Kuyu içi (VSP) sismik verilerinin konvansiyonel olmayan yöntemlerle kömür aramacılığına yönelik entegre analizi

Integrated analysis of wellbore seismic data by unconventional methods for coal exploration

PDF İndir

Tez No: 909053
Yazar: ALİ CANKURTARANLAR
Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA EMİN DEMİRBAĞ
Tez Türü: Doktora
Konular: Jeofizik Mühendisliği, Geophysics Engineering
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 2024
Dil: Türkçe
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Jeofizik Mühendisliği Bilim Dalı
Sayfa Sayısı: 164

Özet

Kuyu-içi sismik verilerinden elde edilen sıfır açılım düşey sismik profil atışları ile havzaya ilişkin sismik hızlar yüzey sismiği yöntemlerine göre daha doğru elde edilebilmektedir. Bu çalışmada, sahadan toplanan kuyu-içi sismik verilerinden faydalanılarak havzayı temsil eden gerçekçi bir sismik hız modeli oluşturulmuştur. Modelleme çalışmaları sonlu farklar algoritması kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Modelleme çalışması sonucunda üretilen gerçekçi hız modelinde yüzeyden 800 metreye kadar olan derinlikte P-dalgası hızları 600 m/sn ile 4000 m/s aralığında değişirken, S-dalgası hızları 346 m/s ile 2309 m/sn aralığında değişmektedir. Modelleme çalışmaları ile üretilen yapay sismogramlar, sahadan elde edilen atış verileri ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Soma havzasında bulunan derin kömür damarında (KM2) kanal dalgalarının yüzeyden uyarım mekanizması araştırılmıştır. Model ve saha verilerinde gözlemlenen kanal dalgalarının sunduğu faz ve grup hızı dispersiyon özellikleri analiz edilmiştir. Kömür damarının düşey yönde 5 ile 20 metre aralığında ötelendiği yer modellerinden elde edilen faz hızı spektrumlarında gözlemlenen dispersiyon genliklerinin ötelenme miktarıyla doğru orantılı olarak arttığı gösterilmiştir. Grup hızı spektrumları, Sürekli Dalgacık Dönüşümü yöntemiyle elde edilmiştir. Sürekli Dalgacık dönüşümü işleminde kullanılan 24 milisaniye uzunluğundaki zaman sönümleme parametresi ile en yüksek çözünürlüklü grup hızı spektrumu elde edilmiştir. Kanal dalgalarının gözlemlendiği kömür damarı içerisindeki tek alıcının analizinden elde edilen grup hızı spektrumunun, kömür damarını öteleyen süreksizlik ile alıcı arasındaki mesafenin bilinmesi halinde, kömür damarı kalınlığının tahmin edilmesinde kullanılabileceği gösterilmiştir. Gerçekçi hız modeli ile üretilen ve kömür damarı boyunca konumlandırılmış alıcılardan elde edilen yapay sismogramların çok kanallı analizinden elde edilen faz hızı spektrumunda gözlemlenen dispersiyon özelliği, benzer bir arazi uygulaması yapılabildiği takdirde kömür damarı kalınlığı hakkında kestirim yapılabileceğini göstermektedir. Soma havzasından elde edilen sürekli kuyu içi sismik kayıtları, arka plan gürültü sismik interferometri yaklaşımıyla ele alınmıştır. Sismik interferometri yaklaşımında alıcılar sanal bir atış noktasına dönüştürülmektedir. Bu yaklaşım ile, aktif bir sismik kaynağa ihtiyaç duyulmaksızın, 605 metre derinlikteki düşey bileşen alıcı sanal atış noktasına dönüştürülerek, sıfır açılım kuyu-içi sismik sanal atış topluluğu elde edilmiştir. Çalışma kapsamında geliştirilen özgün veri işleme akışı sunulmuştur. Ön spektral normalizasyon ile beraber uygulanan çapraz-ilişki ve çapraz-koherans yöntemlerinden elde edilen sonuçların birbirine yakınsadığı gösterilmiştir. Yığma sonrasında uygulanan spektral normalizasyonun cisim dalgalarını daha belirgin hale getirdiği gösterilmiştir. Ham veri setindeki aktif sismik kaynağın ürettiği sinyallerin bertaraf edilmemesi halinde, elde edilecek sanal atış topluluğunun hatalı sonuçlar içereceği gösterilmiştir. Arka plan gürültü sismik interferometri çalışmasından elde edilen sonuçlar modelleme ile üretilen yapay sismogramlar ve sahadan elde edilen vibrosismik atış verileri ile karşılaştırılmıştır. Tez çalışması kapsamında gerçekleştirilen modelleme çalışmaları sonucunda elde edilen hız modelinin anelastik soğurulma özelliklerini içerecek şekilde güncellenmesi amacıyla sahadan elde edilen atış verilerinin soğurulma analizi gerçekleştirilmiştir. Soğurulma özelliklerini belirlemek amacıyla üç farklı hesaplama yaklaşımından faydalanılmıştır. Bunlar, spektral oran, merkezi frekans yöntemi ve tepe frekansı yöntemidir. Öncelikle tüm frekanslarda sabit sismik kalite faktörüne sahip tek tabakalı bir yer modeli oluşturulmuştur. Bu model kullanılarak üretilen yapay sismogramlardan üç hesaplama yöntemi ile Q değerleri hesaplanmıştır. En iyi sonucun Tepe frekansı yönteminin verdiği belirlenmiştir. Sahadan aktif sismik kaynak ile elde edilen kuyu içi sismik verilerindeki sismik kalite faktörü üç hesaplama yaklaşımı ile tespit edilmiştir. Soma havzasının sunduğu tabakalanma yapısının sismik kaynak dalgacığının ayrımlılık sınırının altında değerlere sahip ince tabakalar içeriyor olmasından dolayı, alıcılar arasındaki bölümü temsil eden görünür Q değeri (Q=64) elde edilmiştir. Saha verilerinden hesaplanan Q parametresi kullanılarak güncellenen gerçekçi hız modelinden elde edilen sentetik sismogramların arazi verilerine yakınsadığı gösterilmiştir. Bu çalışma kapsamında ortaya konulan Soma havzası sismik hız modeli kullanılarak kömür damarlarındaki kanal dalgalarının oluşum mekanizması, sismik intreferometri ile sismik görüntüleme ve havzanın anelastik soğurulma özellikleri araştırılmıştır. Kömür damarı içerisindeki kanal dalgalarının yüzeyden uyarımına ilişkin ilk saha örneği tez kapsamında sunulmuştur. Bir kömür havzasında arka plan sismik gürültü interferometri uygulaması ve ilk kez bu tez kapsamında sunulmuştur.

