NO20150094L - Fremgangsmåte og apparat for anisotropisk vektorplan bølgedekomposisjon for 3D vertikale seismiske profildata - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte for å separere et bølgefelt med tredimensjonale VSP- data, som håndterer vilkårlige tredimensjonale kilde- og mottakergeometrier og fellesskuddata med tre komponenter orientert til geografiske koordinater nord, øst og vertikal, og som gjør bruk av anisotrope mediumegenskaper ved mottakerne nede i borehullet. Når et område med forplantningsvinkler er gitt, blir langsomhets- og polariseringsvektorer beregnet for hver planbølge, og et lineært system blir løst ved hver frekvens for å gi de skalare planbølgeamplituder. En ny regulariseringsplan blir brukt som fjerner behovet for egenanalyse av styringsmatrisen. Summer innenfor delsett av disse skalare planbølger blir konstruert for å tilveiebringe oppadgående og nedadgående qP (P), qS (Sv) og Sh-bølgefelter. Vektorrester kan beregnes for testing av parametere, for kvalitetskontroll og for avbildningsformål.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

(1) Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt seismiske borehullsundersøkel-ser og spesielt vertikale seismiske profiler (VSP'er) og beslektet VSP-databehand-lingsteknikker.

(2) Teknisk bakgrunn

Det er vanlig å utføre en seismisk undersøkelse for å fremskaffe informa-sjon vedrørende geologiske undergrunnstilstander. I tillegg til seismiske overflate-undersøkelser kan seismiske borehullsdata innsamles ved å generere en seismisk bølge ved hjelp av en kilde på overflaten og avføle den seismiske bølge ved å benytte seismiske detektorer plassert i et borehull. De seismiske detektorene er innrettet for å detektere den fremskridende seismiske bølge når den passerer gjennom forskjellige områder i undergrunnslagene. Slutninger kan trekkes vedrørende de underjordiske grunnformasjoner ved å analysere de seismiske detektordata. En vertikal seismisk profil (VSP) eller brønn-til-brønn-profil kan genereres fra den seismiske bølgeinformasjon avfølt av detektorene.

De seismiske detektorer som benyttes i forbindelse med VSP, er typisk geofoner med 3 komponenter (3C) som er plassert i fast kontakt med veggen til borehullet og som er innrettet for å frembringe elektriske signaler som indikerer den seismiske bølge eller bevegelsen til undergrunnsformasjonene langs hver av geofonens ortogonale akser. De seismiske bølgeformer som er fremskaffet under VSP-målinger har typisk en kompresjonsbølge-komponent (P-bølgekomponent) og en skjærbølge-komponent (S-bølgekomponent). Dette er et viktig aspekt ved VSP fordi fluider bare kan understøtte P-bølger hvor partikkelbevegelsen som omfatter bølgen, er parallell med retningen av bølgeforplantningen, mens faste stoffer også kan opprettholde S-bølger hvor retningen av partikkelbevegelsen er på tvers av bølgeforplantningsretningen. Under analyse av den seismiske bølge er det noen ganger viktig å atskille eller dekomponere bølgen i separate P- og S-komponenter (uavhengig undersøkelse av P- og S-bølgekarakteristikkene kan være nyttig når det gjelder å analysere VSP-dataene.

Det finnes forskjellige separerings- eller dekomponeringsteknikker som anvendes til å separere den seismiske bølgeform i dens T- og S-bølgekomponenter. Todimensjonale transformasjonsteknikker er blitt benyttet til bølgefelt-dekomponering som implisitt modellerer inngangsdataene som summen av et stort antall plane bølger. Separeringen av bølgefeltet blir så utført ved å operere på de trans-formerte data og invers transformering. For at det skal oppnås en pålitelig transformasjon av den rommessig variable, er det imidlertid nødvendig med en forholdsvis lang geofongruppe over hvilken mediumparametere skal være nesten konstante. Med denne transformasjonsteknikken, hvis utflytting (move out) endres hurtig, vil det separerte bølgefelt oppvise en utsmøring og et etterfølgende tap av rommessig (vertikal) oppløsning.

