Seismiske undersøkelser brukes til å kartlegge bergarter med olje- og gassforekomster i undergrunnen, og resultatene fremstilles som regel i form av bilder.

Et forskningsprosjekt ved NTNU kombinerer avansert matematikk og fysikk, råsterke datamaskiner og nye beregningsmetoder for å lage skarpere bilder - og da blir det mulig å finne mer olje og gass.

- Under leting etter - eller produksjon av - olje og gass trenger vi informasjon om de geologiske formasjonene i undergrunnen. Men formasjonene kan jo ikke observeres direkte, og derfor bruker vi seismiske data til å lage bilder av dem. Dataene brukes også til å vurdere de fysiske egenskapene til bergartene i petroleumsreservoarene, forteller professor Bjørn Ursin ved NTNUs Institutt for petroleumsteknologi.

Det er svært viktig å skape så gode bilder som mulig på grunnlag av dataene fra de seismiske undersøkelsene. Skarpere og mer detaljrike bilder kan rett og slett gjøre det mulig å finne mer olje og gass, og hjelpe til med å avgjøre hvordan reservoaret best kan utnyttes.

Ursin har ledet utviklingen av en ny bildeskapende metode som er prøvd ut med basis i data fra Valhall-feltet i den sørlige delen av Nordsjøen. Prosjektet er støttet av forskningsprogrammet Grunnleggende petroleumsforskning i Norges forskningsråd.

Ursins prosjekt har blant annet resultert i at det har vært mulig å gi bedre bilder av reservoaret under den såkalte “gass-skyen” på Valhall. “Skyen” består av gassansamlinger i lagene over selve reservoaret, og denne gassen har tidligere gjort det vanskelig å foreta seismiske undersøkelser.

- Det er ikke mulig å lage skarpe bilder av dette reservoaret med tradisjonelle metoder. Med den nye metoden, som er spesielt utviklet for komplisert geologi, har vi nå produsert fokuserte bilder av reservoaret på Valhall. Bildene er mer detaljrike og har bedre oppløsning enn det man oppnår ved å anvende mer tradisjonelle metoder, forteller Ursin.

Fra lyd til bilde

De seismiske undersøkelsene i Nordsjøen foretas med en såkalt luftkanon som sender lydbølger ned i undergrunnen, mens luftkanonen slepes frem og tilbake over det området som skal kartlegges. Lydbølgene forplanter seg med en hastighet som varierer med hvilket medium de beveger seg gjennom, og reflekteres helt eller delvis når de for eksempel møter overganger mellom bergarter med forskjellige egenskaper.

De reflekterte lydbølgene kan registreres ved hjelp av instrumenter på havbunnen eller havoverflaten, og informasjon om refleksenes styrke og plassering mates deretter inn i store datamaskiner som kan beregne refleksjonsstyrken fra de ulike punktene i undergrunnen.

Alt dette gjør det mulig å bruke data fra de seismiske undersøkelsene til å skape et tredimensjonalt bilde av de geologiske formasjonene - men lett er det ikke.

- Det er krevende å finne fram til metoder som gir et godt inntrykk av geologien, og det må blant annet korrigeres for effekten av en rekke egenskaper i undergrunnen for å få et skarpt bilde. Derfor er det viktig å skaffe best mulig kjennskap til egenskapene i materialet lyden går gjennom. Bedre kjennskap gjør det mulig å utvinne mer olje og gass, og har derfor stor betydning for det økonomiske resultatet, understreker Ursin.

Uten teknologiutvikling på flere plan ville det for eksempel ikke vært mulig å finne og utvinne olje fra Troll-feltet, bare gass.

- Oljeforekomstene på Troll er kjennetegnet ved stor utstrekning, men det er snakk om svært tynne oljelag ned til noen få meter i høyde. Tredimensjonal seismikk, store datamaskiner og horisontal boring har vært en forutsetning for å finne og beregne mengden av oljen på Troll, tilføyer han.

Beregning av lydhastighet

Forskningsprosjektet Migrasjonshastighetsanalyse har fokusert på å teste ut en ny og bedre metode for å måle hastigheten lydbølgene beveger seg med i undergrunnen. Den nye metoden tar blant annet utgangspunkt i at datamaskinene stadig blir sterkere.

- Det finnes eksempler på at regneoppgaver som ville tatt tre år for to-tre år siden, i dag kan gjennomføres i løpet av et par uker! Dette betyr at vi kan skrive om dataprogrammene våre, fordi det er blitt mulig å foreta beregninger vi tidligere bare kunne drømme om, sier Ursin.

De tidligere metodene har brukt såkalte overflatekoordinatorer, som for eksempel avstanden mellom lydkilden og den reflekterte lydbølgen, som utgangspunkt for å kartlegge undergrunnen og skape bilder av reservoarene.

Ursins prosjekt har isteden tatt utgangspunkt i vinkelen mellom lydkilden, reflekspunktet i undergrunnen og refleksen på overflaten, og det viser seg at denne endringen gir oppsiktsvekkende resultater. Bruken av vinkelkoordinater krever nemlig mer datakraft, men gir samtidig mer nøyaktige resultater.

- De tidligere metodene har til dels vært basert på en stor del forutsetninger og antakelser, og har derfor gitt usikre resultater der geologien er kompleks. Dette reduserer kvaliteten på datagrunnlaget, og dermed også kvaliteten i de bildene vi skal analysere.

- Det har vært spesielt vanskelig å lage seismiske bilder av formasjoner som befinner seg under gasslommer, saltformasjoner eller basaltbergarter. Bruken av vinkelkoordinatorer gir i praksis en mer korrekt fremstilling av mangfoldet i de dataene som blir registrert, forklarer Ursin.