Обработка виброграмм как способ повышения качества результатов высокопроизводительной вибросейсморазведки

Актуальность высокопроизводительной вибросейсморазведки и проблема обеспечения качества работ

Нефтегазовые компании объективно заинтересованы в сокращении сроков геологоразведочных работ, что позволяет быстрее окупить вложенные в проект инвестиции, оптимизировать финансовые и временные издержки, особенно в настоящее время, в период экономической и геополитической турбулентности. Возможность на несколько лет быстрее ввести объект в эксплуатацию, за один полевой сезон собрать данные, необходимые для построения детальной геологической 3D-модели месторождения, является очень привлекательной для экономики проектов. Повышение производительности и информативности сейсмических исследований актуально не только для севера Западной Сибири, но и для других регионов России, характеризующихся высокой геологической изученностью (Екименко, 2008). Поэтому в отрасли существует запрос на технологии сейсморазведки, обеспечивающие возможность изучения больших по площади участков в короткие сроки. Высокопроизводительная вибросейсморазведка в полной мере отвечает на этот запрос, потенциал ее производительности кратно превышает возможности традиционной сейсморазведки с использованием взрывных источников (Смирнов, Бондарев, 2017).

Однако вибросейсмический метод имеет свои недостатки, или, сформулируем корректнее, свои особенности: заведомо неоптимальные условия возбуждения волн, повышенный уровень поверхностных регулярных помех, более высокий уровень случайных помех (вследствие слабости единичного воздействия), наличие технологических помех от перемещающейся техники и параллельных воздействий (для высокопроизводительных технологий), сильную зависимость качества результатов от специфики строения верхней части разреза (ВЧР) и поверхностных (ландшафтных) условий, ограниченность полосы частот возбуждаемого сигнала как со стороны низких частот (НЧ), так и высоких частот (ВЧ) вследствие особенностей конструкции вибратора и условий контакта плита – грунт.

Типичные для обширных территорий полуострова Ямал и Гыданского полуострова условия «арктической пустыни», тем не менее, благоприятствуют применению вибросейсмических технологий. На этих территориях зона малых и пониженных скоростей находится в вечной мерзлоте, что улучшает условия прохождения волн и сохраняет высокочастотные компоненты спектра, т.к. поглощение сейсмической энергии в мерзлых породах существенно ниже. Поэтому в северных районах Западной Сибири вибросейсмический метод в ряде случаев позволяет получать результаты, сопоставимые по качеству со взрывным методом (разумеется, при определенных технико-методических условиях). И как показывает опыт, запрос на высокопроизводительные вибросейсмические технологии сейчас достаточно высок.

Важным условием эффективного применения высокопроизводительных вибросейсмических технологий является обеспечение качества результата. Повышенная производительность не должна быть основанием для необоснованного снижения критериев качества исходных сейсмограмм. Желательно, чтобы высокий потенциал плотности и кратности системы был не только средством компенсации технологической зашумленности полевых данных, но и предпосылкой для достижения более высокой информативности (разрешенности, динамической выразительности, отношения сигнал/помеха и др.)

К сожалению, у высокопроизводительных технологий имеется существенный недостаток – повышенный уровень случайных, квазислучайных и технологических помех (от движущейся техники и/или «параллельных» воздействий). Методические возможности подавления этих помех за счет увеличения статистического эффекта (кратности) системы наблюдений ограничены. Кроме того, чисто статистический подход не позволяет реализовать в полной мере потенциал высокоплотной съемки. Ослабляя помехи за счет увеличения кратности, мы фактически расходуем потенциал высокократной системы на сохранение приемлемого качества на уровне традиционных вибросейсмических съемок. Значимого повышения информативности (точности, детальности, динамической выразительности) результатов обработки при этом не происходит. Следовательно, помимо увеличения кратности необходимо повысить и качество исходных коррелограмм (КГ), однако единственным резервом повышения качества КГ (при прочих равных условиях) является обработка до корреляции, т.е. обработка виброграмм (ВГ). И в настоящее время благодаря общей тенденции к быстрому развитию и удешевлению вычислительных средств и носителей информации появилась возможность сохранения и передачи на этап обработки всего исходного массива данных, т.е. не только КГ, но и ВГ.

Первые попытки повышения качества результатов за счет обработки виброграмм до корреляции были предприняты на Западе и в СССР еще в 80-е годы XX в. (Coruh, Costain, 1983; Череповский, Бадейкин, 1988). Однако завершенной технологии в тот период создано не было, не в последнюю очередь из-за ограничений в вычислительных мощностях и в средствах хранения информации.

В связи с развитием высокопроизводительных вибросейсмических технологий уже в XXI в. западными сервисными компаниями разработаны методические подходы к подавлению определенного класса технологических помех до корреляции. Однако эти подходы обеспечивали лишь частичное решение проблемы, при этом по стоимости существенно превышали затраты на стандартную обработку материалов. Основанной на ясной теоретической концепции технологии подавления широкого класса природных и технологических помех (случайных, квазислучайных, регулярных) до корреляции виброграмм в мировой практике до недавнего времени не существовало.

Обработка виброграмм до корреляции – перспективное направление повышения качества данных

Необходимые для разработки технологии обработки виброграмм исходные данные получены в процессе выполнения опытно-методических работ (ОМР) МОВ-ОГТ 2D в полевых сезонах 2017–18 и 2018–19 гг. на ряде лицензионных участках Группы компаний ПАО «НОВАТЭК». Информация об основных результатах исследовательских работ по обработке полученных материалов опубликована в (Долгих и др., 2019; Dolgikh et al., 2019a, 2019b).

