NO173905B - Fremgangsmaate for seismisk prospektering - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for seismisk prospektering som gir bedre kunnskap om posisjonen og beskaffenheten av geologiske diskontinuiteter i undergrunnen.

Fremgangsmåter for seismisk prospektering omfatter vanligvis et trinn med utsendelse av seismiske bølger, et trinn med mottagelse ved en eller flere posisjoner av bølger som har forplantet seg i den undergrunnen som skal undersøkes, et trinn med registrering av de mottatte signaler og et trinn for behandling av de registrerte signaler på meget forskjellige måter før opptegning av seismiske seksjoner hvor undergrunnens diskontinuiteter blir brakt på sine virkelige plasser.

En kjent fremgangsmåte omfatter utsendelse av seismiske bølger fra en kilde anbrakt enten ved overflaten eller i en annen brønn og mottagelse av bølgene etter utbredelse ved en eller flere posisjoner i en brønn som er boret i grunnen.

Mottagelsen blir tilveiebragt ved hjelp av en mottager-anordning med minst en sonde med lite tverrsnitt som er opphengt i en elektrisk kabel fra en bæreanordning anordnet på overflaten, og som har forankringsarmer som kan trekkes tilbake, for å presse sondelegemet mot veggen i brønnen. I et kammer i sondelegemet er det anordnet en eller flere seismiske retningssensorer.

Disse sensorene er vanligvis anordnet tre og tre med sine akser anbrakt langs tre ortogonale akser.

Mottageranordningen kan også omfatte flere brønnsonder som er opphengt under hverandre og som hver inneholder minst en sensor med tre akser, for å øke posisjonene for mottagelse av de seismiske bølger. Sonden eller sondegruppen blir senket ned i brønnen og hevet i suksessive trinn. Ved hver pause blir en periode med utsendelse av seismiske bølger utført.

Bølgene som forplanter seg så langt som til sonden eller sondegruppen blir mottatt av sensorene med tre akser, og de seismiske signalene blir innsamlet ved hjelp av en innsamlings-anordning som sender dem til en overflatestasjon.

Slike brønnsonder er for eksempel beskrevet i de franske patenter 2 501 380 og 2 548 727 og de franske patentsøknader EN 87/04365 og 87/04677.

De mottatte signalene er vanligvis komplekse. Geofysikere har forsøkt å bestemme den kurve som beskrives av tyngdepunktet for hver mottager med tre akser, og heretter betegnet som en trajektorie, ut fra de signaler som mottas av enkeltsensorene i en og samme mottager, og har oppdaget at den overflate som best var i stand til å representere den, i det minste i en viss tid fra begynnelsen av mottagelsen, var en vanligvis meget flattrykt ellipsoide.

Det har til nå vært antatt at denne flattrykte ellipsoiden som avspeiler den virkelige trajektorie befant seg i et hovedsaklig vertikalt plan, når avvikene ble neglisjert, og at dette vertikale plan var det som passerte gjennom den seismiske kilden og posisjonen for hver mottager.

Siden sonden eller hver av dem er i stand til å rotere i større eller mindre grad omkring sin akse under nedsenkningen eller hevningen, kan det trieder som dannes av de respektive aksene til de tre enkeltsensorene i hver mottager, ha enhver orientering i forhold til det vertikale plan som passerer gjennom kilden og mottagerposisjonen. Ved denne antagelsen var det nødvendig å sammenligne og kombinere de signaler som ble levert av sensorene i den samme mottager, for å bestemme romvinkelen til trajektoriens vertikalplan med et vertikalt referanseplan dannet av to akser i triederet og vinkelen mellom symmetriaksene til trajektorien og horisontalplanet. Disse to vinklene som analogt kan betegnes som lengde og bredde, var tilstrekkelig til å karakterisere trajektoriens posisjon. Kjennskapet til disse to vinklene og andre parametre slik som trajektoriens ellipseform, gjorde det etter denne antagelsen mulig å bestemme visse geofysiske og geologiske egenskaper ved den undergrunn som bølgene hadde passert gjennom.

Den seismiske prospekteringsmetoden ifølge oppfinnelsen forbedrer i stor grad kjennskapet om de geologiske egenskapene til undergrunnen som bølgene har passert gjennom.

