JP3630691B2 - 異常区域に遭遇する事なく油田中の掘削可能区域の地図を作成する方法 - Google Patents

Description

本発明は地表ガスなどの異常区域に遭遇する事なく地中または海中の油田中の掘削可能区域の地図を作成する方法に関するものである。
公知のように地表ガスは地表と、掘削井戸が偶然のガス到着を阻止する事のできる装置をまだ装備していない深さとの間に存在する。この種のガスは石油掘削に際して非常に重大な危険性を成すものであって、掘削井戸を掘る前にこのような危険の位置と大きさとを評価する事が望ましい。
現在まで地表ガスの検出は、いわゆる２次元（2D）反射地震探査法によって実施されていた。この方法は、データ収集装置を操作して地中の音波の反射から生じる地震トレースを収集するにあり、このデータ収集装置は少なくとも１つの音波発振源と音波受信ラインとを含み、この装置を地表（地中地震の場合）または海面（海中地震の場合）において移動させるにある。
さらに詳しくは、2D海中地震探査に際して、データ収集資材は、音響パルス発振源を備えラインまたはストリーマーを曳航する探査船を含み、このライン上に複数のセンサが取付けられ、これらのセンサは地中の各層によって反射された音波を受信しまたそれぞれ受信した音波の振幅を時間の関数として示す信号を発生し、この信号が記録されて、地震トレースと呼ばれる地震記録を与える。ストリーマーの長さは約500メートルから約６、000メートルの範囲内に変動し、ストリーマー上に取付けられるセンサは数メートル乃至数10メートル、例えば約12.5メートル乃至約50メートルの間隔で配置される。2D地震探査法によって探査される海中区域は数100平方キロメートルにわたって延在し、例えば100km×200kmの表面積を有する事ができる。探査船は、相互に数キロメートル、例えば５乃至6km離間した平行な直線トレースにそってこの区域を航行する。探査船の移動中に、地震源は規則的間隔で、例えば５秒ごとにパルスを発振する。探査船の各直線トレースごとに、地震記録の処理後に、複数の垂直トレースから成る2D地震セクションが得られる。このセクションは、座標Ｘ（探査船の移動方向）とＴ（時間で表わされた深さ）から成る座標系において地下の垂直断面を示す。
ガスで飽和された浅い砂層の場合、反射された地震エネルギーは大きな値を取り、これらの値は記録された地震断面上において、強振幅のピーク（輝点）として表われる。
探査される区域の地下画像を再構築するためには、記録された各地震セクションを並置し、これらのセクションの輝点間の補間を映像化しなければならない。しかしこれらの補間は長時間の作業であり、一部の主観を含む。実際に、２人の補間作業者が相異なる仕方で補間を実施し、このようにして相異なるリスク地図が得られる場合が少なくない。
また３次元（3D）地震データ収集法が知られている。この方法の使用するデータ収集装置は、少なくとも１つの音波発振源と複数の音波受信ラインとを含み、この装置を地表において（3D地中地震データ収集の場合）または海面において（3D海中地震データ収集の場合）移動させる。海中地震データ収集法を実施する場合、少なくとも１つの音波発振源を備えた探査船が平行に配置された複数のラインまたはストリーマーを曳航し、これらのストリーマーの数は８本に達し、各ラインが複数の音波センサを備える。これらのラインは2D地震収集法の場合よりも短く、相互に一定間隔で、例えば約50メートル離間され、また例えば25メートルごとに等間隔で配置された複数のセンサを担持する。この探査船によって掃引される区域の輻はセンサラインの数と共に増大し、前記の例の場合には例えば400メートルのオーダである。
各記録トレースを発生するための発射の瞬間に対応する発振源座標と組合わされたセンサの座標とから限定される空間位置を各記録トレースに対して組合わせる。
