NO165657B - Fremgangsmaate for oppnaaelse og behandling av seismiske data som maales i en letebroenn. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår ervervelse og behandling av seismiske data som oppnås ved benyttelse av senderanordninger for seismiske bølger og mottakeranordninger for nedadgående eller oppadgående seismiske bølger, av hvilke noen anordninger er anordnet på overflaten nær en letebrønn og de andre er anordnet i letebrønnen i en rekkefølge av målepunkter.

Det er mulig enten å installere en sender på overflaten og nedsenke en mottaker i brønnen, eller å installere en mottaker på overflaten og nedsenke en sender i brønnen. Vanligvis nedsenkes en eneste innretning eller utrustningsdel i brønnen og festes til brønnens vegger ved hjelp av en mobil arm i en rekkefølge av posisjoner som utgjør målepunktene.

Alle de metoder som er i vanlig bruk, krever anordning i letebrønnen av et antall målepunkter som er adskilt fra hverandre en avstand som er mindre enn en forutbestemt grense-avstand for å unngå den tvetydighet som er kjent som forfalskning ("aliasing") ved avfasingen av de seismiske bølger som mottas av den mottakende utrustning. Dette fører til høye omkostninger da seismiske operasjoner krever et stort mannskap og store mengder av utstyr og således er meget tidkrevende. Dessuten oppnås ikke alltid den ønskede presisjon da alle bølger og spesielt den bølge som er kjent som rørbølgen, ved bestemmelse av den nevnte grenseavstand ikke tas i betraktning, for å unngå benyttelse av et altfor stort antall av målepunkter.

Uttrykkene "nedadgående" og "oppadgående" slik de anvendes på seismiske bølger, benyttes her til å beskrive bølger med baner som viser seg å gå henholdsvis nedover og oppover dersom bølgen betraktes som om den ankommer i målepunktet. Der hvor en mottaker er beliggende i målepunktet, er med andre ord en nedadgående bølge en bølge som vandrer nedover til målepunktet, og en oppadgående bølge er en bølge som vandrer oppover til målepunktet. Der hvor en sender er beliggende i målepunktet, er en nedadgående bølge en bølge som vandrer oppover fra målepunktet, og en oppadgående bølge er en bølge som vandrer nedover fra målepunktet.

Med henblikk på å redusere det antall målepunkter som er nødvendige for den samme målingskvalitet, og for å forbedre bredden i fordelingen av målepunktene slik at visse soner kan begunstiges og det kan oppnås en større grad av presisjon enn hva som hittil er oppnådd, ble det først utført en analyse av grunnene til den begrensende natur av de kjente metoder. Det ble funnet at feilen ved disse metoder lå i å legge vekt på koherensfiltrering og å underordne separasjonen av de nedstigende og oppstigende bølger til denne filtrering, idet disse to operasjoner utføres sammen. Dette fører spesielt til et øket antall av målepunkter uten noen vesentlig forbedring av målingskvaliteten.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for oppnåelse av seismiske data som måles i en letebrønn, ved benyttelse av en installasjon for ervervelse av seismiske data og som omfatter utstyr for måling av seismiske data omfattende en senderanordning for sending av seismiske bølger og en mottakeranordning for mottagning av nedadgående eller oppadgående seismiske bølger som stammer fra senderanordningen, hvilke anordninger er anordnet på overflaten nær letebrønnen og i målepunkter i letebrønnen, og en installasjon for behandling av de seismiske data som er tilveiebrakt av installasjonen for ervervelse av dataene, hvilken behandlingsinstallasjon separerer de nedadgående bølger fra de oppadgående bølger og utfører koherensfiltrering av bølgene, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved at målepunktene oppdeles i minst to grupper som er innbyrdes adskilt nedover langs brønnen, idet hver gruppe omfatter et antall målepunkter som er likt adskilt nedover langs brønnen med en avstand som er mindre enn en forutbestemt grenseavstand slik at man unngår tvetydighet ("aliasing") i avfastingen av de seismiske bølger som mottas av mottakeranordningen, idet tilgrensende målepunkter i tilgrensende grupper er adskilt en avstand som er større enn den nevnte grenseavstand, og at behandlingsinstallasjonen utfører separasjon av de nedadgående og oppadgående bølger som til-hører den samme gruppe.