Fremgangsmåten omfatter utsendelse av akustiske bølger inn i undergrunnen, mottagelse av de akustiske bølger som har forplantet seg i undergrunnen, ved hjelp av minst en seismisk triaksial mottager samt registrering av de mottatte bølger. Den er kjennetegnet ved at den omfatter bestemmelse av parametre som definerer den virkelige posisjonen i rommet og formen av den trajektorie som følges av tyngdepunktet for hver mottager ut fra de forskjellige signaler som leveres av hver mottager, som reaksjon på de mottatte bølger, bestemmelse som en funksjon av avstanden mellom hver mottager og senderposisjonen, av variasjonene for hver av parametrene og lokaliseringen av de geologiske diskontinuiteter ved dybder hvor betydelige variasjoner av parametrene blir holdt.

Siden trajektorie-modellen er en "ekvivalent ellipsoide", blir de bølgene som mottas av de tre sensorene i mottageren, kombinert for eksempel for å bestemme dens posisjon i rommet og parametre som indikerer dens form, og det blir fastslått kurver som er representative for variasjonene av de forskjellige parametre som en funksjon av avstanden mellom hver mottager og senderposisjonen for de seismiske bølger.

Hver mottager blir for eksempel trykket mot veggen i et borehull, og utsendelsesposisjonen befinner seg på overflaten av bakken. I dette tilfellet er dens avstand til senderposisjonen hovedsaklig lik mottagerens dybde, og det er som en funksjon av denne at de forskjellige parametrene blir representert.

Andre trekk og fordeler ved fremgangsmåten vil fremgå av den følgende beskrivelse av en utførelsesform gitt som et ikke-begrensende eksempel, under henvisning til de vedføyde tegninger hvor;

figur 1 viser en mottagergruppe med flere sonder som er senket ned i et borehull;

figur 2 viser projeksjonene på tre ortogonale plan av en trajektorie med en foretrukket polarisasjon i et vertikalplan, for et begrenset tidsintervall;

figur 3 viser projeksjoner på tre ortogonale plan av en trajektorie registrert under et begrenset tidsintervall;

figur 4 representerer banen for tyngdepunktet til de tre sensorene i en og samme triaksiale mottager under virkningen av de seismiske bølger som mottas, polarisert i et vertikalplan, hvor (p representerer bredden og X lengden;

figur 5 viser også projeksjoner på tre ortogonale plan av en trajektorie registrert under et begrenset tidsintervall, og

illustrerer det generelle tilfellet hvor polarisasjonsplanet til trajektorien er orientert vilkårlig i rommet; og

figur 6 viser en trajektorie i rommet og dens representative parametre.

Operasjoner for seismisk prospektering av undergrunnen kan utføres ved å senke ned i en brønn 1 (figur 1) ved enden av en flerfunksjons, elektrisk opphengningskabel 2, en mottager-ahordning som omfatter en enkelt sonde 3 under hvilken satelitt-sonder 4 kan være opphengt.

I hver av sondene er det anbrakt minst en seismisk mottager 5 som omfatter minst en retningssensor. Vanligvis benyttes det triaksiale mottagere som omfatter tre retningssensorer hvis akser er rettet i tre retninger som er ortogonale til hverandre og danner et trirektangulært trieder. Sondene er forsynt med forankringsarmer og kan anbringes urørlig i borehullet ved enhver dybde hvor seismiske registreringer skal tas. Den elektriske opphengningskabelen 2 forbinder sonden 3 eller sondegruppen 3, 4 med en overflateenhet som omfatter en bærekonstruksjon 6 og en heiseanordning 7 anbrakt på et kjøretøy 8. Signalene som tas opp av hver mottager, blir ved hjelp av elektriske ledere i kabelen overført til et sentralt styre- og registreringssystem 9 anbrakt på kjøretøyet. For-bindelsen er direkte hvis antall mottagere er lite. Den blir i andre tilfeller tilveiebragt gjennom et datainnsamlings-apparat anbrakt i en av sondene og anordnet for innsamling, digi-talisering og koding av de seismiske signaler som skal overføres. Slike mottageranordninger for boring er beskrevet i de ovennevnte franske patentpublikasjoner.

Med sonden eller sondegruppen trykket mot veggen i borehullet ved en valgt dybde, blir en seismisk kilde 10 i kontakt med bakken aktivert, og de bølger som forplanter seg så langt som til de forskjellige mottagere, blir registrert.

Bevegelsen av jordpartiklene i borehullsveggen som de seismiske mottagerne trykkes mot, er vanligvis meget sammensatt.