3D地震データ収集中に記録された地震トレースから、軸系（X,Y,T）中の３次元地下画像をいわゆる「3D地震立方体」（3D地震セクション）の形で表示する。そのため、地震トレースのデータ収集面を表わす面（X,Y）中の規則的な空間碁盤縞を成す碁盤目組立体の各碁盤目（ビン）に対して中心トレースを与え、この中心トレースは公知の多重被覆技術を使用して記録されたトレースから作成されまた考慮された碁盤目の内部に位置する空間位置を有し、またこの中心トレースは時間軸Ｔにそって前記碁盤目の中心に割当てられる。地震ブロックをそれぞれビン上に定心された複数の仮想平行六面体の要素セルとしてサンプリングし、各要素セルは前記ビンのサイズに対応するＸ軸およびＹ軸にそったサイズと、中心地震トレースのサンプリングのために選択されたサンプリング時間の長さに対応する軸Ｔにそった厚さとを有し、各セルが地震トレースのサンプルを包蔵する。
このようにして地下の連続的サンプリングが実施される。
従ってサンプリングされた地震ブロックの任意のセルCijkは、その中心の座標（Xi,Yj,Tk）、すなわちその包蔵する中心地震トレースのサンプルの座標（ここにXiとYjはそのセルに対応するビンBijの座標、またTkはビンBijの中心地震トレースTRijのサンプルｋの時間座標）と、前記サンプルの振幅Aijkとによって完全に定義される。3D地震ブロックの面（X,Y）を碁盤縞に仕切るビンは望ましくは長方形とし、例えば長さ50メートル（ライン間隔）および輻25メートル（ライン上の前後２つのセンサの間隔）を有する地面上の長方形に対応する。
発射中に捕集された有効情報が、記録（トレース）の空間位置上に定心された円錐形体積の中に集中される。探査船の移動中に放射された順次２回の発射に対応する円錐形体積は地下の表面層については重なり合わずまたは部分的にしか重なり合わない。この故に、深さの認識を目的として石油探査に使用されるパラメータを含む3D地震データ収集法は表面層の物体、特に表面層ガスの検出には有効ではない
特許EP−Ａ−9,562,687によって、データの構造的解釈によって炭化水素の埋蔵量の位置づけ方法が知られている。この方法においては、興味ある地下区域の中の炭化水素の存在の仮設から出発して、
（ｉ）炭化水素埋蔵量を埋蔵する特定水準以上の可能性を有する区域を選定し、
（ii）当該区域の構造データから出発して、前記の選択された各区域について、一定の炭化水素埋蔵量を埋蔵する事のできる表面積を含みまたその区域の最深点に実質的に等しい一定深さの範囲を有する構造的閉鎖を限定し、
（iii）各区域と対応の構造的閉鎖との幾何学的類似性の測定値を確定し、
（iv）前記測定値が特定値を超える区域をそれぞれ選択する。
また最新技術状態を代表する米国特許第US−Ａ−5,153,858号から、深さにおいてサンプリングされた地震トレースの3Dブロック中の自動的水平面マーキング法が知られている。この方法においては、3Dブロックの各地震トレースを値「１」と「０」の順列から成る二元トレースに変換し、地震トレースの各サンプルによって定義される深さにおいて水平面の存在するサンプルに対して値「１」を与え、この状態に対応しないサンプルに対して値「０」を与える。このようにして地震トレースの3Dブロックを二元トレースに対応するブロック3Dに変換し、この3Dブロックをコンピュータのメモリの中に記憶し、自動的水平面探索に使用する。そのため、マーキングされる水平面上に存在する二元トレースのサンプル「１」を選択し、二元3Dブロックの自動的走査を実施して、隣接の二元トレースについて少しづつ操作して、出発サンプル「１」に対応する値「１」のすべてのサンプルを発見する。選択されたサンプルに対応する深さから、求める水平面の表示を得る。
この引例特許による方法はその出発点として地震トレースの3Dブロックを有するが、この方法の適用に際してこの地震データブロックの処理は本発明による処理と相違し、まったく別の結果に導く。
本発明の出願人は、高度の空間解像度による地下の表面層の地図作成には3D地震データ収集法を使用できる事を発見した。
本発明の出発点となった基本的発想は、表面層ガスが容易に特徴づける事のできる大振幅の事象を成すという事である。
本発明は請求項１の特徴部分による地図作成法を目的とする。
極端な場合、異常区域は単一の要素セルから成る事ができる。
異常区域の地図に到達するための地震ブロックの処理に関するすべての操作は、オペレータの評価に任されるしきい値の選択以外は、コンピュータプログラムによって自動的に実施される。
