Sử dụng tài liệu xử lý ngược tuyển địa chấn thẳng đứng (vsp) để dự đoán đới dị thường áp suất cao phía trước mũi khoan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT NGUYỄN ðẮC THẾ SỬ DỤNG TÀI LIỆU XỬ LÝ NGƯỢC TUYẾN ðỊA CHẤN THẲNG ðỨNG (VSP) ðỂ DỰ ðỐN ðỚI DỊ THƯỜNG ÁP SUẤT CAO PHÍA TRƯỚC MŨI KHOAN Chuyên ngành: ðịa Vật Lý Mã số: 60.44.61 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Lê Hải An HÀ NỘI - 2010 i LỜI CAM ðOAN Tơi xin cam đoan luận văn “Sử dụng tài liệu xử lý ngược tuyến ñịa chấn thẳng ñứng (VSP) ñể dự ñoán ñới dị thường áp suất cao phía trước mũi khoan” cơng trình nghiên cứu thực riêng cá nhân Các số liệu, kết trình bày luận văn hồn tồn trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học khác Một lần nữa, tơi xin khẳng định trung thực lời cam kết Tác giả luận văn Nguyễn ðắc Thế ii MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam ñoan i Mục lục ii Danh mục bảng biểu iv Danh mục hình vẽ v Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt viii MỞ ðẦU Chương – GIỚI THIỆU CHUNG CÁC PHƯƠNG PHÁP VSP 1.1 Nguyên lý ño ghi tài liệu VSP 1.1.1 Nguồn nổ 1.1.2 Máy thu 13 1.2 Các phương pháp VSP thông thường 15 1.2.1 Phương pháp Checkshot VSP 15 1.2.2 Phương pháp Zero-Offset VSP (ZVSP) 16 1.2.3 Phương pháp Offset VSP (OVSP) 17 1.2.4 Phương pháp Walk-Above VSP (VI-VSP) 19 1.2.5 Phương pháp Walk-Away VSP (W-VSP) 19 Chương – PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NGƯỢC TÀI LIỆU VSP 21 2.1 Quá trình xử lý ngược tài liệu VSP 21 2.1.1 Mơ hình khảo sát Zero-Offset VSP 21 2.1.2 Cộng mạch tính thời gian truyền sóng 24 2.1.3 Phân tích tần số 25 2.1.4 Tiền xử lý (Pre-Processing) 26 2.1.5 Phân tách trường sóng (Wavefield Separation) 28 iii 2.1.6 Lọc ngược chỉnh dạng (Waveshaping Deconvolution) 31 2.1.7 Băng ñịa chấn VSP (Corridor Stack) 34 2.1.8 Xử lý ngược Bayesian tài liệu VSP 37 2.2 Quá trình xây dựng băng ñịa chấn tổng hợp (Synthetic) 44 2.2.1 Chỉnh sửa ñường cong 46 2.2.2 Tính tốn độ lệch tài liệu VSP tài liệu âm học 48 2.2.3 Hiệu chỉnh ñường cong âm học 50 2.2.4 Trở kháng âm học 51 2.2.5 Hệ số phản xạ 52 2.2.6 Băng ñịa chấn tổng hợp (Synthetic Seismogram) 54 Chương - DỰ ðOÁN ðỚI DỊ THƯỜNG ÁP SUẤT CAO DỰA VÀO TÀI LIỆU XỬ LÝ NGƯỢC VSP 58 3.1 Ý nghĩa việc dự đốn đới dị thường áp suất cao 58 3.1.1 Dị thường áp suất cao 58 3.1.2 Phương pháp tiếp cận 62 3.2 Phân tích điều kiện tồn phía trước mũi khoan 64 3.2.1 Trước khoan 65 3.2.2 Trong khoan 72 3.2.3 ðánh giá sau khoan 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC A - Cơ sở lý thuyết phương pháp giải ngược BayesImp (Bayesian Inversion) 85 PHỤ LỤC B - Cơ sở lý thuyết tính áp suất lỗ rỗng thành hệ từ ñường cong sonic 96 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các tham số khảo sát Zero-Offset VSP giếng Warbah-1X Bảng 3.1 Các dấu hiệu ñịa chấn, địa tầng giếng Warbah-1X Bảng 3.2 Thơng số áp suất thành hệ Pi theo chiều sâu khảo sát Bảng A-1 Bảng