JP2019536050A - アクティブ超軽量地震検出システムを活用して地震取得を改善するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、地震データを取得することが可能な振源−受振器対の最適位置付けを求めるための方法であって、それの下層土の画像を得るために以前の地震取得の対象であった関心区域（３２）を識別する第１のステップと、関心時間の間に上記関心区域の以前の地震取得の間に取得された地震データを得る第２のステップと、上記関心時間の間に上記関心区域の上記下層土の画像に関与した各振源−受振器対（３１、３４）の位置を求めるために地震データの部分または全体デマイグレーションを適用する第３のステップと、上記振源−受振器対位置（３１、３４）に対する未処理トレースを得る第４のステップと、上記未処理トレースの中から少なくとも１つの最適未処理トレースを選択する第５のステップと、上記少なくとも１つの最適未処理トレースに対応する振源−受振器対位置（３１、３４）を求める第６のステップとを含む方法に関する。

Description

本発明は、概して、陸海域における地震データの取得に関する。

地震データの取得が下層土の地球物理学的構造の画像を発生することを可能にすることが先行技術から公知である。この画像が、石油またはガスなどの天然資源の局在化を正確に示すことを可能にすることはないとはいえ、しかしながら、それは、当業者にとって、これらの資源の有無を判定することを可能にする。したがって、そのような画像の連続生成は、これらの天然資源を発見する目的で下層土を調査する工程の不可欠な部分を形成する。これらの画像を生成するために、いくつかの方法が先行技術から公知である。海上調査のために、地震ストリーマを引くボートを実装することが可能である。これらのストリーマは、海の底に対して一定の深さで、水平に配置されることができる。ボートは、地震波を発生することが可能な一組の振源も引く。これらの地震波は、海の底まで伝播し、それを透過するように通過し、やがて地震波は、それらを反射する反射構造に遭遇する。これらの反射された地震波は、海の表面に向かって伝播し、やがてそれらはストリーマに組み込まれた地震センサによって検出される。この地震データに基づいて、下層土の画像を発生することがこのように可能である。１つの単一のストリーマが使用される場合、これは２Ｄ画像と称される。いくつかのストリーマが使用されて、ボートによって同時に引かれる場合、これは３Ｄ画像と称される。２回の３Ｄ地震取得が同じ区域であるが、時間移動を伴って実施されると、４Ｄ画像が得られる。１回目の取得は時間ｔ０に、そして２回目は時間ｔ０＋ｔに実施され、ｔは、例えば、数カ月または数年に等しくすることができる。

代替的に、海の底に配置されたケーブルまたはセンサを使用して地震データを記録することも可能であり、これらの技術は、海底ケーブル（ＯＢＣ）、海底ノード（ＯＢＮ）または海底地震計（ＯＢＳ）と呼ばれる。例えば、ＯＢＣ取得の場合、複数のセンサが共にケーブルに接続される。これらのケーブルのいくつかは次いで、探査されることになる区域で、海の底に設置される。海中水系車両に１つ以上のセンサを組み込むことも可能である。この車両は、おそらく自律的であり、地震データを記録するために海の底に配置される。それは次いで、この地震データをそれに転送するためにボートによって回収される。

陸上地震取得の場合、４Ｄ取得専用のシステムが、それが下層土を調査するよう望まれる区域に位置付けられるいくつかのセンサ、例えばハイドロホンまたは加速度計を備える。これらのセンサは地面と接触している。いくつかの振源も、探査されることになる区域で、地面に配置される。記録装置がセンサに接続され、そして、例えば、ローリーに設けられる。各振源は、典型的に１つと５つとの間の可変数のバイブレータを備え、そして局所コントローラも備えることができる。振源の点弧時間を調整するために、中央コントローラが存在することができる。振源の点弧およびセンサによって取得されるデータを経時的に相関させるために、ＧＰＳシステムが実装されることができる。この構成では、振源は、地震波を発生するために制御され、そして複数のセンサは、石油もしくはガス鉱床または他の構造によって反射された波を記録する。地震探査は、鉱床の期間にわたる持続的変化を求めるように下層土を再び撮像するために、様々な時点で、例えば毎月または毎年繰り返されることができる。

