Способ непрерывной корректировки двухмерного и трехмерного сейсмического изображения по глубине при бурении скважины с использованием сейсмической информации о скорости

 

Изобретение относится к способу непрерывной корректировки сейсмического изображения по глубине при бурении скважины с использованием сейсмической информации о скорости. Сущность: проводят начальное определение модели скорости и последовательную многократную модификацию этой модели с помощью комбинирования геофизических данных. Используют данные, полученные на поверхности, и данные о нижних горизонтах геологической области, полученные непосредственно во время бурения скважины. Технический результат: повышение точности управления фазами бурения. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к способу непрерывной корректировки сейсмического изображения по глубине при бурении скважины с использованием сейсмической информации о скорости. В соответствии с этим способом каждое новое изображение, точно привязанное к моменту времени, когда были получены результаты из скважины, позволяет лучше производить определение горизонтов, находящихся ниже головки бура, и, следовательно, значительно более точно управлять последующими фазами бурения. Сейсмическое изображение может быть "разрезом" в случае двухмерного массива данных или "объемом" в случае трехмерного массива данных.

Предложенный способ основан на использовании всей информации, касающейся скорости, которая может быть получена из скважины, для получения во время бурения скважины сейсмического изображения по шкале глубины путем выполнения многократной корректировки диапазона относительной скорости.

Начиная с опорного сейсмического изображения по глубине, полученного, исходя из начального диапазона скорости, общепринятым методом или полностью полученного из данных по сейсморазведке методом отраженных волн, способ позволяет, в принципе, непрерывно в течение бурения скважины определять ход глубинной миграции сейсмических данных, а практически, с разумными интервалами по глубине, которые выбираются каждый раз с учетом глубины горизонтов, имеющих наибольшее значение в отношении сейсмичности.

Преимущество этого способа заключается в том, что он позволяет в реальном времени производить последовательную корректировку (обновление данных) сейсмических изображений по глубине, которые последовательно идентифицируются с геологическим профилем, на основе которого делается оперативный выбор. Кроме того, он имеет большое значение, так как позволяет получать такую информацию, как изменение промежуточных уровней трубной обвязки, отклонение от начальной траектории ствола скважины, переопределение глубины различных мишеней при проведении горных работ, при керновом бурении и т.д.

Короче говоря, это "непрерывное определение миграции во время бурения" (MWDC) обеспечивает новый способ получения непрерывной информации, предшествующей бурению, который может быть определен как геофизический. Возможность получения все более и более сложных сейсмических изображений по глубине, связанная с получением данных из скважины, позволяет более точно и оперативно осуществлять управление (бурением).

Определение сейсмической миграции составляет основной этап в последовательности действий, производимых при обработке сейсмических данных, полученных с помощью методов отражения (волн). Этап определения миграции обычно выполняется в конце традиционной последовательности этапов обработки данных и служит для соотнесения различных сейсмических горизонтов с их правильным пространственным местоположением во временном разрезе или в глубинном разрезе.

Задача всей процедуры обработки сейсмических данных заключается в том, чтобы получить "глубинное" изображение, которое может сравниваться с геологическим профилем.

В частности, необходимость в определении "миграции" сейсмических данных вытекает из того факта, что обычные суммарные разрезы, в которых определенное место в нижних горизонтах идеально соответствует каждой трассе (волны), в действительности, представляют данные (по отражению), относящиеся к различным местам в пространстве по отношению к вертикальной точке зрения.

Ошибка в местонахождении и геометрии геологических структур в сейсмических (суммарных) разрезах обусловлена тем фактором, что в наиболее общем случае с неплоско-параллельным расслоением, когда имеются различные наклонные горизонты, не является правильным одно из основных положений способа сейсморазведки методом отраженных волн, т.е. предположение, что точка отражения волны на данной акустической границе раздела в нижнем горизонте эквидистантна по отношению к точкам возбуждения и приема волны.

Другое упрощение реальной ситуации, которое должно быть скорректировано во время фазы миграции, заключается в том, что скорости сейсмических волн в различных горизонтах предполагаются постоянными и однородными (изотропная среда). С другой стороны, известно, что сложные седиментные и тектонические процессы могут вызывать более или менее значительные изменения в литологии и, следовательно, приводить к изменению скорости сейсмических волн.