impedance constraints module BayesImp v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các trường sóng thu mơ hình khảo sát VSP Hình 1.2 Q trình thu nổ ñịa chấn giếng khoan mặt Hình 1.3 Hình ảnh nhóm súng khảo sát ñịa chấn biển Hình 1.4 Nguyên lý hoạt ñộng súng Hình 1.5 Hình ảnh nguồn máy rung khảo sát biển Hình 1.6 Mơ hình nguồn động lực khảo sát địa chấn đất liền Hình 1.7 Máy rung ñịa chấn ñược sử dụng ñất liền Hình 1.8 Mơ hình khảo sát địa chấn ñất liền sử dụng nguồn súng Hình 1.9 Thiết bị đo ghi VSP Versatle Seismic Imager (VSI) Hình 1.10 Mơ hình thiết bị kết hợp nhiều máy thu VSP Hình 1.11 Phương pháp Checkshot VSP Hình 1.12 Mơ hình thu nổ phương pháp Zero-Offset VSP Hình 1.13 So sánh phương pháp ZVSP OVSP Hình 1.14 Phương pháp Walk-Above VSP (VI-VSP) Hình 1.15 Phương pháp Walk-Away VSP Hình 2.1 Mơ hình khảo sát Zero-Offset VSP giếng Warbah-1X Hình 2.2 Mơ hình thu nổ Zero-Offset VSP Run1 Hình 2.3 Phổ biên ñộ thành phần thẳng ñứng Z Hình 2.4 Sơ đồ khối chuỗi xử lý tài liệu VSP thơng thường xử lý ngược Hình 2.5 Kết phân tách trường sóng downgoing upgoing Run1 Hình 2.6 Kết phân tách trường sóng downgoing upgoing Run1+Run2 Hình 2.7 Kết downgoing trước sau lọc ngược deconvolution Run1 Hình 2.8 Kết upgoing trước sau lọc ngược deconvolution Run1 vi Hình 2.9 Downgoing trước sau lọc ngược deconvolution (Run1+Run2) Hình 2.10 Upgoing trước sau lọc ngược deconvolution (Run1+Run2) Hình 2.11 Băng ñịa chấn VSP Corridor Stack cho Run1 Hình 2.12 Băng ñịa chấn VSP Corridor Stack (Run1+Run2) Hình 2.13 Sơ ñồ khối chuỗi xử lý ngược Bayesian tài liệu VSP Hình 2.14 Sơ đồ khối miêu tả bước tạo xung sóng Wavelet Corridor Stack phương pháp giải ngược Bayesian Hình 2.15 Wavelet Corridor Stack sau xử lý Bayesian Inversion Hình 2.16 Kết xử lý ngược Bayesian Inversion tài liệu VSP Run1 Hình 2.17 Trường sóng Upgoing VSP, đường trở kháng âm học vận tốc biểu diễn theo thời gian chiều sâu sau xử lý ngược Bayesian Hình 2.18 Hiệu chỉnh sonic chuỗi xử lý tài liệu băng ñịa chấn tổng hợp Hình 2.19 Các đường cong Run1 chỉnh sửa Hình 2.20 Các đường cong Run2 ñược chỉnh sửa Hình 2.21 Các ñường cong ñã ñược chỉnh sửa cho tồn giếng (Run +Run2) Hình 2.22 Hình vẽ minh họa cách tính độ lệch thời gian VSP sonic Hình 2.23 Mơ hình xây dựng trở kháng âm học hệ số phản xạ cho Run1 Hình 2.24 Mơ hình xây dựng trở kháng âm học hệ số phản xạ cho Run2 Hình 2.25 Trở kháng âm học hệ số phản xạ toàn giếng (Run1+Run2) Hình 2.26 Mơ hình xây dựng băng địa chấn tổng hợp cách tích chập hệ số phản xạ với xung sóng địa chấn chuẩn pha khơng Hình 2.27 Băng ñịa chấn tổng hợp synthetic thiết lập cho Run1 Hình 2.28 Băng địa chấn tổng hợp synthetic thiết lập cho Run2 Hình 2.29 Băng địa chấn tổng hợp synthetic ñược thiết lập với tần số khác 30hz, 40hz, 50hz cho tồn giếng (Run1+Run2) vii Hình 3.1 Sự biến thiên vận tốc cát sét theo độ sâu chơn vùi Hình 3.2 Sự biến thiên áp suất ứng suất theo chiều sâu Hình 3.3 Dị