Özet (Çeviri)

Vertical seismic profile (VSP) data acquired from zero-offset wellbore seismic records provide significantly more accurate estimates of seismic velocities for the basin compared to conventional surface seismic methods. This study leveraged VSP data collected from the Soma Basin to construct a realistic seismic velocity model, offering a detailed representation of the basin's subsurface properties. The velocity model was developed using advanced finite difference algorithms, enabling the accurate simulation of seismic wave propagation through the complex geological structures of the basin.The P-wave velocities in the constructed velocity model range from 600 m/s to 4000 m/s at depths extending to 800 meters, while S-wave velocities vary between 346 m/s and 2309 m/s. These velocity ranges reflect the heterogeneity and stratified nature of the Soma Basin, including the presence of coal seams and surrounding rock formations. The modeling incorporated a Klauder wavelet with a frequency range of 20–200 Hz, derived from the autocorrelation of the sweep signal generated by the vibroseismic source employed during field data acquisition. Synthetic seismograms were generated using this wavelet and subsequently compared with the field shot data to validate the accuracy of the velocity model and the fidelity of the wavelet in capturing the seismic response of the basin.A key focus of the study was the investigation of the surface excitation mechanism of channel waves propagating within the deep coal seam, designated KM2, in the Soma Basin. The phase and group velocity dispersion characteristics of these channel waves were analyzed in detail. The study demonstrated that the amplitudes of dispersion observed in phase velocity spectra derived from models with vertically displaced coal seams increased proportionally to the displacement, which ranged from 5 to 20 meters. The group velocity spectra were computed using the Continuous Wavelet Transform (CWT) method, with the highest resolution achieved by applying a 24-millisecond time damping parameter. This parameter optimized the time-frequency localization of the spectra, enhancing their interpretability.The group velocity spectrum derived from the analysis of single-receiver data within the coal seam provided critical insights into the thickness of the seam. This analysis demonstrated that, with knowledge of the distance between the discontinuity displacing the coal seam and the receiver, the coal seam thickness could be estimated accurately. Furthermore, the dispersion characteristics observed in phase velocity spectra derived from multi-channel analyses of synthetic seismograms were consistent with theoretical predictions, reinforcing the potential for similar field applications to yield estimates of coal seam thickness. The analysis revealed a high degree of consistency between the phase and group velocity spectra derived from synthetic waveforms and the theoretical dispersion curves calculated for the same velocity model. This agreement validates the modeling methodology and highlights the robustness of the theoretical framework used to predict wave propagation characteristics in complex subsurface environments. The alignment underscores the reliability of the phase and group velocity spectra in capturing the dispersive behavior of seismic waves within coal seams and surrounding geological structures. These findings demonstrate the utility of advanced seismic modeling and analysis techniques in characterizing coal-bearing formations and provide a foundation for further refinement of exploration and imaging methodologies in the Soma Basin and similar geological settings. Continuous wellbore seismic records acquired from the Soma Basin were subjected to analysis using the ambient noise seismic interferometry approach. This advanced methodology enables the transformation of receivers into virtual shot points, allowing for the generation of seismic data without relying on an active seismic source. In this study, the vertical component receiver located at a depth of 605 meters was converted into a virtual shot point, resulting in a zero-offset wellbore seismic virtual shot gather. This innovative data acquisition approach eliminates the logistical and operational challenges associated with traditional active seismic sources. A novel data processing workflow, specifically developed as part of this study, was meticulously outlined and applied to the dataset. Key steps in this workflow included the use of cross-correlation and cross-coherence methods in conjunction with post-spectral normalization. The analysis demonstrated that these methods produced consistent and convergent results, thereby validating the robustness of the workflow. Furthermore, the application of spectral normalization after stacking significantly enhanced the clarity and detectability of body waves, emphasizing the importance of this step in improving the interpretability of the results. An important observation was that the retention of signals generated by the active seismic source within the raw dataset introduced artifacts, leading to erroneous outcomes in the virtual shot gather. This finding underscores the necessity of thorough preprocessing to ensure the integrity and reliability of the interferometry-derived seismic results. The outputs from the ambient noise seismic interferometry study were rigorously compared with synthetic seismograms derived from numerical modeling and field data obtained from