Устройство для обработки и интерпретации сейсмических данных
Использование: техническое решение относится к сейсморазведке и может быть использовано для поиска и разведки углеводородов (УВ) в трещинно-кавернозных зонах неоднородностей геологической среды. Сущность: создание устройства обработки и интерпретации сейсмических данных, которое позволяло бы наряду с отраженными волнами выделять рассеянные волны и судить о коллекторах УВ по трещинно-кавернозным зонам неоднородностей геологической среды. Технический результат: расширении функциональных возможностей при повышении информативности, точности и достоверности данных по поиску и разведке УВ в различных по структуре геологических средах. 4 з.пп. ф-лы, 1 фиг.
Техническое решение относится к сейсморазведке и может быть использовано для поиска и разведки углеводородов (УВ) в трещинно-кавернозных зонах неоднородностей геологической среды.
Известны устройства [1-7, 10, 11] обработки и интерпретации сейсмических данных по изменению свойств отраженных сейсмических волн. Общим признаком известных устройств является наличие последовательно соединенных измерителя параметров сейсмических полей, накопителя информации, блока обработки данных, выходы которого подключены к входам блока интерпретации данных. При этом блок обработки данных может содержать один или несколько каналов обработки.
Однако эти устройства работают только по отраженным волнам (известная технология ОГТ - общей глубинной точки [10, 11]) и не применимы для исследования массивных и кристаллических пород фундамента, не имеющих слоистой (осадочной) структуры [8, 9]. В последнее время разрабатывается технология прогнозирования месторождений УВ с трещиноватым и кавернозным типом коллекторов на основе рассеянной компоненты сейсмического поля (см. например [8, 9], а также способы по патентам RU 2168187 C1, 27.05.2001, RU 2248014 C1, 10.03.2005).
Однако эти работы рассматривают, в основном, теоретические основы обработки сейсмической информации, не затрагивая структуры и функционирования технических устройств, реализующих предложенные методики и способы по обработке рассеянных волн.
За прототип принято двухканальное устройство [1] обработки и интерпретации геофизических (в том числе сейсмических) данных по патенту RU 63071 U1, 10.05.2007, которое наиболее адекватно, корректно и полно дает общую структуру устройства обработки и интерпретации сейсмических данных.
Устройство [1] содержит, по крайней мере, два канала обработки данных, входы которых подключены к выходам измерителя и накопителя сейсмических данных, а выходы - к входам блока анализа и интерпретации данных. При этом один канал обработки данных выполнен в виде блока обработки сейсмических данных по технологии общей глубинной точки (ОГТ), а блок анализа и интерпретации данных выполнен с возможностью отображения результатов обработки сейсмических данных на графических и цифровых диаграммах и профилях для последующего вынесения суждения о наличии в исследуемом районе нефтяных или газовых месторождений, а также для определения их контуров и глубины залегания. Второй канал обработки данных в [1] служит для обработки информации по высокочастотной компоненте отраженных сейсмических сигналов.
Устройство [1], как и другие известные устройства [2-7], не предназначено для обработки и интерпретации рассеянной компоненты сейсмического поля, таким образом его функциональные возможности и информативность ограничены.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании устройства обработки и интерпретации сейсмических данных, которое позволяло бы наряду с отраженными волнами выделять рассеянные волны и судить о коллекторах УВ по трещинно-кавернозным зонам неоднородностей геологической среды.
Основной технический результат предложенной полезной модели - расширении функциональных возможностей при повышении информативности, точности и достоверности данных по поиску и разведке УВ в различных по структуре геологических средах. Достоинством полезной модели, кроме того, является экспрессность получения результатов, поскольку не требуется отдельных (дополнительных) сейсморазведочных измерений. При этом синергия традиционной технологии отраженных волн с технологией выделения рассеянных волн обусловливает эффективность, сокращение сроков и стоимости сейсморазведочных работ.
Технический результат достигается следующим образом.
Устройство для обработки и интерпретации сейсмических данных содержит, по крайней мере, два канала обработки данных, входы которых подключены к выходам измерителя и накопителя сейсмических данных, а выходы - к входам блока анализа и интерпретации данных. При этом один канал обработки данных выполнен в виде блока обработки сейсмических данных по технологии общей глубинной точки (ОГТ), а блок анализа и интерпретации данных выполнен с возможностью отображения результатов обработки сейсмических данных на графических и цифровых диаграммах и профилях для последующего вынесения суждения о наличии в исследуемом районе нефтяных или газовых месторождений, а также для определения их контуров и глубины залегания.
Отличительной особенностью устройства является то, что второй канал обработки данных выполнен в виде канала обработки данных по выделению энергии рассеянных волн и включает последовательно соединенные блок определения дисперсии по отдельным трассам временного разреза в скользящем окне, блок разложения (декомпозиции) значений дисперсии на трендовую и локальную составляющие путем одномерной адаптивной энергетической фильтрации, блок разложения трендовой и локальной составляющих дисперсии посредством вейвлет-преобразования, блок привязки энергии вейвлет-преобразования трендовой составляющей дисперсии и энергии локальной составляющей дисперсии по времени, а блок анализа и интерпретации данных выполнен с дополнительной возможностью отображения и анализа данных о трещинно-кавернозных зонах неоднородностей геологической среды, связанных с зонами коллекторов и месторождений углеводородов.