I tillegg til transformeringsteknikken er det blitt benyttet fremgangsmåter for parametrisk bølgefelt-dekomponering hvor seismisk forplantning gjennom formasjonen blir beskrevet uttrykt ved en modell som innbefatter en plan kompresjons-bølge og en plan skjærbølge som forplanter seg med uspesifisert hastighet og retning. Verdier blir så utledet for forplantningshastigheten og -retningen til disse plane bølgene som gir en beste tilpasning av modellen til målingen. Denne fremgangsmåten er effektiv hvis en modell hvor dataene antas å være summen av et kjent og lite antall lokale, plane bølgefronter, er tilstrekkelig. En slik parametrisk inverteringsmetode for å modellere det nedadgående P- og S-bølgefelt, er beskrevet i US-patent 4,809,239, meddelt til Esmersoy, og som herved inkorporeres ved referanse. Denne fremgangsmåten analyserer seismisk forplantning uttrykt ved oppførselen til planbølgekomponenter over en kort seksjon av et borehull. Denne analysemetoden forutsetter imidlertid visse grunnleggende antagelser, slik som at målingene kan beskrives på riktig måte uttrykt ved forplantning av plane bølgefron-ter med seismisk energi. Det blir også antatt at formasjonen er lokalt homogen og at det ikke er noen kopling mellom ortogonalt polariserte skjærbølge-komponenter.

Den parametriske inverteringsmetode som er beskrevet i US-patent nr. 4,809,239, som modellerer de nedadgående P- og S-bølgefelter fra VSP-data med flere komponenter, er videre blitt generalisert for å modellere bølgefelter på enkelt komponent og oppadgående data, i en artikkel av Leaney og Esmersoy i Expanded Abstracts, 59th Annual International Society of Exploration Geophysicists (SEG) Meeting, 1989. Generaliseringer i formulering og løsning ble brukt i denne artikkelen. For å oppsummere den parametriske bølgefelt-dekomponeringsteknikk- ken (PWD-teknikken), blir problemet med å dekomponere et seismisk datasett i sine enkelte bølgefelter, formulert som en parametrisk invertering hvor hvert bøl-gefelt blir modellert ved hjelp av sin Fourier-komponent og ved frekvensuavhen-gige parametere. Modellering av dataene som en sum av et lite antall plane bølge-felter istedenfor et stort antall plane bølgefelter, har den fordel at en liten rommessig åpning er nødvendig til invertering. Bruken av flerkomponentdata gjør det også mulig å innbefatte P- og S-bølgepolariseringsinformasjon i modellen. En ikke-lineær optimalisering blir brukt til å estimere tilsynelatende hastigheter for forstyrrende hendelser, slik som ingen mottakelse, er nødvendig for å oppnå optimal bøl-gefelt-separasjon. Fremgangsmåten benytter også en vektormessig formulering for flerkomponent-data som gjør det mulig å estimere ankomstvinkel og hastighet. Den generaliserte fremgangsmåte fører til en enkeltkomponent- og tokomponent-bølgefeltdekomponering. Beregningsmessige detaljer for den mer generaliserte fremgangsmåte ble beskrevet i en artikkel av Leaney, publisert i Expanded Abstracts, 60th Annual International SEG Meeting, 1990.

En begrensning ved de tidligere kjente metoder er imidlertid antagelsen av et lite antall planbølger og en liten rommessig apertur. Disse antagelsene som er nyttige i mange tilfeller, har begrenset effektivitet med kompliserte bølgefelt eller vilkårlige brønngeometrier. En teknikk for bølgefelt-separering er nødvendig, som ikke foretar disse begrensende antakelsene.

KORT OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Oppfinnelsen er en fremgangsmåte og et apparat for anisotrop bølgefelt-dekomponering av tredimensjonale (3D) vertikale seismiske profil-data (VSP-data). Den foreliggende fremgangsmåte gjør bruk av generelle, anisotrope mediumegenskaper slik som skråstilte Tl (transversalt isotrope) mediumegenskaper ved ned-hullsmottakerne, trekomponent-data fra et felles skudd orientert mot nord, øst og vertikale geografiske koordinater og som håndterer vilkårlig tredimensjonale kilde-og mottaker-geometrier. Når det er spesifisert et område av forplantningsvinkler, blir langsomhet og polariseringsvektorer beregnet for hver plan bølge, og et lineært system blir løst ved hver frekvens for å gi de skalare planbølge-amplitudene. En ny reguleringsplan blir brukt som fjerner behovet for egenanalyse av styringsmatrisen. Summer i delsettene av disse skalare planbølgene blir konstruert for å tilveiebringe oppadgående og nedadgående qP (P), qS (Sv) og Sh-bølgefelter. Vektorrester kan beregnes for parametertesting, kvalitetskontroll og avbildningsformål. Hvis det er flere mottakere enn planbølger, kan rester minimaliseres iterativt for å bestemme midlere Tl-parametere. Den foreliggende oppfinnelse for bøl-gefelt-separasjon er velegnet for de lange sondegruppene som nå er tilgjengelige og som tilveiebringer overlegen bølgeseparasjon. Foreliggende oppfinnelse for-enkler jobben med elastiske trekomponent-bølgefeltseparasjon, spesielt for ret-ningsbrønnen og tredimensjonale geometrier, for derved å redusere behandlings-tiden.