これらの技術の全ては、生産鉱床を監視するために使用されることができる。これらの構成のために、４Ｄ処理の目的は、様々な瞬間に、一般に鉱床の運用前、すなわち基準探査（ベースライン探査）で、およびこの同じ鉱床の運用後、すなわち監視探査で、取得された地震データの差を評価することによって、岩石物性がどのように、そしてどこで変化するかを判定することである。現在では、４Ｄ探査解決策は、目的として、検討される区域に対する下層土の３Ｄ取得の完全な最新版を有する。言い換えれば、ベースライン探査および監視探査は、完全な３Ｄ画像を得るために相当な量の地震データを取得する。結果的に、現在の技術は、多くの時間、およそ数週間から数ヵ月がかかり、それらが非永続システムを使用するので、繰返し性の観点から比較的あまり正確でなく、そして相当なコストを発生させる。これらの要因の全てが４Ｄ探査の発展に対する障害を表す。結果的に、４Ｄ探査をより安価にするが、それらをより高速かつより正確にもする必要がある。

したがって、本発明は、特に、目的として、アクティブ超軽量地震システムの感度および結果的に検出レベルを改善しなければならない。図１は、アクティブ超軽量地震検出システムの一例を記載する。超軽量という用語は、数百から数百万の振源−受振器対が使用される従来の地震取得に対して限定数の振源−受振器対が実装されることを意味する。１つの単一振源１および受振器２対がここに見られることができる。振源アンテナおよび受振器アンテナも実装されることができる。振源または受振器アンテナは、振源または受振器の集合から成る。それらは、例えば、溶接を介して組み立てられる。振源アンテナは、あたかもそれが単一振源であるかのように、そして受振器アンテナは単一受振器であるかのように機能する。アンテナ振源は、波の放射を集束させることを可能にし、そして受振器アンテナは、これらの波の受振を集束させることを可能にする。この技術はビームステアリングと呼ばれる。更には、これは、ノイズフィルタを作製することを可能にする。帯水層３、断層４、ガス鉱床６、関心区域またはスポット７および生産地５も表される。振源−受振器対の数の限定は、従来の空間ノイズ抑圧法をあまり適用可能にしない。それらは、低生産の影響、すなわち検討されるタイムスケールにわたるスポットの物理的性質の変動による地震特性の１％未満の変形を時に遮蔽することがある。これは、特に、生産によって誘発される地震影響が低い、非常に短いタイムスケール、例えばおよそ３ヵ月、１日または１時間の場合に当てはまる。これらの変動を検出することは、通常はより長期にわたって見られることができる、例えば飽和の変化などの、来るべき影響の他に、その関連する影響を予想することを可能にする。短期にわたる影響は、変化の影響下の関心区域の早期励振を明らかにする。

したがって、アクティブ超軽量地震システムのための短期にわたる検出感度を上昇させる必要性がある。

この課題に応えるために、本発明は、目的として、地震データを取得することが可能な振源−受振器対の最適位置付けを求めるための方法であって、
− それの下層土の画像を得るために以前の地震取得の対象であった関心区域を識別する第１のステップと、
− 関心時間の間に上記関心区域の以前の地震取得の間に取得された地震データを得る第２のステップと、
− 上記関心時間の間に上記関心区域の上記下層土の画像に関与した各振源−受振器対の位置を求めるために上記地震データのデマイグレーションを適用する第３のステップと、
− 上記振源−受振器対位置に対する未処理トレースを得る第４のステップと、
− 上記未処理トレースの中から少なくとも１つの最適未処理トレースを選択する第５のステップと、
− 上記最適未処理トレースに対応する最適振源−受振器対位置を求める第６のステップとを含む方法を有する。

