Технологический комплекс для анализа нелинейных свойств среды с целью расширения спектра регистрируемого волнового сигнала

Авторы патента:


 

Использование: при компьютерной обработке данных сейсморазведки для определения детальных фильтрационно-емкостных свойств коллекторов и типа их насыщения в геофизической разведке месторождений углеводородов.

Сущность: создание технологического вычислительного комплекса для анализа нелинейных свойств среды с целью расширения спектра регистрируемого волнового сигнала.

Технический результат: расширение функциональных возможностей и повышение информативности при обработке сейсмических данных, повышение детальности, надежности и достоверности определения геофизических параметров.

7 з.пп. ф-лы, 3 фиг.

Техническое решение относится к области геофизической разведки месторождений углеводородов (УВ) с использованием измерений параметров геофизических полей различной природы и может быть использовано при компьютерной обработке данных для определения детальных характеристик фильтрационно-емкостных свойств коллекторов, их литологии и типа насыщения в околоскважинном (межскважинном) пространстве.

Известные системы (комплексы, устройства) обработки геофизических данных, основанные на традиционной технологии [8, 9], как правило, обладают рядом недостатков, не позволяющих проводить надежную оценку параметров геологического разреза.

Аналогами устройства обработки сейсмических данных могут служить патенты [1-4].

В частности, основным недостатком известных систем [2-4] является то, что низкочастотная (НЧ) составляющая в сигнале, полученном с сейсмических датчиков либо отсутствует (аппаратная фильтрация в модуле сейсмоустройства), либо исключается из спектра при обработке, при этом компенсация недостающей информации проводится достаточно грубо.

При условии отсутствия НЧ составляющей в сигнале невозможно получить достоверную оценку абсолютных значений упругого импеданса, а, как следствие, и абсолютных значений прогнозируемых параметров геологического разреза (таких, как глинистость, пористость, проницаемость и др.).

Таким образом, существенная НЧ часть спектра волнового сигнала при использовании известных технологий (см. [2-7] и др.) остается неизвестной, либо ее недостаток компенсируется грубо.

Одним из наиболее эффективных решений представляется комплексная обработка и интерпретация материалов геофизических исследований скважин (ТИС) и сейсморазведки [1].

Известное устройство [1] для обработки сейсмических данных по патенту RU 2490677 C2, 20.08.2013, принятое за прототип, содержит последовательно соединенные блок накопления информации от модуля измерителей параметров геофизических полей и блок обработки данных, выходы которого подключены к входам блока анализа и интерпретации данных, при этом блок накопления информации содержит базу данных (БД) геофизических исследований скважин (ГИС) и БД материалов сейсморазведки в окрестности опорных скважин, блок обработки данных включает последовательно соединенные каналы обработки данных.

Функциональные возможности и информативность устройства [1] могут быть улучшены посредством расширения спектра регистрируемого волнового сигнала за счет анализа проявления нелинейных свойств геологической среды. В частности, технология восстановления НЧ диапазона волновой записи по продольным волнам основана на исследованиях [10], в которых установлено, что в точках ряда скважин интеграл огибающей сигнала после предварительной фильтрации практически полностью совпадает с кривыми акустического импеданса по ГИС (после предварительной фильтрации), т.е. характер нелинейности геологической среды эквивалентен амплитудному модулятору, а огибающая сигнала ничто иное, как детектор амплитудно-модулированного сигнала.

Сущность предложенного технического решения заключается в создании технологического вычислительного комплекса для анализа нелинейных свойств среды с целью расширения спектра регистрируемого волнового сигнала, при которых детектирование амплитудно-модулированного сигнала, т.е., в частности, расчет огибающей сигнала, позволяет получить недостающую часть НЧ спектра.

Основной технический результат предлагаемого технологического комплекса - расширение функциональных возможностей и повышение информативности при обработке сейсмических данных путем расширения спектра регистрируемого волнового сигнала за счет анализа нелинейных свойств среды и, как следствие, - повышение детальности, надежности и достоверности определения параметров литологии, фильтрационно-емкостных свойств коллекторов, типа их насыщения и прогноза нефтегазоносных мощностей, валидности рекомендаций по бурению разведочных скважин. Комплекс позволяет осуществить комплексную обработку данных по известным технологиям решения обратной задачи сейсморазведки для выявления месторождений полезных ископаемых на принципиально новом качественном уровне.

Технический результат при использовании технологического комплекса для анализа нелинейных свойств среды с целью расширения спектра регистрируемого волнового сигнала достигается следующим образом.

