Построение анизотропной глубинно-скоростной модели для проведения миграционных преобразований по данным одного из месторождений Восточной Сибири

А.С. Сорокин, Научно-Технический Центр «Газпром нефти» (ООО «Газпромнефть НТЦ»), Е.В. Любимов (ПАО «Газпром Нефть»), П.В. Диденко (ООО «Газпромнефть-Ангара»), А.Н. Иноземцев, к.т.н. (ООО «Парадайм Геофизикал»)

Источник: Журнал «Нефтяное хозяйство»

Одним из перспективных направлений развития сейсморазведки являются полноазимутальные исследования, которые дают возможность получать дополнительную информацию об анизотропии среды, более корректно обрабатывать сейсмические данные с восстановлением истинного соотношения амплитуд, повышая качество материала для дальнейшей интерпретации. Проводить подобные исследования позволило развитие регистрирующей аппаратуры и вычислительной техники, что в свою очередь обусловило развитие методической и алгоритмической баз. В результате стало возможным получать информативные изображения среды, например в Восточной Сибири, характеризующейся преимущественно пересеченным рельефом, неоднородной зоной малых скоростей (ЗМС), высокоскоростными (сильно преломляющими) прослоями в верхней части разреза (ВЧР) [1].

В полевой сезон 2013–2014 гг. на территории Иркутской области, в пределах Непско-Ботуобинской нефтегазоносной провинции проведены сейсморазведочные работы МОГТ 3D. Расстояние между пунктами возбуждения (ПВ) и приема (ПП) в направлениях X и Y составляло 2 км, максимальное удаление — 2800 м, номинальная кратность — 100. Для возбуждения упругих колебаний использовался виброисточник.

Район работ характеризуется сложными сейсмогеологическими условиями. На поверхность выходят породы кембрийской системы со скоростью распространения продольных волн 5000–5500 м/с, юрской (3000–3500 м/с) и четвертичной (900–1200 м/с).

В платформенном чехле исследуемой территории по структурно-литологическим признакам выделяются три комплекса: подсолевой (рифей-венд-нижнекембрийский), соленосный (нижнекембрийский) и надсолевой, представленный отложениями нижне-средне-верхнекембрийского, ордовикского и юрского возрастов. Мощность осадочного чехла составляет 1600–1900 м.

Обработка результатов предполагала применение анизотропной глубинной миграции до суммирования (ГМДС) согласно следующему технологическому графу.

1. Подготовка данных:

— традиционная обработка во временной области;

— построение исходной изотропной глубинно-скоростной модели (ГСМ);

— уточнение изотропной ГСМ;

— построение анизотропной ГСМ, согласованной со скважинной информацией;

— уточнение анизотропных параметров Томсена δ, ε.

2. Полноазимутальная миграция до суммирования в глубинной области.

Миграционные преобразования выполнялись по сейсмограммам после кинематической и сигнальной обработок. При обработке была использована технология интерпретационного сопровождения, предполагающая оперативный контроль качества данных после каждого значимого этапа обработки с привлечением скважинной информации, а также тестирование и выбор оптимальных параметров исходя из критериев и требований последующей структурной и динамической интерпретации.

Методики, используемые при построений исходной ГСМ, условно можно разделить на две категории: основанные на использовании формулы Дикса при пересчете эффективных скоростей vогт в интервальные и на послойном определении характеристик среды, в частности, послойной когерентной инверсии (ПКИ), которая в данном проекте была применена при построении начальной модели. Суть второго метода состоит в раздельной оценке интервальных скоростей и определении геометрии границ для последовательных слоев, начиная с поверхности и послойно перемещаясь вниз [2].

В разрезе отмечают пять опорных ОГ: атовский, усольский, осинский, непский, архейский. Условно в подсолевом комплексе отложений выделяются два целевых интервала: верхний карбонатный (группа из четырех пластов) и нижний терригенный (два пласта). Карбонатный интервал в кровле ограничен осинским ОГ, в подошве — непским ОГ, терригенный в кровле — непским ОГ, в подошве — архейским ОГ, который в свою очередь является кровлей кристаллического фундамента. Таким образом, информативная часть сейсмической записи представлена временным диапазоном от 0 до 800 мс. Использование метода ПКИ при построении начальной ГСМ ограничивало число опорных ОГ для определения скоростных характеристик среды: расстояние между опорными ОГ должно быть не менее 200 мс.