好ましくは、第３のステップのデマイグレーションはオクターブレンジだけ実施される。

好ましくは、以前の地震取得は４Ｄ取得である。

好ましくは、第５のステップは、最良の４Ｄ影響を検出することを可能にする最適未処理トレースの選択を更に含む。

好ましくは、第５のステップは、最適未処理トレースを選択するように石油弾性モデルの使用を更に含む。

好ましくは、第５のステップは、表面因子を考慮する選択を更に含む。

好ましくは、第５のステップは、地震変動に対する較正として使用される基準区域を考慮する選択を更に含む。

好ましくは、第３のステップは、各振源−受振器対に対する地震波の最適傾斜ならびに放射および受振方向を得ることを更に含む。

好ましくは、本方法は、上記最適位置に振源−受振器対を配置する第７のステップおよび上記最適位置で新たな地震データを取得する第８のステップを更に含む。

好ましくは、第８のステップは地震波の最適傾斜ならびに放射および受振方向に基づく。

本発明は、添付の図に関連して与えられる以下の説明を読むことにより最も良く理解されるであろう。

アクティブ超軽量地震検出システムの一例を図示する。 本発明の一実施形態を図示する。 本発明の実装の別の例を図示する。 本発明の少なくとも１つの最適トレースオブジェクトを選択する方法の実装の一例を図示する。 地震波が基準区域を通過しているのを図示する。 本発明に実装される方法によって地震未処理トレースを処理する一例を図示する。

下層土に位置する流体の抽出の間の、ポリマーなどの化学薬剤の使用が先行技術から公知である。それらは、１０％を超える回収率の歩留りを改善することを可能にする。これらの化学薬剤の使用は、流体の二次回収の場合にさえより正当化される。これらのポリマーは、ピストンのものと同様の効果を有する、推力手段を作成するように、二次回収段階、すなわち別の注入の上流で注入され、次いで押しやられることになる。その上、大抵の場合、２Ｄまたは３Ｄ地震は既に取得および処理されている。これは、特に、速度モデル、マイグレーションされた地震画像、重複のモデル、特に既存の２Ｄまたは３Ｄ画像のために使用された地震未処理および処理済みトレースの他に振源および受振器の正確な場所、ならびに陸上データのための静的モデルなどの情報にアクセスすることを可能にする。下層土についての知識および解釈は、目標および期待される地震生産影響の岩石の弾性特性、すなわち生産の影響下の弾性特性の変動などの情報を得ることを可能にする。地形についての知識も、特に表面障害物（道路、パイプライン、坑井、プラットホーム、工場、住居等）または非繰返し可能な地震ノイズ発生器などの情報を補足することを可能にする。

本発明は、特に、目的として、超軽量地震検出システムを実装する地震取得を改善するために液体または気体であることができる、流体注入への地震造影剤の取込みを有する。超軽量地震検出システムの大部分は、流体のまたは気体の生産に関連がある変化を検出しようとする。抽出されることになる石油の回収率を改善するために、ポリマーなどの化学薬剤が使用される。本発明の実施形態の１つは、地震応答を実質的に増幅するまたは低下させる地震造影剤を、化学薬剤および／または注入流体への補足として、注入することから成る。これは、注入の地震応答を上昇させること、したがって注入された流体の前面の監視区域への到達を、可及的速やかに検出することができることを可能にする。ほとんどの時間、化学薬剤は前面の前にあり、したがって化学ピストンと呼ばれることができるものを形成する。そのような化学薬剤、液体または気体は、化学ピストン内でその前または後に注入される。好ましくは、地震造影剤は、化学ピストンに関して中性でなければならない、すなわちそれは、使用される化学薬剤の性質を低下させてはならない。地震造影剤は、高密度もしくは低密度ナノ粒子および／または地震取得と適合する共振振動数を持つナノ粒子を含むことができる。地震造影剤は、窒素などの不活性ガスを含むこともできる。それは、ポリマーから成ることもできる。図２は、注入器２４の媒介によって、水２５およびポリマー２２が注入される油膜２１を図示する。地震造影剤２３もポリマーピストン２２の媒体へ取り込まれる。