Очевидно, что, если изучение района приводит к решению бурить геологическую структуру, то точное знание ее местоположения (глубины) и ее действительной формы поможет уменьшить риск при проведении горных работ.

Процесс миграции (по времени и по глубине) включает нахождение решений волновых уравнений. Эти решения позволяют установить данные о местоположении (во времени или в пространстве), которое будет занимать волновой фронт в любой момент при его распространении в нижнем горизонте, применяются в основном три различных метода: метод Кирхгоффа, метод конечных приращений и метод с преобразованием Фурье.

В рамках этих методов могут применяться многочисленные различные алгоритмы, такие как "частота-волновое число" (f-k), "частота-расстояние" (f-x), "фазовый сдвиг" и т.д.

Как уже указывалось, схемы расчета глубинной миграции требуют задавать на входе "суммарные" (не мигрированные) сейсмические разрезы или объемы и точную модель скорости (скорость миграции). Аппроксимированные данные по диапазону скорости могут приводить к значительной неточности в результатах, представляющих сейсмические разрезы по глубинной шкале.

Особенно в зонах разработки месторождений, где ограничена возможность получения данных из скважины, единственным источником информации, относящейся к диапазонам скорости, являются сами сейсмические данные.

Следует вспомнить, что понятие сейсмические скорости имеет значение, которое полностью отличается от значения понятия "скорости из скважины" (скорости, вычисленные по результатам данных, полученных из скважины); первые, которые также называются предварительные скорости, "выводятся" из анализа сигналов для получения наилучшего сейсмического изображения ("наилучшей фокусировки"), а последние имеют точное физическое значение (скорость распространения (волны) в геологических формациях) и фактически "измеряются". Они позволяют изображение по времени преобразовать в изображение по глубине, которое соответствует результатам, полученным из скважины. Поэтому, и это становится яснее по мере увеличения количества измерений в области глубинных миграций (ограничение связано только с вычислительными возможностями), скорости, выведенные из данных сейсморазведки ("суммарные скорости" и им подобные), могут отличаться значительно от "скоростей из скважины".

Очевидно, что возможность получения этих последних скоростей в процессе самого бурения скважины обеспечила бы новый метод контроля результатов.

Среди возможных входных данных суммарные скорости, записываемые регистрирующими системами в скважине, которые используют звук от буровой головки в качестве источника акустической энергии, это те данные, которые могут наилучшим образом быть скомбинированы со скоростями миграции. К таким методам относится система, описанная в Итальянской патентной заявке 1Т-А-М19300196 от 5.2.1993 (здесь называется SEISBIT), которая может быть упомянута в качестве примера.

Новая идея, на которой основан предложенный способ, проиллюстрирована с помощью обобщенной схемы на фигуре 1 (Схема иллюстрирует в качестве примера случай 2D).

Со ссылкой на эту фигуру (где интересующие блоки обозначены в соответствии с терминологией, действующей в настоящее время, основанной на английском языке) корректировка сейсмического разреза (Глубинный разрез или Временной разрез) осуществляется с помощью процесса миграции (глубинная миграция) и/или преобразования (T-D преобразование) сейсмических данных по временному разрезу в глубинный разрез (объем) при использовании модели скорости, скорректированной на основе информации, полученной из скважины.

Начальная модель скорости обычно определяется путем моделирующих методов (отслеживание трассы луча), которые начинаются с анализа сейсмической скорости и ее интерпретации.

Эта модель затем последовательно многократно модифицируется. Это осуществляется путем "комбинирования" входных данных по скорости, т.е. геофизических данных по разрезу, полученных на поверхности (сейсмическая скорость), на основе которых характеризовалось местоположение скважины по вертикальной временной шкале, с данными геологического разреза нижнего горизонта ("скорость из скважины"), полученного при бурении скважины и для которого вертикальная опорная шкала, очевидно, является глубинной.

Другими словами, начальная модель скорости модифицируется путем "адаптации" значений скорости в геологических формациях, фактически пересекающих скважину с сейсмической моделью скорости и горизонтальной и вертикальной экстраполяции этих скоростей на основе структурной интерпретации самого разреза.