Koherensf iltrering blir fortrinnsvis deretter utført, etter separasjon av bølgene, på den ene side på settet av nedadgående bølger som tilhører alle grupper, og på den annen side på settet av oppadgående bølger som tilhører alle grupper. Innledende grovfiltrering kan også utføres på samme tid som separasjon av bølgene, på de nedadgående og oppadgående bølger i den samme gruppe. Det skal også bemerkes at operasjonen med separasjon av bølgene i seg selv innebærer en viss grad av koherensfiltrering.

Fremvisning av de seismiske avlesninger som oppnås i overensstemmelse med den ovenfor beskrevne metode kan for-bedres ved å utføre en interpolasjon, som funksjon av dybien, separat på de nedstigende bølger og de oppstigende bølger etter separasjonen og koherensfiltreringen av disse.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med et utførelseseksempel under henvisning til tegningene, der fig. 1 i skjematisk form viser en letebrønn og en installasjon for ervervelse eller innsamling av seismiske data, fig. 2 viser to bølger med den samme opprinnelse som ankommer i to respektive målepunkter, fig. 3 og 4 viser henholdsvis et diagram av organisasjonen for behandling av de registrerte data og et flytskjema av de suksessive operasjoner som utføres, fig. 5 og 6 viser de matriser som benyttes ved behandlingen, fig. 7 viser en matrise med operatorer for separasjon av bølger, og fig. 8 viser et diagram for koherensfiltrering i det todimensjonale Fourier-område som er kjent som f-k.

I den på fig. 1 viste installasjon for ervervelse av seismiske data er det antatt at en sender 1 for seismiske bølger er anbrakt på overflaten 2 mens en mottaker 4 for seismiske bølger er nedsenket i brønnsjakten 3 ved hjelp av en elektrisk ledende kabel 5 som er forbundet med en lastebil 6 via en anordning for registrering av de seismiske data som utsendes av mottakeren 4, og eventuelt med en anordning for behandling av dataene. Behandlingsutstyret kan helt eller delvis være beliggende på et fjerntliggende sted, såsom et laboratorium. Slik som allerede angitt, kan posisjonene av senderen og mottakeren ombyttes.

I tillegg til den aktuelle posisjon av mottakeren 4 viser diagrammet fem andre posisjoner i hvilke mottakeren plasseres i rekkefølge mot veggen av sjakten 3 for å ta målin-ger. Disse posisjoner som er innbyrdes adskilt nedover langs sjakten 3, er på tegningen angitt med henvisningstallene 8, 9, 10, 11,12.

Det vil innses at disse posisjoner er inndelt i tre separate grupper smm hver består av to posisjoner som ligger tett sammen.. Det finnes således en første gruppe med to målepunkter 8, 9. som er innbyrdes adskilt nedover langs brønnen med en avstand dz, en avstand D mellom målepunktet 9 og det tilgrensende målepunkt 4 i den andre gruppe som er dannet av de to målepunkter 4 og 10, en avstand dz mellom målepunktene 4 og TO-, og en avstand D mellom målepunktet 10 og det tilgrensende målepunkt 11 i den tredje gruppe som er dannet av de to målepunkter 11 og 12 som er innbyrdes adskilt en avstand dz.

Bare tre grupper, hver bestående av to målepunkter, er blitt vist for ikke å overlesse figuren, men antallet av grupper kan være forskjellig og antallet av målepunkter pr. gruppe kan være høyere (det må alltid være minst lik det antall bølger som skal separeres).