本発明は、目的として、振源−受振器対の位置付けの改良を可能にし、かつ永続または半永続システムのフレームワークにおいて、非繰返し可能なノイズを減少させるように、または信号の強さを増加させるように、単一の未処理トレース、すなわち、センサの出力での記録である、または経時的に平均化されている、すなわち未処理トレースの時間における加算またはスタックの地震処理も可能にする方法も有する。本発明の一実施形態において、検出を受ける区域は、本方法を実装するために利用可能な情報を収集するために識別される。第１のステップは、スポットとも呼ばれる関心区域におけるまたはその近くの既存の地震データの使用である。この２Ｄ、３Ｄ、４Ｄ地震データまたはウェルは、探査される下層土における、特に、検出されることになる区域における地震波の経路を知るために情報源として使用される。好ましくは、検出されることになる区域に集中した発火点が調べられ、有効な検出のためにはあまりにノイズが多い、すなわちあまりに低い信号対雑音比を有する、オフセット、すなわち発火点と受振器との間の距離を除外することによって、第１の予選択が実施される。利用可能な地震データの全体であれ一部であれ、デマイグレーション、すなわち地震波線の逆プロットが次いで実施される。関心区域を使用するこの逆波線プロットは、関心スポットの撮像に関与した各振源および受振器の理論的位置Ｘ、ＹおよびＺの他に関心区域が未処理トレースに現れる時間も取り出すことを可能にする。この時間は関心時間と呼ばれる。このステップは、関心区域を照らした地震波の到達傾斜を求めることも可能にする。図３は、本方法の実装を図示する。振源３１および受振器３４、関心区域またはスポット３２ならびにデマイグレーションのステップの間の逆波線プロット３３がここに見られることができる。例えば、地質が複雑であり、より微細な分析を必要とするとき、デマイグレーションはオクターブレンジだけ実施されることもできる。

少なくとも１つの最適トレースの選択が次いで実装される。本方法は、関心区域の結像に関与する区域に適用され、そして３つのパラメータの中からの選択のステップを含む。第１のパラメータは、既存の２Ｄ、３Ｄ地震データまたはウェルにおける関心区域の画像の構築の他、トレースの広域の信号対雑音比も可能にした振源−受振器対の有効な関与、すなわち未処理記録のエネルギーまたは振幅である。実際、トレースの挙動は、関心区域内でだけでなく、低信号対雑音比を検出するために関心区域の外側でも調べられる。トレースは、関心区域で高信号対雑音比を有することができるが、しかし関心区域の外側では低い。好ましくは、第２のパラメータは、動的情報、すなわち既存の４Ｄ地震データならびに／または期待される生産影響および地震トレースへのその影響のモデリングに関して適用される。好ましくは、第３のパラメータは、例えば振源または受振器の位置付けを妨げる障害物、回避されることになる高ノイズ発生器、電流源へのアクセスの可能性、または望まれなければならないインターネットカバレッジなどの、表面情報を考慮することに関して適用される。最初の２つのパラメータを考慮することによっていくつかの最適位置が識別された場合は、最後の選択は表面基準によることになる。

第１のパラメータは、デマイグレーションのステップの間の振源および受振器の理論的位置Ｘ、ＹおよびＺを既存の地震データの実際の取得グリッドと交差させることによって得られ、未処理トレースは復元される、すなわちこれらの位置からの下層土の有効な測定値である。これらの未処理トレースおよび関心区域が未処理トレースに現れる時間情報を使用して、潜在的に最適なトレースの部分集合上で定性的かつ定量的選択を実施することが可能である。トレースは、それが変化の検出を可能にするときに最適である。時間情報はデマイグレーションのステップで得られて、関心時間とも呼ばれる。非常にノイズが多い、または関心時間の間に非常に減衰されるトレースは廃棄される。逆に、強い反射または屈折を有するトレースは、クリーントレースと呼ばれて、保持される。発火点に認識できかつ／または既存の地震データの処理の間に得られた重複の影響を考慮することが、検討される各トレースの関心時間の間に高重複が現れないトレースを選択することを可能にする。図４は、５つのトレース４１、４２、４３、４４および４５を図示する。縦軸上の軸４６はオフセット、すなわち振源−受振器距離を表す。トレース４１はあまりにノイズが多く、そしてトレース４２および４５は関心時間の間に極端に減衰される。これらの３つのトレースはしたがって選択されない。他方では、トレース４３および４４は、良好な信号対雑音比、および関心区域の探査時間の間に認識できるエネルギーを有し、それらはしたがって、潜在的に最適と考えられて、したがって保持される。第２のパラメータは、４Ｄ地震データが利用可能であるときに得られることができる動的情報に関する。完全な４Ｄ画像を使用して、検討される関心区域に既に変化が影響を及ぼしたかどうかを検出することが可能である。そのような場合、得られた、ならびに基本および以後の取得から生じる未処理トレースの分析は、関心区域に対して最良の４Ｄ影響を有するトレースを求めることを可能にする。これらのトレースは、この変化の識別に最も関与したものであり、したがってそこで新たな４Ｄ影響を検出するのに最適である。既存の４Ｄ地震トレースの補足として、または既存の４Ｄ地震トレースが入手可能でないときに、動的鉱床モデルと組み合わされる関心区域に対する石油弾性モデルを使用することが、生産によって誘発される地震影響を推定する合成地震取得をモデル化することを可能にする。