本発明による方法の利点は3D収集データを使用する事ができ、これらのデータのコストは、より短い収集期間に得られるので、異常区域を検出するための2D収集法のコストより著しく低い事にある。
本発明の方法の他の利点は、多数のしきい値を特定する際に誤差の変動幅概念を導入できる事にある。これらのリスク地図を楽観的仮説、悲観的仮説および中立的仮説をもって作成する事ができる。
さらに本発明による方法の他の利点は、3D地震データの通常処理（版画処理）に必要なほどの精度をもって各トレースの空間位置を認識する必要がない事にある。例えば、海上データ収集の場合、各センサラインがブイと探査船の移動方向に対するラインの偏向に関する情報を供給するコンパスだけを備えていれば、精度は十分である。
本発明によれば、特に面（X,Y）の各ビンの中心に割当てられる中心トレースは総和トレースであって、これは例えば共通の中央点におけるトレース収集の総和によって得られ、多重被覆として記録された地震トレースから作成され、または総和地震トレースおよび／または地震トレース収集に対して深さ移動または時間移動の通常技術を適用して得られる時間移動または深さ移動トレースである。
3D地震ブロックの各ビンの中心に割当てられた中心トレースが総和トレースまたは時間移動トレースである場合、地震ブロックを構築するために使用される軸系（X,Y,P）の軸Ｐは時間軸Ｔである。前記中心トレースが深さ移動トレースである場合、前記軸Ｐは深さ軸Ｚである。
以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明するが本発明はこれに限定されない。
第１図は完全装備された3D地震データ収集システムの概略図、
第２図はビンの碁盤縞を有し軸系（X,Y,T）において要素セルをサンプリングされた3S地震ブロックを示す概念図、
第３図は選択されコードづけられた要素セルのブロックのXY投影図、
第４図は選択されコードづけられた要素セルのブロックのXT投影図、
第５図は選択されコードづけられた要素セルのブロックのYT投影図、
第６図は各エネルギーしきい値に対して異常セルの数を示すヒストグラム、また
第７図は異常によって被覆された表面をしきい値の関数として示すグラフである。
第１図について述べれば、3Dデータ収集システムは、音響パルスを発信する震源12とそれぞれ48センサを備えた２本のライン14、16とを曳航する探査船10を含む。
前記ラインはそれぞれ600メートルの長さを有する。各ラインの第１センサと最後のセンサは例えばレーザによってその位置を標定するための標的を備える。これらのセンサの中間センサは、探査船の移動方向に対するラインの傾斜に関する情報を与えるコンパスを備える。
本発明の方法を下記のような種々のシミュレーション情報収集ゼオメトリーに適用した。
1.ラインの長さ：それぞれ標準ラインの半分の長さ（300m）、1/4の長さ（150m）および1/8の長さ（75m）を有するライン、および単一のセンサを備えたラインをテストした。第１センサから発射点またはオフセット点までの距離を通常のオフセット点よりも短縮して約30メートルとした。従って震源の力が低下される。
2.発射点の間隔：発射点は6.25mまたは12.5mの相互間隔を有する。
3.ライン間隔：多数のラインが使用される場合、これらのラインは相互に25メートルまたは50メートル離間される。
4.ビンのサイズ：下記のサイズ:6.25 X 12.5m;6.25 X25m;12.5 X25mおよび12.5 x 50mをテストした。
すべての場合に、提出された問題点に対応する満足な異常区域地図が得られた。短い小数のセンサを備えた単一のセンサラインによって得られた収集データでさえも3D地震ブロックの構築のために十分であった。単一ラインは150メートルの長さ、または75メートルの長さを有する事ができ、極端な場合には単一のセンサによって構成する事もできる。