thường áp suất cao phía độ sâu ñáy giếng Hình 3.4 Kết xử lý ngược tài liệu VSP cho Run1 giếng Warbah-1X Hình 3.5 Biểu đồ biểu diễn ñường trở kháng âm học, vận tốc từ VSP ngược ñường cong tương quan thời gian - chiều sâu Hình 3.6 Biểu đồ biểu diễn thời gian truyền sóng dạng logarit theo chiều sâu sét biến đổi từ đường cong ∆ti Hình 3.7 Biểu đồ biểu diễn biến thiên áp suất lỗ rỗng thành hệ theo chiều sâu biến ñổi từ ñường cong vận tốc sau giải ngược Hình 3.8 So sánh kết xử lý ngược với Run2 sau khoan Hình 3.9 So sánh kết xử lý ngượcVSP Run1 với ñường cong ñịa vật lý giếng khoan (Run1+Run2) theo miền độ sâu Hình 3.10 So sánh VSP Upgoing, corridor stack với synthetic, băng ñịa chấn mặt dấu hiệu địa tầng cho tồn giếng khoan Hình 3.11 So sánh kết xử lý ngược VSP với tài liệu tồn giếng Hình 3.12 Biểu ñồ biểu diễn thời gian truyền sóng theo chiều sâu sét ño ghi thực tế sau khoan Run2 qua đới dị thường áp suất cao Hình 3.13 Biểu ñồ biểu diễn biến thiên áp suất lỗ rỗng thành hệ theo chiều sâu tính từ đường cong sonic∆t12 đo thực tế Hình 3.14 Biểu đồ so sánh biến thiên áp suất lỗ rỗng thành hệ theo chiều sâu tính từ đường cong sonic ∆ti ∆t12 Hình A-1 Các tham số sử dụng module BayesImp Hình A-2 Các tham số phương pháp nghịch đảo Bayesian Hình B-2 Sơ đồ khối tính áp suất thành hệ từ ñường cong sonic viii DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VSP (Vertical Seismic Profiling) Phương pháp tuyến ñịa chấn thẳng ñứng giếng khoan ZVSP (Zero-Offset VSP) Phương pháp tuyến ñịa chấn thẳng ñứng giếng khoan có khoảng cách nguồn nổ - máy thu gần OVSP (Offset VSP) Phương pháp tuyến ñịa chấn thẳng đứng giếng khoan có khoảng cách nguồn nổ - máy thu xa VI-VSP (Vertical Incident VSP) Walk-Above VSP Phương pháp tuyến ñịa chấn thẳng ñứng giếng khoan có nguồn nổ nằm phía máy thu VSI (Versatle Seismic Imager) Thiết bị ño ghi VSP CSI (Combinable Seismic Imager) Thiết bị ño ghi VSP SAT (Seismic Acquisition Tool) Thiết bị ño ghi VSP WST (Well Seismic Tool) Thiết bị ño ghi VSP MD (Measured Depth) Chiều sâu tính từ sàn giếng khoan TVDss (True Vertical Depth Sub-Sea) Chiều sâu thực thẳng đứng tính từ mực mặt chuẩn KB (Kelly Bushing) ðộ cao sàn giàn khoan DF (Direct Floor) ðộ cao sàn giàn khoan GL (Ground Level) Chiều sâu ñáy biển (khảo sát biển) Mặt ñất (khảo sát ñất liền) SRD (Seismic Reference Datum) Mặt ñịa chấn tham khảo MSL (Mean Sea Level) Mực nước biển chuẩn TWT (Two-Way Travel Time) Thời gian truyền sóng hai chiều ix Well Markers Các dấu hiệu ñịa chấn, ñịa tầng VSP Corridor Stack Băng ñịa chấn cộng VSP Synthetic Seismogram Băng ñịa chấn tổng hợp Synthetic Surface Seismic Băng địa chấn mặt Downgoing Trường sóng xuống Upgoing Trường sóng phản xạ (đi lên) Wavefield Separation Phân tách trường sóng Velocity Filter Bộ lọc vận tốc Waveshape Deconvolution Bộ lọc ngược chỉnh dạng TAR (True Amplitude Recovery) Bộ lọc khơi phục biên độ Normalization Bộ chuẩn hố biên độ BPF (Bandpass Filter) Bộ lọc dải tần số BayesImp (Bayesian Inversion) Phương pháp xử lý ngược tài liệu VSP T-D Conversion (Time-Depth) ðường chuyển ñổi thời gian - chiều sâu TD (Total Depth) ðộ sâu ñáy giếng khoan BS (Bitsize) ðường cong đường kính giếng khoan DT (∆t) Ký hiệu ñường sonic AIMP (Acoustic Impedance) Ký hiệu ñường trở kháng âm học REFL (Reflection Coefficient) Ký hiệu ñường hệ số phản xạ 1-D Một chiều 2-D Hai chiều 86 1.