第３のパラメータは、第１のパラメータまたは最初の２つのパラメータの組合せによって識別される部分集合から得られた表面因子に関する情報に関しており、選択された振源−受振器対の位置を表面情報と交差させることが可能である。この情報の交差は、一方では、例えば、選択位置が除外区域に位置しないことを確認することによって、これらの振源−受振器対の位置付けの実際的な実現可能性を検証することを可能にする。それは、例えば、工事中の道路、ガス圧縮ユニットまたは海上通路など、既存の地震データ間に現れる可能性がある高地震ノイズ発生器を考慮することも可能にする。

これらのステップは、アクティブ超軽量地震検出の実現可能性を分析することを可能にする。

ここまで記載された方法は、アクティブ超軽量システムの地震処理を改善するために、および振源−受振器対が永続的にまたは半永続的に最適位置に配置されたときに関心区域の変化を検出するために補足されることができる。これは、下層土の完全画像を構築することなく関心区域に検出を集中させることを可能にする。これは、トレース対トレース手法であり、ここでは振源−受振器対の各々は互いから独立して観察および処理される。関心区域より上で起こっている変化を克服するために、およそ最大６ヵ月の非常に短いタイムスケールで、変化を受けない関心区域より上の少なくとも１つの区域を下層土において識別することが可能であるという仮定がなされる。この区域は基準区域と呼ばれる。それは、超軽量検出システムと関連付けられる周囲ノイズの測定値を得るために使用される。それは、この基準区域より上に到達する変動を修正するためにも使用される。基準区域より上に位置する４Ｄ影響を修正するために、ここでは表面に近い変動がより実質的であるが、基準区域は、この区域の地震応答が変化してはならないと考えるによって較正として使用される。したがって、この区域の地震変動を修正し、そして関心区域における変動を明らかにするようにこの修正を適用することが可能である。これらは、振幅、伝播時間またはウェーブレットの経時変動である。上記の振源５１、受振器５２、地震波５３、関心区域５４および基準区域５５が図５に見られることができる。図６は、本発明の主題である方法の未処理トレースへの応用の一例を図示する。横座標に時間が日単位で、および縦軸上に時間の過程にわたる地震波の伝播時間の差が示される。進行の起点は振源であり、次いで鉱床および最後に受振器である。上の曲線は毎日の記録に、そして下の曲線は１日目の記録に関する導関数に対応する。２５日目の相当な変動が観察されるが、地質力学的変化が発生したことを意味している。この地質力学的変化は、例えば、飽和、圧力または温度変化であることができる。

その上、超軽量取得から生じる単一の地震トレースに考慮が与えられると、セルまたはビンの概念は、もはやいかなる意味も有しない。検出区域の空間分解能はフレネル帯であると考えられ、それ自体は周波数に依存する。次いで検出の感度を洗練するために、オクターブだけフィルタリングすることが可能である。受振されるデータの周波数を下げることによって、より離れた関心区域における検出の感度は上昇される。これが可能であることができるように、超軽量取得システムは、いくつかの周波数範囲を放射および記録しなければならなかった。例えば、関心区域で毎秒５５００メートルの速度に対して、均質速度モデルおよびゼロオフセット取得モデルの場合、スポットの中心から５０、１００、１５０、２００および２７５メートルで位置するフレネル帯は、それぞれ２７、１４、９、７および５ヘルツの周波数に対応する。そのため、５ヘルツであって、１４ヘルツでは現れない変化の検出に関しては、これは、関心区域で観察される変化が関心区域の中心から１００および２７５メートル間に介在すると推論することを可能にする。