Следующей особенностью разреза являлись малые толщины (не более 80 м) целевого интервала, представленного терригенными отложениями. Уточнение ГСМ проводилось с помощью томографии, разрешающая способность которой зависит главным образом от величины ячейки. Томография накладывает ограничения на величину ячейки и, следовательно, на точность определения скоростных характеристик в терригенном интервале. Данную особенность необходимо было учесть на этапе построения исходной ГСМ.

Сложная волновая картина и отсутствие выдержанных ОГ в верхнем интервале обусловили разработку специальных методов при построении и уточнении ГСМ. Для определения скоростных характеристик в верхнем интервале разреза привлекалась модель ВЧР, рассчитанная по преломленным волнам на этапе временной обработки, а при уточнении ГСМ остаточные кинематические поправки по верхнему интервалу рассчитывались на ссылочных удалениях на основе суперподборок сейсмограмм общей глубинной точки (ОГТ).

Для уточнения скоростных характеристик в верхнем интервале была выполнена интеграция (встраивание) модели ВЧР в начальную ГСМ. Дальнейшее построение ГСМ осуществлялось при помощи ПКИ. В качестве входной информации использовались карты изохрон и сейсмограммы общей средней точки (ОСТ), при этом основным критерием выбора опорных горизонтов служила выдержанность осей синфазности ОГ в пределах суммарного куба. Таким критериям отвечали атовский и непский (отождествляемый с кровлей терригенного венда) отражающие горизонты.

Построение карт глубин и определение интервальных скоростей выполнялись послойно сверху вниз. Первоначально скоростные характеристики определялись по атовскому ОГ. Результатом анализа являлись скоростные спектры, экстремумы которых соответствовали, как правило, наилучшей спрямленности годографов ОГ на сейсмограммах ОСТ. Далее выполнялся пикинг скоростных спектров, на основании которых строились карты интервальных скоростей. По картам изохрон и интервальных скоростей при помощи лучевой миграции рассчитывалась структурная карта по атовскому ОГ. Данный подход позволяет учитывать лучепреломление от вышележащих сейсмических горизонтов, что является несомненным преимуществом выбранного метода. Аналогично были получены карты интервальных скоростей и глубин для непского ОГ.

Как было отмечено, район работ характеризуется сложными сейсмогеологическими условиями. Вендский интервал представлен преимущественно терригенными отложениями малой толщины и имеет скоростные характеристики от 3500 до 4500 м/с. Покрывающие породы сложены карбонатными отложениями, скорость распространения в них продольной волны составляет 5000–5500 м/с, в подстилающих породах кристаллического фундамента — 5500–6500 м/с. Резкая изменчивость скоростного градиента, а также малые толщины терригенного интервала осложняют уточнение ГСМ. Поэтому было решено внести априорную информацию о данном интервале в начальную ГСМ. На основании анализа данных акустического каротажа и вертикальных спектров остаточной кинематики, рассчитанных для терригенного интервала, опеределено априорное значение скорости, равное 4500 м/с, которое обеспечило наилучшую спрямленность годографов отраженных волн, отожествляемых с кровлей кристаллического фундамента. С использованием априорной скорости и карты изохрон кровли кристаллического фундамента при помощи лучевой миграции, учитывающей лучепреломление от вышележащих границ, была построена структурная карта кровли кристаллического фундамента, что стало завершающим этапом создания начальной изотропной ГСМ — ГСМ1.

Если ГСМ характеризуется достаточной точностью, то оси синфазности отражений на сейсмограммах после ГМДС должны быть горизонтальными, т.е. изображения среды, полученные при различных удалениях от источника, должны быть одинаковыми.