Процедура включает два различных "направления" ("закрытое" или "незакрытое"), по которым может двигаться пользователь в зависимости от модели скорости и сдвига между сейсмическими скоростями и "скоростями из скважины" и подходы которых в основе включают корректировку геологической модели (геометрия + скорости), описанной по глубине: во-первых, с помощью моделирующих методов (отслеживание трассы луча) и, во-вторых, с помощью вертикального преобразования (масштабирование).

Следовательно, согласно настоящему изобретению первоначальное сейсмическое профилирование по глубине (получаемое с помощью традиционных сейсмических методов) непрерывно корректируется путем комбинирования начальной (стартовой) модели с информацией по скорости, постоянно поступающей из скважины. Новое получающееся в результате сейсмическое изображение, которое является более надежным, поскольку оно точно привязывается к первой части скважины, которая уже пробурена, обеспечивает лучшее определение горизонтов, находящихся под головкой бура, и поэтому позволяет управлять последующими фазами бурения и более точно принимать решения по важным техническим и экономическим вопросам.

С другой стороны, на фигуре 2 подробно показан алгоритм выполнения способа. Способ состоит из ряда связанных между собой процедур обработки данных, которые позволяют получить сейсмический отчет в реальном времени.

Эти операции, которые основаны на известных алгоритмах и других соответственным образом разработанных алгоритмах, определяют новую процедуру и в применении самих алгоритмов, и в получении результатов.

Фактически, в отличие от известных методов для глубинной миграции сейсмических данных, в которых модель двух- и трехмерной скорости многократно оптимизируется для получения наилучшего сейсмического изображения (после привлечения всех существующих данных по скорости), этот метод начинается, с другой стороны, с модели скорости и разреза, называемых "опорными" (которые являются окончательным результатом известных методов), для автоматического комбинирования модели в реальном времени с информацией, поступающей из скважины.

Результатом является сейсмическое изображение, полученное одновременно со сбором информации по скорости из скважины, включающее данные из скважины и поэтому всегда более "реальное" в отношении глубины и геометрии исследуемой структуры.

Один из существенных моментов способа заключается в объединении данных по скорости из скважины (зарегистрированных в одной точке) с диапазоном значений сейсмической скорости (скорости, имеющие различное физическое значение), комбинирование этих данных должно осуществляться автоматически и непрерывно.

Оценка функции "скорости из скважины" выполняется с помощью процесса, называемого Адаптивная Оценка Функции Скорости (VFAE), который начинается с данных по скорости, полученных различными способами во время бурения (среди которых, например, Seisbit VSP и промежуточный акустический каротаж, акустический каротаж в процессе бурения, измерения звуковых волн на буровом шламе/керне). Этот процесс позволяет вычислять новый профиль скорости. Он выполняется с помощью линейной или нелинейной регрессионной методики, которая позволяет оценить скорость в горизонтах, а также интерпретировать горизонты, находящиеся ниже местоположения головки бура.

Эта новая информация по скорости используется как входные данные в последовательности операций, соответственным образом организованных, для корректировки предыдущей модели скорости.

Таким образом, предложенный способ позволит получить новое сейсмическое изображение по глубине (и во времени) с помощью миграции или алгоритмов преобразования.

Ниже представленное описание является примером применения нового способа согласно настоящему изобретению.

На фигуре 3 показан сейсмический разрез по глубинной шкале, пересекающий местоположение скважины.

Это изображение представляет обычный отчет, имеющийся до начала бурения скважины; он получается путем миграции (смещения) соответствующего суммарного глубинного разреза по временной шкале, используя модель сейсмической скорости, полученную исключительно из обработки данных по сейсмическому профилю при анализе. Никакая информация относительно "скорости из скважины", даже приблизительная, не привлекалась. Этот разрез является разрезом, который ранее был определен как "опорный".

Когда начинается бурение, то становится доступной некоторая информация по сейсмическим скоростям: она получается из сейсмических и акустических измерений, проводимых во время бурения и др.

Анализ этих данных, постоянно корректируемых с помощью процедуры типа VFAE, приводит к определению новой функции скорости, которая интегрирована в первоначальную модель скорости.

На фигуре 4 показан результат новой глубинной миграции, произошедшей во время бурения, с учетом данных из скважины. Полученный результат соответствует глубине примерно 600 метров (цикл-1).

