NO341729B1 - Bestemmelse av seismisk anisotropi omfattende analyse av signaldata reflektert fra en laggrense i undergrunnen - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for estimering av anisotropiske egenskaper til undergrunnen. Fremgangsmåten inkluderer ekstrahering av gangtidsverdier til komponenter i den seismiske eller akustiske bølgen indusert fra et nedihullsverktøy og reflektert fra en laggrense. Fremgangsmåten inkluderer videre å bestemmeetgangtidsforhold til komponentene i de seismiske bølgene og å benytte gangtidsforholdet til å estimere de anisotropiske egenskapene til undergrunnsformasjonen.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Oppfinnelsens område

[0001] Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og system for innsamling og prosessering av akustiske data. Mer spesielt angår den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for estimering av anisotropi til en undergrunnsformasjon.

2. Beskrivelse av relatert teknikk

[0002] US 6,128,580 omhandler en metode for å behandle konvertert-bølgedata i tolkbare avbildninger ved bruk av en kompakt toparametersmodell. Metoden omfatter i stor grad trinn med: å innsamle både P-bølge- og konvertert-bølge seismiske data; å identifisere ankomsttider for nevnte P-bølge- og konvertert-bølge-data; å beregne det vertikale hastighetsforholdet fra ankomsttidsdataene; å beregne utflyttingshastighetsforholdet fra de tilsvarende flyttingshastigheter; å beregne det effektive hastighetsforholdet fra det vertikale hastighetsforholdet og flyttingshastighetsforholdet; og å beregne konverteringspunktet fra den kortspredte P-bølge-utflyttingshastigheten for hver reflektor, fra det effektive hastighetsforholdet, C-bølge-flyttingshastighetsforholdet og fra ankomsttidsdataene. US 2003/0151975 A1 vedrører en metode for estimering av formasjonsegenskaper ved å analysere akustiske bølger som emitteres fra og mottas av et bunnhullsarrangement. US 3,354,983 angår en fremgangsmåte og et apparat for å oppnå skjærbølgehastigheter. For å erverve hydrokarboner slik som olje og gass, bores borehull eller brønnboringer gjennom hydrokarbonbærende undergrunnsformasjoner. Boringen av horisontale eller hellende brønnboringer kan skape noen vanskeligheter med nedihullsavbildning på grunn av laggrenser eller hellende lag som påtreffes nedihulls. For å overkomme dette problemet har tre-dimensjonale borehullsprofiler blitt utviklet. Disse tredimensjonale borehullsprofilene kan endre retning langs veien.

[0003] En brønnboring boret gjennom jordformasjoner påtreffer forskjellige geologiske strukturer som skjærer borehullet. Borehullsakustiske målinger kan brukes for å erverve et bilde av formasjonsstruktur-endringene bort fra borehullet under forutsetning av at det akustiske bølgefenomenet nær borehullsområdet er skikkelig forstått og anvendt. Nedihullssensorer kan tilveiebringes med et nedihullsverktøy for måling av nedihullsbetingelser. Nedihullsverktøyet kan inkludere en sonde innførbar inn i brønnboringen og også hvilke som helst undergrunns boreanordninger. Også inkludert kan være apparater for detektering av inklinasjon. Disse målingene er nyttige for å bestemme hydrokarboner og vann tilstede nær borehullsverktøyet.

<[0004]>Undergrunnsformasjoner er typisk ikke isotrope, dvs. oppviser ikke de samme egenskapene i alle retninger. Følgelig er disse formasjonene referert til som anisotrope. Derfor påtreffer ikke akustiske bølger som propagerer gjennom de anisotropiske formasjonene konsistente formasjonsegenskaper i alle retninger. På grunn av inkonsistensen til bølgeforplantningen, tilveiebringer tradisjonell seismisk prosessering begrensede nyttige resultater.

KORT SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0005] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt av de uselvstendige krav. Fremlagt heri er således en fremgangsmåte for analysering av signaldata reflektert fra en laggrense omfattende, erverving av gangtidsdata til en første komponent i de reflekterte signaldata, erverving av gangtidsdata til en andre komponent i de reflekterte signaldata, å foreta forholdet mellom gangtidsdataene til de første og andre komponenter, og, å estimere en anisotropisk formasjonsegenskap basert på forholdet.

[0006] Omfanget til den foreliggende fremleggelsen inkluderer også en fremgangsmåte for analysering av en undergrunnsformasjon omfattende, traversering av et nedihullsverktøy inne i en brønnboring, hvor verktøyet omfatter en signaltransmitter og en reflektert signalmottaker og hvori en laggrense er inne i undergrunnsformasjonen, å indusere et signal inn i formasjonen med transmitteren hvor signalet reflekteres fra laggrensen for å skape et reflektert signal, å registrere det reflekterte signalet med mottakeren, å erverve gangtidsinformasjon omkring komponenter til det reflekterte signalet, og å estimere anisotropiske egenskaper til undergrunnsformasjonen basert på et forhold av de reflekterte signalkomponent-gangtidene.

[0007] Fremleggelsens omfang inkluderer videre et system nyttig for estimering av anisotropiske egenskaper til en undergrunnsformasjon omfattende, en signaltransmitter, en signalmottaker, og en prosessor konfigurert til å ekstrahere gangtidsinformasjon til komponenter i reflekterte signaldata mottatt av signalmottakeren og videre konfigurert til å estimere et forhold av den ekstraherte gangtidsinformasjon.