Fremgangsmåten omfatter de trinn å spesifisere forplantningsvinklerfor hver bølgetype ved å spesifisere vinkelaperturen (elevasjonsvinkelen) og antall planbølger; å aksessere trekomponent-vektordata forfelles skudd for hver mottaker i gruppen; å ekstrahere middelegenskaper lokalt til mottakergruppen, slik som elastiske Tl-moduli; å beregne de tredimensjonale langsomhet- og polariserings-vektor-operatorer ved hver mottaker; å Fourier-transformere (FT) alle bølgeformer; å invertere projeksjonsutflyttingsmatrisen; å anvende operatoren på dataene ved hver frekvens; å konstruere summer av delsett med planbølger basert på bølge-type og forplantningsvinkel; og invers Fourier-transformering av alle bølgeformer.

Foreliggende oppfinnelse forutsetter at bølgefeltdataene er sammensatt av brede planbølge-spektra, og dermed virker foreliggende oppfinnelse bedre for lange mottakergrupper. En annen fordel ved foreliggende oppfinnelse er at den er fullstendig tredimensjonal ved at vilkårlige brønngeometrier blir håndtert, og fordi alle tre komponenter som når de er orientert til et geografisk (øst, nord og vertikalt) koordinatsystem, kan brukes i dekomponeringen. De mer tradisjonelle todimensjonale og tokomponent-geometriene blir også håndtert. Også seismiske firekomponent-data (tre komponenter pluss hydrofon) kan håndteres. Foreliggende oppfinnelse benytter kjente mediumegenskaper og planbølge-forplantningsvinkler til å beregne langsomheten og polariseringsvektorene gjennom et foroverrettet model-leringstrinn. Disse blir så brukt til å dekomponere vektorregistreringen i dens skalare planbølge-bestanddeler.

Foreliggende oppfinnelse utfører elastisk VSP-bølgefeltdekomponering. Den kan implementeres som en programvaremodul i en VSP-behandlingsrutine. Den kan brukes i en VSP-behandlingskjede etter datarotasjon av gruppedata med tre komponenter nede i borehullet til geografiske koordinater, og før dekonvolver-ing og avbildning. Noen av fordelene og egenskapene er: mange flere enn fire (4) planbølger blir bestemt, noe som gjør den ideell for lengre grupper med sonder; den benytter tre dimensjoner (eller to dimensjoner) for langsomhet og polariseringsvektorer i absolutte, geografiske koordinater, og ikke i et brønn-koordinatsystem; langsomhet og polarisering blir beregnet hvis mediumegenskapene og forplantningsvinklene er kjent, istedenfor bestemt fra dataene; den håndterer skråstilt Tl-medium eksplisitt; en generell tredimensjonal geometri blir håndtert; og hydro-fondata kan lett innbefattes i formlene.

Disse og andre fordelaktige trekk ved foreliggende oppfinnelse vil i det minste delvis fremgå og i det minste delvis påpekes i det følgende.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For å få en forståelse av foreliggende oppfinnelse, kan det henvises til de vedføyde tegninger, hvor: Fig. 1 er et illustrerende diagram over en seismisk borehullsoperasjon for å å samle inn VSP-data for bruk i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 er et diagram som viser et koordinatsystem benytter for en utførelses-form av foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 er et representativt diagram som viser retningene for forplantning og partikkelbevegelse for typiske P- og S-bølger i koordinatsystemet på fig. 2; Fig. 4 er et flytskjema over en fremgangsmåte i samsvar med en utførelses-form av foreliggende oppfinnelse for anisotrop vektorplan-bølgedekomponering for tredimensjonale VSP-data for å evaluere egenskaper vedrørende formasjonen; Fig. 5 viser et eksempel på forskjøvede VSP-dataresultater; Fig. 6 viser et eksempel på nedadgående P-vandringsdataresultater; Fig. 7 viser et eksempel på oppadgående P-vandringsdataresultater; og Fig. 8 viser polariseringsvinkel minus fasevinkel som funksjon av fasevinkel for en qP-kjente medium parametere.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

