RU2066469C1 - Method for reversed vertical seismic profiling - Google Patents
Method for reversed vertical seismic profiling Download PDFInfo
- Publication number
- RU2066469C1 RU2066469C1 RU93043839A RU93043839A RU2066469C1 RU 2066469 C1 RU2066469 C1 RU 2066469C1 RU 93043839 A RU93043839 A RU 93043839A RU 93043839 A RU93043839 A RU 93043839A RU 2066469 C1 RU2066469 C1 RU 2066469C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drilled
- well
- reference signal
- wells
- vibrations
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к геофизическим методам исследования, в частности к модификации обращенного вертикального сейсмического профилирования (ВСП), использующей в качестве источника упругих колебаний работающее буровое долото. В этой модификации упругие колебания, распространяющиеся от забоя бурящейся скважины по окружающим горным породам, регистрируются сейсмоприемниками. расположенными в приповерхностной зоне, а опорный сигнал, возбуждаемый долотом, регистрируется в верхней части бурильной колонны и используется для выделения из записей, зарегистрированных сейсмоприемниками, полезных волн, несущих информацию о сейсмических параметрах горных пород, окружающих скважину, а также расположенных ниже ее забоя. Более конкретно, изобретение относится к тому случаю, когда исследуемый геологический объект разбуривается более чем одной скважиной и направлено на увеличение объема оперативно получаемой информации о разбуриваемом объекте и сокращение затрат на получение такой информации. The invention relates to geophysical research methods, in particular to a modification of reverse vertical seismic profiling (VSP), using a working drill bit as a source of elastic vibrations. In this modification, elastic vibrations propagating from the bottom of a drilled well through the surrounding rocks are recorded by geophones. located in the near-surface zone, and the reference signal excited by the bit is recorded in the upper part of the drill string and is used to extract from the records recorded by geophones useful waves carrying information about the seismic parameters of the rocks surrounding the borehole and also located below its bottom. More specifically, the invention relates to the case when the geological object under study is drilled by more than one well and is aimed at increasing the volume of operational information about the object being drilled and reducing the cost of obtaining such information.
Известен метод вертикального сейсмического профилирования (ВСП), в котором более высокой точности и детальности при изучении структуры околоскважинного пространства по сравнению с наземной сейсморазведкой достигают за счет того, что источник или приемник колебаний перемещают вдоль ствола скважины в процессе ее отработки. The known method of vertical seismic profiling (VSP), in which higher accuracy and detail when studying the structure of the near-wellbore compared with ground-based seismic exploration is achieved due to the fact that the source or receiver of vibrations is moved along the wellbore during its development.
При прямом ВСП, когда в скважину на кабеле помещают снаряд с сейсмоприемником, а источник колебаний размещают в приповерхностной зоне, записи упругих колебаний получают путем последовательного перемещения снаряда вдоль ствола скважины с определенным шагом в процессе ее отработки. Проведение прямого ВСП становится непрактичным, если количество пунктов возбуждения (ПВ), необходимых для решения задачи, становится большим. Это неизбежно при изучении пространственного строения сложнопостроенных геологических объектов. Увеличение числа ПВ приводит к росту затрат на задалживание вынужденной бездействовать скважины, а также на проведение работ ВСП с использованием дорогостоящей скважинной аппаратуры и бригад, обслуживающих источники колебаний. Кроме того, отработка необсаженных скважин снарядами ВСП, снабженными довольно жесткими прижимными устройствами, становится опасной для самих скважин и для снарядов, если сложность системы наблюдений предполагает длительное нахождение последних в скважине, особенно в условиях высоких гидростатических давлений, температур и агрессивных сред. With direct VSP, when a projectile with a seismic receiver is placed on a cable in the well, and the oscillation source is placed in the near-surface zone, elastic vibrations are obtained by sequentially moving the projectile along the wellbore with a certain step during its development. Conducting a direct VSP becomes impractical if the number of excitation points (PV) necessary to solve the problem becomes large. This is inevitable when studying the spatial structure of complex geological objects. An increase in the number of wells leads to an increase in the cost of shutting down a well that was forced to stay idle, as well as for carrying out VSP works using expensive downhole equipment and crews serving vibration sources. In addition, the development of open-hole wells with VSP shells equipped with fairly rigid clamping devices becomes dangerous for the wells themselves and for the shells if the complexity of the observation system implies a long stay of the latter in the well, especially in conditions of high hydrostatic pressures, temperatures and aggressive environments.