第２図について述べれば、収集データによって記録された地震トレースから3D地震ブロック20を構築し、これは頂点Ｏの正規直交空間時間軸系（X,Y,T）中の探査された区域の３次元画像であって、このシステムにおいてＸとＹは空間軸、Ｔは時間軸である。まず地震トレースの収集面を表わすものとして選択された軸ＸとＹによって限定される面を、探査区域に対応する前記面の表面を覆う規則的碁盤縞を成す碁盤目の組立体によって碁盤縞に仕切る。前記組立体の各碁盤目（ビンと呼ばれる）に対して、この碁盤目の内部に位置する位置を有する記録されたトレースから作製された中心トレースを与え、この中心トレースは前記碁盤目の中心に時間軸Ｔにそって配置される。すなわち、碁盤目Bijに対して中心トレースTRijを与え、このトレースは碁盤目Bijの座標XiおよびYjの中心αijに時間軸Ｔにそって配置される。
次に各ビンに組合わされた中心トレースを含む地震ブロック20を平行六面体要素セル状にサンプリングし、各セルは面（X,Y）のビン上に定心され、またその定心されたビンの軸線X,Yにそれぞれ対応する軸線ＸおよびＹにそったサイズと、前記ビンの中心トレースのＴにそったサンプリング・ピッチに対応する軸線Ｔにそった厚さΔＴとを有する。従って各要素セルは中心地震トレースのサンプルを包蔵し、このサンプルは地震ブロックの中においてその座標（X,Y,T）によって限定され、これらの座標は前記サンプルを含む要素セルの座標を成す。このようにして、ビンBijに定心されたセルCijkは、軸線X,YにそったビンBijのサイズにそれぞれ対応する軸線X,Yにそったサイズと、トレースTRijの時間サンプリングピッチに対応する厚さΔＴとを有する。このサンプルは地震トレースTRijのサンプルｋを包蔵し、このサンプルはその中心座標（Xi,Yj,Tk）を有し、これらの座標が要素セルの座標を成す。このようにして、地震ブロック20の各セルは、その包蔵する中心地震トレースのサンプルの座標（X,Y,T）と、このサンプルの振幅とによって正しく定義される。
地震ブロック20の各要素セルについて、その包蔵する中心地震トレースのサンプルの振幅から、このセルのエネルギーを計算し、このエネルギーは前記振幅の平方に比例する。このようにして、地震ブロック20を同一要素セルから成るブロックに変換し、この場合、各セルはブロック20の場合と同様にその座標（X,Y,T）とそのエネルギーとによって定義される。
異常区域の存在が可能となるとみなされる下限エネルギーしきい値が固定された後に、このしきい値と同等またはこれを超えるエネルギーを有する地震ブロックのセルを選択する。
次にこのようにして選択されたセルにコードを付け、この際に選択された隣接セルの同一組立体に属するすべてのセルが同一コードを有し、また隣接セルの別個の組立体に属するすべてのセルが相異なるコードを有し、選択された隣接セルの各組立体がそれぞれ１つの異常区域を成すようにする。このようにして選択されたセルに付けられるコードは異常区域ごとに相違する色彩から成るようにする事ができる。選択されたセルを隣接セル組立体に再集合させるため、少なくとも１つの稜を共有する２つのセルが隣接しているものとみなす。
極端な場合には、１つの異常区域が離間した単一の要素セルによって構成される場合がある。
保留された各セルについて、その座標（X,Y,T）およびそのコードによって定義されるその位置を記憶する。
コードを付けられたセルのブロックのXY投影を実施する事により、または上から見る事により、各異常区域または輝点がこの投影上に相異なるコードを付けて、例えば相異なる色彩で表われ、これは第３図に図示のような重ね合された異常区域の地図を与える。この地図において、坑井の位置は参照数字28によって標定されている。この位置の坑井は異常区域の中に配置されていない。
またコードを付けられたセルのブロックの投影XTまたはYTを実施して、第４図に図示のようにＸ軸にそって、または第５図に図示のようにＹ軸にそって異常区域の堆積厚さを示し、異常区域の高さを特定する事ができる。
これらの３投影を組合わせる事により、斑点を画成しこれらの斑点をブロック内部に位置づける事ができる。
しきい値は下記のようにして選択される。
（ａ）統計的測定によって、しきい値を取る可能性のある値の範囲を評価する、