KORT BESKRIVELSE AV DE FLERE BETRAKTNINGER AV TEGNINGEN [0008] Fig.1 er en grafisk representasjon av fase- og gruppehastigheter til bølgekomponenter som en funksjon av gruppevinkel.

[0009] Fig.2 er en konseptuell operasjonsmodell for et nedihullsverktøy inne i en undergrunnsformasjon som har en laggrense.

[0010] Fig.3 er en skjematisk representasjon som illustrerer refleksjonsprofilering.

[0011] Fig.4 grafisk illustrerer bølgerefleksjonsdata som en funksjon av verktøy-tilreflektoravstand.

[0012] Fig.5 illustrerer innsamling av bølgekomponent-refleksjoner fra et hellende lagplan.

[0013] Fig.6 avbilder akustisk og andre loggedata for demonstrering av refleksjonsprofileringsmetoden.

<[0014]>Fig.7 portretterer loggedata benyttet til estimering av en gjennomsnittsanisotropi ved å benytte dybdegjennomsnitt.

[0015] Fig.8 er et eksempel på prosesskomponent-bølgerefleksjoner.

[0016] Fig.9 representerer grafisk en lag-skjæringsvinkel ved å benytte en lineær tilpasningsmetode.

[0017] Fig.10 illustrerer på grafisk form en anisotropi-estimering ved lineær tilpasning av SH-til-qSV refleksjonsgangtid-forhold versus sin<2>Ψ.

[0018] Fig.11 viser et plott som har gjennomsnittlige gangtidsforhold (sirkler) og korrelasjons (hel linje) -data og et lavere plott med forholdet data versus sin<2>Ψ og en lineær tilpasning av dataene.

[0019] Fig.12 illustrerer grafisk kontrasten mellom en lineær tilpasningstilnærming og en ikke-lineær tilnærming til gangtidsforholdsdata til sin<2>Ψ.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

<[0020]>Beskrevet heri er en fremgangsmåte for analysering av akustiske data reflektert fra en skrånende laggrense. Fremgangsmåten måler seismisk anisotropiparametere i et borehull som gjennomtrenger en anisotrop undergrunnsformasjon. Det akustiske signalet kan produseres inne i et borehull med et nedihullsverktøy, slik som en fire-komponent (4C) akustisk verktøy (eller kryss-dipolsverktøy) og de akustiske refleksjonene fra den skrånende laggrensen kan mottas og registreres med det samme verktøyet.

341729

4

[0021] Seismisk anisotropi-parametere og bølgehastigheter - Mange jordformasjoner oppviser anisotrope karakteristikker. Anisotropien er vanligvis modellert ved transversal isotropi (TI). Tl-anisotropien har en symmetrisk akse slik at langs enhver retning transversal på denne aksen, vil man se den samme materialegenskapen. 5 Mellom symmetriakseretningen og retningen vinkelrett på denne, vil man se en material-egenskapsforskjell.

[0022] Tre seismiske bølger, angitt som qP (kvasi-P-bølge), qSV (kvasi-S-bølgepolarisering i et vertikalt plan), og SH (horisontal polarisert S-bølge), kan propagere i et Tl-medium, hvor Tl-symmetriaksen er langs z-retningen (vertikal). (Fase)-io hastighetene til disse bølgene styres av fire elastiske konstanter (c-π, c13, c33, c44, C66) til Tl-mediet (Auld, 1973).

15 [0024] hvor p er densiteten og Θ er vinkelen fra z-aksen. Den algebraiske kompleksiteten til utrykket D og antallet elastiske konstanter gjør den uegnet til å bruke den anisotropiske modellen ved analysering av seismiske data. Thomsen (1986) introduserer derfor tre parametere, kjent som Thomsen-parametere, for å omskrive formelen til en medgjørlig form.

20

[0026] Ved å benytte Thomsen-parametere, Chi og Tang (2003) utledet den følgende tilnærmelsesvise (for qP og qSV) men tilstrekkelig nøyaktig formelen for bølgehastig-25 hetene.

<er henholdsvis P- og S->

bølgehastigheten i vertikalretningen (z). Parameterne ε og γ representerer, henholdsvis, P- og S-bølgeanisotropien mellom vertikale og horisontale retninger. Ligninger (3) indikerer at differanse-parameteren:

<[0030]>påvirker aP og qSV-bølgeforplantnings-karakteristikkene mer en de individuelle parameterne ε og δ. For eksempel, η = 0 (eller ε = δ) svarer til en elliptisk formet qP bølgefront (også til en sirkulær qSV bølgefront) men η < 0 og η > 0 svarer henholdsvis til positiv og negativ anelliptisitet. Denne differanseparameteren har vært et subjekt for studier (Berryman et al., 1997). Det er også en viktig parameter i seismisk prosessering og inversjon (Alkhalifah og Tsvankin, 1997; Tsvankin, 1994; Tsvankin og Thomsen, 1994). Derfor er et mål i den anistropiske målingen å bestemme denne differanse-parameter som relateres til P-bølgepropageringen.