При обращенном ВСП источник колебаний помещают в глубокую скважину, а в приповерхностной зоне устанавливают сейсмоприемники. В кинематическом отношении система наблюдений аналогична прямому ВСП, однако использование многоканальных наземных сейсморегистрирующих систем обеспечивает требуемое число пар источник-приемник колебаний без больших затрат, присущих прямому ВСП (А. с. N 363951 (СССР). Способ сейсмической разведки. Г.А. Шехтман и др. Опубл. в БИ, 1973, N 18). Широкое внедрение обращенного ВСП в практику работ с использованием взрывных источников, опускаемых в скважину на кабеле, подтвердили высокую геологическую эффективность этой модификации метода (Силаев В. А. Сейсмическое торпедирование глубоких скважин при длительном изучении нефтеперспективных объектов. М. 1983, с. 60, ил. (Регион. развед. и промысл. геофизика. Обзор/ВНИИ экон. минер. сырья и геол. -развед. работ ВИЭМС). Однако экономическая эффективность применения взрывных источников при обращенном ВСП остается невысокой из-за малой канальности кабеля и ограниченной возможности осуществить накопление воздействий. Кроме того, при изучении больших глубин резко возрастает время на спуско-подъемные операции во время проведения обращенного ВСП, а следовательно, возрастают затраты на задалживание скважин. Следует также отметить опасность проведения взрывов в открытом стволе скважины, пересекающей терригенные породы. When the VSP is facing, the oscillation source is placed in a deep well, and geophones are installed in the near-surface zone. In kinematic terms, the observation system is similar to direct VSP, however, the use of multichannel ground-based seismic acquisition systems provides the required number of source-receiver oscillation pairs without the high costs inherent in direct VSP (A. p. N 363951 (USSR). Seismic exploration method. G. A. Shekhtman and other publ. in BI, 1973, N 18). The widespread introduction of reversed VSP in the practice of using explosive sources lowered into the cable well, confirmed the high geological effectiveness of this modification of the method (V. Silaev. Seismic torpedoing of deep wells during a long study of oil-prospective objects. M. 1983, p. 60, silt (Regional. Exploration and production geophysics. Overview / All-Russian Research Institute of Economic Mineral Resources and Geological Exploration of VIEMS). However, the economic efficiency of using explosive sources with reversed VSP remains low due to the small channel In addition, when studying large depths, the time for tripping during the reversed VSP sharply increases and, consequently, the costs of closing up the wells increase.The risk of explosions in an open borehole should also be noted, crossing terrigenous rocks.
Наиболее простым и эффективным глубинным источником колебаний является работающее буровое долото. Использование бурового долота в качестве источника снимает ряд проблем, сопутствующих применению скважинной аппаратуры на кабеле, включая такую важную проблему, как термобаропрочность. The simplest and most effective deep source of vibration is a working drill bit. The use of a drill bit as a source removes a number of problems associated with the use of downhole equipment on cable, including such an important problem as thermal pressure resistance.
