Применение технологии полноазимутальной угловой миграции для исследований терригенных коллекторов на примере одного из месторождений Восточной Сибири

А.С. Сорокин, П.П. Емельянов, Л.Н. Шакирзянов, А.Н. Иноземцев

Журнал «Геофизика»

В данной работе представлены результаты применения новой глубинной полноазимутальной анизотропной миграции, реализуемой в локальной угловой области (ЛУО), и полноазимутальной амплитудной инверсии на месторождении в Восточной Сибири. Рассмотрены результаты структурно-кинематической и динамической интерпретации, выполнен анализ сходимости результатов интерпретации сейсмоданных, обработанных по технологии полноазимутальной угловой миграции, с аналогичными, полученными в результате применения традиционного подхода – временной миграции Кирхгофа. Сопоставление суммарных данных, полученных традиционным способом, с данными после применения полноазимутальной миграции до суммирования в глубинной области показало преимущества последних в разрешенности основных отражающих границ, существенном увеличении детальности прослеживания блоков и нарушений, а также выделении более четких границ отражения от фундамента. В целом в результате применения новой технологии миграции удалось повысить соотношение сигнал/шум относительно материалов временной миграции Кирхгофа в два раза, что позволило получить сквозной прирост информации на всех этапах интерпретации.

Технология полноазимутальной угловой миграции в локальной угловой области, разработчиком которой является компания Paradigm, появилась на рынке геофизических услуг в 2012 г. ПАО «Газпром нефть», являясь высокотехнологичной компанией, стремящейся внедрять наиболее передовые подходы в производственную деятельность, не пропустила данное событие. Так, в 2014 г. был реализован пилотный проект по опробованию новой технологии миграции. Наиболее важными результатами явилось определение интенсивности и направления анизотропии в исследуемых терригенных и карбонатных коллекторах, а также повышение сходимости акустического импеданса, рассчитанного по результатам инновационной технологии с данными ГИС. В 2015 г. компания ПАО «Газпром нефть» реализовала проект по внедрению технологии полноазимутальной угловой миграции [6] на данных полноазимутальной сейсморазведки 3D на одном из месторождений Восточной Сибири.

Исторически Восточная Сибирь всегда была одним из самых сложных районов для сейсмических исследований с целью поиска и прогноза свойств коллекторов. Сложный рельеф и неоднородность скоростных характеристик пластов как по глубине, так и по латерали создают проблемы не только с проведением сейсмических работ, но и при обработке сейсмических данных. Особенно сложные проблемы возникают при глубинной обработке, где существуют специфические сложности с построением глубинно-скоростной модели, начиная с приповерхностных пластов и верхней части геологического разреза.

Локальные изменения литологии по латерали с выходом на поверхность различных по возрасту и литологии пород (от карбонатов до глин и соленосных толщ, а иногда и трапповых интрузий) создают необходимость в построении сложных скоростных моделей и использовании полноазимутальных глубинных исследований, которые не могут обеспечить традиционные подходы и миграции, основанные на решении интеграла Кирхгофа.

3D сейсмические данные получены на основе полноазимутальной наземной сейсморазведки при аспектном соотношении длины и ширины активной расстановки, равной 1 (максимальное удаление в X и Y направлении 2000 м), и средней кратности, равной 100. Для возбуждения упругих колебаний использовалась группа виброисточников.

В технологии построения глубинно-скоростной модели (ГСМ) использовались современные и новые подходы, такие как включение в приповерхностную часть ГСМ локальной трехпластовой скоростной модели, построенной по данным рефрагированных волн, учет анизотропии типа вертикально-поперечной изотропии (ВПИ), итерационное уточнение верхней части ГСМ и полной модели с помощью сеточной анизотропной томографии и томографии, согласованной со скважинной информацией (Well Tie Tomography) [1]. В результате последовательного итерационного подхода была построена кондиционная анизотропная ГСМ, которая использовалась в полноазимутальной угловой миграции.