vibroseismic sources. This comparative analysis provided an additional layer of validation, confirming the consistency and accuracy of the interferometry-derived results. These findings highlight the potential of ambient noise seismic interferometry as a powerful tool for subsurface imaging, particularly in complex geological settings like the Soma Basin. As part of the thesis, a detailed attenuation analysis was conducted on seismic shot data acquired from the field to refine the velocity model obtained from earlier modeling studies. The refinement aimed to incorporate anelastic attenuation characteristics, thereby enhancing the model's fidelity in representing real subsurface conditions. To quantify the absorption properties of the medium, three computational methodologies were employed: the spectral ratio method, the central frequency method, and the peak frequency method. These methods were selected for their widespread application and theoretical underpinnings in seismic attenuation studies. The analysis began with the creation of a single-layer subsurface model characterized by a uniform seismic quality factor (Q) across all frequencies. Synthetic seismograms were generated for this model, and the Q values were computed using the three approaches. Among these, the peak frequency method demonstrated superior accuracy and reliability, providing the most consistent results. This preliminary step established a baseline for the subsequent analysis of field data. For the field data, wellbore seismic records obtained using an active seismic source were analyzed to determine the seismic quality factor. The Soma Basin's geological complexity, characterized by thin stratified layers with thicknesses below the resolution limit of the seismic source wavelet, posed significant challenges. These conditions necessitated the computation of an apparent Q value, which effectively represents the average attenuation characteristics between receiver locations. The analysis yielded an apparent Q value of 64, reflecting the influence of the basin's intricate layering on seismic wave attenuation. The computed Q value was then integrated into the velocity model to update it with anelastic attenuation properties. Synthetic seismograms generated using this updated velocity model exhibited a high degree of convergence with the actual field data, validating the effectiveness of the approach. This alignment underscores the importance of incorporating attenuation characteristics into velocity models for more accurate simulation of seismic wave propagation in complex geological settings. The results highlight the critical role of attenuation analysis in seismic modeling and imaging, particularly in environments like the Soma Basin, where thin-layered stratigraphy and high attenuation significantly affect wave propagation. The findings also emphasize the utility of combining computational methods to derive robust attenuation parameters, ultimately contributing to more reliable seismic interpretations and subsurface characterization. In this study, the seismic velocity model of the Soma Basin, developed based on extensive field and modeling data, was utilized to investigate multiple critical aspects of seismic wave propagation and subsurface characterization. Specifically, the study focused on three key areas: the formation mechanism of channel waves within coal seams, the potential of seismic interferometry for seismic imaging, and the anelastic attenuation properties of the Soma Basin. These investigations not only expanded the understanding of seismic wave behavior in coal-bearing geological settings but also provided new methodologies for subsurface exploration in complex stratified environments. A significant contribution of this thesis is the presentation of the first documented field example of surface-based excitation of channel waves within a coal seam. This novel finding highlights the unique wave propagation characteristics associated with coal seams and their response to seismic sources at the surface. The identification and analysis of channel waves provide valuable insights into the mechanical and elastic properties of coal seams, offering potential applications in coal seam characterization and resource exploration. Furthermore, the study introduced the application of ambient seismic noise interferometry in a coal basin context, marking a pioneering advancement in this field. By utilizing continuous seismic records and employing advanced data processing techniques, this approach enabled the extraction of coherent seismic signals and the construction of virtual shot gathers without the need for active seismic sources. This innovative method offers a cost-effective and environmentally friendly alternative for seismic imaging in coal basins, where traditional seismic acquisition can be challenging due to logistical and operational constraints. The integration of these investigations with the developed seismic velocity model provided a comprehensive framework for understanding wave propagation, attenuation, and imaging in the Soma Basin. The findings underscore the potential of combining advanced seismic methods with detailed velocity modeling to enhance subsurface exploration, particularly in coal-bearing regions. This thesis represents a significant step forward in the application of unconventional seismic methodologies for resource exploration and geological research, setting a foundation for future studies in similar geological settings.

