Description:

"First Break том 26, Июнь 2008 Методика увеличения эффективности специальная тема Полноволновая 3D томография: анализ проблемы, финансируемый ITF. Full wavefield 3D tomography: a case study in ITF research funding Часть развивающихся технологий появляется благодаря финансовым вложениям в развитие новых концепций и идей. В данной статье мы рассмотрим геофизические методы улучшения разрешения визуализации резервуаров, предложенные в Imperial College и финансируемые британским Industry Technology Facilitator (ITF). Роль ITF в развитии нефтегазовых технологий Основанный в 1999 году, расположенный в Великобритании ITF был создан для того, чтобы расширить границы для развития технологии, стимулировать новаторов выйти за рамки и сломать барьеры, которые традиционно препятствовали применению новых технологий в нефтегазовой индустрии. ITF запустил более 110 совместных проектов, вовлекших 32 миллиона фунтов стерлингов прямых инвестиций в развитие технологий для нефтяной и газовой отрасли. Вопросы, спонсируемые ITF, покрывают построение высокоразрешающего изображения, сложнопостроенные резервуары, геомеханику, рентабельное бурение и расширение, поддонные методы, управление целостностью, экологическую эффективность и т.д. ITF сейчас поддерживается 14 нефтяными компаниями (BP, Shell, Woodside, Nexen, ExxonMobil, Total, StatoilHydro, BG Group, CNR International, Eni, Wintershall, Chevron, ConocoPhillips, Maersk) и пятью сервисными компаниями (Technip, Expro, Halliburton, Weatherford, Helix Energy Solutions). В 2002 году ITF выступил с предложением, которое привлекло технологии разработчиков к созданию пошагового подхода к высокоразрешающему изображению залежей углеводородов. Идеей было поставить перед разработчиками задачу улучшения как вертикальной, так и горизонтальной разрешенности сейсмических данных. Одна из 41 полученных заявок, предлагающая полноволновую 3D сейсмотомографию как способ улучшить разрешение изображения нефтегазовых резервуаров, действительно привлекла внимание ITF. Полноволновые сейсмические методы направлены на поиск высоко детализированной модели среды, которая может произвести все сейсмическое поле. Такие методы хорошо обоснованы в 2D (см. Sirgue & Pratt, 2004; Operto и др., 2004), но так как реальная среда всегда трехмерна, практическое применение таких методов в нефтегазовой индустрии было ограничено. Полное расширение волновой томографии до случая 3D с теоретической точки зрения довольно простое, однако требует значительных вычислительных средств (Riyanti и др., 2006). Разработанный и представленный в Imperial College в Лондоне проект достиг окончания первой стадии, обеспеченный инвестициями в размере 1 миллиона фунтов стерлингов и поддержкой пяти членов ITF. Профессор Mike Warner из Imperial College возглавил команду отделения наук о Земле и Инженерных наук, предлагая концепцию использования полноволновой 3D сейсмотомографии для определения высокоразрешенной количественной модели, способной объяснить все волновое поле, включая те фазы, от которых обычная обработка и миграция стараются избавиться. Проект также предполагает увеличение на порядок сейсмического разрешения физических свойств. Команда профессора Warner полагала, что подобные методы имеют потенциал отображать геологическую среду со значительно улучшенным пространственным разрешением для обеспечения максимально подробной картины физических свойств среды, используя новейшие расстановки источников и приемников. Особенно они применимы в высокоразрешающем 3D мониторинге резервуаров, используя источники, находящиеся на поверхности с зафиксированными на дне или в скважине приемниками. Хотя полноволновые методы сегодня хорошо разработаны для случая 2D, их применение в разведке и добыче будет ограничено, пока они не смогут быть использованы для 3D структур и 3D сейсмических расстановок. Несмотря на то, что такое расширение довольно простое, оно представляет серьезную вычислительную проблему на практике. Imperial College предложил довольно простое вычислительное решение этой проблемы, чтобы сделать возможным практическое использование полноволнового изображения трехмерных данных сейсморазведки, используя существующую и доступную в будущем вычислительную технику. www.oil-itf.com; контактирующий автор Др. Duncan Anderson, E-mail: d.anderson@oil-itf.com. 2008 EAGE www.firstbreak.org специальная тема First Break том 26, Июнь 2008 Методика увеличения эффективности Главной целью проекта было обеспечить теоретическое обоснование и рабочий прототип компьютерного кода, который бы демонстрировал, как ранее разработанный для 2D метод полноволновой томографии может быть применен в случае 3D в форме, которая в вычислительном отношении достаточно эффективна, чтобы позволить ее применение к реальным 3D данным. Было так же предложено, в дополнение к главному проекту предоставить полностью документированную библиотеку с последовательностью построения изображений для демонстрации применимости метода к отдельным расстановкам, наборам данных и задачам. Метод На первой стадии проекта ключевым требованием к обнаружению, эксплуатации и управлению малыми отложениями на старых площадях и максимизации извлечения со стареющих площадей стало улучшенное пространственное отображение резервуара совместно с более эффективным использованием данных мониторинга от зафиксированных скважинных приемных расстановок. В типичных приложениях линейная пространственная