بخشی از مقاله
چکیده
طیف فرکانس لرزه ای یک منبع از اطلاعات مفید برای تعیین خصوصیات مخزن هیدروکربنی می باشد. چون لرزه نگاشت در حوزه زمان-مکان ثبت می شود، بنابراین یک بردار از طیف فرکانسی می تواند برای هر لرزه نگاشت تولید شود. از آنجا که بردارهای طیف فرکانسی در محل های مختلف زمان -مکان دارای ویژگی های متنوعی هستند، پس می توان از الگوی تغییرات فرکانسی در محدوده مخزنی بهره جست. با عبور سیگنال لرزه ای از داخل مخازن گازی، در اثر پدیده جذب، فرکانس غالب سیگنال نیز کاهش می یابد، لذا برای تشخیص محدوده مخزن گازی می توان از روش های تجزیه طیفی برای تولید الگوی تغییرات فرکانسی استفاده کرد.در این مقاله، برای اولین بار، الگوی تغییرات فرکانسی برای تعیین محدوده سیال یک مخزن هیدروکربنی با استفاده از روش تعقیب تطابق تولید شده است. در روش تعقیب تطابق به دلیل اینکه هر جزء از سیگنال به صورت جداگانه مورد بررسی قرار می گیرد، تفکیک پذیری بهتری نسبت به سایر روشهای تجزیه طیفی وجود دارد. نتایج نشان داد که روش تعقیب تطابق در تعیین محدوده سیال مخزن هیدروکربنی کار آمد است.
کلیدواژهها: تعقیب تطابق، الگوی تغییرات فرکانسی، تعیین محدوده سیال مخزن هیدروکربنی
-1 مقدمه
سیگنال های لرزهای سیگنالهای ناپایا هستند، به طوری که محتوای بسامدی آنها با زمان تغییر میکند. بنابراین یک تبدیل یک بعدی به فضای بسامدی برای برخی از اهداف پردازشی کافی نیست. هدف از این تحقیق به دست آوردن طیف زمان-بسامد است که قدرت تفکیک آنها با تغییر محتوای بسامدی سیگنال تغییر نماید. واضح است که تغییرات محتوای بسامدی با زمان تریس لرزه ای، نشانگر اطلاعات در مورد توالی بازتابها در زیرزمین می باشد. در نتیجه تحلیل زمان-بسامد تریس لرزه، میتواند به عنوان یک روش موثر برای تعیین محدوده سیال مخزن هیدروکربنی باشد. با توجه به ارزان بودن سختافزارهای محاسبه، این روشها میتوانند باسرعت زیادی بخشهای مورد علاقه را در دادههای لرزهنگاری با وضوح بیشتری نمایش دهند. تعیین ضخامت لایههای مخزنی، نمایش مستقیم هیدروکربور - DHI - با توجه به افت محتوای بسامدی در بخش مخزن و نمایش جزئیات چینه شناسی از مواردی هستند که در شرکتهای نفتی به طور معمول استفاده میشوند.[1]
از آنجائیکه تمام رخدادهای مهم در مطالعات مخزنی خود را در مقاطع لرزه ای معمولی نشان نمی دهند و قابل رویت نیستند، بررسی محتوای فرکانسی و به شکل ویژه بررسی فرآیندهای تک-فرکانسی پدیده های مخزنی می تواند دید خیلی بهتری به مفسرین و ژئوفیزیکدانان در زمینه مطالعات مهندسی نفت ارائه دهد. روش تجزیه طیفی یکی از این روش ها می باشد که خود به مجموعه ای از بخشهای مختلف تقسیم می شود و گستردگی دامنه کاربرد هر یک از این زیر مجموعه های آن نیز نشان دهنده اهمیت آن است. تجزیه طیفی یک روش کلی و جامع است که بسیاری از روشها و مطالعات را به شکل گسترده شامل می شود. طبق تعریف به کلیه روشهایی که تحلیل پیوسته ای از طیف های دامنه، فرکانس، فاز و انرژی ارائه می دهد تجزیه طیفی گفته می شود.[1]
تجزیه طیفی روشهایی می باشند که طیف فرکانسی را در پنجره ای به مرکز هر نمونه زمانی از تریس لرزه میدهند. این طیف اعم از طیف دامنه، طیف فاز یا تغییرات فاز با فرکانس و طیف انرژی می باشند. بنابراین حاصل اعمال تجزیه طیفی یک رد لرزه، صفحه نمایش زمان-فرکانس میباشد. از اولین روشها در بدست آوردن طیف محلی، تبدیل فوریه زمان کوتاه است. در این روش پنجرهای مناسب با طول ثابت در نظر گرفته شده، در هر لحظه در رد لرزه ضرب میشود و تبدیل فوریه بر روی رد لرزه پنجره شده اعمال میگردد تا اطلاعات زمان-فرکانس محلی بدست آیند. تحلیل زمان-فرکانس از این دیدگاه را تبدیل فوریه زمان کوتاه گویند و نقشه زمان-فرکانس حاصل طیف نما نامیده می شود. در این روش طول پنجره زمانی همواره ثابت است[2]، .[3]
از اولین پایه گزاران این روش می توان پیتون و همکاران - 1998 - ، پارتیکا و همکاران - 1999 - ، مارفورت و کرلین - 2001 - ، را نام برد. با توجه به ارتباط بین طیف فرکانسی در پنجره کوچکی از رد لرزه با ویژگی های بازتابی وجود دارد، این روش در مطالعه و تشخیص لایه های نازک ابزار مفیدی است.امواج لرزهای جزو امواج ناپایا هستند. یعنی محتوای بسامدی متغیر با زمان دارند. از اینرو چنانچه هدف تفکیک دقیق وقایع زمانی مجزا است، بهتر است از روشهایی استفاده کرد که طول پنجره در آنها به طور خودکار با فرکانس تنظیم میشود.
