытиями, изложенными в этой заявке. Любой этап любого из способов, рассмотренных в этой заявке, может быть реализован компьютером. Для эффективного выполнения полной инверсии волнового поля предпочтительно, чтобы компьютер был высокопроизводительным компьютером (ВПК), известным специалистам в данной области техники. Такие высокопроизводительные компьютеры обычно включают в себя кластеры узлов, при этом каждый узел имеет параллельные центральные процессоры и компьютерную память, которые позволяют осуществлять параллельное вычисление. Модели можно визуализировать и редактировать при использовании любых интерактивных программ визуализации и связанного с ними аппаратного обеспечения, такого как мониторы и проекторы. Архитектура системы может изменяться и может быть составлена из любого числа подходящих структур аппаратного обеспечения, способных выполнять логические операции и отображать выводимые данные в соответствии с предложенным технологическим усовершенствованием. Специалисты в данной области техники должны быть осведомлены, что подходящие суперкомпьютеры можно получить от Cray или IBM.

[59] В предложенных способах могут допускаться различные модификации и альтернативные формы, а примеры, рассмотренные выше, показаны только для примера. Однако предложенные способы не предполагаются ограниченными конкретными примерами, раскрытыми в этой заявке. Фактически, предложенные способы включают в себя все варианты, модификации и эквиваленты, попадающие в пределы сущности и в объем прилагаемой формулы изобретения.

Список литературы

[60] Следующие источники полностью включены в эту заявку путем ссылки:

Amundsen L. and J.O.A. Robertsson, Wave equation processing using finite-difference propagators, Part 1: Wavefield dissection and imaging of marine multicomponent seismic data, Geophysics 79 (6), 2014, pp. T287-T300;

Tu N. and F.J., Fast Imaging with surface-related multiples by sparse inversion, Geophysical Journal International (2015) 201, 204-31; и

Zhang D., W. Dai and G.T. Schuster, Multiples Waveform inversion, 75th EAGE Annual Meeting, 2013.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для моделирования физических свойств геологической среды. Предложен способ моделирования физических свойств геологической среды, включающий выполнение при помощи компьютера разделения геофизических данных по восстанию/падению, которым получают приближенное восходящее волновое поле и приближенное нисходящее волновое поле, создание площадного источника на основании по меньшей мере части нисходящего волнового поля, и выполнение при помощи компьютера полной инверсии волнового поля с площадным источником, и определение по целевой функции несоответствия между моделированными восходящими волновыми полями и зарегистрированными восходящими волновыми полями. При этом в результате выполнения процесса полной инверсии волнового поля образуют конечную модель физических свойств геологической среды. Технический результат – повышение точности получаемых данных. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ моделирования физических свойств геологической среды для разведки углеводородов с использованием полной инверсии волнового поля, содержащий этапы, на которых:

выполняют при помощи компьютера разделение геофизических данных по восстанию/падению, которым получают приближенное восходящее волновое поле и приближенное нисходящее волновое поле;

создают гибридный площадной источник на основании по меньшей мере части нисходящего волнового поля; и

выполняют при помощи компьютера процесс полной инверсии волнового поля с гибридным площадным источником, при этом нисходящее волновое поле используют для моделирования восходящего волнового поля, и определяют по целевой функции несоответствие между моделированными восходящими волновыми полями и зарегистрированными восходящими волновыми полями, при этом в результате выполнения процесса полной инверсии волнового поля образуют конечную модель физических свойств геологической среды для разведки углеводородов.

2. Способ по п. 1, в котором создание гибридного площадного источника содержит:

выполнение при помощи компьютера первого моделирования с использованием точечного источника, включенного в качестве монополя в исходную модель физических свойств вместе с по меньшей мере одной подземной отражающей границей и наложенным граничным условием свободной поверхности,

при этом выполнение разделения по восстанию/падению осуществляют относительно данных, образованных в результате первого моделирования;

выполнение при помощи компьютера второго моделирования с использованием точечного источника, но при этом точечный источник включают в исходную модель физических свойств в качестве диполя вместе с поглощающим граничным условием;

выполнение при помощи компьютера третьего моделирования с использованием площадного источника, включая нисходящее волновое поле, полученное в результате разделения по восстанию/падению, и поглощающее граничное условие;

регулирование моделированных данных из третьего моделирования и второго моделирования до соответствия их аналогам из разделения по восстанию/падению; и

применение поправки, полученной в результате регулирования моделированных данных, к площадному источнику, и образование гибридного источника путем конкатенации отрегулированных площадного источника и точечного источника.

3. Способ по п. 2, в котором регулирование включает в себя использование формирующего фильтра.

4. Способ по п. 3, в котором формирующий фильтр является пространственно-изменяющимся, а способ также содержит итерационное повторение процесса формирования, при этом формирующий фильтр итерационно изменяют в течение каждой последующей итерации так, чтобы формирующий фильтр сходился к оператору тождественности.

5. Способ по п. 4, в котором формирующий фильтр итерационно изменяют в течение каждой последующей итерации для постепенного повышения соответствия между моделированными данными из третьего моделирования и второго моделирования и их аналогами из разделения по восстанию/падению.

6. Способ по любому предшествующему пункту, в котором процесс полной инверсии волнового поля представляет собой двухстадийный процесс, при этом первая стадия включает в себя выполнение полной инверсии волнового поля с использованием наблюденных данных в качестве функции источника для получения промежуточной модели физических свойств геологической среды, а вторая стадия включает в себя выполнение полной инверсии волнового поля с использованием точечного источника в качестве функции источника для промежуточной модели физических свойств геологической среды, обращенной для образования исходной модели для второй стадии.

7. Способ по любому одному из пп. 2-5, также содержащий независимое регулирование площадного источника, включающего нисходящее волновое поле относительно точечного источника.

8. Способ по любому одному из пп. 2-5, в котором выполнение третьего моделирования включает в себя мьютинг или вычитание вступления прямой волны до включения площадного источника, включающего нисходящее волновое поле.

9. Способ по любому предшествующему пункту, в котором выполнение процесса инверсии волнового поля включает в себя использование поглощающего граничного условия.

10. Способ по любому предшествующему пункту, также содержащий бурение скважины на основании местоположения, определенного по меньшей мере частично из конечной модели физических свойств геологической среды.

11. Способ по любому предшествующему пункту, также содержащий разведку углеводородов с использованием конечной модели физических свойств геологической среды.

12. Способ по любому предшествующему пункту, также содержащий приведение в действие источников на поверхности Земли или вблизи нее или на поверхности водной массы и регистрацию сигналов, отраженных от нижнего горизонта Земли.

13. Способ по любому одному из пп. 2-5, где способ также содержит:

выполнение при помощи компьютера четвертого моделирования с использованием модели, состоящей из водного слоя, для определения вступления прямой волны от площадного источника, включающего нисходящее волновое поле; и

вычитание вступления прямой волны из моделированного волнового поля, образованного при третьем моделировании.