Основным отличием и преимуществом полноазимутальной угловой миграции перед известными традиционными вариантами миграций, основанных на дифракционном суммировании или интеграле Кирхгофа, а также миграций, основанных на решении волнового уравнения, является новый подход, основанный на трассировании пучками лучей (Beam Ray Tracing) непосредственно из глубинных точек среды к поверхности, отображении волнового поля в локальной угловой области (ЛУО) в глубине, декомпозиции волнового поля на дирекционные и рефлекционные сейсмограммы и их раздельной полноазимутальной миграции [Koren Z. and Ravve I., 2011]. Такой подход обеспечивает равномерность освещения среды лучами как по углам падения – отражения, так и по азимутам [6]. При трассировании лучей может учитываться анизотропия в любых вариантах: с вертикальной, наклонной и горизонтальной осью симметрии, а также их комбинации, например орторомбический вариант. Автоматически учитывается многозначность волнового поля. Гибко подбирается апертура миграции с учетом наклона границы, азимута наклона, а также 1-й зоны Френеля. Уменьшаются искажения спектрального состава сигналов на средних и дальних удалениях, которые практически обеспечивают отсутствие растяжек NMO. В полной мере учитывается азимутальное распределение лучей [6]. Такая технология полноазимутальной миграции была применена на одном из месторождений Восточной Сибири.

Подробный технологический процесс миграции ES360 хорошо известен [6], опишем только наиболее важные технологические этапы, которые использовались в данном проекте.

1. 3D-трассирование лучей для лучшего понимания углового распределения освещенности пластов с учетом анизотропии/неоднородности скоростной модели и общей конфигурации данных сейсморазведки. Оценка основных параметров освещенности для глубинных границ основных коллекторов: кратность, распределение углов раскрытия, азимутальности, апертуры миграции и надежности изучаемых параметров.

2. Миграция и получение полноазимутальных дирекционных угловых сейсмограмм, экстракция кубов наклона, азимута и непрерывности отражающих границ, проведение взвешенного (разделенного по энергии) рефлекционного и дифракционного суммирования для улучшения качества изображения зеркальной компоненты (информация о непрерывных границах) и дифракционной компоненты (информация о неоднородных объектах).

3. Интерактивный анализ горизонтально-поперечной изотропии (ГПИ), анализ и регистрация ее эффектов [1]. Кинематическая инверсия с использованием азимутально зависимых остаточных кинематических поправок с получением кубов и карт параметров ГПИ (интенсивность ГПИ, направление оси симметрии ГПИ).

4. Препроцессинг полноазимутальных рефлекционных сейсмограмм, анализ изменения амплитуд в зависимости от азимутов и амплитудная инверсия с учетом азимутов [Рюгер, 2001].

5. Комплексная интерпретация результатов с целью прогноза улучшенных свойств основных коллекторов.

Оценка качества данных, полученных по технологии ES360, проводилась на основе сравнения изображений с миграцией Кирхгофа, а также на основе разных атрибутов применительно к обоим миграциям. Кроме того, в обоих случаях были сделаны количественные оценки качества полученных результатов. На рис. 1 приведены сравнительные продольные разрезы кубов амплитуд для финальных изображений, полученных по миграции Кирхгофа и по технологии ES360, на основе использования рефлекционных сейсмограмм.


Рис. 1. Фрагмент вертикального сечения суммарного куба, полученного в результате традиционной обработки (а) и полноазимутальной угловой миграции (б)

Визуальное сопоставление выявляет более высокое качество изображений по параметрам динамической выразительности сейсмических горизонтов, увеличения степени прослеживаемости и детальности отражений от целевых коллекторов и фундамента (отмечено стрелками). Наблюдается также более низкий уровень миграционных шумов и более высокая точность фокусировки миграционных преобразований, которые помогают в совокупности однозначно разрешать сложные зоны интерференции (выделено овалами).

Это позволило, в свою очередь, получить более правильное геологическое представление о глубинном изображении среды и выделить в нем новые геологически важные детали – уточнить границу фундамента и положение кровли и подошвы вендских терригенных отложений, а также детализировать перспективную карбонатную толщу и уточнить структурную корреляцию. Так, в процессе выполнения кинематической интерпретации результатов обработки по технологии ES360 выявлено, что наибольшие изменения, в сравнении с традиционной обработкой, претерпела наиболее сложная для корреляции отраженная волна Ф. Данная сейсмическая граница представляет собой низкочастотное интерференционное отражение от кровли кристаллического фундамента, верхняя часть которого характеризуется гетерогенным строением, развитием пород коры выветривания мощностью до 15–20 м. Изменение корреляции отражающего горизонта Ф привело к увеличению мощности терригенных вендских отложений в северной части площади, что укладывалось в геологическую концепцию исследуемого региона, согласно которой характерен тренд увеличения мощности отложений терригенного венда в юго-восточном направлении. Структурная карта горизонта Ф, рассчитанная по данным ES360, показала, что поверхность фундамента более изрезанная, чем предполагалось ранее. Еще одной особенностью являлось четкое ограничение максимально погруженной области и более крутое падение поверхности фундамента.