I henhold til én eller flere utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse er forskjellige skisser illustrert på fig. 1-8, og like henvisningstall blir brukt konsistent gjennom det hele for å referere til like og tilsvarende deler av oppfinnelsen for alle de forskjellige skisser og figurer på tegningene.

Én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse omfatter de trinn å spesifisere forplantningsvinkler for hver bølgetype ved å spesifisere den vinkelmessige apertur (elevasjonsvinkel) og antall planbølger; å aksessere vektordata med tre komponenter fra et felles skudd for hver mottaker i gruppen; å ekstrahere mediumegenskaper lokalt i forhold til mottakergruppen, slik som den elastiske Tl-moduli; å beregne de tredimensjonale langsomhets- og polariseringsvektor-operatorer ved hver mottaker; å Fourier-transformere (FT) alle bølgeformer; å invertere projeksjonsutflyttingsmatrisen; å anvende operatoren på dataene ved hver frekvens; å konstruere summer av delsett for planbølger basert på bølgetype og forplantningsvinkel; og invers Fourier-transformasjon av alle bølgeformer, gir et nytt apparat og en ny fremgangsmåte for anisotrop bølgefelt-dekomponering for tredimensjonale, vertikale seismiske profil-data (VSP-data).

Detaljene ved oppfinnelsen og forskjellige utførelsesformer kan forstås bedre under henvisning til figurene på tegningene. Det vises til fig. 1 hvor en loggesonde 102 er vist opphengt i et borehull 104 og fastspent til borehullsveggen 105 som gjennomtrenger grunnformasjonen 106. En kabel 108 strekker seg opp gjennom borehullet og er koplet til overflateutstyr 110 med beregnings- og data-behandlings-kapasitet 111. Loggesonden 102 som er vist som en nedhulls sonde 103 på fig. 1, men som alternativt kan være en gruppe med seismiske mottakere utplassert langs en transportbane, innbefatter seismiske trekomponent-mottakere, slik som geofoner, anordnet for å detektere partikkelbevegelse langs hver av de tre ortogonale akser, og sonden nede i hullet er innrettet for å produsere et elektrisk signal som indikerer partikkelbevegelsen, og som videre er innrettet for å overføre signalet opp gjennom hullet via kabelen til overflateutstyret. Selv om det beskrives bruk av seismiske trekomponent-mottakere, ligger det innenfor oppfinnelsens ramme at andre typer seismiske mottakere, slik som seismiske firekomponent-mottakere, seismiske tokomponent-mottakere, geofonakselerometere eller hydrofoner også kan brukes. Selv om det beskrives behandling av seismiske trekomponent-data, er det videre innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse at seismiske tokomponent- eller firekomponent-data kan behandles. En akustisk energikilde 112 er anbrakt på overflaten nær borehullet. Egnede akustiske kilder er velkjente for fagkyndige på området og behøver ikke å bli beskrevet her.

Når kilden energiseres for å forplante seismisk energi inn i grunnformasjonen, samler loggesonden nede i borehullet inn dataene. Den seismiske energi kan nå borehullet og dermed de seismiske mottakere som er utplassert i borehullet. Når den seismiske energi blir avfølt av den seismiske mottaker i loggesonden nede i borehullet, genereres et elektrisk signal som er representativt for formasjo-nens partikkelbevegelse langs hver av de tre ortogonale akser. Disse signalene blir overført av loggesonden opp gjennom hullet via kabelen til overflateutstyret. Loggesonden kan ha en lang gruppe med seismiske mottakere, der hver avføler seismiske signaler, og det signal som er avfølt hver seismisk mottaker i gruppen, kan sendes opp gjennom hullet som et elektrisk signal.

Overflateutstyret som mottar de elektriske signaler som er representative

for de seismiske data, vil vanligvis ha en beregnings- eller databehandlings-kapa-sitet for å styre loggeoperasjonen, så vel som å registrere, analysere og/eller over-føre de seismiske data. Det er vel forstått av fagkyndige på området at fremgangsmåter som skissert her, kan implementeres ved hjelp av å programmere en uni-versaldatamaskin med en passende algoritme og utføre algoritmen og/eller ved å tilveiebringe en elektronisk krets for å utføre det samme.