（ｂ）このしきい値範囲内において、また地震データを観察して異常が種々のしきい値に対してとりうる程度を観察する事によって、しきい値を選択する。
第６図は、3Dブロック全体の中に種々のエネルギー値dBを、これらのエネルギー値を有するセルの数の関数として示すヒストグラムの一例である。一般的に言って、保留すべきしきい値は曲線の傾斜破断点に存在する。図示の例においては、このしきい値は123dBのオーダにある。
第７図はしきい値の関数として異常面積を示すグラフである。
これらのグラフ例に見られるように、118dB以下のしきい値については、異常な3dブロックの表面積の100％をカバーする。選択されたしきい値、123dBはカバーされた面積の85％に対応する。これは悲観的仮説と見なす事ができる。
本発明によれば、セルの選択について、地図作成の実施に伴なうリスクの程度に応じて、エネルギーしきい値を変動させる事ができる。

Claims (4)

1. 異常区域に遭遇する事なく油田中の掘削可能区域の地図を作成する方法において、この方法は、
   油田の探査区域において反射型地震データ収集資材を使用して記録または地震トレースの収集を実施する段階と、
   軸線（X,Y）によって定義される面の中の規則的空間碁盤縞を成す碁盤目組立体の地震トレース収集面として選択された各碁盤目（Bij）に対して、前記記録または地震トレースに基づいて、前記碁盤目の内部に位置する記録または地震トレースから作成された中心地震トレース（TRij）を割当て、この中心地震トレースを軸Ｐに沿った前記碁盤目の中心（αij）に割当て、軸系（X,Y,P）中の探査区域の三次元画像としての3D地震ブロックを構築する段階と、
   3D地震ブロックを複数の要素セルにサンプリングし、各要素セル（Cijk）は面（X,Y）の碁盤目（Bij）の上に定心され、軸線Ｘと軸線Ｙに沿って定心された碁盤目のそれぞれのサイズに対応するサイズと、前記碁盤目に対応する中心地震トレースの軸Ｐに沿ったサンプリングピッチに相当する軸Ｐに沿った厚さとを有し、各要素セルは前記地震ブロックの中にその座標（X,Y,P）によって定義される中心地震トレースのサンプル（ｋ）を包蔵し、前記座標が前記サンプルを包蔵する要素セルの座標を成すようにする段階と、
   地震ブロックの各要素セル（Cijk）について、その包蔵する地震トレースサンプルの振幅から振幅の平方に比例する要素セルのエネルギーを計算する段階と、
   異常区域の存在の可能性があると考えられる下限エネルギーしきい値を決定する段階と、
   前記下限エネルギーしきい値と同等またはこれ以上のエネルギー値を有する地震ブロックの要素セルを選択する段階と、
   選択された要素セルにコードを付け、選択された要素セルの同一組立体に属するすべての要素セルが同一コードを有し、選択された要素セルの別個組立体に属するすべての要素セルが異なるコードを有し、選択された要素セルの各組立体がそれぞれ１つの異常区域を成すようにする段階と、
   保留された各要素セルについて、要素セルの位置（X,Y,P）とコードとを記憶する段階と、
   コードを付けた要素セルの地震ブロックのXY投影を実施する事により、各異常区域または輝点がXY投影上に相異なるコードを付けて表われ、重ね合された異常区域の地図を与える段階と、を含む事を特徴とする掘削可能区域の地図を作成する方法。
2. コードを付けた要素セルの地震ブロックのXP投影またはYP投影を実施して、Ｘ軸に沿ったまたはＹ軸に沿った異常区域の堆積厚さを示し、異常区域の高さを特定する段階を含む事を特徴とする請求項１に記載の掘削可能区域の地図を作成する方法。
3. 要素セルに付けたコードは各異常区域に付けられた相異なる色彩によって構成される事を特徴とする請求項１または２に記載の掘削可能区域の地図を作成する方法。
4. 要素セルの選択について、地図作成の実施に伴なうリスクの程度に応じて、エネルギー値を変動させる事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の掘削可能区域の地図を作成する方法。

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