Применение технологии ES360 позволило с большей однозначностью подойти к выделению разломов. При интерпретации суммарного куба выделены разрывные нарушения, прослеживаемые с разной степенью уверенности. Все разломы разделены на три порядка:

— разломы I порядка – уверенно трассируются при анализе обоих наборов сейсмоданных по таким параметрам, как RMS-амплитуды и когерентность, отчетливо видны на временных разрезах;

— разломы II порядка – выделяются по двум наборам сейсмоданных менее уверенно, требуется дополнительный анализ атрибутов (variance, dip, azimuth);

— разломы III порядка – плохо различимы, требуется детальный анализ всех атрибутов, включая интенсивность и направление ГПИ, по кубу ES360.

В процессе выполнения обработки при определении оптимальных параметров полноазимутальной миграции ES360 с помощью модель-базированной лучевой трассировки выполнен расчет атрибутов качества съемки. По результатам моделирования выяснилось, что в целевом интервале вендских отложений максимальные углы падения варьируются от 20 до 30 градусов. В этих условиях амплитудная инверсия может рассматриваться только в варианте акустической, т.е. качественные свойства, описывающие коллектор, сводятся к импедансу продольных волн и уже с низкой достоверностью к импедансу поперечных волн, Vp/Vs и плотности в варианте синхронной инверсии. Для получения надежных по качеству перечисленных свойств необходимо иметь неискаженную информацию по амплитудам отраженных волн на углах падения до 45 градусов. Именно в диапазоне 30–45 градусов начинает в полной мере влиять сдвиговая компонента, которая повышает интенсивность обменных поперечных волн и тогда уже при синхронной инверсии, которую можно рассматривать как упругую, возможно более качественно восстановить из амплитуд сейсмики свойства, связанные с поперечными волнами, и плотность, которая тесным образом связана с эффектами флюидозамещения. Расчеты, сделанные в процессе моделирования для PSTM-миграции с RMS-скоростями, показали, что даже в случае преобразования RMS-скоростей в интервальные происходит значительный недоучет эффекта преломления на контрастных границах. Использование RMS-скоростей приводит к неправильной оценке реальных углов падения – отражения и их соотношения с диапазонами удалений. Оценки, выполненные с помощью модель-базированной иллюминации, подтвердились на сейсмограммах и угловых суммах после полноазимутальной угловой миграции.

По результатам оценки углов падения авторы пришли к выводу о целесообразности выполнения лучевого моделирования при проектировании сейсмических съемок. Это позволит за счет определения оптимальных параметров методики наблюдений (а также понимания влияния вынужденных ограничений параметров на качество сейсмограмм при дальнейшем их использовании для оценки параметров резервуара) получать материалы необходимого качества для более успешного решения поставленных геологических задач [2].

В качестве основного инструмента динамической интерпретации использовалась сейсмическая инверсия, которая подразумевает преобразование сейсмических данных в количественное описание свойств пород, слагающих разрез.

Входными данными для выполнения акустической инверсии являлся полнократный суммарный куб, полученный в результате обработки по технологии полноазимутальной анизотропной угловой миграции. Качество решения акустической инверсии контролировалось сопоставлением реального сейсмического поля, восстановленного в результате инверсии, и их разницы. Контроль качества инверсии осуществляется с помощью сопоставления на планшете извлеченных в точках скважин кривых акустического импеданса с фактическими и на разрезах – сопоставлением инвертированного акустического поля с синтетическим в точке скважины. В таблице 1 приведены коэффициенты корреляции (КК) извлеченных кривых (из кубов акустического импеданса) с реальной кривой акустического импеданса в скважине (отфильтрованной до 70 Гц, интервал расчета коэффициента корреляции: кровля карбонатного интервала – кровля фундамента). Как видно из приведенных оценок, качество акустической инверсии с использованием сейсмоданных, полученных по новой технологии миграции, выше, чем для данных традиционной обработки.