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp nghịch ñảo BayesImp (Bayesian Inversion of Acoustic Impedance) Quy tắc Bayesian ñược sử dụng ñể cho tập hợp hàm cost sử dụng cho phép nghịch đảo rời rạc seismograms Mơ hình chập thơng qua: ‫ݕ‬௞ ൌ ‫ݓ‬௞ ‫ݔ כ‬௞ ሺ‫ ܣ‬െ 1ሻ Chuỗi hệ số phản xạ (reflectivity) ñược biểu thị xk xung sóng (wavelet) wk, mục đích để phục hồi xk từ phần nhiễu yk Thuật toán giả ñịnh impedance constraints ñược cung cấp thời gian vị trí khác Trong trường hợp này, viết xấp xỉ logarit thơng thường trở kháng dạng: ேೖ ‫ݖ‬௞ ߦ௞ ൌ ln ൬ ൰ ൌ ෍ ‫ݔ‬௜ ‫ݖ‬଴ ௜ୀଵ ሺ‫ ܣ‬െ 2ሻ Trong giả sử giá trị trở kháng tham khảo z0 ñã biết hệ số phản xạ ñủ nhỏ theo thứ tự ñể xác minh xấp xỉ logarit Các impedance constraints có vị trí bước mẫu hố ܰ௞ , k = 1, nic Trong ký hiệu ma trận viết: ܹ‫ ݔ‬ൌ ‫ ݕ‬൅ ݊ ‫ ݔܥ‬ൌ ξ ൅ ε ሺ‫ ܣ‬െ 3ሻ ሺ‫ ܣ‬െ 4ሻ Trong ma trận W C ma trận wavelet ma trận impedance constraint tương ứng Ma trận W gồm có wavelet có dạng zero-phase theo thứ tự để mơ tả tích chập rời rạc dạng ma trận Ma trận C toán tử tích hợp đơn giản 87 Kỹ thuật Bayesian sử dụng ñể thiết lập xác suất tiên nghiệm biến x Nhiễu mạch địa chấn mơ hình hóa trung bình giả định Gaussian thơng thường Quy tắc Bayes sử dụng để kết hợp liệu likelihood ‫݌‬ሺ݀|݉ሻ (dữ liệu lấy trung bình mạch ñịa chấn constraints) với xác suất tiên nghiệm ‫݌‬ሺ݉ሻ x ñể xây dựng xác suất hậu nghiệm mơ hình Chúng ta mơ tả chi tiết phân phối hậu nghiệm hệ số phản xạ, giải pháp MAP (maximum a posteriori) thu ñược cách tối giản hàm cost sau ñây: ଶ ଶ 1 1 ‫ ܬ‬ൌ ߙ‫ܬ‬௫ ൅ ฯ ሺܹ‫ ݔ‬െ ‫ݕ‬ሻฯ ൅ ฯ ሺ‫ ݔܥ‬െ ξሻฯ ߪ ܵ ሺ‫ ܣ‬െ 5ሻ Trong σ2 khác nhiễu mạch ñịa chấn S ma trận ñường chéo với yếu tố sau ñây: ܵ௜௜ ൌ ߪ௖భ ሺ‫ ܣ‬െ 6ሻ Các sai số tiêu chuẩn impedance constraints ñược xác ñịnh người sử dụng Tham số α trọng số hay hyperparameter xác ñịnh lượng rời rạc tương đối đưa vào phép giải ngược Có bốn tiêu chuẩn sử dụng để ñưa rời rạc vào trình ñánh giá chuỗi hệ số phản xạ là: tiêu chuẩn Lp, tiêu chuẩn Cauchy, tiêu chuẩn Sech tiêu chuẩn Huber (Huber, 1981) Trong phương trình (5), rõ ràng Jx cho tiêu chuẩn sau ñây: ‫ܬ‬௣ ൌ ෍|‫ݔ‬௜ |௣ ‫݌‬ ‫ܬ‬஼௔௨௖௛௬ ௜ ‫ ݌ ݁ݎ݄݁ݓ‬ൌ 1 ‫ݔ‬௜ଶ ൌ ෍ ln ቆ1 ൅ ଶ ቇ ߪ௫ ௜ ሺ‫ ܣ‬െ 7ሻ ሺ‫ ܣ‬െ 8ሻ 88 ‫ܬ‬ௌ௘௖௛ ൌ ෍ ln ൬ܿ‫݄ݏ݋‬ ௜ ‫ܬ‬ு௨௕௘௥ ൌ ෍ ௜ ‫ݔ‬ଶ ‫ ۓ‬௜ ۖ2 ‫ݔ‬௜ ൰ ߪ௫ ‫۔