Benzer Tezler

Tez No
374216
Kuyu içi jeofizik uygulamalarda elektrik özdirenç tomografi (ERT) yöntemi ve modellenmesi.
Electrical resistivity tomography (ERT) method and it's modelling in cross-hole geophysical applications.
ATİLLA ONGAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Jeofizik Mühendisliği Dokuz Eylül Üniversitesi
Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT GÖKTUĞ DRAHOR
Tez No
619068
Kuyu içi jeofiziğinde birleşik ters-çözüm modellemesi
Joint inversion modelling in borehole geophysics
ATİLLA ONGAR
Doktora
Türkçe
2020
Jeofizik Mühendisliği Dokuz Eylül Üniversitesi
Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT GÖKTUĞ DRAHOR
Tez No
896197
Kuyu içi sismik - karşılıklı kuyular arası tomografi yöntemi
Downhole seismic - crosshole tomography method
ABDULKADİR GÜNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Jeofizik Mühendisliği Kocaeli Üniversitesi
Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM SERTÇELİK
Tez No
724609
Numerical simulation of transient sandface and wellbore temperature behaviors of wells in multilayer single-phase oil and geothermal reservoirs
Çok tabakalı, tek-fazlı petrol ve jeotermal rezervuarlardaki kuyuların kararsız kuyu cidarı ve kuyu içi sıcaklık davranışlarının sayısal simülasyonu
CİHAN ALAN
Doktora
İngilizce
2022
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT ÇINAR
Tez No
662285
A numerical study on a borehole heat exchanger with phase change material
Faz değişim malzemeli kuyu içi ısı değiştiricisi üzerine sayısal çalışma
NEZİR YAĞIZ ÇAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Enerji Dokuz Eylül Üniversitesi
Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET AKİF EZAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT BİLİR

Geri Dön