Full waveform inversion of walk-away VSP data

par Mark Alvin Roberts

Thèse de doctorat en Géophysique interne

Sous la direction de Satish C. Singh.

Soutenue en 2007

à l'Institut de Physique du Globe (Paris) .


  • Résumé

    Depletion of the earth’s hydrocarbon reserves has led to exploration and production in increasingly complex environments. Imaging beneath allochthonous salt (e. G. Salt domes) remains a challenging task for seismic techniques due to the large velocity contrast of the salt with neighbouring sediments and the very complex structures generated by salt movement. Extensive allochthonous salt sheets cover many potentially productive regions in the deep-water Gulf of Mexico. Drilling through the base of salt is an extremely challenging task due to widely varying pore-pressure found in the sediments beneath. Seismic methods to estimate the seismic velocity can be used in conjunction with empirical formula to predict the pore pressure. However, accurate measurements are often not possible from surface reflection seismic data, so walk-away Vertical Seismic Profile (VSP) data has been used. This involves repeatedly firing a seismic source at various distances from the borehole (usually an airgun array) while recording the velocities measured by geophones in the borehole placed at appropriate depths near the base of the salt. Before this thesis, the data had been processed using the amplitude versus angle information in a simple one-dimension approximation or using travel time information (also using a 1D assumption). In this thesis, I have used 2D full waveform inversion to tackle the problem of velocity estimation. This has the advantage of simultaneously inverting the whole dataset (including transmitted waves, reflected waves, converted waves) and the method includes traveltime and amplitude information. The inversion was performed using local inversion methods due to the size of the inverse problem and the cost of the forward problem. Concerns over large sensitivity variations, that are inherent in the data acquisition, have lead to an examination of the Gauss-Newton method and possible preconditioning matrices for the conjugate gradient method. Due to the poorly constrained nature of the inverse problem, a smoothness constraint has been applied with an innovative preconditioning method. The methodology has been applied to real data and the pore pressure has been predicted using the well established Eaton equation. In addition, the sub-salt structure was recovered, further demonstrating the value of this technique


  • Résumé

    Du fait de l’épuisement des réserves de pétrole, l’exploration et la production sont réalisées dans des environnements de plus en plus complexes. Faire de l’imagerie sismique sous le sel allochtone (par exemple dômes de sel) demeure une tâche difficile à cause du fait contraste de vitesse dentre le sel et les sédiments voisins et les structures très complexes produites par les déplacements de sel. Les nappes de sel allochtone couvrent de nombreuses régions potentiellement productives dans l’offshore profond du Golfe du Mexique. Forer la base du sel est une tâche extrêmement difficile en raison des pressions de pore fortement variables que l’on recontre dans les sédiments sous le sel. Des méthodes sismiques pour estimer la vitesse des ondes sismiques peuvent être employées en même temps que des formules empiriques pour prévoir la pression de pore. Cependant, il est souvent impossible de mesures précises depuis la surface, et nous avons donc employé des données VSP (Vertical Seismic Profile) “walk-away” cela implique d’effectuer plusieurs tirs sismique à diverses distances du forage (géneralement avec un dispositif de canons á air) tout en enregistrement les vitesses mesurees par des geophones placés à des profondeurs appropriées dans le forage. Avant cette thèse, les données étaient traitées en utilisant l’information d’amplitude en fonction de l’angle dans un simple approximation 1D ou en utilisant l’information de temps de parcours (également avec une approximation 1D). Dans cette thèse, j’ai effectué une inversion 2D de forme d’onde pour résoudre le problème d’estimation des vitesses. Cela a l’avantage d’inverser simultanément l’ensemble des données (comprenant les ondes transmises, les ondes refléchies et les ondes converties) et la méthode inclut l’information de temps de parcours et d’amplitude. L’inversion a été exécute avec des méthodes locales d’inversion du fait de la taille du problème inverse et de la difficulté du problème direct. Les problèmes liés aux grandes variations de le sensibilité inhérents à l’acquisition de données, ont conduit à un examen de la méthode de Gauss- Newton et à des matrices, de préconditionnement possibles pour la méthode du gradient conjugué. En raison de la nature mal contrainte du problème inverse, une régularisation a été appliquée avec une méthode de préconditionnement innovatrice. La méthodologie a été appliquée à des données réelles et la pression de pore a été prédite en utilisant l’équation bien établie de Eaton. En outre, les structures sous le sel ont été déterminées, confirment ainsi l’efficacité de cette technique

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Informations

  • Détails : 1 vol. (181 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 166-181

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Sciences de la Terre Recherche - cartothèque - CADIST.
  • Consultable sur place dans l'établissement demandeur
  • Cote : T GLOB 2007 20
  • Bibliothèque : Centre Technique du Livre de l'Enseignement supérieur (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : PMC RT P6 2007 020
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