Linjen 13 representerer en nedadgående seismi.s;fc bølge som ankommer direkte i posisjonen 4, og Linjern 1.4 representerer en seismisk bølge som reflekteres ved! ea grenseflate 15 som adskiller deler av terrenget med forskj.el.Mgte imped&nse-r:,, slik at det frembringes en oppadgående bølge som* er representert ved en linje 16 som ender i posisjonen 4. ;Fig. 2 viser en bølge 17 som ankommer i et målepunkt, såsom punktet 4, og en bølge 18 som er bølgen fra den samme opprinnelse og som ankommer i det andre målepunkt, såsom punktet 10, i den samme gruppe av målepunkter. Tidsintervallet R mellom disse bølger er i tid t lik d2/V2, hvor dz er avstanden mellom målepunktene, såsom 4 og 10, og V2 er forplantningshastigheten for bølgen ved en dybde z, dersom det som en første tilnærmelse antas at forplantningshastigheten Vz for de seismiske bølger varierer bare ubetydelig mellom målepunktene 4 og 10, og at senderen 1 ligger så nær brønnen 3 at man kan betrakte den avstand som tilbakelegges av den bølge som ankommer i punktet 4, som om den er forskjellig med en lengde dz fra den avstand som tilbakelegges av den bølge som ankommer i punktet 10. For å måle tidsintervallet R uten tvetydighet, må dz/Vz være mindre enn 1/2f max' , hvor f max er den maksimale frekvens av de mottatte bølger. Avstanden dz mellom målepunktene i den samme gruppe må derfor være mindre enn en grense-avstand d Z Illa. Xsom er lik ;z/ max ;Vz/2f ;Avstanden D mellom grupper kan derimot være flere ganger større enn d Z Illa. X. Fig. 1 viser en utførelse som utgjør en forbedring ved seismisk sampling. Det er kjent at seismisk sampling er en metode som har som formål å oppnå ankomsttids-punktene, i forskjellige punkter i brønnen, for en bølge som skriver seg fra brønnens overflate. Ved at det i disse punkter installeres ikke ett eneste målepunkt, men to målepunkter som ligger tett sammen, oppnås informasjon av mye større viktighet, og som i praksis er ekvivalent med den som for tiden oppnås ved hjelp av metodene med vertikal seismisk profil, kjent som VSP, som er tidkrevende og kostbare. ;Det er også mulig å benytte metoden med separate grupper av målepunkter på ikke-ensartet måte langs brønnen. I en sone hvor det kreves særlig nøyaktig informasjon, bringes gruppene av målepunkter nærmere sammen, og det er mulig å bringe målepunktene i den samme gruppe nærmere sammen slik at de er beliggende i en avstand som er mindre enn den grenseavstand d„m = „ som er beregnet for hastigheten av rørbølgen. ;Z ula X ;Bedre fordeling av målepunktene vil således gjøre det mulig, uten nødvendigvis å øke det totale antall av målepunkter, og oppnå data som medbringer mer informasjon, idet de nevnte data muliggjør separasjon uten tvetydighet av de forskjellige bølger (oppadgående bølger, nedadgående bølger, oppadgående rørbølger og nedadgående rørbølger). ;Fig. 3 viser organisasjonen av databehandlingen. Kurvene, dvs. settene av verdier som funksjoner av tiden som registreres av mottakeren i et gitt målepunkt, ankommer ved 19 til en forbehandlingsinnretning i hvilken dårlige registreringer elimineres, i hvilken registreringene svarende til et målepunkt adderes sammen, og i hvilken en innledende filtrering kan utføres dersom det kreves. De således beregnede registreringer 21 går deretter inn i en bølgeseparasjonsinnretning 22 som på den ene side, ved 23, tilveiebringer de registreringer som angår de nedadgående bølger som koherensfiltreres ved hjelp av et filter 24, og på den annen side, ved 