разрешающая способность волновых методов на порядок лучше, чем у традиционных методов, основанных на времени. Новые разработки в томографии были использованы для создания нескольких наборов 3D данных. Решалась система уравнений вида Ax = b, где A - большая разреженная матрица, зависящая только от скорости, плотности и неупругости модели с граничными условиями, x это вектор-столбец, содержащий неизвестное поле в каждой точке сетки для одной частоты, а b - это вектор-столбец со значениями поля источника для каждой точки сети. Итеративная схема аппроксимирует матрицу A начальным оператором матрицей М, для которой решение можно рассчитать значительно быстрее. Это приблизительное решение затем используются в истинной матрице A для расчета эффективного источника, который может быть вычтен из истинного источника b и будет получена остаточная ошибка. Эта остаточная ошибка используеться как источник для следующей итерации, и процесс продолжается до тех пор, пока ошибка не станут меньше некоторого малого значения. Возникает два ключевых вопроса: как выбрать начальный оператор М и как наилучшим образом обновить остаток на каждой итерации для наискорейшей сходимости. Для отображения дополнительных свойств команда использовала два оператора, чередуясь между двумя методами: -1-прогон, t-пространственная t-разрешающая способность приближенного поля скоростей лучше, чем у традиционных глубинно-мигрированных разрезов. В двумерном случае, наиболее в вычислительном отношении эффективные алгоритмы работают в частотной области и включают логическое разложение больших разреженных матриц, используя вложенное рассечение, следующее за повторным решением для отдельных источников использующим обратную подстановку (Stekl & Pratt, 1998). Результаты исследований профессора Warner показывают, что расширение таких методов до 3D приводит к матрицам с размерностью n3 x n3 , где n - линейные размеры 3D модели. Разложение таких матриц приводит в лучшем случае к ~ n6 операций и хранению ~ n4 памяти. Для реалистичных моделей, где n приближается к 1000, и время расчета и объем данных становятся неприемлемо большими. Во многих областях вычислительной физики с большими разреженными матрицами работают, используя не прямое разложение, а итерационный подход, успешно улучшая начальное предположение. На первой стадии проекта - Core Module Imperial College применил итеративную конечно-разностную схему в 3D для акустического волнового уравнения, которое достаточно эффективно для использования в 3D томографии. Эта схема совместно с некоторыми "есть 'константа' первого порядка, которую можно незначительно менять в зависимости от длины волны для достижения оптимальной сходимости. Этот оператор представляет собой разложение в ряд Тейлора первого порядка: он только распространяет волновое поле локально, но ведет себя гладко и продолжает уменьшать остаточную ошибку даже когда ошибка поля является маленькой и равномерно распределенной. Второй оператор использует простое Рис.1 На левом рисунке изображен срез через приблизительное поле, отвечающее монохроматическому точечному источнику, расположенному в центре однородной модели, используемое для предобуславливания итерационной схемы. Правый рисунок показывает срез через конечное поле в пределах неоднородной модели с размерами 250 x 150 x 150 ячеек. У модели есть отражающая верхняя поверхность; все другие грани поглощающие. 106 www.firstbreak.org (c) 2008 EAGE First Break том 26, Июнь 2008 специальная тема Методика увеличения эффективности быстрое одномерное волновое уравнение, которое распространяет энергию от одного слоя к другому в одном из декартовских направлений, меняя все шесть направлений в порядке: вверх-вниз, вперед-назад, влево-вправо. Было обнаружено, что этот оператор был менее эффективен, когда остаточная ошибка поля была широко распределена, однако он распространяет поле на большие дистанции и служит для быстрого уменьшения ошибок в области, где остаток довольно велик. На рис. 1 изображено поле точечного источника, распространяющегося в модели однородной среды с помощью этого оператора. Он приводит к минимизации остатка, используя" Ключевые слова: полный решение, расстановка, решение, itf, проект, imperial college, поле, количество, выполнение, увеличение эффективность, технология, использование, imperial, эффективный, ошибка, срез, обеспечить, подход, резервуар, тема, начальный оператор, матрица, специальный, приблизительный, км, сейсмический, разработанный, метод, firstbreak, разрешение, малый, пространственный, прямой, проблема, хороший, объём, дать, методика увеличение, июнь, ячейка, восстановить, изображение, использовать, pratt, нефтегазовый, волна, предложенный, остаточный ошибка, развитие, отдельный, эффективность, geophysics, требовать, точка, волновой томография, волновой, firstbreak org, простой, расширение, схема, использованный, модель, остаточный, расчёт, изобразить, разложение, eage, порядок, традиционный, расчет, обнаруженный, приводить, поток, определяться, сеть, методика, увеличение, область, средство, среда, показывать, значительный, томография, тест, расположить, специальный тема, плохой, frequency, пробег, применение, org, частота, использоваться, миллион, оператор, итерация, college, предложить, break июнь, кубический модель, riyanti, break, источник, размер, длина, вычислительный, память, полноволновый, длина волна, кубический, полный, полноволновый томография, фунт, начальный