Эти волны могут порождаться землетрясениями, атмосферными явлениями, отражать движение транспорта и работу промышленных объектов.Микросейсмические исследования (МСИ) – это пассивный метод сейсморазведки, который включает низкочастотное сейсмическое зондирование (НСЗ) [1] и мониторинг гидроразрыва пласта (ГРП) [2]. Принцип работы низкочастотного зондирования основан на регистрации сейсмического сигнала на дневной поверхности и выявлении низкочастотных 1–10 Гц аномалий [3]. Присутствие в спектре сигнала значений с повышенными амплитудами свидетельствует о наличии залежи углеводородов и при последующей интерпретации может использоваться для ее оконтуривания [4].
При проведении площадных работ методом НСЗ исследуется территория большой площади. Для одновременной фиксации микросейсм требуются сотни сейсмоприемников, что не представляется возможным, поэтому с меньшим количеством датчиков постепенно изучается вся территория. Целью работы стало выявление оптимального количества приборов и расстояния между точками физических наблюдений.
Объект исследования. Для исследования создаются три массива данных. Первый массив – это геологическая модель с предполагаемой залежью. Углеводородная залежь задается разным диапазоном значений, чтобы показать различную интенсивность энергии сигнала, исходящего от залежи [4]. Центр залежи обозначаем высокими значениями, которые уменьшаются к периферии. Чтобы проанализировать как можно больше вариантов, было смоделировано 3933 геологические модели, в которых рассматривались варианты с разным количеством, размером и расположением залежей (рис.1). Второй массив содержит данные с координатами сейсмоприемников (датчиков) (рис. 2). Третий массив данных пока остается пустым. Размер этого массива такой же, как размер первого массива данных.
Разработка метода. При разработке методики стоит учитывать одну особенность: датчик, регистрирующий микросейсмы, принимает сигнал не с точки под ним, а с некой площади – апертуры, размеры которой точно не установлены. Исходя из технических особенностей приемников, для расчета была принята окружность радиусом 1 км [5]. В работе [5] говорилось, что при расстановке датчиков квадратной сеткой их апертуры накладывались друг на друга, поэтому в разных точках можно получить части одного и того же сигнала. Так как апертуры часто перекрываются друг другом можно сетку приборов разредить без потери данных. Эксперимент проведен для 6 вариантов расстановки приборов.
Для проведения расчетов в данном исследовании был выбран метод Монте-Карло, который основан на статистическом анализе большого числа реализаций случайного процесса, который в дальнейшем оценивается статистически [5]. Если применять эту методику на реальных данных, то моделирование контура залежи проводится после фильтрации и нормализации энергии микросейсм [4, 6].
Методика обработки. Геологическая модель (массив один) представлена набором точек, каждая точка задается нулевым значением, а в местах, где располагается предполагаемое скопление УВ, значения точек отличные от нуля. Расположение датчиков определяется вручную. Для вычислений и моделирования применялся язык программирования Python с использованием свободно распространяемых библиотек NumPy, SciPy, Pandas. Для визуализации полученных результатов применялась библиотека Matplotlib.
Для вычислений используется третий массив, который представлен набором точек с нулевыми значениями. Затем, учитывая апертуру сейсмоприемника, во второй массив записывается значение равное сумме энергии сигнала. После проведения подготовительных этапов вычислений, например, расчет такого параметра, как «дельта», применяем метод Монте-Карло. На этой стадии расчетов нужно провести выборку случайных точек, которая равна 0,5 % от общего числа точек третьего массива. Далее ко всем случайно выбранным числам прибавляется число (+х) и снова считаем параметр «дельта». Если значение «дельты» больше предыдущего, вычитаем число, умноженное на 2 (-2х). Если значение «дельты» меньше предыдущего, то возвращаемся к шагу выборки случайных чисел. Весь расчет производится в цикле до тех пор, пока разница между «дельтами» не будет превышать 1% или пока не произведет 2*104 итераций.
На рис. 3 представлены результаты расчетов для 1–3 вариантов расстановки приборов. В верхней части рисунка представлена расстановка приборов на геологической модели (первый и второй массив данных), в нижней части – модельные площади (третий массив), которые мы получили в результате расчетов. Оценить результаты можно с помощью значения дельты, которая показывает, насколько различаются между собой геологическая и модельная площади. Дельта в данном случае рассчитывается как сумма квадратов разницы значений между геологической и модельной площадями. Чем меньше значение дельты, тем лучше сходимость результатов и тем лучше происходит оконтуривание залежи. Как можно заметить, моделирование методом Монте-Карло на моделях 1 и 2 показало хорошие результаты. В модели 1 использовалась расстановка 25-ти приборов квадратной сеткой через расстояние между ними равное 250 м, дельта в этом случае равна 0,67. В модели 2 использовалась расстановка, как в модели 1, только исключили 9 центральных датчиков, дельта равна 0,91. В 3 модели 9 приборов были расставлены квадратной сеткой через 250 м, дельта равна 1,16, что говорит о недостаточном количестве приборов для данной площади.
На рис. 4 представлены результаты расчетов для 4–6 вариантов расстановки приборов. В модели 4 использовалась расстановка 16-ти приборов квадратной сеткой через расстояние равное 350 м, дельта в этом случае равна 0,71. В 5 модели 36 приборов были расставлены квадратной сеткой через 250 м, дельта равна 0,69. В модели 6 использовалась расстановка, как в модели 5 только исключили 16 центральных датчиков, дельта равна 0,74.
Общий расчет был проведен для 6-ти вариантов расстановки приборов на смоделированных геологических моделях в количестве 3933 штук. В каждом варианте оценивалось количество моделей, значения дельты которых вошли в тот или иной диапазон от 0 до 0,6 или от 0,6 до 1 (рис. 5). Результаты показали, что самым оптимальным вариантом расстановки оказался 4 вариант (рис. 4, модель 4): расчетные модели имеют малое расхождение с моделированными и используется 16 датчиков, которые без потери данных регистрируют микросейсмический сигнал.
Таким образом, в настоящей работе было проведено исследование на выявление оптимальной расстановки приборов при оконтуривании залежи методом Монте-Карло. В расчетах учитывалось разное местоположение залежи и исследованы случаи, в которых залежи имеют различную интенсивность энергии сигнала. Результаты исследований показали, что в случае расстановки приборов 4-ым вариантом, оконтуривание залежи методом Монте-Карло имеет хорошую сходимость рассчитанных моделей с геологическими моделями.
Выявление оптимального количества сейсмоприемников и изменение расстояния между ними поможет одновременно фиксировать микросейсмический сигнал и за более короткий промежуток времени проводить съемочный этап работ.