25, tilveiebringer de registreringer som angår de oppadgående bølger som koherensfiltreres ved hjelp av et filter 26, idet utgangene 27 og 28 fra disse filtre er koplet til en innretning 29 for dekonvolvering av de oppadgående bølger ved hjelp av de nedadgående bølger og for interpolasjon av disse sistnevnte. ;Fig. 4 viser i skjematisk form de suksessive operasjoner som utføres med utgangspunkt i målepunktene 8, 9, 4, 10, 11, 12 i innretningene 20 (summasjon), 22 (separering av registreringene av oppadgående bølger 0^ m, 0^ mt 0^ m og av nedadgående bølger O<1>^, O^, O^), 24 og 26 (separat koherensfiltrering av settet av oppadgående bølger og av settet av nedadgående bølger), 29 (oppnåelse av tre koherente og behandlede, oppadgående kurver C<1>m, c<2>m, c<3>m og av tre koherente og behandlede, nedadgående kurver C^, C^, C-^. ;Utstyret eller innretningene for sending og mottagning av bølgene kan være de konvensjonelle innretninger som er i vanlig bruk. Den eneste forskjell ligger i deres plassering. Behandlingen av registreringene organiseres slik som foran angitt, men utføres ved hjelp av konvensjonelle innretninger, såsom de som allerede er i bruk i de kjente filtersystemer i f-z-området eller i filtersystemer i t-z-området. ;Den forøkelses-koherensfiltrering som anvendes etter separasjon av bølgene, angår bare én bølge ad gangen, og føl-gelig, da avfasing av vedkommende bølge er kjent, blir den ikke påvirket av romlig tvetydighet ("spatial aliasing"). Denne filtrering kan være ensrettet eller nesten ensrettet, og orientert i overensstemmelse med gradienten til vedkommende bølge. Koherensfiltrering utføres meget lettvint dersom den foregås av en horisontalisering av bølgene, dvs. fjerning av de relative avfasinger av bølgene kurve for kurve, idet dette gjøres for hver bølge. ;Under koherensf iltrering er det mulig å ta i betraktning de anslåtte eller beregnede dybder av de kurver som svarer til de oppadgående og nedadgående bølger. Når det dreier seg om to kurver eller målepunkter i hver gruppe, tas middelverdien. I det tilfelle hvor gruppene omfatter flere kurver eller målepunkter, benyttes dybden av barysenteret eller tyngdepunktet av målepunktene. ;Som et eksempel vil det bli gitt en mer detaljert beskrivelse av en bølgeseparasjonsmetode som kan benyttes. ;Det første trinn vil være å måle avfasingene av de første bølger som ankommer, kurve for kurve, ved å kontrollere disse på filmene. ;Det antas at avstanden fra den sendende utrustning til brønnens overflateåpning er liten og at de geologiske grenseflater gjennom hvilke brønnen passerer, ligger meget nær horisontalen på en slik måte at banene for de oppadgående og nedadgående bølger kan betraktes som vertikale. Dersom avfasingen eller faseforskyvningen av de nedadgående bølger fra den ene kurve til den andre er p, vil f asef orskyvningen av de tilsvarende, oppstigende bølger således være -p, uten hensyn til loven for hastigheter i brønnen. ;For å forenkle fremstillingen, vil bare to kategorier av bølger, oppadgående bølger og nedadgående bølger, og to kurver bli betraktet, idet faseforskyvningen av den nedadgående bølge for disse to kurver er p. ;Den ene av disse kurver (kurve 1) vil bli betegnet med S-|, og den andre av disse kurver (kurve 2) vil bli betegnet med S2. Den sistnevnte er kjent for et diskret sett av verdier ;E: ;;hvor At representerer tiden mellom suksessive registreringer og nAt den totale registreringstid. ;Det vil videre bli antatt at kurvene S-j og S2 