В настоящее время в НОВАТЭК НТЦ апробирован и внедрен целый ряд методических приемов обработки виброграмм, предложенная технология получила общее название «многозональная адаптивная обработка виброграмм» (МАОВ).

Постановка вопроса о целесообразности обработки виброграмм до корреляции совершенно логична и имеет однозначное научно-теоретическое обоснование (из области теории информации, теории интерференционных систем). Если исключить значительную часть технологических и иных помех из наблюденного волнового воля ВГ до корреляции (рис. 1, верхний ряд), то это обеспечит условия для более эффективной селекции полезного сигнала по итогам выполнения корреляции – на уровне итоговых КГ (рис. 1, нижний ряд). Логическим следствием повышения отношения сигнал/помеха исходных КГ является более высокое (при прочих равных условиях) отношение сигнал/помеха (качество) итоговых результатов обработки.

Граф обработки ВГ представляет собой набор общеизвестных процедур, ориентированных на подавление наиболее интенсивных случайных, регулярных и технологических помех, а также на корректировку наиболее значимых искажений спектра и динамики сейсмического волнового поля.

Поскольку вибросейсмический сигнал представляет собой меняющуюся во времени частотную развертку, важным свойством технологии обработки виброграмм является возможность адаптации параметров обрабатывающих процедур по времени и/или частоте. Отдельные процедуры (в частности, направленные на подавление корреляционных помех от пересекающихся по времени воздействий) могут быть реализованы с помощью разделения сейсмического волнового поля на частотные зоны (панели).

Принципиальная схема реализации технологии МАОВ (для «слип-свип»).

1. Весь рабочий спектр сейсмических сигналов, включающий в себя интервал частот развертки свип-сигнала, разбивается посредством полосовой (F1–F2–F3–F4) частотной фильтрации на узкие частотные диапазоны (панели) по критерию постоянного затухания, т.е. постоянства отношения ширины спектра к центральной частоте. Количество частотных полос определяется величиной коэффициента затухания, его увеличение приводит к уменьшению числа полос, а уменьшение – к увеличению. Кроме того, следует учитывать вычислительные мощности, т.к. связь между числом полос и временем обработки линейная. Фильтрация относится к числу времяемких процедур. На основе сформированного ряда центральных частот рассчитывается серия перекрывающихся полосовых фильтров, объединение (суммирование) результатов применения которых обеспечивает восстановление исходного сигнала без искажения частотного спектра.

2. В каждой панели к узкополосной виброграмме применяется верхний и нижний мьютинг по следующему правилу: время верхнего мьютинга соответствует времени развертки свип-сигнала на частоте F1, а время нижнего мьютинга – времени развертки на частоте F4, а также принимается в расчет длина формируемых КГ.

Принцип подавления помех применением верхнего и нижнего мьютинга к узкополосным виброграммам иллюстрирует рис. 2.

3. После проведенной селекции полезного сигнала узкополосные виброграммы объединяются с целью получения широкополосных виброграмм.

4. К широкополосным ВГ применяются процедуры поверхностно-согласованного подавления случайных и квазислучайных помех во временной и частотной областях.

В спектрально-временной области реализация приемов 1–3 обеспечивает «хирургическую» селекцию 1-й (базовой) гармоники сигнала (рис. 3). Все остальные гармоники как основного, так и последующего во времени воздействий будут обнуляться. Будут также ослаблены любые другие квазислучайные помехи (от переездов, от растрескивания мерзлоты), если они окажутся внутри области обнуления.

На системной основе технология МАОВ применяется на объектах НОВАТЭК с 2020 г. Полученные результаты свидетельствуют о повышении их качества и разрешающей способности. При этом особенно значительный эффект отмечен при работе по технологии «слип-свип» с минимизированным слип-таймом, т.е. когда слип-тайм приближен к длине формируемых коррелограмм (рис. 4–6).

В технологию МАОВ заложено теоретически обоснованное применение процедур подавления случайных и квазислучайных помех на уровне как ВГ, так и КГ. Только в первом случае (на уровне ВГ) подавляются непосредственно сами помехи в сейсмическом волновом поле, а во втором случае (на уровне КГ) устраняются остаточные, посткорреляционные искажения волнового поля, обусловленные данными помехами. Сочетание внутренних мьютингов в узких частотных диапазонах с процедурами шумоподавления на уровне ВГ и КГ дает в совокупности необходимый синергетический эффект, который выражается в повышении как отношения сигнал/помеха, так и разрешающей способности результатов обработки (рис. 7, 8).

Заключение

Технология МАОВ позволяет значительно ослабить взаимные влияния, амплитудные искажения, разного рода помехи от групп виброисточников, а также снизить общий уровень зашумленности съемки.

При прочих равных условиях обработка, начиная с уровня исходных виброграмм, обеспечивает значимое повышение общего отношения сигнал/помеха окончательных результатов обработки при некотором увеличении общей разрешающей способности.

Полученный с помощью обработки виброграмм повышенный потенциал качества исходных коррелограмм создает предпосылки для дополнительного расширения спектра конечных результатов при сохранении приемлемого общего отношения сигнал/помеха.

За счет применения МАОВ обеспечивается повышение качества результатов обработки, по эффекту сопоставимое с увеличением кратности системы наблюдений в 1,5–2 раза, что особенно актуально для площадей с повышенным уровнем техногенных помех.

Благодарности

Авторы признательны научным сотрудникам лаборатории систематизации и обработки геофизических материалов АУ «НАЦ РН им В.И. Шпильмана» Е.П. Кайгородову, О.В. Киселёву и Е.В. Савенкову за их творческий вклад в научно-технические результаты исследований.