[0031] Gruppevinkel og gruppehastighet - Seismisk energipropagering i et anisotropt medium er langs seismiske stråler. Energi-forplantningshastigheten er kalt gruppehastighet og vinkelen til en stråle (f.eks. målt fra z-aksen) er kalt gruppevinkelen eller strålevinkelen. På grunn av anisotropi, skiller gruppehastigheten seg fra fasehastigheten som er hastigheten til bølgefronten, og gruppevinkelen skiller seg fra fasevinkelen som er vinkelen til bølgefrontnormalen (Thomsen, 1986). Gruppevinkelen y og fasevinkelen q er relatert ved den følgende likningen (Berryman, 1979):

[0033] hvor v(q) er fasehastigh en som en funksjon av q. Gruppehastigheten er gitt ved

<[0035]>Se<g>lv om fasehastighetene kan kalkuleres analytisk ved å benytte ligninger (1) eller (3), må gruppehastigheter kalkuleres nummerisk. For eksempel, for en gitt y, er fasevinkelen kalkulert ved å benytte ligninger (3) og (5), som deretter benyttes i ligning (6) for å beregne gruppehastigheten.

[0036] Fig.1 viser et eksempel på gruppe (heltrukne kurver) og fase (strekede kurver) hastigheter til qP, qSV og Sh-bølger som en funksjon av stråle (eller gruppe) vinkel for TI-parameterne gitt i tabell 1. Hastigheten er beregnet ved å benytte ligninger (3) i forbindelse med ligninger (5) og (6). qP- og SH-hastighetene øker monotont fra 0º til 90º og qSV-hastighetene tenderer til å ha en topp ved omkring 45º, oppvisende forskjellige vinkelavhengigheter. I alle tilfeller, er gruppehastigheten større enn fasehastigheten, som er matematisk implisert ved ligning (6).

<[0037]>I tilfellet av svak anisotropi hvor ε, δ, γ << 1, har gruppe- og fasehastighetene enkle (og like) analytiske uttrykk, som kan direkte utledes fra ligninger (3) (se også Thomsen, 1986).

Fa Gru e:

<[0038]>

[0039] hvo q p pse:

r indeksene p og g angir fa svis. Med beskrive enfor av anpsse- og gru

isotrope parametereqp g gp

ppehastigheter, hold

lsen ov , vil vi nå diskutere hvordan borehullsakustiske målinger kan brukes for å bestemme dem.

[0040] Nåværende borehullsakustisk logging kan kun måle skjær-bølgeanistropiparameteren γ. I en vertikal brønn som gjennomtrenger en VTI-fps hen

ormasjon (symmetriaksen er vertikal), er borehulls-Stoneley-bølgen følsom for SH-bølgehastigheten og kan brukes i forbindelse med målingen av vertikal skjærhastighet (VS0) langs borehullet for å bestemme γ(Tang, 2003). I tilfellet hvor TI-symmetriaksen er vinkelrett på borehullet, kan en kryss-dipollogging benyttes for å direkte måle γ-parameteren. (Dette scenario for anisotropi er ofte assosiert med vertikale frakturer eller ubalanserte spenninger; se Tang og Patterson (2000)).

[0041] Akustisk refleksjonsprofilering - Denne fremgangsmåten benytter refleksjonene fra nær-borehullslaggrenser for å estimere P-bølgerelaterte anisotropiparameter(e). Hovedkravet er at laget må være ved en hellende vinkel med borehullet. Data som kreves for å benytte denne analysemetoden er rutinemessig innsamlet i akustiske loggetjenester.

<[0042]>Operasjonsprinsippet til metoden - Fig.2 avbilder i en tverrsnittsbetraktning fra siden, loggingen av et kabelbasert akustisk verktøy 10 i nærheten av en laggrense 12 som gjennomskjærer borehullet 14 i en hellende vinkel. Verktøyet 10 inkluderer en akustisk transmitter for å skape akustiske bølger og en mottakeroppstilling for å motta reflekterte bølger. Imidlertid, de akustiske data analysert ved fremgangsmåten beskrevet heri, er ikke begrenset til verktøy-utførelsesformen i fig.2, men inkluderer et hvilket som helst verktøy eller metode for innsamling av akustiske data. Da den akustiske kilden i verktøyet 10 energiseres, treffer den akustiske energien laggrensen 12 og reflekteres tilbake til mottakeroppstillingen. Den akustiske energien, eller bølger, er representert ved en serie med linjer (L1, L2, L3). I det tilveiebrakte eksempelet, den akustiske innfallsvinkelen ( α1, α2, α3) på laggrensen 12 øker gradvis ettersom verktøyet nærmer seg borehulls-lagskjæringen 16, som muliggjør bølgen å probe/profilere formasjonen i et område av retninger. Denne direksjonelle profileringen tilveiebringer den nødvendige anisotropi-informasjonen.