er beliggende på respektive dybder z., og Z2«;Det vil nå bli utført en beregning av de nedadgående bølger (betegnet med d) og de oppadgående bølger (betegnet med m) i punktet (z-|+Z2)/2. ;For dette formål vil det bli antatt at disse bølger har en konstant, respektiv faseforskyvning på p og -p på seg-mentet eller avsnittet (zi, Z2) r og dessuten at deres amplituder ikke varierer langs deres respektive spor eller baner. ;Den modell som er et resultat av ovennevnte hypoteser, vil da være: ;Ved innføring av Dirac-fordelingen kan disse likninger ;skrives på formen: ;;Det innses at i dette tilfelle separeres selve bøl-gene, d og m, fra sine faser p/2 eller -p/2. ;Det er mulig å begrense disse likninger til etttids-intervall. Sentrum av dette tidsintervall vil være fiksert på en tid kAt, og dets halve lengde vil være lAt. ;Innenfor dette tidsintervall vil bølgene cl og m deretter bli undersøkt ved minimisering av avstanden, i retning av normalen L^, mellom de beregnede kurver S-, og S2 og de virkelige kurver S-] og S2. ;Dette er ekvivalent med minimisering av uttrykket K -(d,m), slik at: ;k' 1 ;;Ved innføring av vektorene o, S og § slik at: og de forskjellige undervektorer som representerer verdien av de funksjoner som svarer til disse i det aktuelle tidsintervall, er det da mulig å skrive: ;To tvangsmidler vil bli pålagt på denne funksjons-operator for å stabilisere beregningene. Det ene tvangsmiddel vil være: som er ment å fjerne ustabiliteter. Det andre tvangsmiddel vil være: ;hvor T er definert ved den matrise som er vist på fig. 5. ;Dette er ekvivalent med å begrense variasjonene av de to bølger 3 og rn. Formelen for C2<6) er i virkeligheten: ;Den endelige funksjon som skal betraktes vil derfor være: og verdier av 6 vil være bestemt slik at ;Denne likning fører til følgende system: ;hvor A er den matrise som er vist på fig. 6, og I er matrise-identiteten. ;Int(x), den lineare interpclasjonsoperator, er slik at: ;Det skal bemerkes at Int(x) er en vektor med en lengde som er lik lengden av interpolasjonsoperatoren. Denne lineære interpolasjonsoperator spiller rollen til Dirac-fordelingen, i den betydning at den tillater separasjon av det egentlige faseledd fra det signal som betraktes. ;For å beregne 6, er det nødvendig ganske enkelt å invertere matrisen: ;Dette gir: ;eller ;6 = V.S ;ved å sette ;Innenfor det betraktede tidsintervall oppnår man således følgende: ;Bare de tilsvarende, sentrale operatorer vil bli bibeholdt. ;Por eksempel oppnås følgende i det betraktede tidsintervall som er sentrert på tiden kit: ;idet tidsintervallet og operatorene er vist på fig. 7. ;Det kan derfor innses at beregningen av de bølger som betraktes, presenteres i form av to skalare produkter mellom soparasjonsoperatorer og kurveintervaller. ;Det er tilstrekkelig å beregne én gang for alle separasjonsoperatorene for forskjellige verdier av p, faseforskyvningen av den nedstigende bølge for kurve 1 i forhold til kurve 2. ;Så snart disse operatorer er blitt beregnet, blir de lagret på plater. For å benytte operatorene, må de avleses på nytt og anvendes i form av en dobbel folding av de to kurver som betraktes, og de nedadgående og oppadgående bølger må deretter beregnes. ;Det skal nå beskrives hvordan koherensfiltreringen kan utføres etter benyttelse av denne separasjonsmetode. ;Det vil bli antatt at kurvene under betraktning effektivt formuleres ved: S = A o *.+ B; idet o er den vektor som svarer til de nedstigende og oppstigende bølger, og S er støy.