Устройство также отличается тем, что блок определения дисперсии D выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм
где Ai - значения измеренных амплитуд в скользящем окне из n значений (i=1, 2, 
, n);
- среднее арифметическое значение измеренных амплитуд для n дискретных значений по времени.
Отличием устройства также является то, что блок разложения значений дисперсии на трендовую и локальную составляющие выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм одномерной адаптивной энергетической фильтрации посредством расчета автокорреляционной функции, при этом размер nб=1,2r0, базового окна адаптивного фильтра выбирается по величине радиуса r0 корреляции автокорреляционной функции, а размер ri текущего (i-того) окна фильтрации и весовые коэффициенты hi определяются из уравнения
где R(m-i) - корреляционная оценка корреляционной матрицы размерностью m;
max - максимальное собственное значение матрицы R(m-i); I(m-i) - единичная матрица.
Отличительной особенностью устройства, кроме того, является то, что блок разложения трендовой и локальной составляющих дисперсии посредством вейвлет-преобразования выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм в соответствии с формулой
где W(а,b) - свертка амплитуд дисперсии характеризующая энергию волнового поля;
а, b - вещественные значения, характеризующие соответственно частоту импульса Морле-вейвлета и его перемещение вдоль трассы;
(t) - заданная форма вейвлета, в качестве которой используется импульс в виде Морле-вейвлета.
При этом в конкретных случаях реализации устройство может быть выполнено в виде цифрового программируемого процессора.
На чертеже приведена общая конструктивная схема предложенного устройства для обработки и интерпретации данных, где приняты следующие обозначения:
1 - измеритель сейсмических данных;
2 - накопитель сейсмических данных;
3 - канал обработки данных по технологии ОГТ;
4 - блок анализа и интерпретации данных;
5 - канал обработки данных по выделению энергии рассеянных волн;
6 - блок определения дисперсии;
7 - блок разложения дисперсии на трендовую и локальную составляющие;
8 - блок вейвлет-преобразования;
9 - блок привязки по времени.
Работа устройства для обработки и интерпретации сейсмических данных заключается в следующем.
Измеренные измерителем 1 сейсмические данные накапливаются в накопителе 2 и поступают на входы канала 3 обработки данных по технологии ОГТ и канала 5 обработки данных по выделению энергии рассеянных волн, который обрабатывает данные последовательно в блоках 6-8.
Блок 6 определения дисперсии, выполненный в виде вычислительного устройства, реализует алгоритм (1). При этом знакопеременная трасса трансформируется в трассу положительных значений дисперсии, характеризующей энергию волнового поля.
Блок 7 производит разложение (декомпозицию) полученных блоком 6 значений дисперсии на трендовую и локальные составляющие, обусловленные соответственно энергией отраженных и рассеянных волн, посредством одномерной адаптивной фильтрации и расчета автокорреляционной функции. Вычислительное устройство блока 7 выбирает размер базового окна адаптивного фильтра по величине радиуса корреляции автокорреляционной функции и весовые коэффициенты в соответствии с уравнением (2). Затем блок 7 осуществляет свертку исходного волнового поля, результат которой относится к центральной точке базового окна. Далее, базовое окно смещается на один дискрет времени вдоль трассы, и работа блока 7 повторяется. Таким образом, при каждом дискрете времени выбираются свои собственные значения весовой функции, а фильтр настраивается на оценку параметров наиболее энергоемких составляющих. Аналогичные расчеты реализуются при обработке блоком 7 серии трасс, при этом для разложения дисперсии применяется двумерная адаптивная фильтрация.
Блок 8 реализует вейвлет-преобразование (пиковую фильтрацию) данных в соответствии с выражением (3) и может быть реализован в виде вычислительного устройства на принципах, изложенных в работе: Земцова Д.П., Никитин А.А., Пискун П.Д. Вейвлет анализ волнового поля при решении задач сейсморазведки. - Материалы VII Международной научн. - практич. Конференции «Геомодель-2005,» г. Геленджик, с. 68-69, а также в патенте [4].
По результатам вейвлет-преобразования локальной составляющей дисперсии оценивается энергия и частота рассеянных волн.
Вейвлет-преобразование представляет спектрально-временной анализ волнового поля, и блок 9 обеспечивает привязку выделенных аномальных зон рассеянной компоненты к определенным моментам времени на сейсмическом временном разрезе.