Seismiske data fra en gruppe trekomponent-geofoner kan modelleres som summen av N planbølger, hver med langsomhetsvektor sn og polariseringsvektor hn, som:

Her er d vektoren til trekomponent-dataene og xm= (xE, xN, xz)mer den m. trekomponent-mottakeren i absolutte koordinater øst, nord og dybde, Z.

Ligning (1) sier at en planbølge ved frekvens co har kompleks amplitude an og utflytting over gruppen gitt av dens tredimensjonale langsomhetsvektor sn gan-get med den tredimensjonale mottakergruppe xm. Den har også en tredimensjonal polariseringsvektor ved hver mottaker i gruppen. Langsomheten og polarisering-ene kommer i par for hver planbølge n, og hver planbølge har en type, enten qP, qSv eller Sh. Langsomhets- og polariserings-vektorene blir beregnet med de gitte forplantningsvinklene til planbølgen og mediumegenskapene lokalt til mottakergruppen, idet disse er de elastiske Tl-moduli og symmetriakse-vinklene (eller vinkel hvis dette er todimensjonalt).

Matrisen definert ved:

har N kolonner og 3M (2M) rader, hvor M er antallet seismiske mottakere. Denne "polariseringsutflytting"- eller "styrings"-matrisen kan betegnes G. Det lineære system for løsning ved hver frekvens for å bestemme modellens vektor av skalare Fourier-planbølgekoeffsienter m=(ai,a2,...aN) kan så skrives Gm=d. Legg merke til at systemet er helt ubestemt når 2M(3M)<N. Under disse forhold kan ligningssys-temet løses ved å bruke den minste lengdegeneraliserte inverse løsning:

hvor H betegner Hermitian-transponering siden matrisen G er kompleks. Denne løsningen kan finnes i referanser slik som Menke, 1984, Geophysical data analy-sis - Discrete theory, Academic Press, Inc. p behøver ikke å være en konstant slik det indikeres i ligning (2), men kan være avhengig av både frekvens f og planbøl-geindeks n. Ligning (2) kan skrives ved å bruke notasjonen for den generaliserte inverse msG^d, hvor G"<9>er en lineær operator. Brukbare matriser slik som modelløsningsmatrisen, G^G og modell-kovariansmatrisen, G^G"<9>" kan beregnes for å undersøke egenskaper ved operatoren, noe som er nyttig når det gjelder å velge parameter.

Langsomhet og polariseringer blir beregnet for et skrånende vertikalt, transversalt isotropt (VTI) medium i tre dimensjoner ved å benytte et område med forplantningsvinkler og skråstilte Tl-mediumegenskaper gjennom etforover-modeller-ingstrinn. Betrakt et skråstilt Tl-medium beskrevet ved hjelp av 5 moduli A33, An, A13, A44, A66,

og to symmetriakse-skråvinkler ?n og <t>n. Se fig. 2 og 3 som viser en vertikal sonde, selv om man vil forstå at oppfinnelsen også kan anvendes i forbindelse med sonder i retningsborehull. La symmetriaksen til mediet i forhold til vertikalen være

spesifisert av vektoren n=(nx, ny, nz)=(sin?nsin<t>n, sin?ncos<t>n, cos?n) hvor ?n er fallvinkelen i forhold til vertikalen og <t>ner asimutverdien av den nedadrettede fallretning. Definer nå forplantningsretningen (faseretningen) ved hjelp av p=(px, py, pz)=(sin?psin<t>p, sin?pcos<t>p, cos?p). Vinkelen mellom forplantningsretningen og

symmetriaksen er x=cos"1(p-n). Langsomhetsvektoren er da (sz=cosx/v,Sr=sinx/v) hvor v er fasehastigheten til mediet og sx=srsin<t>p, og sy=srcos<t>p. Fasehastigheten kan bestemmes fra publiserte referanser slik som Musgrave, 1970, Crystal Acous-tics, McGraw-Hill.

for P(+) og Sv(-)-bølger med a= Ai3+A44-For Sh-bølger er fasehastigheten gitt av

Polariseringsvinkelen eller vektoren for P-SV-bølger ved forplantningsvinkel (fasevinkel) tan?=pr/pzi forhold til symmetriaksen, er gitt av:

Polariseringsvektoren for Sh-bølger er perpendikulær til forplantningsretningen, og er dermed gitt av (cos<t>p, sin<t>p,0).

