NO318263B1 - Seismisk hoykvalitets-fremgangsmate med vibrerende kilde, til bruk ved innhenting av seismiske vertikalprofil-data med en rekke vibrerende kilder for seismisk energi - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse er relevant for innhenting og behandling av vertikale seismiske profildata og mer spesielt til en fremgangsmåte for forbehandling av vertikale seismiske profildata der data generert av et flertall av vibrerende kilder blir mottatt og forberedt for høy oppløsning eller høykvalitets databe-handling.

For vertikale seismiske profildata er det vanlig praksis å benytte en enslig seismisk kilde for å tilføre en kraft til grunnen i nærheten av brønnhullet. Den resulterende bevegelsen forårsaket av denne kraftpåføringen blir målt ved flere ste-der innenfor brønnhullet. Dette blir gjort ved å aktivisere den seismiske kilden for deretter å detektere den nedadgående bølgen og den oppadgående eller reflekterte bølgen ved et første mottakersted i brønnhullet. Mottaker blir så flyttet flere fot langs lengden til brønnhullet og så blir kilden aktivert igjen. De nedadgående og oppadgående bølgene blir så målt igjen. Denne prosedyren blir gjentatt perio-disk over de valgte lengdene av brønnen som utgjør soner av interesse. Ved å kontrollere varigheten og frekvensen til kraften blir et bredbåndssignal med til-strekkelig energi oppnådd. Ved å benytte mottakerbevegelsene og ved å segre-gere de nedadgående og reflekterte bølgene blir et seismogram konstruert, van-ligvis ved sammenligning eller invertering i frekvensplanet med det signalet som representerer den nedadgående bølgen. Fra denne prosedyren kan egenskaper tilhørende impedansefunksjonen til jorden bli beregnet.

Den foreliggende oppfinnelse gir en fremgangsmåte for å generere, lagre og forbehandle vibrasjonskildedata med høy oppløsning for bruk i seismisk vertikal profilteknologi. Fremgangsmåten til den foreliggende oppfinnelse omfatter måling av bevegelsen eller bevegelsene til vibratorene. Disse bevegelsene er relatert til den virkelige påførte vibrasjonskraften ved en overføringsfunksjon til et minimalfase, tilfeldig, lineært system og er benyttet for å separere mottatte signaler. Disse signalene er benyttet i en invers operasjon for å behandle de mottatte data. Systemet til den foreliggende oppfinnelse relaterer det virkelige vibrasjonssignalet til den målte vibratorbevegelse eller de virkelige vibratorbevegelser. Vibratoren er til-ført energi i et forhåndsbestemt mønster. Dette mønsteret er benyttet for å skille de mottatte data i henhold til kilden som benyttes for å generere den detekterte bevegelse eller de detekterte bevegelsene. De mottatte data kan så bli behandlet for å isolere de nedadgående bølgene for hver vibrerende kilde. De skilte dataene kan så bli behandlet ved konvensjonell sammenligning ved å benytte de nedadgående bølgedataene til å lage et seismogram. I alternativet kan et forholdstall bestemmes ved å dividere de seismiske vibrasjonsdata med målt bevegelse eller bevegelsene til hver av vibratorene for å fjerne ukjent tilført kraft og som levner jord refleksjonen, multiplisert med en tidsderivert, dividert med en minimalfase-funksjon.

I den foreliggende oppfinnelse er flertallige seismiske kilder benyttet. Hver av disse kildene er en vibrerende kilde hvor et signal som direkte er relatert til det virkelige signalet som vibratoren sender inn i undergrunnen, benyttes i forbehandlingen. Disse signalene blir reflektert av sjiktet som skiller formasjoner som har forskjellige impedanser. De reflekterte signalene danner en bevegelse eller bevegelser som blir registrert av en seismisk mottaker, slik som en geofon, som er plassert innenfor et brønnhull. Denne seismiske mottakeren er posisjonert ved et punkt innenfor brønnhullet, idet vibrerende bevegelser blir generert av kilder og registrert av mottakeren. Mottakeren blir så flyttet en forhåndsbestemt distanse til en annen posisjon i brønnen, hvorpå prosessen blir gjentatt.