[0043] Fig.3 tilveiebringer en skjematisk representasjon av et verktøy som har en akustisk kilde 22 og en akustisk mottaker 24 anordnet inn i en brønnboring 14a. En linje L er tilveiebrakt som indikerer en akustisk signal-reisebane fra kilden 22, som reflekteres fra en laggrense 12a, og som mottas og registreres av en mottaker 24. For de følgende anisotropiske analysene er det antatt at formasjonen har TI-anisotropi langs og normalt på laggrenseplanet, med symmetriaksen (også referert til her som TI-aksen) normalt på lagplanet. Dette impliserer også at formasjonsegenskapene ikke endrer seg langs lagplanet. Som et resultat, innfallsvinkelen er lik refleksjonsvinkelen for en akust

tisk stråle som treffer laggrensen. Denne vinkel, angitt

ved 10, er relatert til lagskjæringsvinkelen Φ gjennom den følgende ligningen som kan utledes ved å benytte geometrien/konfigurasjonen til borehullet og verktøyet i forhold til laggrensen.

[0045] hvor Z er mottakeravstanden til borehulls-lagskjæringen 16a og H er kildemottaker-avstanden.

[0046] Ligning (9) spesifiserer vinkelområdet som dekkes av den akustiske refleksjonsprofileringen. Ved store avstander fra skjæringen (Z → ∞), Ψ�0, er bølgens innfallsvinkel omtrent normal på laget; nær skjæringspunktet (Z → 0), Ψ�90º - Φ, er bølgens innfallsvinkel på laget 12a ved den komplementære vinkelen til Φ. Derfor er det angulære området til profileringen:

[0048] For et vertikalt borehull som krysser hellende lag, er den komplementære vinkelen til Φ ganske enkelt laghellingen; for en anisotrop formasjon, bør innfalls/ refleksjonsvinkelen Ψ for den akustiske strålebanen være gruppevinkelen målt fra lagnormalretningen og propageringen til qP, qSV og SH-bølgene her ved deres respektive gruppehastighet.

[0049] Med gruppevinkelen gitt ved ligning (9) kan refleksjonsgangtiden fra kilden til mottakeren langs strålebanen skrives som

[0051] hvor d er b 2:

ølgereiseavstanden i formasjo gnen. Ved 2 å benytte de respektive gruppehastighetene vg( Ψ) for qP, qSV og SH-bølger (f.eks. ligninger (3)-(6)), kan ligningen over benyttes til å beregne gangtiden for en hvilken som helst av de tre bølgene. Reiseavstanden d og innfallsvinkelen Ψ er felles for alle tre bølger.

<[0052]>I en anisotrop formasjon, varierer hastigheten vg( Ψ) med Ψ, gangtiden TT vil da være følsom for formasjons-anisotropi. Fig.4 er en grafisk representasjon av en P-bølgerefleksjonsgangtid som

ngtids<g>en funksjon av loggeavstanden Z. Dataene benyttet ved skapelsen av fig.4 inkluderer formasjonsanisotropi-parameterne i tabell I med en skjæringsvinkel på 45º og kilde-til-mottakeravstand H på 3,66 m. For sammenligning, var en anisotrop ga kurve (stiplet) også kalkulert og tilveiebrakt i fig.4, vg( Ψ) ble holdt konstant til å være hastigheten målt langs borehullet i den isotrope gangtidskurven. På grunn av anisotropi, vg( Ψ) avtar ettersom Ψ minker med økende Z (se fig.

1). Som en konsekvens av dette, forsinkes anisotropien TT i forhold til den "isotrope" motpart, som indikerer dens følsomhet for formasjons-anisotropi.

[0053] Benyttelse av TT direkte for anisotropi-estimering, lider imidlertid av en rekke ulemper i praksis ganske enkelt fordi den dominante påvirkningen på reiseavstanden d, som i det store kontrolleres av lagskjæringsvinkelen Φ. Selv en liten usikkerhet i Φ vil skjule den anisotrope signaturen. For eksempel, den "isotrope" TT beregnet med Φ=50º overlapper nesten med anisotropi TT-kurven (se fig.4). Dette viser at en usikker Φ, og derav d, vil forårsake store feil i anisotropi-estimeringen fra gangtid TT.

[0054] Benyttelse av gangtidsforhold til de forskjellige bølgene kan overvinne ulempene ovenfor. Ved å ta forholdet av SH til qSV og av SH til qP, reduseres gangtidsforholdet til hastighetsforhold.

<[0055]>hvor de forskjellige gruppehastighetene er gitt ved ligninger (3)-(6). For svak anistropi og

<H>liten Ψ (f.eks. lag med liten helling krysser en vertikal brønn) -situasjoner, kan ligninger (7) benyttes for å redusere ligninger (11) til enkle analytiske uttrykk

[0061] For sterk anisotropi og sto V Vl�<2>�� �<4>

re vinkelområder for Ψ, bør gruppehastighetene evalueres ved å benytte de mer nøyaktige uttrykkene i ligninger (3)-(6). I et hvilket som helst tilfelle, spesifiseringen av verdiene til VP0/VS0og γ hjelper i å innskrenke den anisotrope parameter-estimeringen.

[0062] Refleksjonsprosessering: Ekstrahering av qSV- og SH-refleksjoner fra kryssdipoledata - Denne metoden inkluderer det ytterligere trinn å ekstrahere refleksjonsbølgene fra akustiske loggedata. En fremgangsmåte for signalprosessering for ekstrahering av refleksjoner fra en oppstilling av akustiske data og å benytte dem til å avbilde nær-borehulls-laggrenser kan finnes i søknaden med serienr.11/342,145, innlevert 27. januar, 2006. Denne referanse er herved innarbeidet ved referanse heri i sin helhet.