Горизонтальность осей на глубинных сейсмограммах — критерий точности при определении скоростей, связанных со слоями выше границы, которая отождествляется с данной осью синфазности. В этом состоит отличие скоростного анализа глубинных сейсмограмм от анализа немигрированных или мигрированных во временной области сейсмограмм, когда анализ проводится только для лучшей фокусировки изображения и его результаты могут не соответствовать фактическим данным. При глубинной миграции сейсмограмм изменения интервальной скорости в точке влияют на результат перемиграции отражений не только в точке анализа, но и во всех других положениях в лучевом конусе ниже точки. Поэтому небольшое изменение скорости для выполаживания глубинных сейсмограмм на одной глубине может привести к неудовлетворительной кинематике для точек, расположенных ниже. Для того, чтобы считать скорость в слое точной, все оси выше должны быть горизонтальными, а не только ось, связанная с подошвой слоя.

Ограничения методов скоростных оценок и проблемы неопределенности скорость — глубина, свойственные когерентной инверсии, обусловливают необходимость уточнения начальной ГСМ. Кинематика для глубинных сейсмограмм, вычисленная на основе начальной ГСМ, обычно не обеспечивает идеального спрямления осей синфазности отражений на глубинных сейсмограммах, и, следовательно, суммирование окончательных изображений не оптимально. Процесс уточнения начальной модели состоит в устранении остаточной кинематики отражений, соответствующих границам ГСМ. В данной работе при уточнении начальной ГСМ1 использовался гибридный вариант томографического решения. Уточнение ГСМ1 включало шесть итераций:

— три для уточнения скоростей по верхнему интервалу на основе куба остаточной кинематики;

— две с дополнительным привлечением корреляции по атовскому, усольскому, осинскому, непскому, архейскому ОГ;

— одну с дополнительным привлечением корреляции осей синфазности отраженных волн, которые удалось выделить в волновом поле.

После каждой итерации выполнялась миграция до суммирования в глубинной области.

ГСМ1 в первых итерациях уточнялась исключительно по верхнему интервалу исходя из следующих критериев.

• Консолидация осадочных пород из-за термобарических условий возрастает с глубиной, следовательно, наиболее изменчивые характеристики именно в верхнем интервале. Не уточнив скорости в верхнем интервале, нельзя переходить к уточнению скорости в нижележащих слоях.

• Анализ сейсмограмм после ГМДС с начальной ГСМ1 показал наличие существенных остаточных кинематических поправок в верхнем интервале.

Коррекция скоростей в верхнем интервале привела к минимизации остаточных кинематических поправок и выполаживанию структурного плана целевых горизонтов, что соответствовало геологическим представлениям о структурном плане основных ОГ исследуемого района. Кроме того, при изучении сейсмограмм ОГТ, полученных после ГМДС с ГСМ4, было отмечено существенное улучшение фокусировки изображения на углах раскрытия более 30° (рис. 1). Поскольку с увеличением угла падения возрастает путь прохождения лучей, ошибки в лучепреломлении проявляются в большей степени именно на дальних углах. Повышение когерентности осей синфазности на углах более 30° означает, что уточнение скоростей в верхнем интервале позволило корректнее учесть лучепреломления, минимизировать ошибки во временах пробега (Travel Time) отраженных волн и таким образом повысить качество сейсмического изображения, а также улучшить AVO распределение.

Методика уточнения ГСМ4 заключалась в следующем:

1) на основании сейсмограмм после ГМДС, ограниченных мьютингом до 30°, по верхнему интервалу рассчитывались остаточные кинематические поправки на ссылочном удалении;

2) на основе полученных функций формировался куб остаточных кинематических поправок;

3) на базе корреляции по опорным горизонтам в автоматическом режиме осуществлялась пикировка осей синфазности отраженных волн на сейсмограммах ОГТ после ГМДС;

4) на основании пикировки рассчитывалась остаточная кинематика (RMO поправки), которая несет информацию о кривизне годографов отраженных волн;

5) уточнение ГСМ выполнялось при помощи томографии на основе полученного куба остаточной кинематики и RMO поправок;

6) далее с обновленной ГСМ выполнялась ГМДС по алгоритму Кирхгофа.

tnw1200-_DSC3737[1].jpg

Рис. 1. Вертикальный спектр остаточной кинематики и сейсмограмма ОГТ после ГМДС с начальной ГСМ1 (а) и после трех итераций уточнения ГСМ1 в верхнем интервале (ГСМ 4) (б)

По данной методике были выполнены две итерации уточнения. Завершающим этапом уточнения изотропной ГСМ являлась томография с привлечением куба остаточной кинематики по верхнему интервалу, RMO поправок, рассчитанных на основе корреляции осей синфазности отраженных волн вдоль ОГ и осей, которые удалось выделить в сейсмическом волновом поле. Такой подход позволил существенно повысить устойчивость томографического решения и завершить уточнение ГСМ в изотропном варианте.