В процессе воздействия долота на забой скважины формируется квазислучайный процесс излучения упругих колебаний в окружающую среду, обусловленный главным образом ударами зубьев вращающегося долота о забой. Возбуждаемые работающим долотом колебания распространяются также вверх по бурильной колонне. Регистрация этих колебаний датчиком, расположенным в верхней части бурильной колонны, позволяет судить о сигнале, распространяющемся от забоя в окружающие горные породы. Кроме того, сам по себе этот сигнал несет информацию о разбуриваемых породах, режиме бурения и состоянии бурового долота. Распространяющийся в окружающих горных породах сигнал, возбуждаемый буровым долотом, проходит к земной поверхности непосредственно или после отражения от сейсмических границ, расположенных ниже забоя скважины, и может быть зарегистрирован сейсмоприемниками, расположенными в приповерхностной зоне вблизи бурящейся скважины, а также на различных от нее удалениях и в различных азимутах. Используя регистрируемый в верхней части бурильной трубы сигнал в качестве опорного сигнала, можно, формируя функции взаимной корреляции (ФВК) этого сигнала и записей, полученных от сейсмоприемников, преобразовать эти записи в импульсную форму, аналогично тому, как это делают в вибросейсморазведке, где роль опорного сигнала играет свип. Поскольку глубина забоя и скорость распространения опорного сигнала вдоль бурильной трубы известны, то после формирования ФВК в каждую запись можно ввести статическую поправку, равную времени распространения опорного сигнала от долота до датчика опорного сигнала, приведя запись к отметке момента возбуждения, соответствующей началу очередного "свипа". Величина статической поправки равна Δt = l/vтр, где l длина бурильной колонны, а Vтр скорость распространения трубной волны. После этого сейсмограммы, составленные из ФВК с введенными статическими поправками, практически не отличаются от сейсмограмм обращенного ВСП, полученных путем возбуждения импульсных колебаний источником, размещенным на той же глубине, что и забой бурящейся скважины. Многоканальные записи, полученные при различной глубине работающего бурового долота, в кинематическом отношении аналогичны записям уровенного прямого ВСП, или метода обращенного годографа (МОГ). Записи же, сгруппированные для каждого сейсмоприемника, расположенного на фиксированном удалении от скважины, будут аналогичны в кинематическом отношении записям непродольного ВСП (НВСП). Это находится в полном соответствии с принципом взаимности. Однако в динамическом отношении записи прямого и обращенного ВСП будут резко различаться по форме, спектральному составу, интенсивности, поляризации. Полярность отраженных волн (по отношению к полярности вступлений прямой волны) в прямом и обращенном ВСП противоположна, потому что при прямом ВСП приемник находится между источником колебаний и отражающими границами, а при обращенном ВСП источник колебаний (долото) и нижерасположенные отражающие границы находятся по одну и ту же сторону от приемника колебаний. Группируя записи по схеме с общей точкой приема (ОТП), с общей точкой возбуждения (ОТВ) либо с общей глубинной точкой (ОГТ), можно, привлекая дополнительно транспозиционную корреляцию для выделения полезных волн, определять сейсмические параметры разреза и формировать его изображение, применяя миграцию записей после выделения отраженных волн.During the impact of the bit on the bottom of the well, a quasi-random process of emission of elastic vibrations into the environment is formed, mainly due to impacts of the teeth of the rotating bit on the bottom. The vibrations excited by the working bit also propagate up the drill string. The registration of these vibrations by a sensor located in the upper part of the drill string allows us to judge the signal propagating from the bottom to the surrounding rocks. In addition, this signal itself carries information about the rocks being drilled, the drilling mode and the condition of the drill bit. The signal propagated in the surrounding rocks, excited by the drill bit, passes to the earth's surface directly or after reflection from seismic boundaries located below the bottom of the well, and can be recorded by geophones located in the surface area near the well being drilled, as well as at different distances from it in various azimuths. Using the signal recorded in the upper part of the drill pipe as a reference signal, it is