Таблица 1. Коэффициенты корреляции кривых акустического импеданса

№ скв. Традиционная
обработка, 0–70Гц
ES360,
0–70Гц
1 0,892 0,937 
2 0,965 0,958
3 0,897 0,858
4 0,686 0,944
5 0,913 0,968
Интегральная
оценка:
0,87 0,94

При сопоставлении кубов акустического импеданса, полученных на основе данных традиционной обработки и новой, отмечена лучшая латеральная выдержанность, более четкое изменение на акустических границах, в терригенном венде более уверенное выделение интервалов перспективных пластов.

Несмотря на вышеупомянутые естественные ограничения сейсмической съемки, связанные с недостаточными максимальными углами раскрытия, была предпринята попытка выполнения детерминистической синхронной инверсии с целью получения куба отношения скоростей продольных и поперечных волн и проведения процедур количественной интерпретации.

Входной сейсмической информацией для выполнения детерменистической синхронной инверсии служили частично кратные суммарные данные, которые позволили работать с расширенными алгоритмами сейсмических инверсий и получить дополнительную к акустическому импедансу информацию об упругих характеристиках среды [3]. Возможность использования частично кратных сумм оценивалась посредством анализа амплитудно-частотных характеристик записи, проверка корректности ВСА-обработки выполнена посредством расширенного анализа сейсмограмм ОГТ, сформированных вблизи точки контрольной скважины, характеризующейся наличием широкополосного акустического каротажа. Основными критериями качества входных данных для выполнения синхронной инверсии являлись:

— сопоставление AVO-распределения реальных данных с синтетическими, полученными на основе данных ГИС. AVO-отклики анализируемых отраженных волн сейсмоданных, полученных с использованием технологии ES360, имели лучшее согласование с теоретическим распределением, чем данные традиционной обработки. Интегральное значение коэффициентов корреляции AVO-откликов в варианте полноазимутальной угловой миграции составило 0,984 против 0,62, рассчитанное на основе данных традиционной обработки;

— оценка КК наблюденной сейсмограммы ОГТ и синтетической, смоделированной на основе данных ГИС. По данным новой миграции интегральное значение КК сейсмика/синтетика превысило 0,7, а по данным традиционной обработки не превышало 0,6. Низкие показатели сходимости наблюденной сейсмограммы ОГТ с синтетической, в случае использования временной миграции до суммирования, обусловлены в большей степени наличием остаточного фона частично кратных волн-помех. Данный вид помех не удается успешно подавить с использованием традиционных подходов. Полноазимутальная угловая миграция за счет наклонного суммирования в локально-угловой области однократно отраженных волн позволила существенно ослабить данный вид когерентных помех и минимизировать их искажающее влияние на полезный сигнал [4].

Полученные в результате синхронной инверсии кубы упругих параметров в варианте угловой миграции характеризовались более высоким качеством: разрезы более выдержанные, когерентные, акустические границы видны отчетливее. Интегральное значение КК извлеченных кривых из кубов Vp/Vs с реальной кривой Vp/Vs, рассчитанной на основе ГИС, составило в случае ES360 – 0,74 против 0,39 в варианте традиционной обработки.

Для повышения надежности прогноза использовалась геостатистическая инверсия, которая основана на расчете для каждой реализации волнового поля, соответствующей (рассчитанной в процессе статистического моделирования) геологической модели. Одним из главных преимуществ данного типа инверсии по сравнению с детерминистической синхронной является тот факт, что вертикальная разрешенность решения геостатистической инверсии не зависит от сейсмической полосы частот.

На основе геостатистической инверсии, выполненной по сейсмоданным угловой миграции, впервые дан прогноз распространения коры выветривания. Рассчитаны прогнозные карты эффективных толщин, пористости с уровнем надежности P10, P50, P90. Большую роль в получении окончательных результатов сыграло высокое качество полученных данных: повышение сигнал/шум в два раза относительно данных, полученных с применением традиционной обработки, ослабление частично кратных волн-помех, фокусировка ОГ, приуроченной к кровле фундамента.