[0063] Med referanse nå til fig.5, en skjematisk betraktning av en transmitter som emitterer et akustisk signal er tilveiebrakt. I denne betraktningen er en skjærbølge emittert fra en borehulls dipolkilde i forbindelse med et hellende laggrenseplan som krysser borehullet. Skjærbølge-strålebanen er representert ved linjen L. For hele lagplanet 26, inntreffer refleksjon kun i bølgeinnfallsplanet 28 som inneholder borehullet og den laghellede retningen. x-dipolkilden er orientert langs x-aksen til det rektangulære koordinatsystemet på verktøyet og lager en vinkel α med normalen til innfallsplanet 28. For et plan som inneholder x- og y-aksene til kilden, er de respektive projiseringer av x-dipolen på normalen til innfallsplanet 28 og til planet i seg selv angitt som sh og sv, henholdsvis.

[0064] sh = S . cos α; sv = S . sin α (14)

<[0065]>hvor S er kildestyrken. sh-koponenten, som er transversal på innfallsplanet 28, genererer en SH-bølge for å treffe laget 26, mens et sv-koponenten, som er inneholdt i planet, emitterer en qSV-bølge mot laget 26. Som indikert ved ligning (9) som spesifiserer bølgeinnfallsvinkelen, følger SH- og qSV-bølgene den samme strålebanen L fra kilden til reflektoren, og tilbake til mottakeren i borehullet.

[0066] Betrakt nå registreringen av de reflekterte bølgene med x- og y-dipolmottakerne. Etter refleksjon fra reflektoren, projiseres de reflekterer de SH- og qSV-bølgene, (skrevet som SH=TSHS og qSV=TSVS, hvor TSHog TSVhenholdsvis er overføringsfunksjonen for de to bølgene) på mottakerne for å gi XX- og XY-komponentdataene.

[0067] XX = SH · cos<2>α+qSV · sin<2>α; XY = -SH · sin αcos α (15)

[0068] Bemerk de registrerte SH- og qSV-bølgene i ligningen over inneholder henholdsvis den kombinerte effekten av kildeeksitasjon (ligninger 14), kildestråling og mottakerens mottakingsdirektivitet, lag-grenserefleksjon og propagering, osv., i innfallsplanet. Disse effektene er forskjellige for SH- og qSV-bølger. For eksempel, refleksjonskoeffisientene ved lagreflektoren er forskjellige for det bølgene (Aki og Richards, 1980). Ligninger (14) og (15) angår kun projiseringen inn i verktøyrammekoordinatene x og y. Utførelse av den samme analysen for y-dipolkilden for den samme intensiteten S-, YX- og YY-komponentdataene kan bestemmes:

[0069] YX = -SH · sin αcos α+qSV · sin αcos α; YY = SH · sin<2>α+qSV · cos<2>α (16)

[0070] Ved kombinering av de fire-komponents kryss-dipoldataene, kan de ønskede SH- og qSV-refleksjonsbølgene erverves.

[0071] SH = XX · cos<2>α+(XY+YX) · sin αcos α+YY · sin<2>α

qSV = XX · sin<2>α -(XY+YX) · sin αcos α+YY · cos<2>α (17)

[0073] Vinkelen α som er nødvendig for beregningen av refleksjonsbølgene er tilveiebrakt av kryss-dipolanisotropi inversjonsanalyse (Tang og Chunduru, 1999). Analysen finner vinkelen mellom x-aksen til verktøyet og den raske skjærpolarisasjonsretningen. For en TI-formasjon med dens symmetriakse hellende fra borehullet (som i fig.3), er den raske skjær-bølgen langs borehullet enten en SH-eller qSV-type bølge, avhengig av formasjons-anisotropiparametere og hellingsvinkelen til symmetriaksen (dvs. Φ) (se Tang og Patterson, 2005). Derfor er SH- og qSV-refleksjonene allerede inneholdt i de raske og trege skjær-bølgedataene beregnet av analysene.

[0074] De raske og trege skjær-bølgedataene, består imidlertid primært av bølgene som reiser direkte langs borehullet, som må fjernes for å ekstrahere de ønskede refleksjonene av mye mindre amplitude. I denne hensikt kan den ovenfor nevnte signalprosesserings-metoden (funnet i 11/342,145) anvendes på de raske og trege bølgedataene for respektivt å erverve SH- og qSV-refleksjonene.

[0075] Praktisk implementering av metoden i dataprosessering - Prosedyren og resultatet til den akustiske refleksjons-profileringsmetoden kan effektivt demonstreres ved å implementere den på feltdata-prosessering. Feltdataeksempelet benytte her er for en vertikal brønn gjennom en sand/skifer-formasjon i Mexico-gulfen.

[0076] Fig.6 viser de akustiske data og tilknyttede loggekurver for demonstrering av metoden. Spor 1 fremviser loggekurvene for gammastråling, kaliber og dipolasimuten til det akustiske verktøy. Spor 2 viser P- og S-bølgelangsomhets (slowmess) -kurver. De to anisotropi-loggekurvene, vist i spor 3 indikerer at formasjonen har anisotropi. Anisotropi-parameter γ-loggkurven er den skyggelagte kurven plottet fra høyre (0) mot venstre (100%), som er oppnådd fra invertering av Stoneley-bølgedataene (Tang, 2003). Kryss-dipolanisotropien (anixd) analyseresultat indikerer liten (gjennomsnittlig 2-3%) men vedvarende anisotropi (plottet fra venstre (0) mot høyre (20%)) i denne formasjonen. Anisotropien og dens asimut er fremvist i (VDL) anisotropikartet til spor 4. Hellingsanalyse-resultater er fremvist i det siste sporet, som viser at den gjennomsnittlige hellingen til formasjonslagene er omkring 30º, hellende mot NNW-retningen. Hellingsanalyse-resultatet benyttes til å bestemme den raske/tregeskjærbølgepolariseringen.