I praksis gjør den anvendte algoritme bruk av rotasjoner ved hjelp av symmetriakse-vinklene og en rutine for å beregne langsomhet og polariseringer for qP, qSv og Sh-bølger med gitt forplantningsvinkel (fase) for et VTI-medium. For den n. forplantningsretning kan derfor langsomhets- og polariserings-vektorene for en gitt bølgetype, qP, qSv eller Sh, beregnes fra lokale medium parametere og settes inn i ligning (1).

Langsomhets- og polariserings-vektorene kan så brukes til å dekomponere den seismiske vektorregistrering i dens skalare planbølge-bestanddeler. Den tredimensjonale eller todimensjonale langsomhets- og polariserings-vektor er i absolut te geografiske koordinater (øst, nord og vertikal) og ikke synlige langsomhets- og polariserings-vektorer i et brønnkoordinatsystem. Langsomhets- og polariserings-vektorene med foreliggende oppfinnelse blir beregnet med gitte mediumegenskaper og forplantningsvinkler istedenfor å bli bestemt fra de seismiske data. I forbindelse med foreliggende fremgangsmåte kan også mange flere enn fire plan bestemmes, noe som gjør foreliggende fremgangsmåte ideell for lange gruppeson-der. Den foreliggende fremgangsmåte er fullstendig tredimensjonal ved at vilkårlige brønngeometrier kan håndteres, og inneholder tre komponenter fordi alle komponenter, når de først er orientert til det geografiske koordinatsystem, kan brukes i dekomponeringen av registreringen av den seismiske bølgevektor.

Innbefatningen av polariseringsvektorer i formlene betyr at kolonnene i G forblir lineært uavhengig selv ved aliasings-frekvenser (overlappingsfrekvenser). Denne nyttige egenskapen brytes ned når polarisenngsvektorene nærmer seg kolinearitet. Dette inntreffer f.eks. for skjærbølger som forplanter seg vertikalt opp og ned og mellom skrånende P- og Sv-bølger som forplanter seg opp og ned. I det sistnevnte tilfelle inntreffer dette for P-vinkler ved omkring 60 grader. Når kolineær polarisering inntreffer, er regularisering av de forstyrrende aliasing-frekvenser nød-vendig for å opprettholde operator-stabilitet.

En annen operator-patologi inntreffer når bølger har kolineær utflytting. Dette kan inntreffe mellom nesten vertikale P-bølger og bredvinklede Sv-bølger, hvor forholdet mellom sinus til vinklene er lik Vp/Vs-forholdet. Selv om differansen i polariseringsvektorer holder styringsvektorene fra hverandre, er de numerisk nær hverandre ved alle frekvenser og ren separering er ikke mulig. Problemet er verst for høyere Vp/Vs-forhold siden polariseringsvektorene nærmer seg kolinearitet. Denne umulige separeringen er en manifestasjon av VSP-fellesskuddgeometrien. En vertikal gruppe tilveiebringer vanligvis utilstrekkelige målinger for å skjelne mellom en vertikal P-bølge og en bredvinklet skjærbølge. Brønnavvik kan være nyttig, men vanligvis konspirerer kombinasjonen av bølgetype-forplantningsvinkel og mottaker-geometri mot ren bølgefelt-separering. Ofte er alt som kan gjøres, å sta-bilisere matriseinverteringen ved hjelp av dempning.

Begge operator-patologier som er diskutert ovenfor, gir ustabiliteter i inver-teringen av matrisen GG<H>, som resulterer i behovet for å gjenopprette diagonal do-minans og stabilitet. I den foreliggende oppfinnelse blir dette gjort ved å benytte en ny løsning som ikke krever egenanalyse av G. Denne nye lesningen bestemmer bølgetype- og frekvens-avhengige diagonale dempningsfaktorer ved å undersøke verdiene av GG<H>i blokker som ikke ligger på diagonalen. Dempningsfaktoren ved frekvens f for planbølge i blir bestemt fra:

hvor M er antallet mottakere og damp er en brukerdefinert konstant.

