e-dva - eni-depth Velocity Analysis

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2 Lo scopo dell Analisi di Velocità di Migrazione (MVA) è quello di ottenere un modello della velocità nel sottosuolo che abbia dei tempi di riflessione compatibili con quelli osservati nei dati. Ciò significa che i tempi di riflessione calcolati dal modello mediante un algoritmo di ray tracing devono avere il più piccolo scarto possibile rispetto ai corrispondenti tempi di riflessione osservati. Di conseguenza la velocità può essere stimata risolvendo un problema di ottimizzazione che aggiorna la velocità in modo da minimizzare lo scarto tra i tempi di riflessione. In pratica misurare i tempi di arrivo delle riflessioni registrate nei dati sismici è tutt altro che facile e quindi si segue un approccio equivalente ma più efficace. I dati vengono separati in più sottoinsiemi ciascuno dei quali viene migrato separatamente dagli altri. Se il modello di velocità è corretto non si osservano differenze (dette anche moveout residuale) tra le immagini ottenute. Altrimenti la presenza di moveout residuale indica che la velocità corrente va aggiornata, e questo aggiornamento viene ottenuto risolvendo un problema di ottimizzazione in cui la funzione di costo è proprio la differenza tra le immagini migrate. 2

3 In entrambi i casi il problema di ottimizzazione ha una formulazione matematica molto particolare chiamata tomografia. Le dimensioni tipiche delle acquisizioni sismiche comportano che le dimensioni dei corrispondenti problemi tomografici siano enormi. La natura iterativa del processo di analisi di velocità impone che questi problemi debbano essere risolti velocemente. Per ciascuna iterazione l ottimizzazione richiede di lavorare con matrici di dimensioni nell ordine dei TeraByte. In e-dva questa esigenza è stata gestita implementando un software di ottimizzazione parallelo e scalabile che possa sfruttare efficacemente la potenza di calcolo fornita dai Cluster Linux. La scalabilità è il punto chiave per poter trattare problemi di dimensione sempre crescente senza compromettere i tempi di esecuzione: all aumentare della dimensione dei problemi si tratta di aumentare corrispondentemente il numero di nodi utilizzati per il calcolo. Un altro componente di e-dva che sfrutta la disponibilità di potenza di calcolo è la stima automatica del moveout residuale. Si tratta di una operazione onerosa che di conseguenza è stata a sua volta implementata con un software parallelo. 3

4 Come citato nell introduzione il problema della stima della velocità sismica non ammette un unica soluzione. Il motivo è che nell applicazione della tomografia ai dati sismici ci sono normalmente più gradi di libertà che gradi di vincolo, o detto diversamente, si possono trovare più modelli di velocità differenti che simulano con accuratezza comparabile i tempi di riflessione osservati. La teoria dell ottimizzazione fornisce degli strumenti matematici per cercare di introdurre gradi di vincolo aggiuntivi. Allo scopo di guidare la stima di velocità fatta da e-dva si è deciso di implementare dei vincoli che tengano conto della natura specifica del problema che si vuole risolvere. Uno di questi vincoli forza e-dva a cercare dei modelli di velocità la cui struttura 3D sia conforme a quella delle strutture geologiche osservate nell area di interesse, basandosi sull assunzione che comunque la velocità è una proprietà specifica delle formazioni rocciose. Ad esempio nella figura 1 è mostrato un esempio di un modello velocità che si conforma alle strutture geologiche. È importante tener presente che questo tipo di vincolo (scelto a priori) deve essere condizionato ad una validazione geologica. Ci possono essere situazioni in cui la variazione della velocità si disaccoppia dalle strutture, ad esempio in presenza di fluidi in condizioni di sovrapressione (ovvero la cui pressione è maggiore della pressione idrostatica). 4

5 Un altro aspetto da considerare è il comportamento anisotropico della velocità sismica, che ha ovviamente impatto sia sulla Migrazione che sull Analisi di Velocità. Quest ultima in particolare deve fornire oltre alla velocità anche una stima del grado di intensità dell anisotropia. Questo significa aggiungere ulteriori gradi di libertà a parità di gradi di vincolo, incrementando di conseguenza il numero dei possibili modelli di velocità e anisotropia tra loro equivalenti rispetto alla tomografia. La figura 2 illustra gli effetti dell anisotropia sull imaging. L immagine è presa di un progetto nell offshore dellafrica Occidentale dove l obiettivo era di ottenere la migliore immagine sismica possibile per valutare il potenziale dell area. Il progetto e-dva è stato quindi condotto introducendo anche l anisotropia. Per aggiungere gradi di vincolo al problema in questo caso si sono utilizzate delle informazioni provenienti dai pozzi già disponibili nella zona e la figura 2 mostra i miglioramenti ottenuti rispetto all approccio (più semplice e veloce) che trascura la presenza di anisotropia. 5

6 Figura 1. Ci sono scenari geologici in cui la velocità (qui rappresentata dai colori di sfondo) si conforma molto bene alle strutture geologiche 6

7 Figura 2: Immagine ottenuta senza tener conto dell anisotropia (sinistra) e con anisotropia (destra): si noti il significativo miglioramento dell imaging delle faglie ottenuto considerando l anisotropia. 7