‬ ଶ ۖܽ|‫ | ݔ‬െ ‫ݔ‬௖ ‫ ە‬௜ ሺ‫ ܣ‬െ 9ሻ ݂݅ |‫ݔ‬௜ | ‫ݔ ا‬௖ ݂݅ |‫ݔ‬௜ | ൐ ‫ݔ‬௖ ሺ‫ ܣ‬െ 10ሻ Ba ñặc trưng khác ñược xác ñịnh dựa vào hàm cost ଶ ଶ 1 1 ‫ ܬ‬ൌ ߙ‫ܬ‬ ด௫ ൅ ฯ ሺܹ‫ ݔ‬െ ‫ݕ‬ሻฯ ൅ ฯ ሺ‫ ݔܥ‬െ ξሻฯ ᇣᇧᇧᇧᇧᇤᇧᇧᇧᇧᇥ ᇣᇧ ߪ ᇧ ܵᇧᇧᇤᇧᇧᇧᇧᇥ ଵ ଶ ଷ ሺ‫ ܣ‬െ 11ሻ - ðáp án phải ñược rời rạc - ðáp án phải thỏa mãn mạch ñịa chấn - ðáp án phải thỏa mãn tập hợp impedance constraints 2.1 Tối ưu hóa thuật tốn Cốt lõi chương trình để tối giản hàm cost phương trình (5) Thuật tốn tối giản dựa vào phần mở rộng biến thiên liên hợp (conjugate gradient) cho hàm phi tuyến tính (Luenberger, 1973) Khi khơng áp dụng tốn phương trình bậc hai, phương pháp conjugate gradient không kết thúc bước thứ n (ẩn số) Tuy nhiên, ñối với tốn ngoại lệ mà giải quyết, phương pháp conjugate gradient kết hợp với phương pháp đường tìm kiếm (line search) giúp ta tìm tối giản hàm cost theo số lần lặp hợp lý Thuật toán conjugate gradient làm việc sau: Cho x0 tính ݃଴ ൌ ‫ܬ׏‬ሺ‫ݔ‬ሻ đặt d0 = -g0 Với k = 0, 1, 2, n, (n: số lần lặp conjugate gradient tối ña) ‫ݔ‬௞ାଵ ൌ ‫ݔ‬௞ ൅ ܽ݀௞ hàm tối giản ‫ܬ‬ሺ‫ݔ‬௞ ൅ ܽ݀௞ ሻ (line search) 89 Tính tốn ݃௞ ൌ ‫ܬ׏‬ሺ‫ ݔ‬൅ 1ሻ ðặt ݀௞ାଵ ൌ െ݃௞ାଵ ൅ ܾ௞ ݀௞ ܾ௞ ൌ ሺ݃௞ାଵ െ ݃௞ ሻ் ݃௞ /݃௞ ் ݃௞ Dừng lại nếu: |‫ܬ‬௞ାଵ െ ‫ܬ‬௞ | ሺ‫ܬ‬ ൅ |‫ܬ‬௞ |ሻ ௞ାଵ ൏ ‫݁ܿ݊ܽݎ݈݁݋ݐ‬ Thuật tốn tìm tối giản hàm J ñối với giá trị tham số α cho trước Tuy nhiên, lựa chọn tham số α không xác mang lại kết bất hợp lý Về mặt kỹ thuật, α nhỏ liệu misfit nhỏ over-fitting xảy Mặt khác, α lớn tiêu chuẩn chi phối hàm cost toán giảm ñể tìm tối tối giản ‫ ܬ‬ൌ ߙ‫ܬ‬௫ ðiều dễ dàng cho thấy tối giản cuối thu có kết khơng x = 2.1.1 ðánh giá Hyperparameters Việc xác ñịnh α rõ ràng quan trọng việc xác ñịnh lượng rời rạc tương ñối phép giải ngược Thay sử dụng phương pháp thử sai số ñánh giá chủ quan lời giải sử dụng cách tiếp cận khách quan dựa nguyên tắc khác biệt Giả sử gán giá trị mục tiêu cho hàm misfit (misfit function) Hàm misfit có hai phần, phần thứ liên quan ñến trình trace matching phần thứ hai liên quan tới q trình constraints matching (đặc trưng phương trình A-11) Hàm misfit tuân theo số liệu thống kê ࣑2 1 ߪ ଶ 1 ܵ ଶ χଶ ൌ ฯ ሺܹ‫ ݔ‬െ ‫ݕ‬ሻฯ ൅ ฯ ሺ‫ ݔܥ‬െ ξሻฯ ሺ‫ ܣ‬െ 12ሻ ‫|ܧ‬χଶ | ൌ ݊ ± √2݊ ሺ‫ ܣ‬െ 13ሻ Giá trị kỳ vọng ࣑2 ñược sử dụng ñể xác ñịnh mục tiêu misfit Trong tổng số quan sát ݊ ൌ ݊‫ ݕ‬൅ ݊݅ܿ 90 Chương trình cố gắng để tìm tham số α cách sử dụng số liệu thống kê ࣑2 Sự tối giản hàm J bắt đầu với tham số α có giá trị lớn (đủ lớn để đảm bảo ࣑2 ước tính lớn cận mục tiêu misfit), sau tham số giảm ðể nâng cao hiệu tính tốn thuật tốn, giải pháp thu ñược tối giản hàm J cho αl ñược sử dụng ñể bắt ñầu tối giản hàm J cho αl+1 ሺߙ ௟ ൐ ߙ ௟ାଵ ሻ Quy trình tiếp tục tiến hành cho ñến hàm misfit tiến tới mục tiêu ñược thiết lập trước (phương trình A-13) Nếu hàm misfit tiến tới giá trị nhỏ cận dưới, cặp line search sử dụng để thích ứng hàm misfit nằm khoảng ñã ñược ñịnh trước Nếu có nhiều mạch xử lý khơi phục tham số α từ mạch thuận tiện sau giá trị ñược sử dụng ñể xử lý cho mạch khác Sai số tiêu chuẩn mạch ñịa chấn ñược đưa vào tốn cho thấy khơng chắn kết xuất nhiễu mạch ñịa chấn Sai số tiêu chuẩn impedance constraints khơng đo mức độ nhiễu constraint mà cịn đo độ tin cậy thơng tin ñưa thêm vào Một giải pháp