Технологический комплекс для обработки сейсмических данных содержит последовательно соединенные блок 2 накопления информации от модуля 1 измерителей параметров геофизических полей и блок 3 обработки данных, выходы которого подключены к входам блока 4 анализа и интерпретации данных, при этом блок 2 накопления информации содержит базу 5 данных (БД) геофизических исследований скважин (ГИС) и БД 6 материалов сейсморазведки в окрестности опорных скважин, блок 3 обработки данных включает последовательно соединенные каналы обработки данных.

Отличительной особенностью комплекса является то, что блок 3 обработки данных включает шесть последовательно соединенных каналов 7-12 обработки данных (КОД) соответственно этапам обработки, выполненных в виде программируемых вычислительных устройств: КОД 7 первичной увязки материалов ГИС и сейсморазведки, КОД 8 фильтрации материалов ГИС в искомом диапазоне частот, КОД 9 формирования оптимального фильтра материалов сейсморазведки и анализа проявления нелинейных эффектов изучаемой среды в полосе пропускания фильтра, КОД 10 расчета поля упругих импедансов (жесткостей)/скоростей пробега упругих волн в искомом диапазоне частот, КОД 11 расширения спектра записи материалов сейсморазведки и его балансировки по материалам ГИС, КОД 12 финальной увязки материалов ГИС и сейсморазведки с учетом расширенного спектра сигнала, а блок 4 анализа и интерпретации данных включает субблок 13 для хранения и отображения материалов сейсморазведки с расширенным диапазоном частот и субблок 14 для хранения и отображения результатов широкополосной увязки материалов ГИС и сейсморазведки, входы которых соединены с выходом блока 3 обработки данных.

Отличием комплекса также является то, что КОД 7 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм первичной увязки материалов ГИС и сейсморазведки путем расчета синтетических сейсмотрасс и их увязки по одному реперному, наиболее ярко выраженному горизонту.

Комплекс также отличается тем, что КОД 8 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм фильтрации материалов ГИС во временной области в искомом диапазоне частот.

Отличием комплекса является также то, что КОД 9 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм формирования оптимального фильтра материалов сейсморазведки, в полосе пропускания которого наиболее отчетливо выражены нелинейные эффекты, проявляемые изучаемой средой, при этом оптимальность фильтра определяется путем минимизации суммы квадратов отклонения интеграла огибающей фильтрованного сигнала и кривой упругой жесткости в точках опорных скважин в соответствии с выражением

где IP(ti) - упругие жесткости по скважинным данным в моменты времени ti; F(t i) - огибающая сигнала после применения фильтра.

Кроме того комплекс отличается тем, что КОД 10 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм расчета полей упругих импедансов (жесткостей) по приближенной формуле решения обратной динамической задачи в соответствии с выражением

где Rрр(t) - коэффициенты отражения продольных волн;

IP(ti), IP(ti-1) - упругие жесткости соответственно в заданный и предыдущий дискреты времени t (на один дискрет раньше), при этом IP(ti )-IP(ti-1)=IP - малая величина.

Отличие комплекса также заключается в том, что КОД 11 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм объединения спектров исходного сигнала и искомого сигнала F(t), при этом при суммировании выполняется балансировка широкополосного спектра суммарного сигнала путем минимизации суммы квадратов отклонения интеграла суммарного сигнала и широкополосной записи кривой упругих жесткостей по скважинным данным.

Комплекс также отличается тем, что КОД 12 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм финальной увязки суммарного сигнала и данных ГИС, причем при условии недостаточной степени когерентности материалов ГИС и суммарного сигнала сейсморазведки процесс обработки данных возвращается в КОД 8, и проводится необходимое количество итераций вычислений.

При этом блок 2 накопления информации, блок 3 обработки данных и блок 4 анализа и интерпретации данных выполнены в виде блоков программируемого устройства, причем блок 4 анализа и интерпретации данных выполнен с возможностью отображения результатов обработки на графических диаграммах и/или их сохранения на накопителях информации.

На фиг. 1 представлена общая схема выполнения обработки данных. На фиг. 2 приведена общая конструктивная схема технологического комплекса для анализа нелинейных свойств среды с целью расширения спектра регистрируемого волнового сигнала, где использованы следующие обозначения:

1 - модуль измерителей параметров геофизических полей;

2 - блок накопления информации;

3 - блок обработки данных;

4 - блок анализа и интерпретации данных;

5 - база данных (БД) геофизических исследований скважин (ГИС);

6 - БД материалов сейсморазведки;

7 - канал обработки данных (КОД) первичной увязки материалов ГИС и сейсморазведки;

8 - КОД фильтрации материалов ГИС в искомом диапазоне частот;

9 - КОД формирования оптимального фильтра материалов сейсморазведки и анализа проявлений нелинейных эффектов изучаемой среды в полосе пропускания фильтра;

10 - КОД расчета поля упругих импедансов (жесткостей)/скоростей пробега упругих волн в искомом диапазоне частот;

11 - КОД расширения спектра записи материалов сейсморазведки и его балансировки по материалам ГИС;

12 - КОД финальной увязки материалов ГИС и сейсморазведки с учетом расширенного спектра сигнала;

13 - субблок для хранения и отображения материалов сейсморазведки с расширенным диапазоном частот;

14 - субблок для хранения и отображения результатов широкополосной увязки материалов ГИС и сейсморазведки.