Технология полноазимутальной угловой миграции включает возможность выполнения азимутально зависимой амплитудной инверсии на основе полноазимутальных рефлекционных сейсмограмм. Результатом инверсии являются карты направления и интенсивности анизотропии типа ГПИ, которую можно связывать с различными (геомеханическими) явлениями, в том числе с трещиноватостью горных пород. На рис. 2 хорошо видно, что наибольшая интенсивность анизотропии наблюдается на северо-восточной части площади, не затронутой бурением. Поскольку на участке работ ни в одной из скважин открытая трещиноватость не была выявлена, вероятнее всего, аномальные области повышенной анизотропии связаны с изменением напряжения в горных породах и вызванного им неупругой деформацией и изменением геометрии порового пространства. Предполагается, что горизонтально-поперечная анизотропия интенсивнее проявляется в районах развития наиболее пористых коллекторов. Таким образом, в районах с высокой интенсивностью анизотропии типа ГПИ можно ожидать анизотропию проницаемости коллекторов, а понимание вектора анизотропии может позволить оптимизировать зоны гидроразрыва пласта (ГРП) и прогнозировать развитие трещин при его проведении.


Рис. 2. Комплексный анализ кубов атрибутов и свойств в объеме. Атрибут кривизны границ + интенсивность горизонтально-поперечной изотропии по результатам полноазимутальной амплитудной инверсии. Повышенные значения интенсивности ГПИ – теплые тона. Целевой интервал терригенного коллектора

Подтверждение результатов интерпретации данных после полноазимутальной угловой миграции ES360 и прогноза перспективных зон.

По результатам интерпретации сейсмоданных, полученных по новой технологии миграции, была пробурена скважина. Одной из главных целей бурения новой скважины была проверка сейсмического прогноза, поэтому скважина имела конструкцию с двумя пилотами. Первый пилот пробурен в ухудшенную по прогнозу зону – зону повышенных значений параметра Vp/Vs и акустического импеданса (рис. 3, слева). Второй пилот – в улучшенную по прогонозу зону – зону пониженных значений параметра Vp/Vs и акустического импеданса (рис. 3, справа).


Рис. 3. Сопоставление прогноз – факт упругой модели пласта по данным вновь пробуренной скважины (Pilot1 и Pilot2)

По результатам бурения выполнена верификация сейсмического прогноза. По фактическим данным в сейсмической полосе частот (20–80 Гц) отмечается хорошее подтверждение прогнозных упругих параметров, характерна высокая корреляция прогноз – факт (рис. 3). Несмотря на ограничение в углах падения, в целевом интервале вендских терригенных отложений (v5-f) удалось восстановить Vp/Vs с коэффициентами корреляции 0,64–0,76 в сейсмическом диапазоне частот (рис. 4). Низкое качество восстановления параметра Vp/Vs в полосе частот 0–80 Гц связано с используемой низкочастотной моделью, построенной по скважинным данным.


Рис. 4. Сравнение кривых, извлеченных из результатов инверсии в точке пробуренной скважины, и данных ГИС в целевом интервале (v5-f), полоса частот 20–80 Гц. Синий цвет – фактическая кривая (ГИС), оранжевый – прогноз в результате инверсии

По результатам бурения скважины структурная модель, полученная по материалам ES360, подтвердилась. В среднем отклонение по прогнозным структурным картам карбонатных и терригенных пластов составило 2,5 м (рис. 5). Прогноз перспективных зон подтвердился на качественном уровне. По данным ГИС и испытания модульным динамическим пластоиспытателем (MDT), во втором пилоте эффективная толщина больше и ФЕС лучше, чем в первом. Количественно прогнозные значения Hэфф близки к фактическим (±3,9 м). Прогнозная по результатам геостатистической инверсии эффективная толщина пласта В13 в первом пилоте составляет 12,5 м, во втором пилоте – 16,1 м. По факту бурения в целевом пласте был вскрыт коллектор толщиной 8,6 м в первом пилоте и 13 м во втором пилоте. При испытании MDT в обоих пилотах получен приток нефти, расчетный дебит во втором пилоте составил 125 куб. м/сут.