Virkningen av anisotropi på kvaliteten av bølgefeltsepareringen kan være betydelig. Fig. 8 viser polariseringsvinkel - fasevinkel som funksjon av fasevinkel for en qP-bølge med gitte VTI-mediumparametere

(3,1.5,0.2,0.5) (Vp(0)=3.0, Vs(0)=1.5, ep=0.2, ea=0.5) hvor hastighetene er i km/s og anisotropiparameterne er de som er av den type som finnes i "Approximate dispersion relations for qP-aSV-waves in transversely isotropic media", Schoen-berg og de Hoop, Geophysics, vol. 65, nr. 3, sidene 919-933, 2000. Legg merke til at differansen mellom polariserings- og fase-vinkel kan overskride ti grader. For å se virkningen av dette, ble det generert enkle syntetiske data med fire planbølger, en hver for nedadgående qP, oppadgående qP, nedadgående qSv og oppadgående qSv. Forplantningsvinklene er 40 grader for alle hendelser. Separeringen er vist på fig. 2 for de isotrope og de korrekte VTI-modeller. Det er klart at anisotropi kan ha stor virkning på kvaliteten av bølgefeltsepareringen.

Det vises til fig. 4 hvor seismiske bølgevektordata blir mottatt og registrert av overflateutstyr-datamaskinen, som illustrert i funksjonsblokk 402. Vektordata for en fellesskudd-samler blir først Fourier-transformert til frekvensdomenet, som vist i funksjonsblokk 403. Trekomponent-gruppedataene nede i borehullet blir rotert til geografiske (øst, nord, vertikal) koordinater som vist ved funksjonsblokk 404. Mediumegenskaper ved mottakerposisjonen kan ekstraheres fra den foroverseende modell, eller kan spesifiseres fra andre geologiske eller geofysiske informasjoner, og forplantningsvinkler blir spesifisert for hver bølgetype, som vist henholdsvis ved funksjonsblokkene 406 og 408, vanligvis ved å spesifisere vinkelaperturen (elevasjonsvinkelen) og antall planbølger. Aperturen kan være sentrert i forhold til den geometrisk direkte P-stråle, i forhold til den direkte P-polariseringsvinkel som er beregnet fra dataene, eller i forhold til en konstant vinkel fra vertikalen. Hvis den sentrale vinkel og aperturen er konstant for alle skuddposisjoner, behøver operatoren bare å bli beregnet én gang, og beregningstiden avtar med antallet skudd. Apertur kan også innbefatte en asimutal komponent. Heterogenitet langs mottakergruppen blir håndtert tilnærmet gjennom midling av langsomhetskomponenten, mens polariseringer forblir rent lokale.

Operatoren, G"<9>, blir beregnet som vist i funksjonsblokk 412 og påført dataene som vist ved funksjonsblokk 414, idet delsett av skalare planbølger blir sum-mert som vist ved funksjonsblokk 418, og så blir de grupperte planbølger inverst Fourier-transformert for de separerte bølgefelter som vist ved funksjonsblokk 420. Vektorrester kan beregnes 422 for kvalitetskontroll-formål (QC-formål), eller de kan brukes som inngang til en vektormigrering hvis den valgte bølgetype (f.eks. oppadgående P) er innbefattet i restene. På denne måten kan bølgefeltseparer-ingsoperatoren virke som et koherent støydempningsfilter. Hvis der er færre plan-bølger enn mottakere, kan restene minimaliseres iterativt for å bestemme mediumegenskaper.

To virkelige dataeksempler er vist, ett fra en forskjøvet VSP og et annet fra en seismisk felttest med vandrende gruppesonde ved 8 nivåer. I begge tilfeller ble det laget en endimensjonal VTI-modell, og denne ble kalibrert ved å benytte logger VSP og vandringstider, og blir brukt for bølgefeltseparering. Fig. 5 viser resultater av den forskjøvne VSP. Fig. 6 viser de nedadgående P-vandringsresultater, og

fig. 7 viser de oppadgående P-vandringsresultater. Alle resultater er vist i sann re-lativ amplitude. På fig. 6 og 7 blir foreliggende oppfinnelse sammenlignet med den tidligere kjente PWD-metode. Vi ser bemerkelsesverdi god overensstemmelse tatt i betraktning at 8 planbølger i motsetning til én er blitt estimert for hvert skudd. Siden planbølge-spekteret ifølge foreliggende oppfinnelse er meget rikere, blir amplituder av diffraksjonshaler og multipler gjenvunnet bedre. Foreliggende oppfinnelse oppviser noe bedre tidsmessig oppløsning, og den konverterte skjærbølge som er spesielt sterk i dette datasettet, blir også mer fullstendig dempet ved å benytte foreliggende oppfinnelse.