Man oppnår da o ut fra kjennskapet til S:

eller

0 = V • A o + V • fi

Det innses at 6 = o + V , idet V er den generaliserte, inverse verdi av A.

Det gjenstår derfor bare den tilføyde støy ?.. Denne kan være hva som helst og vil spesielt ikke være koherent med hensyn til hellingene p og -p.

Det vil da bli benyttet et koherensfilter som ikke vil modifisere o da sistnevnte tilfredsstiller hypotesene for koherensfilteret med hensyn til hellingene p og -p. Dette koherensf ilter vil derimot virke på reststøyen ?■ .

For å øke effektiviteten av koherensf i lteret vil dette bli anvendt på et ganske stort antall kurver. Graden av koherens vil bli øket etter hvert som antallet av benyttede kurver øker.

Ved dette punkt av behandlingen er det mulig å benytte et filter som er kjent som f-k (hvor k er bølgetallet) , i Fourier-området på de bølger som betraktes etter horisontalisering. 1 dette tilfelle er det tilstrekkelig å bevare en signalkonus som er mer eller mindre åpen, idet denne er en invers funksjon av graden av nødvendig koherens, slik det er vist på fig. 8.

Det er lett å generalisere den beskrevne separasjonsmetode for to retninger, for det første ved å øke koherensen og for det andre ved å separere et stort antall bølger.

Ved å benytte følgende formel: s = A o kan det i virkeligheten antas at S er på formen:

hvor N er det antall kurver som tas i betraktning, og jo større N er jo større er den endelige koherens.

Det er også mulig å velge 6 slik at:

hvor M da er det antall kurver som det er nødvendig å separere. Det er således mulig å' integrere de oppadgående og nedadgående bølger, såvel som de oppadgående og nedadgående rørbølger, idet tallet M da er lik 4.

Fra et informasjonsmessig synspunkt er det nødvendig at N er større eller lik M.

Det skal bemerkes at i det tilfelle hvor det er nødvendig å filtrere'rørbølger, for å unngå tvetydighet eller forfalskning av sistnevnte, må avstanden mellom registrerings-punktene generelt være meget liten.

Ved benyttelse av metoden med gruppesampling er filtreringen av disse bølger økonomisk mulig.

Det er tilstrekkelig å registrere grupper på fire kurver og å anvende separasjonsoperatorene på disse fire kurver for å oppnå de oppadgående og nedadgående bølger. Man kan på samme måte oppnå de oppadgående og nedadgående rørbølger, men disse er for øyeblikket uten interesse. Disse trenger spesielt å bli eliminert.

Etter denne separasjonsprosess er det mulig å anvende koherensfiltrering på hver av de bølger som betraktes, idet hver av disse er ren med hensyn til de betraktede faseforskyv-ninger som også er kjent som hellingene av de forskjellige bølger. For å anslå eller beregne rørbølgenes helling, er det tilstrekkelig å ha en beregning av sistnevnte som tas fra en film for seismisk profil summert i vertikalen. Det er ikke nødvendig å ha tidspunktet for første ankomst av bølgene, da bare hellingen av rørbolgene kan tås i betraktning. ■

Ut fra det foregående vil det innses at det gjøres bruk av en helt forskjellig metode i forhold til de vanlige, kjente metoder ved at den foran beskrevne fremgangsmåte sørger for optimal separasjon av bølgene uavhengig av koherensfiltrering.

Claims (2)

1 . Fremgangsmåte for oppnåelse av seismiske data som måles i en letebrønn, ved benyttelse av en installasjon for ervervelse av seismiske data og som omfatter utstyr for måling av seismiske data omfattende en senderanordning for sending av seismiske bølger og en mottakeranordning for mottagning av nedadgående eller oppadgående seismiske bølger som stammer fra senderanordningen, hvilke anordninger er anordnet på overflaten nær letebrønnen og i målepunkter i letebrønnen, og en installasjon for behandling av de seismiske data som er tilveiebrakt av installasjonen for ervervelse av dataene, hvilken behandlingsinstallasjon separerer de nedadgående bølger fra de oppadgående bølger og utfører koherensfiltrering av bølgene, karakterisert ved at målepunktene (8, 9, 4, 10, 11, 12) oppdeles i minst to grupper som er innbyrdes adskilt nedover langs brønnen, idet hver gruppe omfatter et antall målepunkter som er likt adskilt nedover langs brønnen med en avstand som er mindre enn en forutbestemt grenseavstand slik at man unngår tvetydighet ("aliasing") i faseforskyvningen av de seismiske bølger som mottas av mottakeranordningen, idet tilgrensende målepunkter i tilgrensende grupper er adskilt en avstand som er større enn den nevnte grenseavstand, og at behandlingsinstallasjonen utfører separasjon av de nedadgående og oppadgående bølger som tilhører den samme gruppe.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at for å forbedre fremvisningen av de seismiske avlesninger, blir en interpolasjon som en funksjon av dybden utført separat på de nedadgående bølger og på de oppadgående bølger etter separasjon og koherensfiltrering av disse.