При сопоставлении сейсмограмм до и после уточнения ГСМ4 отмечена минимизация остаточной кинематики во всем диапазоне углов. Это свидетельствует о том, что так называемый эффект «клюшки» вызван не только влиянием VTI-анизотропии (Vertical Transverse Isotropic) или слоистостью среды, но и множеством других факторов, таких как: естественные ограничения сейсмической съемки, сложные сейсмогеологические особенности района, сложно-построенная ВЧР, ошибки и погрешности технологического характера, имеющиеся при построении ГСМ. В совокупности данные факторы приводят к погрешностям в определении лучепреломлений, которые проявляются, как правило, на дальних удалениях в виде недоспрямлений осей синфазности. Перечисленные факторы также приводят к невязкам сейсмических горизонтов с маркерами скважин. Минимизировать невязки и ошибки в лучепреломлении позволили привлечение параметров Томсена и переход к построению анизотропной ГСМ.

Изотропная ГСМ, как правило, не обеспечивает горизонтальность годографов на глубинных сейсмограммах на больших углах падения-отражения (более 30°). Это связано, как было отмечено, со многими факторами, одним из которых является горизонтально-слоистое строение среды, наличие VTI-анизотропии. Учет VTI-анизотропии подразумевает использование параметров Томсена = и =. Для описания геометрии фронта отраженной волны в виде идеального эллипсоида принимается равенство ε |δ|. Параметры Томсена определяются при помощи томографии для каждого слоя.

tnw1200-_DSC3737[1].jpg

Рис. 2. Вертикальное сечение суммарного куба, полученного после миграции до суммирования с начальной ГСМ1 (а) и после ГМДС с анизотропной ГСМ (б)

На вход томографии подавались финальная изотропная ГСМ7, инициализированные кубы δ, ε и карты невязок опорных сейсмических горизонтов с маркерами скважин. Результатом стала модифицированная анизотропная ГСМ, кубы δ и ε=|δ|. Полученная анизотропная ГСМ сохранила качество сейсмического изображения (рис. 2), позволив при этом достичь высокой согласованности сейсмических данных со скважинной информацией (рис. 3), в том числе минимизировав невязки ОГ с маркерами скважин (см. таблицу).

tnw1200-_DSC3737[1].jpg

Для повышения качества изображения уточнялись параметры δ, ε. Параметр δ позволяет корректировать кинематику второго порядка способствует спрямлению годографов отраженных волн до 30° и повышению качества сейсмического изображения. Параметр ε направлен на коррекцию кинематики четвертого порядка и позволяет минимизировать остаточные ошибки в лучепреломлении, способствуя спрямлению годографов отраженных волн, устраняя так называемый эффект «клюшки».

tnw1200-_DSC3737[1].jpg

Рис. 3. Сопоставление скоростей P-волн по данным акустического каротажа и различных вариантов ГСМ

Выводы

1. При построении анизотропной ГСМ необходимо учитывать сейсмогеологические особенности региона.

2. Привлечение информации о верхней части разреза при построении ГСМ может существенно повысить качество результирующих данных после миграции.

3. Современные технологии позволяют рассчитать одну ГСМ, которая обеспечивает качественную фокусировку изображения и минимизирует невязки сейсмических горизонтов с маркерами скважин.

Список литературы

1. Череповский А.В. Сейсморазведка с одиночными приемниками и источниками: обзор современных технологий и проектирование съемок // Образовательное турне EAGE. — 2012. — 133 с.

2. Воскресенский Ю.Н. Построение сейсмических изображений. — М.: РГУ нефти и газа, 2006. — 116 с.

Возврат к списку