4D seismic imaging has been widely used in CO$_2$ sequestration projects to monitor the fluid flow in the volumetric subsurface region that is not sampled by wells. Ideally, real-time monitoring and near-future forecasting would provide site operators with great insights to understand the dynamics of the subsurface reservoir and assess any potential risks. However, due to obstacles such as high deployment cost, availability of acquisition equipment, exclusion zones around surface structures, only very sparse seismic imaging data can be obtained during monitoring. That leads to an unavoidable and growing knowledge gap over time. The operator needs to understand the fluid flow throughout the project lifetime and the seismic data are only available at a limited number of times. This is insufficient for understanding the reservoir behavior. To overcome those challenges, we have developed spatio-temporal neural-network-based models that can produce high-fidelity interpolated or extrapolated images effectively and efficiently. Specifically, our models are built on an autoencoder, and incorporate the long short-term memory (LSTM) structure with a new loss function regularized by optical flow. We validate the performance of our models using real 4D post-stack seismic imaging data acquired at the Sleipner CO$_2$ sequestration field. We employ two different strategies in evaluating our models. Numerically, we compare our models with different baseline approaches using classic pixel-based metrics. We also conduct a blind survey and collect a total of 20 responses from domain experts to evaluate the quality of data generated by our models. Via both numerical and expert evaluation, we conclude that our models can produce high-quality 2D/3D seismic imaging data at a reasonable cost, offering the possibility of real-time monitoring or even near-future forecasting of the CO$_2$ storage reservoir.


翻译:4D地震成像在2美元CO$2封存项目中被广泛使用,以监测未经水井取样的体积表层下区域流体流,理想的是,实时监测和近未来预报将为现场操作者提供深刻的洞察力,以了解地下水库的动态并评估任何潜在风险。然而,由于部署成本高、购置设备可用性、地表结构周围的隔离区等障碍,在监测期间只能获得非常稀少的地震成像数据。这导致在一段时间内不可避免地出现知识差距。操作者需要理解项目整个周期流体积流,地震数据只能在有限的时间里提供。这不足以帮助现场操作者了解储油层的行为。为了克服这些挑战,我们开发了基于网络模型,能够有效和高效地产生高不精确的内插或外插图像。具体地,我们的模型建在自动电解码上建立,并纳入长期的内存(LSTM)结构,通过光流进行新的损失评估。我们用实际的4D电流数据流来验证我们的模型的性能表现。我们甚至用2美元存储模型来比较了我们的直观数据模型,用不同的数字模型来分析。

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