For å danne et seismogram må det bestemmes hvilken kilde som forårsaket den registrerte bevegelsen i mottakeren. Hver kilde har unike karakteristikker, noe som bidrar til å isolere kraftkilden som forårsaker bevegelsen til mottakeren, siden dataene som mottas vil variere for hver kilde. Ved å behandle dataene fra en kilde med et estimat av dataene fra en annen kilde, vil det produseres et unøy-aktig seismogram. For å øke nøyaktigheten i dannelsen av et seismogram må dataene bli skilt i henhold til dens genererende kilde for videre behandling av kraften fra dens samsvarende kilde.

I den nåværende teknikken forsøker man å skape et nøyaktig seismogram på forskjellige måter. Ingen av dagens teknikker løser de iboende feilene som forårsakes av forskjellen mellom det tilsiktede signalet og det virkelige signalet. Noen av dagens teknikker erkjenner endatil ikke eksistensen av disse iboende feilene. I for eksempel US-patent nr. 5,134,590 angir Garotta en fremgangsmåte for å filt-rere ut unøyaktighetene som er iboende ved å benytte et ukjent inngangssignal ved å først bestemme fase- og amplitudedifferansen mellom det "virkelige" og det tilsiktede signalet. Garotta behandler bevegelsene til vibratorene som de "virkelige" inngangssignalene, og ignorerer fullstendig den ufullstendige koplingen mellom vibratoren og jorda. Andre kjente teknikker forsøker å forbedre nøyaktigheten ved å forbedre inngangssignalet. I for eksempel US-patent nr. 4,607,353 angir Muir bruken av et Gauss-basert filter for å forårsake at inngangssignalet tilnærmer seg en impuls (spike) kilde. Selv om en impulskilde ikke er det teoretiske idealet, ignorerer denne fremgangsmåten differansen mellom det tilsiktede signalet og signalet som faktisk sendes inn i jorda. Andre metoder forsøker å lære den samtidige bruken av multiple vibratorer for å forbedre det totale signalet som benyttes. I for eksempel US-patent nr. 4,715,020 angir Landrum bruken av fasemønstre for å separere flere vibratorsignaler. Den foreliggende oppfinnelsen lærer bruken av et forskjellig sett fasemønstre for å separere multiple vibratorskapte signaler. Selv om det er likheter i grunnpoenget, forsøker ikke Landrum å adressere nødvendig-heten av å korrigere for feilene som forårsakes av differansen mellom de tiltenkte signalene og de faktiske signalene som transmitteres inn i jorda. Bare den nåværende oppfinnelsen lærer separasjonen av flere signaler og fjerner de iboende feilene ved å eliminere avhengigheten av det ukjente faktiske inngangssignalet.

I en første utførelse av den foreliggende oppfinnelse er dataene skilt i henhold til kilden som generer dataene. Fra dette punktet kan den nedadgående bølgen bli isolert og dataene kan så bli videre behandlet som typiske data ved enhver av de velkjente fremgangsmåtene for behandling av vertikale seismiske profildata.

I en andre utførelse av den foreliggende oppfinnelse blir vibrasjonsbeveg-else eller -bevegelser målt for å tilføre et signal som er benyttet til å behandle dataene ved å eliminere en ukjent størrelse. Dataene er dividert med en minimums-fase relatert til det virkelige sendte signalet i frekvensplanet som dermed fjerner det virkelig sendte signalet fra bestemmelsen. Når en løser med hensyn på jordre-fleksjonen blir de registrerte data, som er den tidsderiverte til den sendte vibrerende jord kraften multiplisert med jordens refleksjon, dividert med en størrelse lik den vibrerende jordkraften multiplisert med en overføringsfunksjon av minimal fase. Ved å gjøre dette blir vibrasjonskraften fjernet fra dataene. Dette gir jordre-fleksjonen multiplisert med en tidsderivert dividert med en minimalfase-overfør-ingsfunksjon, for hvilket et forholdstall så blir fjernet av en minimal fase dekonvolvering. (Dekonvolvering er en prosess som søker gjentatte hendelser innen et int-ervall og som så fjerner alle unntatt den første.)