Bevegelsen av tyngdepunktet til hver triaksial seismisk mottager kan representeres som vist på figur 2, ved dens projeksjon på tre ortogonale plan, idet vertikalplanet XOZ inneholder posisjonen for en seismisk mottager og den seismiske kilden 10, vertikalplanet YOZ er perpendikulært til det foregående og horisontalplanet XOY. Denne bevegelsen av tyngdepunktet vil heretter bli betegnet som en trajektorie. Hvis tiden for registrering av signalene er begrenset, kan den beskrevne trajektorie enklere representeres av en kurve i rommet som med god tilnærmelse kan betraktes som en meget flattrykt ellipsoide. Man kan av figur 3 se at projeksjonen av trajektorien på planet XOZ hovedsakelig er en ellipse, mens projeksjonene på de to planene som er ortogonale til det første (YOZ og XOY) praktisk talt er redusert til rette linjesegmenter.

De oppnådde registreringer er til nå blitt brukt under den antagelse at den hovedsakelig flattrykte ellipsoiden som trajektorien løper over, befinner seg i et vertikalplan og at dette planet passerer gjennom mottagerposisjonen og posisjonen til den seismiske kilden S (10) . På grunn av vridningen av den elektriske opphengningskabelen under heiseoperasjonene, kan posisjonen av det trieder (H^, H2, H3) som dannes av aksene til sensorene i en triaksial mottager (figur 4), være vilkårlig. Siden aksen H3 alltid kan betraktes som vertikal., vedrører usikkerheten i virkeligheten posisjonen av referansen (H^, H2). Etter den aktuelle antagelsen at trajektorien ble betraktet som om den hovedsaklig befant seg i vertikalplanet XOZ som passerer gjennom senderpunktet S (figur 4), var en enkelt vinkel X som analogt svarer til en bredde, tilstrekkelig til å karakterisere trajektoriens polarisasjonsplan.

Behandlingen av de seismiske data som ble lest ut av registreringene, besto i dette tilfellet i å kombinere de tre signalene fra hver mottager for å beregne vinkelen X og også vinkelen cp, som er analog med lengde, og som representerer helningen av den store aksen til ellipsen i forhold til horisontalen.

Ved en mer realistisk betraktning av kompleksiteten til de detekterte trajektorier gjør fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen det mulig å måle hele veien langs borehullet et stort antall parametre som vanligvis representerer litologiske og geologiske variasjoner for de forskjellige lag som passeres, og oppnåelse av en mer detaljert representasjon av undergrunnen.

Figur 5 viser i virkeligheten at trajektorien ikke projiseres på noen foretrukket måte i planet XOZ som i det tilfellet som er vist på figur 3, men i de to komplementære plan YOZ og XOY, og at det er projeksjonen i planet XOY som her er redusert til nesten et linjesegment. Det kan lett kontrolleres ved å danne og undersøke et stereoskopisk par av trajektorien som viser at middelplanet ikke lenger er vertikalt. Dette forklares av det faktum at i de fleste tilfeller er det foretrukne polarisasjonsplanet til trajektorien ikke plassert i det vertikale plan som passerer gjennom hver mottager og senderposisjonen 10, men at det har en viss skråstilling i forhold til vertikalen.

Den ellipsoiden T som best representerer den observerte trajektorie, må derfor defineres ved hjelp av et større antall parametre, som vist på figur 6. Vi betegner hoved-polari-sasjonsaksen til ellipsoiden; dens annen akse ortogonalt med den første, og V3 er dens tredje akse som står perpendikulært på det plan som dannes av de to foregående. For å definere posisjonen av disse tre aksene, kan for eksempel Euler-vinklene brukes. Den såkalte nutasjonsvinkelen G er den som hovedaksen \A danner med vertikalen OZ. Planet normalt på hovedaksen Vi skjærer horisontalplanet langs en linje hh' som danner en vinkel Y kalt presesjonsvinkelen, med aksen

til en av de to horisontale sensorene i hver triaksial seismisk mottager. Denne samme linjen hh<1> danner med den tredje aksen N/j en vinkel <p, kalt "proper rotasjonsvinkel". Det defineres deretter en fjerde vinkel 3 kalt "lateral inklinasjon". Dette er

—»

vinkelen som den tredje vektor V3 danner med horisontalplanet.

En trajektorie-del defineres ved hjelp av et visst antall

n signalsampler med tre komponenter. Fra verdiene av de signaler som registreres av de tre sensorene i en og samme triaksiale mottager og ved hjelp av en i og for seg kjent, trans f ormas jons-metode, blir den kovariante matrisen til samplene beregnet over et gitt tidsintervall, og det tilveiebringes tre riktige verdier L]_, L2, L3 og de tre riktige vektorer VA > vz } V3 som hver defineres av tre retnings-cosiner i forhold til de tre aksene H]_, H2, Z til det trieder som vedrører hver seismisk sensor. Retnings-cosinene V; > Vf °5 Vf svarer til

den riktige vektor V( (i = 1, 2 eller 3). Kvadratrøttene til de tre riktige verdier som tidligere er bestemt, kan så beregnes, idet røttene representerer lengdene a, b og c av de tre halvaksene til den ekvivalente ellipsoiden, bortsett fra en konstant koeffisient.