possible, by forming the cross-correlation functions (CVF) of this signal and the records received from the geophones, to convert these records to pulsed form, similar to how they are done in vibro-seismic exploration, where the role of the reference The signal is played by a sweep. Since the bottomhole depth and the propagation velocity of the reference signal along the drill pipe are known, after the FVC is formed, a static correction can be entered in each record equal to the propagation time of the reference signal from the bit to the reference signal sensor, bringing the record to the mark of the excitation moment corresponding to the beginning of the next “sweep” . The value of the static correction is Δt = l / v tr , where l is the length of the drill string, and V tr the velocity of propagation of the pipe wave. After this, seismograms made up of FVK with the introduced static corrections practically do not differ from seismograms of the reversed VSP obtained by excitation of pulsed oscillations by a source located at the same depth as the bottom of the well being drilled. Multichannel records obtained at different depths of the working drill bit are kinematically similar to the records of the level direct VSP, or the method of the reversed hodograph (MTF). The records grouped for each seismic receiver located at a fixed distance from the well will be kinematically similar to the records of a non-longitudinal VSP (NVSP). This is in full accordance with the principle of reciprocity. However, in the dynamic relation, the records of direct and inverse VSPs will sharply differ in shape, spectral composition, intensity, and polarization. The polarity of the reflected waves (with respect to the polarity of the arrivals of the direct wave) in the forward and reverse VSP is opposite, because with a direct VSP, the receiver is between the oscillation source and the reflecting boundaries, and with the reverse VSP, the oscillation source (bit) and the lower reflecting boundaries are one and the same side from the oscillation receiver. By grouping the records according to the scheme with a common receiving point (OTP), with a common excitation point (OTV), or with a common deep point (OGT), it is possible, using additional transposition correlation to select useful waves, determine the seismic parameters of the section and form its image using migration records after highlighting the reflected waves.
В патентной и технической литературе описаны способы обращенного ВСП, использующие работающее буровое долото в качестве источника упругих колебаний (А. с. СССР N 1035549. Способ скважинной сейсморазведки. Г.А. Шехтман и М.Б. Шнеерсон. Опубл. в БИ, 1983, N 30; Rektor III J.W. Marion B.P. Extending VSP to 3-D and MWD: using the drill bit as downhole seismic source // Oil and Gas J. 1989, v. 87, N 25; Rector III H.W. Marion B.P. The use of drill-bit energy as a downhole seismic source // Geophysics, v. 56, N 5, 1991). Общим в этих способах является использование бурового долота, работающего в нестационарном режиме, в качестве источника упругих колебаний, регистрируемых сейсмоприемником в приповерхностной зоне, а также датчика опорного сигнала, расположенного в верхней части бурильной колонны. Опорный сигнал используют как аналог свипа в вибросейсморазведке для выделения из записей сигналов, возбуждаемых буровым долотом. Принципы, положенные в основу этих способов, детально описаны выше. The patent and technical literature describe methods of reverse VSP using a working drill bit as a source of elastic vibrations (A. S. USSR No. 1035549. Method for downhole seismic exploration. G. A. Shekhtman and M. B. Schneerson. Publ. In BI, 1983 , N 30; Rektor III JW Marion BP Extending VSP to 3-D and MWD: using the drill bit as downhole seismic source // Oil and Gas J. 1989, v. 87, N 25; Rector III HW Marion BP The use of drill-bit energy as a downhole seismic source // Geophysics, v. 56, N 5, 1991). Common in these methods is the use of a drill bit operating in an unsteady mode as a source of elastic vibrations recorded by a seismic receiver in the near-surface zone, as well as a reference signal sensor located in the upper part of the drill string. The reference signal is used as an analogue of a sweep in a vibro-seismic survey to extract signals excited by a drill bit from the records. The principles underlying these methods are described in detail above.