از جمله این روشها میتوان تبدیل موجک پیوسته را نام برد. در این روش قدرت تفکیک زمانی و بسامدی در صفحه زمان-بسامد تغییر میکند تا یک تحلیل با قدرت تفکیک چندگانه به دست آید. روش تبدیل موجک پیوسته، از جمله روشهای تجزیه طیفی که منجر به بدست آمدن نمایش زمان-بسامد با تفکیک زمانی بالا برای بسامدهای بالا و تفکیک بسامدهای بالا در بسامدهای پایین میگردد. این روش از شیوههای مفید است چرا که مخازن هیدروکربور در بسامدهای پایین قابل تشخیص اند و لایههای نازک، با تفکیک زمانی بالا در بسامدهای بالا مشخص میگردند .[4]
در همین راستا روش دیگری به نام تبدیل S از مدل پنجرهای استفاده می کند که در هر لحظه با بسامد مورد تحلیل، تطبیق داده میشود. بنابراین از یک طرف خصوصیاتی مانند تبدیل موجک پیوسته در قدرت تفکیک زمان-بسامد دارد و از طرفی دیگر به تبدیل فوریه زمان کوتاه شبیه است.[5]روشهای نمایش زمان-بسامدی که اساس آنها در تبدیل فوریه میباشد روشهای مرتبه اول میباشند. در این روشها تغییرات بسامدی دادهها نگهداری و مشخص میگردند، در حالی که تغییرات یا جابجاییهای زمانی به طور دقیق در مقطع زمان-بسامد مشخص نمیگردند. به عبارت دیگر تفکیک زمانی دقیقی برای وقایع بسامدی نداریم.
یک نمایش مرتبه دوم زمان-بسامد، تغییرات در هر دو حیطه زمان و بسامد را بهتر نشان می-دهد. به عبارت دیگر اگر سیگنال از نظر زمان و یا بسامد تغییرات داشته باشد، نمایش زمان -بسامد مرتبه دوم آن، این تغییرات را همانگونه که هست آشکار میسازد. روش مرتبه دوم یا غیرخطی مانند توزیع ویگنر-ویل، تفکیک زمانی و فرکانسی بالاتری نسبت به روشهای مرتبه اول دارد.[6] در این روش از معکوس سیگنال به عنوان تابع پنجره در هر لحظه استفاده میشود. این منجر به بدست آوردن نمایش دقیقتر زمان-بسامد با انتخاب پنجره مناسب در هر لحظه میشود ولی حضور جملات متقابل حاصل از این روشهای تجزیه، تفسیر را مشکل می سازد. از روش هایی که بدون داشتن این مشکلات، نیاز به پنجره کردن را برطرف میکند، میتوان روش تجزیه با تعقیب تطابق را نام برد.
روش تجزیه با تعقیب تطابق که روش جدیدتری نسبت به سایر روش های تجزیه طیفی است، از توزیع ویگنر-ویل در الگوریتم خود استفاده می کند، با این توضیح که مشکل عبارات تداخلی را ندارد.[7] روش تجزیه با تعقیب تطابق از دگر همبستگی موجک های بانک با سیگنال لرزه ای استفاده می کند. تصویر بهترین موجک همبسته شده در سیگنال لرزه ای از رد لرزه کم می شود. موجک های بانک سپس در باقیمانده ی سیگنال لرزه ای دگر همبسته گشته و مجددا" تصویر بهترین موجک همبسته شده کسر می گردد. فرآیند به طور تکراری انجام می شود تا زمانی که انرژی باقیمانده زیر یک حد آستانه ی مورد قبول قرار گیرد.[8] این روش برای تشخیص لایه های نازک [9] شناسایی کانال ها [10] و تعیین محدوده مخازن هیدروکربنی [11] مورد استفاده قرار گرفت. در این مقاله به بررسی میزان کارآیی روش تجزیه با تعقیب تطابق در تشخیص و تعیین محدوده سیال مخزن هیدروکربنی روی داده حقیقی پرداخته شده است.
-2 تجزیه با تعقیب تطابق - MPD -
در تحقیقات انجام شده در زمینه ی کاربرد تجزیه با تعقیب تطابق روی سیگنال های لرزه ای مورد اهداف گوناگون رهیافت های زیادی برای تطابق موجک های بانک با سیگنال لرزه ای و به دست آوردن طیف زمان-بسامد وجود دارد.[12] اما مبنای تمام الگوریتم های استفاده شده در تحقیقات، همان الگوریتم مالات و ژانگ - 1993 - است. اما از آنجا که اجرای الگوریتم اصلی به دلیل تعداد تکرار های بی شمار آن بسیار زمان بر است، در تحقیقات گوناگون شرایط خاصی برای محدود کردن الگوریتم به منظور کاهش زمان اجرای آن منظور می شود.
اگرچه با وجود این، روش تجزیه با تعقیب تطابق هنوز هم در مقایسه با دیگر روش های زمان- بسامد زمان اجرای زیادی نیاز دارد. در این مقاله شرایط خاص استفاده شده در الگوریتم تا حدودی مشابه الگوریتم روش ونگ - 2007 - می باشد.[13]با توجه به نوع موجک g استفاده شده در MPD، موجک به طور ذاتی بر حسب تاخیر زمانی u، مقیاس ، بسامد و فاز بیان می شود. آنگاه تعقیب تطابق بطور تکراری اجرا می شود و با هر تکرار یک شکل بهینه ازموجک انتخاب شده - g Q تابی از u، ، و است - استخراج می شود که n شماره ی تکرار است. بعد از n تکرار، یک ردلرزه ی f - t - به شکل زیر بیان می شود: [11]