ñược ñưa hợp lý từ ban đầu sai số chuẩn constraints điều chỉnh để tối ưu mơ hình đường cong trở kháng Các impedance constraints ñược cho giá trị logarit (ξ), ñó sai số tiêu chuẩn liên quan ñến constraints sai số trở kháng thực Các sai số định cách sử dụng vài phần trăm tham số trở kháng logarit ξ giá trị tham khảo Một công thức chuyển ñổi cần sử dụng ñể biến sai số ξ thành sai số z Mối tương quan hai biến ξ z có dạng: ‫ݖ‬௞ ൌ ‫ݖ‬଴ ݁ ଶξೖ ሺ‫ ܣ‬െ 14ሻ 91 Ta viết Chúng ta xác định δ với sai số tiêu chuẩn Trong σc σz sai số tiêu chuẩn ξ z tương ương ứng Giá trị tham số γ đượcc cho cố c ñịnh (≈ 1) người sử dụng Thông thường, ng, tham số s σc1, i = nic ñược sử dụng ng làm ñầu vào cho thơng tin địa chấtt nghịch đảo, tham số ñược lấyy từ t tài liệu ñường cong giếng ng khoan từ q trình phân tích vận tốc Các thơng tin hữu ích việc vi xác ñịnh thành phần tần số thấp reflectivity reflectivity Bảng A-1 Bảng ng impedance constraintc module BayesImp Nếu constraints ñược lấy từ tài liệu ñường ng cong giếng gi khoan hạnn chế ch tham số cách ñưa mộtt sai ssố tiêu chuẩn nhỏ, mặt khác u cung ccấp thơng tin rộng rãi tạo sai 92 số lớn ðiều khám phá người sử dụng, người thiết lập sở thích 2.1.2 Các tùy chọn khởi tạo Các tùy chọn khởi tạo 1, 2, điều khiển mơ hình khởi động Tùy chọn khởi tạo bắt ñầu phép nghịch ñảo với x = Các tùy chọn khởi tạo 2, bắt ñầu phép nghịch ñảo với ñiểm xuất phát x ðiểm lời giải tính từ mạch ñịa chấn ñã xử lý mạch ñịa chấn tham khảo trước Tùy chọn khởi tạo lựa chọn đắn cho q trình xử lý mạch địa chấn Nói chung, lần số liệu thống kê chuỗi hệ số phản xạ mức ñộ nhiễu ñược giả ñịnh thống từ mạch ñịa chấn tới mạch ñịa chấn (from trace to trace) Mạch ñịa chấn bắt đầu với đường tìm kiếm đầy đủ (full line search) 2.1.3 Các tùy chọn phương pháp chuẩn hóa tiên nghiệm (prior norm) Các phương pháp lựa chọn = 1, 2, 3, quy định tiêu chí mà thuật tốn sử dụng để lấy chuỗi hệ số phản xạ rời rạc Phương pháp lựa chọn = sử dụng tiêu chuẩn Least-square Phương pháp lựa chọn = sử dụng tiên nghiệm Cauchy Tùy chọn sau cho phép ñưa mơ hình rời rạc cách sử dụng chuẩn hóa entropy-like ðiều cung cấp thay hấp dẫn cho mơ hình rời rạc ðặc trưng hàm mật độ xác suất hậu nghiệm Cauchy tương tự trình phân bố Gaussian có phần dài Phương pháp lựa chọn = tương ứng với tiêu chí Sech Phương pháp tùy chọn = tương ứng với tiêu chí Huber, tiêu chí giống với tiêu chí Least-square giá trị nhỏ Chúng ta ñề xuất sử dụng phương pháp tùy chọn = 1, (Least- 93 square Cauchy) Sau cung cấp cấu trúc khối xác ñịnh thường ñược dùng để phân tích thơng số trở kháng (impedance profiles) profiles) Phương pháp lựa chọn n = th cho sai số hàm hyperbol tạoo ssố thấp độ xác máy Hình A-1 Các tham số sử dụng ng module BayesImp 94 Tiên nghiệm Least-square kiểm sốt tham số Các tiên nghiệm lại cần tham số khác: tham số tỷ lệ σx (Cauchy, Sech) tham số cut-off xcut (Huber) Hình A-2 Các tham số phương pháp nghịch ñảo