Verdiene av de fire tidligere definerte vinkler blir så beregnet ved hjelp av følgende formler:

Andre polarisasjonsparametre blir deretter bestemt, slik ellipse-koeffisientene e2i» <£>31, <£>32 ved & utarbeide forholdet mellom verdiene av de tre tidligere beregnede halvakser a, b, c eller en flattryknings-koeffisient p ved å kombinere verdiene av de tre halvaksene a, b, c.

Med verdiene av de forskjellige parametre beregnet for hver triaksial seismisk mottager kan deres representative kurver bestemmes som en funksjon av mottagelsesdybden, og det kan foretas registreringer av disse.

Avlesning av disse parameterregistreringene letter i sterk grad tolkningen av dem i slik utstrekning at det eksisterer en tydelig korrelasjon mellom de dybder ved hvilke geologiske diskontinuitetssoner er anbrakt og de ved hvilke det observeres tydelige variasjoner i de representative kurver for parametrene. Det skal spesielt bemerkes: at en økning av ellipsoidens hovedelliptisitet e2i går hånd i hånd med en øket dempning; og

at en minskning av nutasjonsvinkelen 0 står i forbindelse med en lokal minskning av de seismiske bølgenes forplantnings-hastighet .

Ved å betrakte parametrenes variasjonskurver kan så posisjonen av horisontene indikeres klart på de seismiske registreringene. I det betraktede eksempel er de triaksiale mottagerne anbrakt i et borehull.

Det er underforstått at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen også anvendes ved å anbringe mottagerne på overflaten.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for seismisk prospektering for med større presisjon å tilveiebringe kunnskap om beskaffenheten av geologiske diskontinuiteter i undergrunnen, omfattende utsendelse av akustiske bølger i grunnen, mottagelse av de akustiske bølger som forplanter seg i grunnen ved hjelp av minst en seismisk triaksial mottager, samt registrering av de mottatte bølger, karakterisert ved at den omfatter bestemmelse, ut fra de forskjellige signaler som leveres av hver mottager, av parametre som definerer den virkelige posisjonen i rommet og formen av den trajektorie som følges av tyngdepunktet for hver mottager, som reaksjon på de mottatte bølger, bestemmelse som en funksjon av avstanden mellom hver mottager og senderposisjonen, av variasjonene av hver av parametrene og lokali-sering av de geologiske diskontinuiteter ved dybder der signifikante variasjoner i parametrene blir målt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at, idet trajektorien modelleres ved hjelp av en ellipsoide, idet bølgene som mottas av de tre sensorene i hver mottager, kombineres for å bestemme dens posisjon i rommet.og parametre som indikerer dens form, og ved at det tilveiebringes kurver som er representative for variasjonene til de forskjellige parametre som en funksjon av avstanden mellom hver mottager og senderposisjonen for de seismiske bølger.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at hver mottager presses mot veggen i et borehull og senderstedet er anbrakt på overflaten av bakken slik at avstanden mellom hver mottager og senderposisjonen hovedsakelig er lik mottagerens dybde.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at mottagerne er anbrakt på overflaten slik at nevnte avstand blir deres langsgående forskyvning i forhold til senderposisjonen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trajektorien defineres av n punkter ved å ta n sampler fra de signaler som leveres av hver av de tre sensorene i hver triaksial mottager, idet kovarians-matrisen for disse tre komponentsamplene blir beregnet for å bestemme de riktige verdier og riktige vektorer som defineres av deres respektive retnings-cosiner, og ved at de riktige verdier og retnings-cosinene blir kombinert for å bestemme de vinkler som angir den reelle posisjon i rommet av den ellipsoide som modellerer trajektorien og av parametrene som indikerer dens form.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at de koeffisienter som definerer ellipseformen og flattrykkingen av trajektorien blir nærmere bestemt, idet deres variasjoner bestemmes som en funksjon av avstanden mellom senderposisjonen og posisjonen til hver mottager, og ved at geologiske diskontinuiteter blir lokalisert for verdier av avstandene hvor signifikante variasjoner av koeffisientenes verdier observeres.