<[0077]>Rosediagrammet i spor 5 indikerer at den gjennomsnittlige raske skjærpolariseringen er tilnærmelsesvis rettet inn med formasjonshellingsretningen. Denne retningen, ifølge fig.5, bør være i innfallsplanet som inneholder qSV-bølgepolariseringen. Det er derfor bestemt at qSV-refleksjonen er inneholdt i de raske skjær-data mens SH-refleksjonen er i de trege skjær-data. De raske og trege dataene over formasjonsintervallet er vist i spor 6, fra hvilken SH- og qSV-refleksjonene vil bli ekstrahert.

[0078] Benyttelse av gangtiden til individuelle refleksjonshendelser - Prosessering av de raske skjær-data ved å benytte signalprosesserings-metoden funnet i det ovenfor refererte serienr.11/342,145 oppnår qSV-refleksjonsbølgene (fig.7, spor 3). Som vist i denne figuren er et antall refleksjonshendelser klart identifisert. Hendelsen rundt 9280 fot ved bunnen av fig.7 ble valgt for å demonstrere analysen. Den detaljerte refleksjonsbølge-karakteristikken og dens utflytting (moveout) fra denne dybden er vist i fig.8. Dataprosessering kan anvendes for å velge ut dens ankomsttid, som indikert av en kurve som sporer hendelsen. Faktisk kan denne gangtidskurven benyttes med ligning (10) for å estimere lagskjæringsvinkelen Φ, som

[0079] (TT · v)<2>- H<2>= 4Z(Z+H) · sin<2>Φ (18)

[0080] Ved å benytte (gjennomsnitts) skjærhastighet v over hendelsesvarighetsavstanden Z, (vTT)<2>-H<2>data tilpasses lineært til 4Z(Z+H), og vinkelen Φ estimeres fra stigningen til den tilpassede linjen. Dette vinkelestimerings-eksempelet er demonstrert i fig.9 ved å benytte TT-dataene på fig.8. Den estimerte vinkelen er omkring 60º og laghellingsvinkelen (90º - Φ) er derfor 30º, i nær overensstemmelse med hellingsloggen vist i fig.8. Alternativ kan vinkelen estimeres fra avbildningen av reflektorene som oppnås ved migrering av refleksjonen(e) fra tiden til (radial) dybdedomene.

[0081] ProsesseringX aCvO dRe sakte skjærbølgedata ved å benytte den samme signalprosesseringsmetoden oppnår SH-refleksjonene. Fig.9 overlapper SH- og qSV-refleksjonsbølgene for dybden omkring 9280 fot. Det er noe tidsforsinkelse på SH-bølgen i forhold til qSV-bølgen, som viser effekten av anisotropien på refleksjonene. Tidsforsinkelsen eller forskjellen mellom de to refleksjonsbølgene kan effektivt beregnes ved å benytte kryss-korrelasjon mellom de to bøl

·

<[0083]>Tidsvinduet TW, omkring 1-2 bølgelengder langt, 2g

e de

rtne.

langs refleksjonsgangtiden TT (se fig.8). Tidsdifferansen ΔT er verdien av τ (angitt ved τmax) som maksimaliserer kryss-korrelasjonsfunksjonen over, idet denne maksimumsverdien er kryss-korrelasjonskoeffisienten XCOEF.

[0085] ΔT og XCOEF-data er vist i det venstre plottet i fig.8. ΔT tilveiebringer et mål på anisotropieffekten og XCOEF indikerer datakvaliteten og similariteten til bølgene.

Tidsdifferansen, pluss gangtids rven g. 8), gir gangtidsforholdet for SH til qSV bølger.

[0087] Overkrysningen av re

skjæringspunktet. Fra

forholdet lineært tilpasset m qku

ot sin a (f.

<2>Ψ.qeks. TT-kurve

dette punkte

Fra stigninge qn i fi

fleksjons-gangtiden med skjærgangtiden langs borehullet definerer lag t måles verktøyavstanden Z fra reflektoren. Avstanden og den estimerte lagvinkelen Φ benyttes deretter i ligning (9) for å beregne bølgeinnfallsvinkelen Ψ. Ved å benytte ligning (12) er refleksjonsgangtids n til den tilpassede linjen, er den viktige anisotropi-parametere η beregnet ved å benytte

[0089] Fig.10 viser forholdsdataen

enn SH rundt Ψ=30º, kons 2e mot sin<2>Ψ, som oppviser en lineær trend som predikert ved ligning (12). Linjen tilpasset til dataene gir en stigning på 0,31. Den gjennomsnittlige γ er 0,19 og P-til-S hastighetsforhold er 2,07. Dette gir en η-verdi på 0,12. Eksempelet i fig.1, som er beregnet med like verdier for γ og η, viser at qSV er raskere istent med feltmålescenariet.