Рис. 5. Отклонение фактических глубин от прогнозных по материалам ES360, по данным вновь пробуренной скважины

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Технология ES360 на выполненном полноазимутальном проекте позволила повысить качество данных как по общей информативности, так и в количественном выражении. Слайсы и разрезы по кубу когерентности демонстрируют более четкую сфокусированную сейсмическую картину системы нарушений. Более надежно выполнена корреляция разломов и их ранжирование. В ходе выполнения проекта, используя уникальные подходы к построению анизотропной ГСМ, удалость получить единую ГСМ, которая позволила повысить качество суммарных данных и обеспечить высокую сходимость сейсмических данных со скважинной информацией. Необходимо отметить, что в целом в результате применения технологии полноазимутальной угловой миграции удалось повысить соотношение сигнал/ шум относительно материалов PSTM в два раза с 6 до 11,5, что положительным образом сказалось на качестве прослеживания отражений от основных коллекторов и границы фундамента. Отметим, что моделирование всех упругих параметров по данным новой миграции сопровождалось большими коэффициентами корреляции, что свидетельствует о более корректном восстановлении волнового поля при полноазимутальной глубинной миграции. Отмечается уменьшение степени влияния разломов на контуры геологических тел и общую тенденцию к сокращению неопределенности прослеживания структурных и тектонических деталей вдоль разломов на картах по результатам новой миграции, где коллекторы обладают большей латеральной выдержанностью.

Двукратное увеличение соотношения сигнал/ шум в результате применения новой миграции позволило получить сквозной прирост информативности на всех этапах интерпретации. Корреляция в целевом интервале повышена до 0,9, при этом снижены на 3–5% невязки при структурных построениях, выполнено более уверенное трассирование разрывных нарушений и корреляция отражающих горизонтов. Применение полноазимутальной скоростной и амплитудной инверсий позволило получить принципиально новую информацию по интенсивности и направлению анизотропии типа ГПИ, на основании которой была определена гипотеза о наличии вызвавшей ее пластической и неупругой деформации пород-коллекторов под воздействием современных (вторичных?) полей напряжений.

По результатам бурения выполнена верификация сейсмического прогноза. Отмечается хорошее подтверждение прогнозных упругих параметров, характерна высокая корреляция прогноз/факт. Структурная модель и прогноз перспективных зон подтвердились по данным бурения.

Благодарности

Авторы статьи выражают искреннюю благодарность руководству и специалистам ООО «Газпромнефть НТЦ» Ю.В. Павловскому, И.И. Кубыште, Э.Г. Кошкарову за организационную и техническую поддержку, оказанную ими в процессе выполнения проекта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Воскресенский Ю.Н. Изучение изменений амплитуд сейсмических отражений для поисков и разведки залежей углеводородов // РГУ нефти и газа им. Губкина, Москва, 2001.

2. Литвиченко Д.А., Сорокин А.С., Назыров Д.Д. Применение технологии лучевого моделирования при проектировании системы сейсмических наблюдений 3D в сейсмогеологических условиях Западной Сибири // Материалы конференции EAGE «Геомодель-2016». 2016. С. 4.

3. Сорокин А.С., Любимов Е.В., Диденко П.В., Иноземцев А.Н. Построение анизотропной глубинно-скоростной модели для проведения миграционных преобразований по данным одного из месторождений Восточной Сибири // Нефтяное хозяйство. № 12. 2015.

4. Sorokin Andrey, Shakirzyanov Lenar, Inozemtsev Alexander, Soloviev Vadim and Koren Zvi. The effect of full-azimuth local angle domain (LAD) imaging on the study of terrigenous and carbonate reservoirs under complex in-situ conditions at an eastern Siberian field // First Break, volume 35, May 2017.

5. Inozemtsev Alexander, Stepanov Igor, Galkin Alexander and Zvi Koren. Applying full–azimuth angle domain pre-stack migration and AVAZ inversion to study fractures in carbonate reservoirs in the Russian Middle Volga region // First Break, volume 31, February 2013.

6. Koren Z. and Rave I. [2011] Full azimuth subsurface angle domain wavefield decomposition and imaging Part 1 and 2. Geophysics76 (part 1 and 2).

Возврат к списку