Блок 4 анализа и интерпретации данных дополнительно к отображению результатов обработки каналом 3 (известному по аналогам технологии ОГТ) отображает и анализирует данные канала 5 о трещинно-кавернозных зонах по аномальным эффектам энергии рассеянных волн, приуроченных к зонам дифракции. Энергия трендовой составляющей дисперсии характеризуется большими значениями и низкими частотами, соответствующими зеркально-отраженным волнам. Энергия локальной составляющей дисперсии отличается на порядок меньшими значениями от энергии трендовой составляющей и характеризуется более высокими частотами, и тем самым отражает поведение энергии рассеянной компоненты волнового поля, которая по времени приурочена к точкам дифракции, обусловленным зонами повышенной трещиноватости, в том числе и связанными с зонами коллекторов УВ.
В конкретных случаях реализации устройство (блоки 6-9, входящие в состав канала 5) может быть выполнено в виде цифрового программируемого процессора.
Таким образом, из описания устройства для обработки и интерпретации сейсмических данных и принципа его работы следует, что достигается его назначение с указанным техническим результатом, который находится в причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков устройства.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналог:
1. RU 63071 U1, 10.05.2007 (прототип).
2. RU 2490677 C2, 20.08.2013 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
3. RU 127946 U1, 10.05.2013.
4. RU 130413 U1, 20.07.2013.
5. RU 22830 U1, 27.04.2002.
6. RU 2321025 C2, 27.03.2008.
7. RU 2107309 C1, 20.03.1998.
8. Левянт В.Б., Моттль В.В., Ермаков А.С. Прогнозирование разуплотненных зон в кристаллическом фундаменте на основе использования рассеянной компоненты сейсмического поля. - Технология сейсморазведки, 2005, 
3, с. 56-61.
9. Сейсмоакустика пористых и трещиноватых геологических сред / Под ред. Кузнецова О.Л. - М.: ВНИИгеосистем, 2007, том 3, с. 26-54.
10. Боганик Т.Н., Гурвич И.И. Сейсморазведка: Учебник для вузов. - Тверь: Изд-во АИС, 2006, 744 с. (с. 369-710: обработка и интерпретация сейсморазведочных данных).
11. Прикладная геофизика / В.М. Телфорд, Л.П. Гелдарт, Р.Е. Шерифф, Д.А. Кейс. - М.: Недра, 1980, 502 с.
1. Устройство для обработки и интерпретации сейсмических данных, содержащее, по крайней мере, два канала обработки данных, входы которых подключены к выходам измерителя и накопителя сейсмических данных, а выходы - к входам блока анализа и интерпретации данных, при этом один канал обработки данных выполнен в виде блока обработки сейсмических данных по технологии общей глубинной точки (ОГТ), а блок анализа и интерпретации данных выполнен с возможностью отображения результатов обработки сейсмических данных на графических и цифровых диаграммах и профилях для последующего вынесения суждения о наличии в исследуемом районе нефтяных или газовых месторождений, а также для определения их контуров и глубины залегания, отличающееся тем, что второй канал обработки данных выполнен в виде канала обработки данных по выделению энергии рассеянных волн и включает последовательно соединённые блок определения дисперсии по отдельным трассам временного разреза в скользящем окне, блок разложения (декомпозиции) значений дисперсии на трендовую и локальную составляющие путём одномерной адаптивной энергетической фильтрации, блок разложения трендовой и локальной составляющих дисперсии посредством вейвлет-преобразования, блок привязки энергии вейвлет-преобразования трендовой составляющей дисперсии и энергии локальной составляющей дисперсии по времени, а блок анализа и интерпретации данных выполнен с дополнительной возможностью отображения и анализа данных о трещинно-кавернозных зонах неоднородностей геологической среды, связанных с зонами коллекторов и месторождений углеводородов.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения дисперсии D выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм
где Ai - значения измеренных амплитуд в скользящем окне из n значений (i = 1, 2,...,n);
- среднее арифметическое значение измеренных амплитуд для n дискретных значений по времени.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок разложения значений дисперсии на трендовую и локальную составляющие выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм одномерной адаптивной энергетической фильтрации посредством расчёта автокорреляционной функции, при этом размер nб = 1,2r0 базового окна адаптивного фильтра выбирается по величине радиуса r0 корреляции автокорреляционной функции, а размер ri текущего (i-того) окна фильтрации и весовые коэффициенты hi определяются из уравнения
[R(m - i) - max·I(m - i)]hi = 0,
где R(m - i) - корреляционная оценка корреляционной матрицы размерностью m;
max - максимальное собственное значение матрицы R(m - i);
I(m - i) - единичная матрица.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок разложения трендовой и локальной составляющих дисперсии посредством вейвлет-преобразования выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм в соответствии с формулой
где W(a,b) - свёртка амплитуд дисперсии D(t), характеризующая энергию волнового поля;
a, b - вещественные значения, характеризующие соответственно частоту импульса Морле-вейвлета и его перемещение вдоль трассы;
(t)- заданная форма вейвлета, в качестве которой используется импульс в виде Морле-вейвлета.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно выполнено в виде цифрового программируемого процессора.
РИСУНКИ