Ved innsamling av seismiske data ved å benytte seismisk akustisk energi kan vibrasjoner i grunnen fra en vibrerende kilde bli benyttet ved å plassere en stor masse i kontakt med grunnen. En enkel vibrator kan bli benyttet i den foreliggende oppfinnelsen. En kraft er typisk tilført ved å reversere en hydraulisk strøm i et kammer inne i en reaksjonsmasse som er opphengt i et stempel og en stang-sammenstilling som er festet til en styltestruktur i en kryssende konstruksjonsdel.

Bevegelsen til reaksjonsmassen blir typisk målt av fastmonterte akselerometre på selve reaksjonsmassen. Bevegelsen til en baseplate, som i virkeligheten er koblet til grunnen, blir målt av akselerometre montert på styltestrukturens kryssende konstruksjonsdel. I den foreliggende oppfinnelsen benyttes par av akselerometre i hver posisjon, idet utsignalene kan sammenlignes med akselerometrenes målinger og det kan bestemmes om det genererte signalet er egnet for bruk i den videre behandling. Fig. 1 er en skisse av en typisk seismisk vertikalprofil datasamlings- teknikk. Fig. 2 er et planperspektiv av et alternativt arrangement av vibrer ende kilder til bruk i den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 3 er et planperspektiv av et andre alternativt arrangement av

vibrerende kilder til bruk i den foreliggende oppfinnelsen.

Fig. 4 er et blokkdiagram av et flytskjema som illustrerer en fremgangsmåte for forbehandling av vertikale seismiske profildata som er generert av flertallige vibrerende kilder. Fig. 1 er et systemdiagram som illustrerer datainnsamlingsprosessen til den foreliggende oppfinnelsen. Et brønnhull 16 er illustrert til å være plassert i en distanse fra vibratorene 18, 20, 22 og 24 med to par av akselerometre 26, 28, 30 og 32, slik det er beskrevet over, respektivt plassert på lastebilene 34, 36, 38 og 40. Signaler som representerer det faktiske seismiske signalet som genereres inn i undergrunnens overflate av vibratoren blir sendt via radiolinken 42 til hovedvibrasjons-minnet 44 hvor de blir undersøkt for å fastslå deres pålitelighet og hvor de blir lagret for sammenligning ved et senere tidspunkt.

De seismiske signalene som er generert inn i undergrunnen av vibratorene 18, 20, 22 og 24 blir reflektert fra sjiktet mellom undergrunnens impedanser Iith og Ini2 ved forskjellige punkter, U, I2, ... etc. langs sjiktet. Disse reflekterte seismiske signalene blir registrert av en seismisk mottaker D plassert i brønnhullet 16. Etter registreringen av de seismiske signalene blir mottakeren D flyttet en forhåndsbestemt distanse opp gjennom brønnen, slik det er illustrert ved brutte linjer, og vibratorene 18, 20, 22 og 24 blir igjen aktivert. De genererte seismiske signalene blir reflektert fra sjiktet mellom undergrunnsimpedansene Irrn og lm2 ved forskjellige punkter, \ <i, l2,... etc. langs sjiktet for andre gang. Denne prosedyren blir så gjentatt flere ganger for å gi effekten av å ha en vertikal streng av geofoner i brønnen.

I Fig. 1 er de vibrerende kildene på lastebilene 34, 36, 38 og 40 illustrert å være plassert radialt i en rett linje fra borehullet 16. Figurene 2 og 3 illustrerer mul-ige alternative arrangementer for lastebilene 34, 36, 38 og 40.

I Fig. 2 er de vibrerende kildene plassert i lik avstand langs en omkrets de-finert av en forhåndsbestemt radius. Denne radien kan være av enhver praktisk lengde. Avstanden mellom lastebilene 34, 36, 38 og 40 trenger ikke være lik men kan være i avstand slik at alle lastebilene befinner seg i den øvre halvdelen av sir-kelen, i en kvadrant, etc.