[0090] Benyttelse av gjennomsnittlige SH- og qSV refleksjons-tidsdifferanse -Analysering av individuelle refleksjoner for å oppnå anisotropiestimater omstendelig og tidsforødende. I seismisk tolkning behøver tolkeren ofte kun en gjennomsnittlig anisotropiegenskap over en stor formasjonsblokk, istedenfor anisotropien til individuelle formasjonslag. Derfor, som et alternativ, å oppnå anisotropiegenskapen over et stort formasjonsintervall, SH og qSV refleksjons-tidsdifferansen kan midles over intervallet for å oppnå et gjennomsnittlig anisotropiestimat. For dette gjennomsnittet kan det antas at skjæringsvinkelen Φ til lagene i formasjonsintervallet av interesse ikke varierer signifikant.

[0091] For å få tidsforskjell-gjennomsnittet, for hver dybde utføres en beregning for krysskorrelasjons-funksjonen til ligning (19) ved å trinnvis føre korrelasjons-tidsvinduet TW gjennom hele bølgeregistreringstiden. SH- og qSV-tidsdifferansen og deres korrelasjonskoeffisient er da e

Zn to-dimensjonal funksjon av Z (verktøyposisjon

eller dybde) og t (tid). Det gjennomsnittli Zge av tidsdifferansen er vektet med korrelasjonskoeffisienten.

[0093] hvor ΔZ er formasjonsintervallet for dette gjennomsnittet. Vekting ΔT med XCOEF for hver dybde Z er basert på det faktum at koeffisienten er stor kun ved dybder hvor refleksjonene er til stede, slik at dybdene uten refleksjoner ikke vil bidra til beregningen.

[0094] Etter dybdegjennomsnittet, blir den gjennomsnittlige tidsdifferansen� ΔT� en funksjon av kun tiden t. Anta en innvariant Φ for alle lagene i ΔZ, tiden t kan betraktes som refleksjonsgangtiden TT (dvs. t →TT) i ligning (18) og bruk denne ligningen for å få en ekvivalent reflektoravstand Z for en reflekson som ankommer ved t.

· · ·

[0096] hvor v er den gjennomsnittlige skjærhastigheten i ΔZ. Avstanden Z brukes deretter i ligning (9) for å beregne innfallsvinkelen Ψ. Til sist, ved å benytte� ΔT� i ligning (21) for å få gangtidsforholdet (merk t=TT) kan en lineær tilpasning utføres mellom forholdet mot sin<2>Ψ for å oppnå den gjennomsnittlige η-verdien over ΔZ ved å benytte ligning (22).

[0097] I et ikke-begrensende eksem<2>pel er metod<2>j

en over de

ig. 7. VDL-avbildningene av ΔT og XCOE

tiden på 0-14,4 ms. ΔT og XCOEF-��monstrert ved å benytte dataeksempelet i f F (spor 4 og 5), og SH-og qSV-refleksjonene (spor 2 og 3) brukt for å beregne dem, fremvises for intervallet for hele den registrerte avbildningene illustrerer respektive samsvar; trekkene på dem svarer til refleksjonslokaliseringer.

Avbildningene av formasjons-laggrensene, som oppnådd fra migrering av SHrefleksjonsdataene er også fremvist på høyre side, som viser at den gjennomsnittlige hellingen av laget som krysser borehullet er omkring 30º. Det bør bemerkes at hellingsanalyse-resultatet i fig.6 gir en lignende verdi. Dette gir en gjennomsnittsverdi på 60º for Φ, som er nødvendig for å beregne ligning (24).

[0098] ( ΔT)(t) og XCOEF-data etter gjennomsnittberegning er vist i fig.11 (øvre plott) for hvert samplet tidsintervall. Lavere plott i fig.11 viser forholdsdata mot sin<2>Ψ og en lineær tilpasning til dataene. Stigningen til den tilpassede linjen inneholder gjennomsnittsverdien for h. Den tilpassede linjen i det lavere plottet svarer til den tilpassede kurven i det øvre plottet mot refleksjonstid. Avtakningen XCOEF er resultatet av bølgesvekking over reist distanse eller tid. Det tilsvarende gangtidsforholdet (ligning (21)) er plottet mot sin<2>Ψ (laver plott), som viser et godt lineært forhold. Stigningen til linjen tilpasset til dataene benyttes i ligning (22) for å beregne η. Den samme tilpasningen mot refleksjonstid er plottet som en heltrukken kurve i det øvre plottet. Merk γ-verdien i denne ligningen er nå gjennomsnittverdien over hele det fremviste dybdeintervallet på 300 fot, som er omkring 0,12. Den estimerte η-verdien er 0,05, som bør betraktes som gjennomsnittsverdien til dybdeintervallet. Dataene er også tilpasset med en ikke-lineær metode (stiplet kurve, skal diskuteres i det videre). For denne lille vinkel (0< Ψ<30º) -situasjon, begge metodene tilpasser dataene like godt.