По отношению к "опорному" разрезу можно заметить некоторые изменения, касающиеся скорости, которая ниже, чем прогнозируемая. В целом существует движение вверх, примерно на 50 метров, во всех рядах (см., например, отражающие горизонты, "черные пики", которые первоначально находились на 1480, 1980 и 2420 метров и сместились соответственно к отметкам 1450, 1930 и 2380 метров).

На фигуре 5 показан результат последующей корректировки (цикл-6), при которой учитывалась информация из скважины до глубины 2000 метров. В этом случае изменения относительно "опорного" разреза более значительные и касаются не только структурных аспектов разреза, но также и одинакового качества сейсмического сигнала. Участок справа от местоположения скважины, который очень сложный из-за наличия тектонических элементов (сдвигов породы) большой протяженности, кажется более "удобочитаемым" (интерпретируемым) благодаря этой лучшей "организации" (фокусировке) сигнала. Ранее упомянутые горизонты теперь находятся на глубине 1320 (-160 метров по сравнению с "опорным" разрезом), 1710 (-270 метров) и 2080 (-340 метров) соответственно.

Как можно заметить в этом примере, предложенная методика позволяет осуществить способ, который, по существу, оперативно модифицируется; эти модификации первоначального разреза во время бурения позволяют решать важные технические и экономические задачи, такие как модификация уровней трубной обвязки в скважине и, начиная с глубины примерно 2200 метров, постепенное отклонение траектории ствола скважины, первоначально запрограммированной как вертикальный, вплоть до смещения на 1 километр по сравнению с начальным проектом.

На фигуре, которая представляет подробно последовательность логических операций (алгоритм) на английском языке, использованные обозначения следует интерпретировать следующим образом: ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ [DMO] - сейсмический разрез, являющийся суммированием dmo, [CDF] - сейсмические данные перед суммированием (общее глубинное семейство), [WELL DATA] - данные по скорости (обычно в виде функции время-глубина) ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ [D SECT] - сейсмический разрез или объем, смещенный по глубине, [T SECT] - сейсмический разрез или объем, смещенный во времени, МОДЕЛИ СКОРОСТИ ИЛИ ФУНКЦИИ [WELL T-Vint] - функция скорости, определенная в поперечном положении скважины,
[SEISMIC T-Vint] - сейсмическая модель интервала скорости, описанная во времени,
[T-Vint MOD] - модель интервала время-скорость,
[D-Vint MOD] - модель интервала глубина-скорость,
[TC-Vint MOD] - модель, в которой преобразована глубина во время и выполнено преобразование по вертикали,
[NEW T-Vint MOD] - новая модель интервала время-скорость,
[NEW TC-Nint MOD] - новая модель, в которой преобразована глубина во время и выполнено преобразование по вертикали,
ПРОЦЕССЫ
INTERPRETATION - описание геометрии по сейсмическому разрезу,
HOR VEL AN - анализ и определение сейсмических скоростей, согласующихся с горизонтами,
VFAE - Автоматический анализ интерпретированной характеристической кривой D/T и наиболее согласующихся геометрий, вычисление новой функции интервала скорости,
EDIT MOD - корректировка и модификация модели,
RAY TRACING - распределение по глубине временной модели с помощью алгоритмов отслеживания трассы луча,
DETMIG - преобразование глубина-время с помощью алгоритмов отслеживания трассы луча,
D-T CONV - вертикальное преобразование глубина-время,
DEPTH MIG - алгоритм глубинной миграции,
D-T TRANSF - преобразование сейсмических данных из глубинных во временные.

Формула изобретения

1. Способ непрерывной корректировки двух- и трехмерного сейсмического изображения по глубине при бурении скважины с использованием сейсмической информации о скорости, при этом осуществляют начальное определение модели скорости, отличающийся тем, что последовательную многократную модификацию этой модели производят путем комбинирования данных, полученных на поверхности, с данными о нижних горизонтах геологической области, полученными непосредственно во время бурения скважины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальную модель скорости определяют в соответствии с методикой начального этапа из анализа сейсмических скоростей и интерпретации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальную модель скорости модифицируют путем согласования значений скорости в геологических формациях, пересекающих скважину, с моделью сейсмической скорости и экстраполяции этих скоростей по горизонтали и по вертикали на основе структурной интерпретации самого разреза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8