I Fig. 3 er lastebilene 34, 36, 38 og 40 plassert i avstand tilfeldig rundt borehullet 16, ved forskjellig radius. Lastebilene 34, 36, 38 og 40 fordelt langs en sirkel med borehullet 16 som sentrum. Ethvert tilfeldig arrangement er likevel mulig så lenge separasjonen av signaler fra de vibrerende kildene ikke blir for-ringet.

Når signalene som er generert av vibratorene 18, 20, 22 og 24 på lastebilene 34, 36, 38 og 40 blir sendt til mengdeminnet 44 blir de videresendt til registre-rer 46 for overgang til båndet 48 for kombinasjon med de råe seismiske data som er mottatt fra den seismiske mottakeren D. De mottatte datasignalene og de råe seismiske data lagret på et bånd 48 kan bli overført til datamaskiner ved andre lokasjoner.

De målte signalene er representative for de virkelige seismiske signalene som er generert inn i overflaten til jorden av vibrasjonskilden. Disse målte signalene er minimalfase-relaterte til de virkelige, seismiske signalene som er generert inn i undergrunnen ved denne teknikken. I den foreliggende oppfinnelsen blir et signal, som er en minimalfase relatert til den virkelige kraften generert inn i undergrunnen, målt og tatt fra vibrasjonskilden direkte. Dermed benyttes et signal som representerer virkelige, seismiske signalet i prosessen.

Den foreliggende oppfinnelsen har en fremgangsmåte som er forskjellig fra konvensjonelle behandlinger av vertikale seismiske profildata. For det første benytter den foreliggende oppfinnelse et flertal av kilder og utnytter at bevegelsene målt på vibratorene er relatert til det virkelige påførte kraft eller signal som er gitt til grunnen ved en minimalfase-overføringsfunksjon i frekvensplanet. Både minimalfase-overføringsfunksjonen og det virkelige påførte kraft er ukjent. For det andre utfører denne utførelsen av den foreliggende oppfinnelse en invers operasjon i stedet for sammenligningsprosessen til konvensjonell vertikal seismisk pro-filbehandling.

De registrerte seismiske data blir representert i frekvensplanet av produk-tet til den tidsderiverte av den virkelige kraften med reflektiviteten til jorden.

Ved å benytte invers filtrering gjennom en minimalfase-båndpassfilter kan forholdstallet mellom den målte seismiske bevegelsen og den målte bevegelsen til vibratoren beregnes. Dette forholdstallet eliminerer den ukjente virkelige utgangs-kraften. En skaleringsfaktor er også påkrevet for å bevare total energi gjennom denne inverse filtreringsprosessen.

Det resulterende seismogram representerer forholdet mellom den målte seismiske bevegelsen og den målte bevegelsen til vibratoren og er det ønskede svar, jordens reflektivitet, sammenviklet med en minimal fasefunksjon. En egenskap til de minimale fasefunksjonene er at deres derivater og deres resiproker også er av minimal fase. Dermed kan seismogrammet bli videre behandlet med minimalfase-dekonvolvering for å oppnå impulsresponsen til jorden i frekvensplanet. Forholdstallet mellom den målte seismiske bevegelsen og den målte bevegelsen til vibratorens seismogram, utgjør det bånd begrensede impuls-seismogrammet. Det er årsaksmessig og minimumfase-relatert til jordens respons.

Denne fremgangsmåten for flertallige kilder er alltid riktig siden den virkelige og ukjente vibrasjonsbevegelsen har blitt eliminert.

To fremgangsmåter for samtidig separering er som følger:

Fremgangsmåte 1:

Denne fremgangsmåten unngår et 90 graders problem og krever bare at sveipet som er gjort ved 0 grader er speilbildet av det som er gjort ved 180 grader. For effektiv separasjon skulle systemet likevel garanterer at vibrator A's bevegelse er gjentagbar i sann tid.

Fremgangsmåte 2:

Som i den første fremgangsmåten krever denne at bekreftelsen på sepa-rasjonsantagelsene er utført i sann tid.

Denne fremgangsmåten produserer noen færre signaler, tre i stedet for fire, men benytter det minst krevende behov for separasjon, nemlig at sveipene repeteres.