De forskjellige utførelsesformer av fremgangsmåten for planbølge-dekomponering av den anisotrope vektor, samt eksempler som er vist ovenfor, illustrerer et nytt eksempel for dekomponering av tredimensjonale VSP-data. En bruker av foreliggende oppfinnelse kan velge en hvilken som helst av de ovenfor beskrevne utførelsesformer, eller en ekvivalent av disse, avhengig av det ønskede anvendel-sesområde. I denne forbindelse vil man innse at forskjellige former av den beskrevne oppfinnelse for planbølge-dekomponering av en anisotrop vektor kan benyttes uten å avvike fra oppfinnelsens ramme.

Som det fremgår klart av den foregående beskrivelse er visse aspekter ved foreliggende oppfinnelse ikke begrenset av de spesielle detaljer ved de eksempler som er illustrert her, og det er derfor ment at andre modifikasjoner og anvendelser, eller ekvivalenter til disse, vil kunne finnes av fagkyndige på området. Det er følge-lig ment at patentkravene skal dekke alle slike modifikasjoner og anvendelsesom-råder som ikke avviker fra oppfinnelsens omfang.

Andre aspekter, formål og fordeler ved foreliggende oppfinnelse kan oppnås ved å undersøke tegningene, beskrivelsen og de vedføyde patentkrav.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for å dekomponere en seismisk planbølge for tredimensjonale, vertikale, seismiske profil-data, karakterisert ved : a. å overføre opp gjennom borehullet over en kabel, et antall signaler fra en loggesonde nede i borehullet som innbefatter en seismisk mottakergruppe; b. å rotere antallet signaldata til geografiske koordinater; c. å registrere antall signaler som er mottatt fra loggesonden nede i borehullet som innbefatter den seismiske detektorgruppe; d. å Fourier-transformere alle bølgeformer; e. å ekstrahere og spesifisere transversale, isotrope mediumegenskapsmoduli i nærheten av detektorgruppen; f. å spesifisere planbølgeforplantning i forhold til symmetriaksens helnings-vinkler og å utlede en forplantningsfase-retning og en vinkel mellom forplantningsretningen og en symmetriakse for mediet i forhold til vertikalen, for hver bølgetype ved å spesifisere en vinkelapertur og et antall planbølger hvor helningsvinklene er fallvinkelen i forhold til vertikalen og asimutretnin-gen til den nedadgående fallretning; g. å beregne polariserings- og langsomhets-vektorer ved å bruke forplantningsvinklene og mediumegenskapene; h. å mate inn polariserings- og langsomhets-vektorene i en polariseringsutflytt-ingsmatrise og beregne en operator; i. å anvende operatoren på dataene for å bestemme skalare Fourier-planbøl-gekoeffisienter; j. å summere delsett av skalare planbølger til grupperte planbølger ved å summere produktene av den komplekse amplitude for planbølgen og polari-seringsutflytningsmatrisen; og k. å foreta en invers Fourier-transformasjon av de grupperte planbølger for å dekomponere bølgefeltene i sine separate komponenter.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor den seismiske detektorgruppe innbefatter geofoner med tre komponenter, og videre omfattende: å rotere og orientere alle komponenter for de seismiske mottakergruppe-data til geografiske koordinater.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor den seismiske detektorgruppe innbefatter seismiske mottakere med fire komponenter, og videre omfattende: å rotere og orientere alle komponenter i den seismiske mottakergruppe til geografiske koordinater.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor den seismiske detektorgruppe innbefatter hydrofoner, og videre omfattende: å rotere og orientere alle komponenter fra den seismiske mottakergruppe til geografiske koordinater.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor den seismiske detektorgruppe innbefatter geofonakselerometere, og videre omfattende: å rotere og orientere alle komponenter for den seismiske mottakergruppe til geografiske koordinater.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å beregne vektorrester; og å mate inn vektorrestene i en vektormigrering.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, videre omfattende: å dempe filtreringssignalstøy med operatoren.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, videre omfattende: å minimalisere vektorrestene iterativt for å bestemme mediumegenskaper.