Η πλήρης αντιστροφή κύματος (FWI, Full Waveform Inversion) αποτέλεσε αναπόσπαστο μέρος των πρωτοποριακών προσπαθειών της “ExxonMobil” για τον εντοπισμό και την ανάπτυξη κοιτασμάτων υδρογονανθράκων. Αποτελεί μέρος της σειράς σεισμικών δυνατοτήτων που προσφέρει η Εταιρεία αυτή (που πρόσφατα ενδιαφέρθηκε να επενδύσει σημαντικά κεφάλαια Νότια της Κρήτης) που είναι γνωστή ως “Emprise”.
Γράφουν οι Δρ. Ηλίας Κονοφάγος & καθηγητής Αντώνης Φώσκολος
Σε συνδυασμό με την τεχνολογία υπέρ-υπολογιστών, ο FWI της ExxonMobil παρέχει στους γεωεπιστήμονές μας ασύγκριτες γνώσεις σχετικά με τις γεωλογικές δομές, τα φυσικά χαρακτηριστικά των πετρωμάτων και τι μορφή ρευστών θα μπορούσαν τελικά να περιέχουν μέσα τους.
Στο παρελθόν, η βιομηχανία μπορούσε να χρησιμοποιήσει μόνο ένα μέρος των δεδομένων που καταγράφονταν με σεισμικές έρευνες τριών διαστάσεων (3D) λόγω της μεγάλης πολυπλοκότητας των σεισμικών κυμάτων και της τεράστιας ποσότητας δεδομένων. Πλέον, η “Παντέντα FWI” της ExxonMobil έδωσε τη δυνατότητα στην Εταιρεία αυτή να αξιοποιήσει με τον καλύτερο δυνατό τρόπο όλα τα δεδομένα μιας σεισμικής έρευνας παράγοντας έτσι υψηλής ποιότητας εικόνες των γεωλογικών σχηματισμών κάτω από το βυθό της θάλασσας.
Συγκεκριμένα, το FWI δίνει τη δυνατότητα ακριβέστερης χαρτογράφισης των στόχων κοιτασμάτων (γεωλογικών δομών) προσδιορίζοντας έτσι με μεγαλύτερη βεβαιότητα αν ένα πέτρωμα μπορεί να περιέχει υδρογονάνθρακες. Με αυτόν τον τρόπο, διευκολύνεται ο εντοπισμός κοιτασμάτων πετρελαίου ή και φυσικού αερίου ώστε να στοχευθούν ευκολότερα και να τύχουν συντομότερα ανάπτυξης και παραγωγής.
Σε ανακαλυφθέντα κοιτάσματα όπου η ExxonMobil αυτή τη στιγμή παράγει πετρέλαιο και φυσικό αέριο, οι σεισμικές έρευνες “FWI” εφαρμόζονται σε τακτά χρονικά διαστήματα οδηγώντας σε εικόνες τεσσάρων διαστάσεων (4D) και σε χαρτογράφηση των υπολειπομένων να παραχθούν αποθεμάτων υδρογονανθράκων.
Αυτές οι δυνατότητες μπορούν να κάνουν την ανάπτυξη και παραγωγή πόρων υδρογονανθράκων πολύ πιο αποτελεσματική, λιγότερο δαπανηρή και πολύ πιο φιλική προς το περιβάλλον μέσω βελτιστοποίησης των προγραμμάτων πραγματοποίησης γεωτρήσεων.
Η διαδικασία πλήρους αντιστροφής κυματομορφής ξεκινά με ένα γεωλογικό μοντέλο των ιδιοτήτων των υπόγειων πετρωμάτων. Τα υπολογιστικά συνθετικά σεισμικά δεδομένα που προέρχονται από το μοντέλο στη συνέχεια συγκρίνονται με τα πραγματικά σεισμικά δεδομένα που καταγράφτηκαν πάνω από το στόχο κοιτάσματος.
Οι διαφορές μεταξύ των δύο χρησιμοποιούνται για την ενημέρωση του μοντέλου ώστε να αντανακλούν με μεγαλύτερη ακρίβεια την πραγματικότητα. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να υπάρξει η καλύτερη δυνατή αντιστοιχία μεταξύ των συνθετικών και πραγματικών δεδομένων.
Η προσομοίωση πρέπει να ενσωματώνει έναν υψηλό βαθμό ρεαλισμού, που να αντιπροσωπεύει σωστά τη γεωμετρία σεισμικής απόκτησης και τη φυσική που διέπει την διάδοση των σεισμικών κυμάτων στην υπόγεια επιφάνεια.