For begge disse fremgangsmåtene kan de nødvendige signalene for behandling bli kodet på en lignende måte og de individuelle vibrasjonsbevegelsene blir trukket ut. Dette fører til at bare ett signal trenger å bli sendt til registrereren for hver sveipsekvens.

Viser nå til Fig. 4 der et flytskjema til fremgangsmåten til den foreliggende oppfinnelsen er vist på blokkform. Fremgangsmåten kan bli utført av enhver digital datamaskin eller arbeidsstasjon som er i bruk innen fagområdet.

Til å starte med blir data lagret på båndet 48 mottatt ved blokk 50. Dataene som blir mottatt, kan være enhver type seismiske data som genereres av flertall ige kilder ved hjelp av vibrasjonskilde-teknikker.

I blokk 52 blir de mottatte data separert. Denne prosessen begynner når den seismiske energien som forårsaker dataene, først blir generert. Det eksisterer flere fremgangsmåter for å generere seismiske data for å tillate separasjon av de målte data slik det har blitt diskutert tidligere. Enhver av disse tidligere fremgangsmåtene sammen med enhver fremgangsmåte som er i bruk innen faget kan benyttes for å separere de mottatte data, men i den foretrukne utførelsen er det faseseparasjonen som tidligere er beskrevet som benyttes.

I blokk 54 blir den inverse prosessen utført på de mottatte data ved hjelp av de målte signalene. Dette utgjør en signifikant forskjell mellom den foreliggende oppfinnelse og konvensjonell behandling. I konvensjonell behandling blir de mottatte data konvolvert med det nedadgående bølgesignalet som er generert inn i undergrunnens overflate. I den foreliggende oppfinnelse benyttes en inverter-ingsprosess som eliminerer noen antagelser beskrevet tidligere. De registrerte data blir dividert i frekvensplanet med de målte signalene og gir jordens reflek-sjonsegenskaper multiplisert med en tidsderivert dividert med en minimalfase-overføringsfunksjon.

Ved blokk 56 blir et minimalfase båndpassf ilter benyttet for å bånd be-grense impuls-seismogrammet. Det resulterende seismogrammet ved dette punkt, eller de behandlede målte data etter dette steget, blir nå representert av jordens reflektivitet konvolvert med en minimalfase-funksjon. En egenskap med minimalfase-funksjoner er at deres deriverte og deres resiproke også er i minimalfase.

I blokk 58 blir seismogrammet videre behandlet med minimalfase-dekonvolvering for å oppnå impulsresponsen til jorden i frekvensplanet. Essensen er at det resulterende seismogrammet, etter den inverse prosessen og minimalfase-båndpassfiltreringen, er det båndbegrensete impuls-seismogrammet. Det er årsaksmessig og minimalfase-relatert til jordens respons.

I blokk 60 blir det resulterende seismogram fremvist. Fremvisningen kan være av enhver type i bruk innen fagområdet slik som av datamaskingenerert art, en CRT-skjerm, etc, så lenge impedansforandringene kan bli bestemt.

Fremgangsmåten til den foreliggende oppfinnelsen for å generere, registrere og forbehandle seismisk vertikal profildata med høy oppløsning fra vibrerende kilder omfatter stegene med dataseparasjon, dividering av de separerte data med målte signaler og minimalfase-dekonvolvering, har blitt beskrevet. Som tidligere fastslått blir et virkelig vibratorsignal relatert til hva vibratoren virkelig sender inn i undergrunnen benyttet til forbehandlingen. Vibratorbevegelsen blir målt for å tilføre et signal som benyttes for å behandle dataene. Dataene blir dividert med det virkelige sendte signalet i frekvensplanet.