他方では、デマイグレーションのステップで得られる情報を使用することによって、関心区域を照らすために、各振源−受振器対に対して、地震波の放射および受振傾斜が推定されることができる。放射では、いくつかの振源または振源アンテナを使用することによって関心区域の照明のための傾斜および最適方向に波の放射を集束させること、またはビームステアリングが可能である。したがって、回折、寄生および多重エコーならびに寄生反射などの多くのノイズ因子が回避され、そして検出性閾値が改善される。受振では、３部品受振器を使用することによって、近いセンサのクラスタを平均化することによってまたは受振器アンテナを使用することによって、デマイグレーションのステップで定められる方向および傾斜に従って到達する地震情報だけを含む平均トレースを得ることが可能である。このフィルタリングは、ノイズ因子、特に重複を実質的に低減させること、および検出性閾値を上昇させること可能にする。これは、フレネル帯内の検出区域を減少させることによって検出精度を上げること、およびビームステアリングの傾斜を調節することによってしたがって検出をより良く集束させることを伴う。したがって、単一の振源−受振器対で、このフレネル帯内にいくつかの異なる焦点合わせを得ることが可能であり、この帯にいくつかの異なるスポットを識別することと同じである。これらの２つのフィルタリングは、検出性閾値を更に上昇させるために、独立してまたは共に実装されることができる。デマイグレーションがオクターブレンジだけ実施される場合、オクターブに従って放射および受振傾斜を変更することによってこのフィルタリングを更に一層洗練することが可能である。本発明は、このように、一方では、基準区域に対する関心区域における経時変動を、および他方では、これらの変動の時間変化を考慮する検出で終わることを可能にする。

本発明は、初期スポットの上下に位置する機会と称される他のスポットを識別し、そしてフレネル帯における焦点合わせを各々に対して調節するために使用されることができる完全なトレースを記録するように実装されることもできる。

Claims (10)

1. 地震データを取得することが可能な振源−受振器対の最適位置付けを求めるための方法であって、
   − それの下層土の画像を得るために以前の地震取得の対象であった関心区域（３２）を識別する第１のステップと、
   − 関心時間の間に前記関心区域の前記以前の地震取得の間に取得された地震データを得る第２のステップと、
   − 前記関心時間の間に前記関心区域の前記下層土の前記画像に関与した各振源−受振器対（３１、３４）の位置を求めるために前記地震データのデマイグレーションを適用する第３のステップと、
   − 前記振源−受振器対位置（３１、３４）に対する未処理トレース（４１、４２、４３、４４、４５）を得る第４のステップと、
   − 前記未処理トレースの中から少なくとも１つの最適未処理トレース（４３、４４）を選択する第５のステップと、
   − 前記最適未処理トレース（４３、４４）に対応する最適振源−受振器対位置（３１、３４）を求める第６のステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記第３のステップの前記デマイグレーションがオクターブレンジだけ実施されることを特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載の方法であって、前記以前の地震取得が４Ｄ取得であることを特徴とする方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、前記第５のステップが、最良の４Ｄ影響を検出することを可能にする最適未処理トレース（４３、４４）の選択を更に含むことを特徴とする方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法であって、前記第５のステップが、前記最適未処理トレース（４３、４４）を選択するために石油弾性モデルの使用を更に含むことを特徴とする方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、前記第５のステップが、表面因子を考慮する選択を更に含むことを特徴とする方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、前記第５のステップが、地震変動に対する較正として使用される基準区域（５５）を考慮する選択を更に含むことを特徴とする方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法であって、前記第３のステップが、各振源−受振器対（３１、３４）に対する地震波の最適傾斜ならびに放射および受振方向を得ることを更に含むことを特徴とする方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法であって、前記方法が、前記最適位置に振源−受振器対（３１、３４）を配置する第７のステップおよび前記最適位置で新たな地震データを取得する第８のステップを更に含むことを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、前記第８のステップが、前記地震波の前記最適傾斜ならびに放射および受振方向に基づくことを特徴とする方法。

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