Фиг. 3 иллюстрирует пример технического результата, полученного при использовании предложенного технологического комплекса по расширению спектра регистрируемого волнового сигнала в низкочастотном диапазоне (0-10) Гц (профиль проходит через 13 опорных скважин). Фиг. 3.1 - стандартный спектр, фиг. 3.2 - объединенный (расширенный) спектр, фиг. 3.3 - восстановленный спектр в НЧ - диапазоне волновой записи.

Работа технологического комплекса для анализа нелинейных свойств среды с целью расширения спектра регистрируемого волнового сигнала (фиг. 1, 2) заключается в следующем.

Измеренные модулем 1 параметры геофизических полей накапливаются в блоке 2 накопления информации. БД 5 содержит данные ГИС опорных скважин (данные измерений акустического каротажа, данные гамма-гамма плотностного каротажа, данные кавернометрии), а БД 6 содержит данные сейсморазведки в формате 2D/3D.

Информация с выхода блока 2 (выходов БД 5, БД 6) поступает на входы блока 3 обработки данных (на вход канала КОД 7 и, далее, последовательно - на КОД 8 - КОД 12). КОД 7 по данным БД 5 и БД 6 реализует алгоритм первичной увязки материалов ГИС и сейсморазведки путем расчета синтетических сейсмотрасс и их увязки по одному реперному, наиболее ярко выраженному горизонту (этап а) обработки данных). В результате формируется накопленный закон (годограф) «время-глубина» с учетом наблюденных (некоррелированных) скоростей пробега упругих волн по разрезу скважины. Этап а) обработки данных блоком 3 (КОД 7) может быть осуществлен на принципах, изложенных в [1] и модифицированных к специфике рассматриваемой задачи.

На этапе б) обработки данных КОД 8 реализует алгоритм фильтрации материалов ГИС во временной области в искомом диапазоне частот.

КОД 9 реализует алгоритм формирования оптимального фильтра материалов сейсморазведки, в полосе пропускания которого наиболее отчетливо выражены нелинейные эффекты, проявляемые изучаемой средой (эффекты перераспределения энергии сигнала по «вторичным» гармоникам/диапазонам спектра первичного сигнала), т.е. на этапе в) обработки данных КОД 9 формирует оптимальный фильтр в соответствии с выражением (1).

Затем КОД 10 реализует алгоритм расчета полей упругих импедансов (жесткостей) по приближенной формуле решения обратной динамической задачи в соответствии с выражением (2), т.е. осуществляет этап г) обработки данных.

Далее, КОД 11 проводит этап д) обработки и реализует алгоритм объединения спектров исходного сигнала и искомого сигнала F(t), при этом при суммировании выполняется балансировка широкополосного спектра суммарного сигнала путем минимизации суммы квадратов отклонения интеграла суммарного сигнала и широкополосной записи кривой упругих жесткостей по скважинным данным.

КОД 12 проводит последний этап е) обработки и реализует алгоритм финальной увязки суммарного сигнала и данных ГИС, причем при условии недостаточной степени когерентности материалов ГИС и суммарного сигнала сейсморазведки процесс обработки данных возвращается в КОД 8, и проводится необходимое количество итераций.

С выхода блока 3 обработки данных (выхода КОД 12) сигналы поступают на вход блока 4 анализа и интерпретации данных: на вход субблока 13 для хранения и отображения материалов сейсморазведки с расширенным диапазоном частот и на вход субблока 14 для хранения и отображения результатов широкополосной увязки материалов ГИС и сейсморазведки.

Пример выходного информационного кадра блока 4 представлен на фиг. 3.

Блок 2 накопления информации, блок 3 обработки данных и блок 4 анализа и интерпретации данных выполнены в виде блоков программируемого устройства.

Блок 4 анализа и интерпретации данных выполнен с возможностью отображения результатов обработки на графических (фиг. 3) диаграммах и/или их сохранения на накопителях информации.

Таким образом, из описания технологического комплекса и его работы следует, что достигается его назначение с указанным техническим результатом.

ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ

I. Прототип и аналоги:

1. RU 2490677 C2, 20.08.2013 (прототип).

2. RU 2144683 C1, 20.01.2000 (аналог).

3. RU 2107309 C1, 20.03.1998 (аналог).

4. US 2009119018 A1, 07.05.2009 (RU 462755 С2, 27.09.2012) (аналог).

II. Дополнительные источники по уровню техники:

6. US 5444619 А, 22.08.1995.

7. US 2003132934 A1, 17.07.2003.

8. US 2006155475 А1, 13.07.2006.

9. Боганик Г.Н., Гурвич И.И. Сейсморазведка: Учебник для вузов. - Тверь: Издательство АИС, 2006. - 744 с. (с. 369-710: обработка и интерпретация сейсморазведочных данных).

10. Прикладная геофизика / В.М. Телфорд, Л.П. Гелдарт, Р.Е. Шерифф, Д.А. Кейс. - М.: Недра, 1980, 502 с. (с. 130-259: обработка и интерпретация сейсмических данных).

11. www.roggsummit/ru (Разведка и добыча 2013. Российский нефтегазовый саммит, с. 58-59).

III. Патенты по уровню техники см. также в описании.

1. Технологический комплекс для обработки сейсмических данных, содержащий последовательно соединённые блок 2 накопления информации от модуля 1 измерителей параметров геофизических полей и блок 3 обработки данных, выходы которого подключены к входам блока 4 анализа и интерпретации данных, при этом блок 2 накопления информации содержит базу 5 данных (БД) геофизических исследований скважин (ГИС) и БД 6 материалов сейсморазведки в окрестности опорных скважин, блок 3 обработки данных включает последовательно соединённые каналы обработки данных, отличающийся тем, что блок 3 обработки данных включает шесть последовательно соединённых каналов 7-12 обработки данных (КОД) соответственно этапам обработки, выполненных в виде программируемых вычислительных устройств: КОД 7 первичной увязки материалов ГИС и сейсморазведки, КОД 8 фильтрации материалов ГИС в искомом диапазоне частот, КОД 9 формирования оптимального фильтра материалов сейсморазведки и анализа проявления нелинейных эффектов изучаемой среды в полосе пропускания фильтра, КОД 10 расчёта поля упругих импедансов (жёсткостей)/скоростей пробега упругих волн в искомом диапазоне частот, КОД 11 расширения спектра записи материалов сейсморазведки и его балансировки по материалам ГИС, КОД 12 финальной увязки материалов ГИС и сейсморазведки с учётом расширенного спектра сигнала, а блок 4 анализа и интерпретации данных включает субблок 13 для хранения и отображения материалов сейсморазведки с расширенным диапазоном частот и субблок 14 для хранения и отображения результатов широкополосной увязки материалов ГИС и сейсморазведки, входы которых соединены с выходом блока 3 обработки данных.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что КОД 7 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм первичной увязки материалов ГИС и сейсморазведки путём расчёта синтетических сейсмотрасс и их увязки по одному реперному, наиболее ярко выраженному горизонту.

3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что КОД 8 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм фильтрации материалов ГИС во временной области в искомом диапазоне частот.

4. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что КОД 9 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм формирования оптимального фильтра материалов сейсморазведки, в полосе пропускания которого наиболее отчётливо выражены нелинейные эффекты, проявляемые изучаемой средой, при этом оптимальность фильтра определяется путём минимизации суммы квадратов отклонения интеграла огибающей фильтрованного сигнала и кривой упругой жёсткости в точках опорных скважин в соответствии с выражением

где I(ti) - упругие жёсткости по скважинным данным в моменты времени ti;

F(ti)- огибающая сигнала после применения фильтра.

5. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что КОД 10 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм расчёта полей упругих импедансов (жёсткостей) по приближённой формуле решения обратной динамической задачи в соответствии с выражением

где Rpp(t) - коэффициенты отражения продольных волн;

I(ti), I(ti-1) - упругие жёсткости соответственно в заданный и предыдущий дискреты времени t (на один дискрет раньше), при этом I(ti)-I(ti-1)=IP - малая величина.

6. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что КОД 11 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм объединения спектров исходного сигнала и искомого сигнала F(t), при этом при суммировании выполняется балансировка широкополосного спектра суммарного сигнала путём минимизации суммы квадратов отклонения интеграла суммарного сигнала и широкополосной записи кривой упругих жёсткостей по скважинным данным.

7. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что КОД 12 выполнен в виде вычислительного устройства, реализующего алгоритм финальной увязки суммарного сигнала и данных ГИС, причём при условии недостаточной степени когерентности материалов ГИС и суммарного сигнала сейсморазведки процесс обработки данных возвращается в КОД 8, и проводится необходимое количество итераций.

8. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что блок 2 накопления информации, блок 3 обработки данных и блок 4 анализа и интерпретации данных выполнены в виде блоков программируемого устройства, причём блок 4 анализа и интерпретации данных выполнен с возможностью отображения результатов обработки на графических диаграммах и/или их сохранения на накопителях информации.



 

Похожие патенты:
Наверх