Claims (9)

1. En fremgangsmåte for å behandle vertikale seismiske profildata med høy oppløsning fra vibrerende kilde der elektriske signaler som representerer seismisk informasjon generert fra flertallige vibratorer (18, 20, 22, 24) blir mottatt av en mottaker (D) plassert ved en lokasjon i et brønnhull, der fremgangsmåten omfatter: mottagelse (50) av målte signaler som representerer sendte seismiske bøl-ger fra hver av nevnte flertallige vibratorer; karakterisert vedå måle (26, 28, 30, 32) et vibratorbevegelsessignal for hver av nevnte flertallige vibratorer ved å måle det seismiske signalet som virkelig er sendt inn i undergrunnen, separasjon (52) av nevnte elektriske signaler samsvarende til hver av nevnte flertallige vibratorer; dividering (54) av nevnte elektriske signaler med nevnte målte signaler for å fremskaffe jordens reflektivitet multiplisert med en tidsderivert dividert med en minimalfase-overføringsfunksjon for å fremskaffe et minimalfase-datasett; filtrering (56) av nevnte minimalfase-datasett med et minimalfase-båndpassfilter; og utføre minimalfase-dekonvolvering (58) på nevnte minimalfase-datasett for å fremskaffe jordens reflektivitet.

2. Et fremgangsmåte i følge krav 1, karakterisert ved at steget med mottak av målte signaler inkluderer steget å konvertere nevnte målte seismiske signal til et målt elektrisk signal.

3. En fremgangsmåte i følge krav 1 eller 2, karakterisert ved at separasjonssteget inkluderer steget å variere generasjonssekvensen til hver av nevnte flertallige vibratorer.

4. En fremgangsmåte i følge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at separasjonssteget inkluderer stegene med å estimere bevegelsen til hver av de vibrerende kildene som er relatert til den påførte vibrasjonskraften multiplisert med en overføringsfunksjon av et minimalfase-, tilfeldig-, lineært system; og relatere virkelig vibratorsignal med nevnte estimerte vibrasjons-bevegelse.

5. Et apparat for registrering av vertikale seismiske profildata med høy oppløs-ning fra vibrerende kilde der elektriske signaler som representerer seismisk informasjon produsert av en kraft generert inn i undergrunnen blir mottatt av en anordning (D) for mottak av elektriske signaler plassert ved en lokasjon i et brønnhull, der apparatet omfatter: midler for å måle mottagelsen til hver av nevnte flertallige vibratorer (18, 20, 22, 24), der bevegelsen re relatert til det faktiske seismiske signalet som genereres inn i undergrunnen av vibratoren(e); karakterisert vedseparasjonsmidler (52) for separasjon av nevnte elektriske signaler samsvarende til hver av nevnte flertallige vibratorer; midler for dividering (54) av nevnte elektriske signaler med nevnte målte signaler for å fremskaffe jordens reflektivitet multiplisert med en tidsderivert dividert med en minimalfase-overføringsfunksjon for å fremskaffe et minimalfase-datasett; midler for å dekonvolvere (58) nevnte jordreflektivitet multiplisert med en tidsderivert dividert med minimalfase-overføringsfunksjonssignaler; registreringsmidler for nevnte summerte jordreflektivitet multiplisert med en tidsderivert dividert med minimalfase-overføringsfunksjonssignaler; og fremvisningsmidler (60) for fremvisning av nevnte summerte jordreflektivitet multiplisert med en tidsderivert dividert med minimalfase-overføringsfunksjons-signaler.

6. Et apparat i følge krav 5, karakterisert ved at separasjonsmidlene inkluderer midler for å variere generasjonssekvensen til hver av de nevnte flertallige vibratorer.

7. Et apparat i følge krav 5 eller 6, karakterisert ved at midlene for mottaking av målte signaler inkluderer: midler for å måle det seismiske signalet som virkelig er sendt inn i undergrunnens overflate; og midler for å konvertere nevnte målte seismiske signaler til et målt elektrisk signal.

8. Et apparat i følge et av kravene 5 til 7, karakterisert ved at separasjonsmidlene inkluderer midler for å variere generasjonssekvensen til hver av de nevnte flertallige vibratorer.

9. Et apparat i følge et av kravene 5 til 8, karakterisert ved at separasjonsmidlene inkluderer midler for isolere nedadgående bølger i nevnte separerte elektriske signaler; og midler for sammenligning av nevnte separerte elektriske signaler med nevnte nedadgående bølger for å frembringe jordrefleksegenskapene.