<[0099]>Ikke-lineær inversjon for stor vinkel og sterk anisotropi - I tilfeller med store innfallsvinkler og sterk anisotropi, kan den lineære tilpasningsmetoden, basert på ligninger (12), ikke være adekvat og en ikke-lineær tilpasning bør benyttes med ligninger (3) og (6); disse forhold er gyldige for sterk anisotropi og store innfallsvinkler. Ved store innfallsvinkler har qSV- og SH-hastighetene en forskjellig funksjonell avhengighet av vinkelen gjennom den respektive anisotropiparameter η og γ (se ligninger (3) og (6)). Det er mulig at qSV mot SH hastighetsforhold kan plukke opp følsomheten for hver individuelle parameter, mens i tilfellet med den lille vinkelen er forholdet hovedsakelig følsomt for en kombinasjon av ηog γ (ligninger (12)). Derfor, kan datatilpasning ved å benytte en inversjonsmetode på samme måte oppnå estimater av begge parametere.

[00100]En hindring i ikke-lineær inversjon er at parameteren ε også svakt påvirker qSV-hastigheten (se ligninger (3), hvor ε - δ= η er en uavhengig parameter og vi refererer til ε i nevneren). Invertering av denne parameteren kan pådra seg store feil på grunn av dens lille følsomhet. En løsning er å erstatte ε med γ i inversjonen, og anta at de to parameterne har omtrent samme størrelse. Eller, vi kan ganske enkelt sette ε = 0 og kun invertere for η og γ. Begge tilnærmingene bør ikke forårsake store feil i inversjonsresultatet på grunn av den svake ε-avhengigheten av skjærhastigheten.

[00101]Fig.12 er et ikke-begrensende eksempel for parameterestimeringen ved å benytte inversjonsmetoden. Gang-tidsforholdsdataene, plottet mot sin<2>Ψ, er gjennomsnittet over et 200 fot sandformasjons-intervall ved å benytte ligning (23). Sandformasjonen er sandwiched mellom to skifer-formasjoner. Den gjennomsnittlige formasjonshellingsvinkelen er 45º. For dette store vinkelområdet viser dataene klart en ikke-lineær trend som ikke kan tilpasses godt til en linje (stiplet linje). Ved å benytte inversjonsmetoden oppnås en ikke-lineær tilpasning gjennom dataene (heltrukken kurve). Anisotropi-parameterne, spesielt for dette eksempelet, påkrevet for tilpasningen er η = 0,18 og γ = 0,26, henholdsvis. Dette ikke-begrensende eksempelet viser at det er mulig å samtidig invertere de to anisotropi-parameterne når bølgeinnfallsvinkelen dekker et bredt område.

[00102]Benyttelse av P-bølgerefleksjoner - Estimeringsmetoden over som benytter qSV til SH refleksjoner er nyttig for å oppnå anisotropi-parametere η og γ. Hvis en ytterligere måling, ved å benytte P-bølgerefleksjoner, kan oppnå et estimat av enten ε eller δ, da kan det komplette settet av tre Thomsen-parametere estimeres.

[00103]P-til-SH gangtidsforholdet, som gitt i ligninger (11) eller (12) (sistnevnte er for svak anisotropi og små vinkler), kan benyttes for å tilveiebringe den ytterligere måling. En ulempe ved å benytte P-til-S bølgetidsforholdet er imidlertid at P- og S-refleksjoner assosiert med en lagreflektor må identifiseres individuelt. Dette vil være vanskelig hvis det er et antall reflektorer i nær avstand. (Dette er ikke et problem for qSV- og SH-bølger hvis deres relative tidsforskjell er oppnådd ved krysskorrelasjon). Videre, de to typene refleksjonsdata kan ikke prosesseres med krysskorrelasjonsmetoden over på grunn av deres signifikant forskjellige gangtid og frekvensinnhold. Som et resultat, er gjennomsnittsmetoden (ligning (23)) som er effektivt brukt for qSV- og SH-refleksjoner ikke anvendbar. Til tross for ulempene, er teorien for å benytte P-til-S-forholdet gyldig og er klart til å bli benyttet hvis fordelaktige P og S refleksjonsdata er tilgjengelige.

[00104]Prosessering av bølgedataene som beskrevet over kan utføres med en analysator. Et spesifikt eksempel på en analysator er et informasjonshåndteringssystem (IHS). En IHS kan anvendes for styring av genereringen av det akustiske signalet heri beskrevet og også for mottaking av styringen av den påfølgende registreringen av signalet (signalene). Videre, IHS kan også benyttes til å lagre registrerte data og også prosessering av dataene til et lesbart format. IHS kan anbringes på overflaten, i brønnboringen, eller delvis over og under overflaten. IHS kan inkludere en prosessor, minne aksessibelt av prosessoren, ikke-volatilt lagringsområde aksesserbart av prosessoren, og logikk for å utføre hvert av trinnene som er beskrevet over.

<[00105]>Den foreliggende oppfinnelse beskrevet heri, er derfor godt tilpasset til å utføre formålene og oppnå endene og fordelene som er nevnt, og også andre som er iboende deri. Mens en nåværende foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen har blitt gitt i den hensikt å fremlegge, kan et utallig antall endringer eksistere i detaljene til prosedyrene for å oppnå de ønskede resultatene. Disse og andre lignende modifikasjoner vil lett foreslå seg selv for de faglærte i teknikken, og er tiltenkt å være omfattet innenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelse fremlagt heri og omfanget av de vedføyde kravene.