Bayesian Sai số tương ñối (ftol) giá trị dung sai ñược sử dụng tiêu chí dừng (stopping criterion) thuật tốn phi tuyến tính Conjugate Gradient, sai số tương ñối có giá trị hợp lý nằm dải ftol = 0,00050,001 Số lần lặp tối đa số conjugate directions mà thuật tốn sử dụng để tìm giá trị tối giản hàm cost Số lần lặp mà thuật tốn sử dụng để tìm ñáp án ñược khai báo biến 3.1 Biến ñổi từ miền thời gian sang miền ñộ sâu Nếu vận tốc sóng dọc P-wave biểu diễn theo miền thời gian mơ hình địa chất tham số vector m biết độ sâu z cho điểm lớp mơ hình thu ñược ñơn giản sau: ‫ ݖ‬ൌ ‫ݖ‬௧௢௣ ൅ ‫ݒܥ‬ ሺ‫ ܣ‬െ 17ሻ Trong ztop độ sâu phần mơ hình địa chất C ma trận chứa vận tốc theo vector v 95 Các vận tốc mơ hình có không chắn phân bố xác suất hậu nghiệm mơ hình trái đất tham số vector m Nếu biểu thị vector trung bình µ v ma trận phương sai Σv vận tốc theo m tương ứng thu trung bình phương sai ñộ sâu ñược cho phương trình 14 từ đặc tính đac biết phân bố ña biến như: ߤ௭ ൌ ‫ݖ‬௧௢௣ ൅ ‫ߤܥ‬௩ ∑௭ ൌ ‫∑ܥ‬௭ ‫் ܥ‬ ሺ‫ ܣ‬െ 18ሻ ሺ‫ ܣ‬െ 19ሻ Giả sử ztop biết xác Nếu ztop khơng rõ ràng, phương sai ñưa vào biến z Kết giải ngược BayesImp dễ dàng ñược chuyển ñổi liệu từ miền thời gian sang miền ñộ sâu dựa vào mối quan hệ Gardner (Gardner, 1971) Mối quan hệ Gardner mật ñộ khối (ρ) vận tốc (V) dạng hàm số mũ (b) có cơng thức sau: ߩ ൌ ܽ ‫ܸ כ‬௕ ሺ‫ ܣ‬െ 20ሻ Khi đó, trở kháng âm học (Z) tỷ lệ thuận với vận tốc theo công thức: ܼ ൌ ߩ ‫ ܸ כ‬ൌ ܽ ‫ ܸ כ‬ଵା௕ ሺ‫ ܣ‬െ 21ሻ Với hệ số a b biết trở kháng âm học dễ dàng biến ñổi thành tham số vận tốc Từ đường vận tốc khoảng bước mẫu hóa phía đáy giếng, độ sâu tính mối tương quan thời gian - chiều sâu ñược tạo Từ ñường cong quan hệ thời gian - chiều sâu, ta dễ dàng chuyển ñổi kết từ miền thời gian sang miền ñộ sâu Các kết ñầu ñược biểu diễn theo hai miền thời gian chiều sâu 96 PHỤ LỤC B CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH ÁP SUẤT LỖ RỖNG THÀNH HỆ TỪ ðƯỜNG CONG SONIC 1.1 Nguyên lý phương pháp chiều sâu ñương lượng Nguyên lý phương pháp chiều sâu ñương lượng nói lên ñiểm A lớp sét ñiều kiện nén ép ñược liên hệ với điểm B điều kiện nén ép bình thường Hình B-1 Mơ hình ứng suất áp suất lỗ rỗng ñất ñá Khái niệm ứng suất hiệu dụng Terzaghi ñược miêu tả sau: ߪ௢௕ ൌ ߪ௩ ൅ ܲ௣ ሺ‫ ܤ‬െ 1ሻ Trong đó: σob = ứng suất nén ép (overburden stress), psi σv = ứng suất dọc (vertical stress), psi Pp = áp suất lỗ rỗng (pore pressure), psi Ma trận ứng suất dọc A B ñược viết dạng: ܲ௔௥ ൌ ߪ௢௔௕ െ ߪ௩௔ ሺ‫ ܤ‬െ 2ሻ 97 ܲ௕௥ ൌ ߪ௢௔௕ െ ߪ௩௕ ሺ‫ ܤ‬െ 3ሻ Dưới dạng biến thiên, phương trình viết dạng: ߪ௩௔ ൌ ߪ௩௕ ൌ ߙ ‫ܦ כ‬௘ ሺ‫ ܤ‬െ 4ሻ Trong đó: σva = ứng suất dọc gây ñiểm A, psi σvb = ứng suất dọc gây ñiểm B, psi De = Chiều sâu ñương lượng (equivalent depth), ft α = biến thiên ứng suất dọc, psi/ft Lấy phương trình (B-4) trừ phương trình (B-3) ta được: ‫ܦ‬௘ ൌ 1.0 ‫ ܦ כ‬െ ܲ௣ ߙ ሺ‫ ܤ‬െ 5ሻ 2.1 Phương pháp hàm mũ tính áp suất thành hệ từ ñường cong sonic Thời gian truyền sóng (∆t) theo chiều sâu (D) ñược miêu