Με τεχνολογία FWI είναι δυνατόν να δει κανείς και να διαχωρίσει τις πολύ λεπτές φυσικές ιδιότητες των πετρωμάτων και να εντοπίσει ακριβέστερα τους ταμιευτήρες πετρελαίου και φυσικού αερίου. Η διαφορά μεταξύ της ανάλυσης των αποτελεσμάτων FWI και των συμβατικών σεισμικών δεδομένων θα ήταν παρόμοια με την αξιολόγηση των φυσικών χαρακτηριστικών της Mona Lisa (βλ. Εικ.1).
Προηγουμένως, κάποιος θα μπορούσε να δει μόνο περιγράμματα και βασικά περιγράμματα. Αλλά χάρη σε αυτές τις τεχνολογικές εξελίξεις που πέτυχε η ExxonMobil, τα φυσικά χαρακτηριστικά του προσώπου και της ένδυσης της έρχονται σε πολύ πιο ζωντανό χρώμα και λεπτομέρεια, που απεικονίζουν περισσότερο την πραγματικότητα.
Η προσέγγιση FWI είναι μια σημαντική απόκλιση από τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιούνται σήμερα τα σεισμικά δεδομένα για την απεικόνιση της υπό-επιφάνειας. Η τυπική σεισμική ανάλυση είναι ένταση χρόνου και εργασίας, η οποία αποτελείται από μια σειρά λειτουργιών που αποσκοπούν στην απομάκρυνση του θορύβου και των ανεπιθύμητων σημάτων από τα δεδομένα πριν από την απεικόνιση.
Μετά την απεικόνιση, υπολογίζονται οι ιδιότητες των υπόγειων γεωλογικών στρωμάτων, αλλά δεν υπάρχει ρητός βρόχος ανατροφοδότησης για να συγκριθούν αυτές οι εκτιμήσεις με τα αρχικά δεδομένα του στόχου κοιτάσματος. Αντίθετα, η διαδικασία FWI είναι σε μεγάλο βαθμό αυτοματοποιημένη χρησιμοποιώντας προσομοίωση υπολογιστή για να παρακάμψει τα χρονοβόρα βήματα της παραδοσιακής προσέγγισης.
Οι αποκλειστικοί αλγόριθμοι και οι επενδύσεις σε υπερυπολογιστές της ExxonMobil επέτρεψαν την αύξηση του φάσματος των συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται από την πλήρη αντιστροφή του κυματοδηγού ώστε να δημιουργηθούν αξιοσημείωτα ακριβείς χάρτες υποεπιφανειακών δομών & στόχων κοιτασμάτων.
Στις περισσότερες δημοσιευμένες μελέτες FWI, μόνο η χαμηλότερη συχνότητα των δεδομένων (μικρότερη από 10 Hz) αντιστρέφεται, με αποτέλεσμα να αποκτώνται προς μελέτη μοντέλα χαμηλής ανάλυσης.
Στην ExxonMobil το FWI καταγράφεται μέσω ερευνητικών σεισμικών καταγραφών τριών διαστάσεων (3D) χρησιμοποιώντας πολύ υψηλότερες συχνότητες, δημιουργώντας έτσι μοντέλα υψηλής ανάλυσης των υπόγειων γεωλογικών σχηματισμών. Ο βελτιωμένος χαρακτηρισμός απεικόνισης και πιστοποίησης ταμιευτήρων που παρέχεται από το FWI της ExxonMobil έχει ήδη παράξει πολύ καλύτερα αποτελέσματα στον τομέα.
Για παράδειγμα, οι καταγραφές υψηλής ευκρήνειας ιδιοτήτων μεγάλων όγκων πετρωμάτων που προέρχονται από την τεχνολογία FWI που χρησιμοποιήθηκε για τη βέλτιστη στοχοθέτηση γεωτρήσεων αποτελούν αναπόσπαστο μέρος των συνεχιζόμενων προσπαθειών έρευνας και ανάπτυξης κοιτασμάτων στη Μαύρη Θάλασσα, στην Κύπρο και βεβαίως ελπίζουμε (εάν η χρονοβόρα γραφειοκρατία το επιτρέψει) σύντομα και στην Ελλάδα.
Η πλήρης αντιστροφή κυματομορφών παραμένει ένας ενεργός ερευνητικός τομέας που στην ExxonMobil βρίσκεται σε πλήρη ανάπτυξη. Οι πρόοδοι στους υπολογισμούς μέσω ηλεκτρονικών υπολογιστών και στους αλγορίθμους παραμένουν ένας απαραίτητος στόχος της Εταιρείας αυτής καθώς χρησιμοποιεί εξαιρετικά περίπλοκες φυσικές προσομοιώσεις που βρίσκονται στα όρια ανάλυσης των σεισμικών δεδομένων.
Οι επενδύσεις της ExxonMobil σε υπολογιστές υψηλών επιδόσεων και σε πλήρη τεχνολογία αντιστροφής κύματος της επέτρεψαν να καταλάβει την ηγεσία στον κλάδο της σεισμικής απεικόνισης.