tả sau: ∆‫ ݐ‬ൌ ܽ ‫ܾ כ‬஽ ሺ‫ ܤ‬െ 6ሻ Trong đó: a = hệ số giao cắt (intercept of the log-log plot) b = ñộ dốc (slope of the log-log plot) Dưới ñiều kiện áp suất bình thường, phương trình (B-6) viết: ∆‫ݐ‬௡ ൌ ܽ ‫ܾ כ‬஽ ሺ‫ ܤ‬െ 7ሻ Trong ñiều kiện có dị thường áp suất, phương trình (B-6) viết: ∆‫ݐ‬௔ ൌ ܽ ‫ ܾ כ‬஽೐ ሺ‫ ܤ‬െ 8ሻ Lấy phương trình (B-8) trừ phương trình (B-7) ta ñược: ∆‫ݐ‬௔ െ ∆‫ݐ‬௡ ൌ ܾܽ ஽೐ െ ܾܽ ஽ ሺ‫ ܤ‬െ 9ሻ Lấy logarit hai vế phương trình (B-9) rút gọn ta được: 98 log ൬ ∆‫ݐ‬௔ െ ∆‫ݐ‬௡ ൅ ܾ ஽ ൰ ൌ ‫ܦ‬௘ log ܾ ܽ ሺ‫ ܤ‬െ 10ሻ Thay ‫ܦ‬௘ ൌ ሺ1.0 ‫ ܦ כ‬െ ܲ௣ ሻ/ߙ từ phương trình (B-5) vào phương trình (B10) ta được: ൬ 1.0 ‫ ܦ כ‬െ ܲ௣ ∆‫ݐ‬௔ െ ∆‫ݐ‬௡ ൰ ‫ כ‬log ܾ ൌ log ൬ ൅ ܾ஽ ൰ ߙ ܽ ሺ‫ ܤ‬െ 11ሻ Rút gọn phương trình (B-11) ta được: 1.0 ‫ ܦ כ‬ൌ ܲ௣ ൅ ߙ ∆‫ݐ‬௔ െ ∆‫ݐ‬௡ ‫ כ‬log ൬ ൅ ܾ஽ ൰ log ܾ ܽ ሺ‫ ܤ‬െ 12ሻ Áp suất lỗ rỗng thành hệ tính theo cơng thức: ܲ௣ ൌ 1.0 ‫ ܦ כ‬െ ߙ ∆‫ݐ‬௔ െ ∆‫ݐ‬௡ ‫ כ‬log ൬ ൅ ܾ஽ ൰ log ܾ ܽ ሺ‫ ܤ‬െ 13ሻ 3.1 Phương pháp xác ñịnh tham số a b Từ phương trình (B-6) biểu diễn thời gian truyền sóng âm theo chiều sâu ta suy ra: ܾ஽ ൌ ∆‫ݐ‬ ܽ ሺ‫ ܤ‬െ 14ሻ Lấy logarit hai vế phương trình (B-14) rút gọn ta được: ‫ ܦ‬ൌ log ௕ ሺ∆‫ݐ‬ሻ െ log ௕ ܽ ൌ ln ܽ lnሺ∆‫ݐ‬ሻ ൅ ൬െ ൰ ln ܾ ln ܾ ðặt ∆‫ ݐ‬ൌ ‫ݔ‬, ‫ ܦ‬ൌ ‫ ݕ‬phương trình (B-15) trở thành: ‫ݕ‬ൌ ln ܽ lnሺ‫ݔ‬ሻ ൅ ൬െ ൰ ln ܾ ln ܾ ሺ‫ ܤ‬െ 15ሻ ሺ‫ ܤ‬െ 16ሻ Ví dụ: Từ đường cong xu hướng điều kiện nén ép bình thường (normal compaction) khu vực nghiên cứu, ta xác định phương trình: ‫ ݕ‬ൌ െ5559 lnሺ‫ݔ‬ሻ ൅ 27089 ሺ‫ ܤ‬െ 17ሻ 99 Dựa vào phương trình (B-16) (B-17), suy ra: ‫ ۓ‬1 ൌ െ5559 ۖ ln ܾ ‫ ۔‬ln ܽ ൌ 27089 ۖെ ‫ ە‬ln ܾ ՜ ଵ ‫ ܾۓ‬ൌ ݁ ሺିହହହଽሻ ۖ ‫ ܽ۔‬ൌ ݁ ሺ ହହହଽ ሻ ۖ ‫ە‬ ଶ଻଴଼ଽ ሺ‫ ܤ‬െ 18ሻ 4.1 Các bước tính áp suất lỗ rỗng thành hệ theo phương pháp hàm mũ Hình vẽ ñây sơ ñồ khối miêu tả bước tính tham số áp suất thành hệ từ ñường cong sonic theo phương pháp hàm số mũ: Hình B-2 Sơ đồ khối tính áp suất thành hệ từ đường cong sonic Áp suất lỗ rỗng thành hệ xác ñịnh theo bước sau ñây: Bước 1: Vẽ ñồ thị dạng logarit biểu diễn thời gian truyền sóng (∆t) theo ñộ sâu (D) 100 Bước 2: Phân tích thời gian truyền sóng theo chiều sâu để xác ñịnh phương trình ñường cong dạng logarit Bước 3: Xác ñịnh tham số a b Bước 4: Từ phương trình đường cong logarit, xác định ∆tn ∆ta Bước 5: Tính tốn khác ∆tn ∆ta (ví dụ ∆ta - ∆tn) Bước 6: Tính áp suất lỗ rỗng thành hệ biến thiên theo chiều sâu ... trọng việc dự đốn thơng số áp suất lỗ rỗng thành hệ, đề tài ? ?Sử dụng tài liệu xử lý ngược tuyến ñịa chấn thẳng đứng (VSP) để dự đốn đới dị thường áp suất cao phía trước mũi khoan? ?? tác giả bước ñầu... đoan luận văn ? ?Sử dụng tài liệu xử lý ngược tuyến ñịa chấn thẳng đứng (VSP) để dự đốn đới dị thường áp suất cao phía trước mũi khoan? ?? cơng trình nghiên cứu thực riêng cá nhân Các số liệu, kết trình... phép dự đốn điều kiện tồn ñới dị thường áp suất cao phía trước mũi khoan Các dự báo giúp ñưa kế hoạch, biện pháp khoan tối ưu khoan qua ñới dị thường áp suất dự đốn trước Thơng số áp suất tính tài