Ближайшим к предлагаемому техническим решением (прототипом) является способ обращенного ВСП, в котором упругие колебания возбуждают работающим буровым долотом, регистрируют записи колебаний при помощи сейсмоприемников, расположенных в приповерхностной зоне вблизи устья бурящейся скважины и (или) на различных от нее удалениях и в различных азимутах, регистрируют возбуждаемый долотом опорный сигнал при помощи датчика, расположенного в верхней части бурильной колонны, выделяют по функциям взаимной корреляции между опорным сигналом и записями объемные волны, по которым определяют сейсмические параметры среды и формируют ее изображение (Патент США N 4926391 от 15.05.1990, заявл. 21.10.1988, авторы: J. Rektor, B.Marion, B.Widrow, J.A. Salehi). Наиболее существенным отличием данного технического решения, убедительно подтвержденным экспериментально (см. статью: J.W. Rector III, B.P. Marion and R.A. Hardage. The use of an active drill bit for inverse VSP measurements // Explor. geophys. 1989, v. 20, N 1-2), является использование непрерывного квазислучайного процесса, которым характеризуется излучаемый работающим долотом сигнал, для его выделения из записи, сформированной из объемных волн, распространяющихся от долота по окружающим горным породам, и различных помех, интерферирующих с этими волнами. Изображение среды, полученное путем миграции записей, зарегистрированных при возбуждении колебаний буровым долотом, по качеству и главным образом разрешенности оказалось не хуже, чем изображение, полученное при прямом НВСП в результате отработки скважины после завершения ее бурением. Тем самым была показана конкурентоспособность данной модификации метода ВСП, открывающей, как отмечалось первыми двумя авторами прототипа в одной из их статей, "новую эру" в скважинной сейсморазведке (см. в журнале: Oil and Gas J. 1989, v. 87, N 25, p. 55-58). The closest to the proposed technical solution (prototype) is the reverse VSP method, in which elastic vibrations are excited by a working drill bit, record vibrations using geophones located in the near-surface zone near the mouth of the well being drilled and (or) at different distances from it and in different azimuths , the reference signal excited by the bit is recorded using the sensor located in the upper part of the drill string, and the cross-correlation functions between the reference signal and volume waves, which determine the seismic parameters of the medium and form its image (US Patent No. 4926391 of 05.15.1990, application form 10.21.1988, authors: J. Rektor, B. Marion, B. Widrow, J.A. Salehi). The most significant difference of this technical solution, convincingly confirmed experimentally (see article: JW Rector III, BP Marion and RA Hardage. The use of an active drill bit for inverse VSP measurements // Explor. Geophys. 1989, v. 20, N 1 -2), is the use of a continuous quasi-random process, which is characterized by the signal emitted by the working bit, to extract it from the record formed from body waves propagating from the bit through the surrounding rocks, and various interferences that interfere with these waves. The image of the medium obtained by migration of the records recorded during the excitation of the oscillations by the drill bit turned out to be no worse in quality and mainly resolution than the image obtained with direct high-pressure drilling as a result of drilling the well after completion of drilling. Thus, the competitiveness of this modification of the VSP method was shown, which opens, as noted by the first two authors of the prototype in one of their articles, a “new era” in downhole seismic exploration (see in the journal: Oil and Gas J. 1989, v. 87, N 25 , p. 55-58).
Явным ограничением области применения прототипа является, однако, изучение в нем околоскважинного пространства лишь одной бурящейся скважины. Между тем при разведке и эксплуатации месторождений углеводородов, а также других интересных для геологии и геофизики объектов нередко одновременно забуривается несколько скважин, по меньшей мере две. В этих случаях непосредственное применение известного способа (прототипа) приводит к затратам, кратным числу бурящихся скважин, так как в окрестности каждой из них необходимо устанавливать сейсмостанцию с обслуживающим ее персоналом. Учитывая, что продолжительность бурения довольно велика, может оказаться, что расходы по изучению одновременно разбуриваемой площади станут не под силу геофизическому предприятию, проводящему обращенное ВСП в процессе бурения. Между тем информацию о режиме бурения и оперативный прогноз геологического разреза, особенно о той его части, которая расположена ниже скважины, крайне желательно иметь по каждой из бурящихся скважин своевременно. Крайне необходимо это в тех районах, где залежам углеводородов сопутствуют зоны аномально высокого пластового давления, в частности рапоопасные зоны. Своевременный прогноз наличия таких зон позволяет вовремя изменять режим бурения (в основном плотность бурового раствора) и избежать тем самым аварии скважины, связанных с нею огромных расходов, а возможно, и человеческих жертв среди буровой бригады. A clear limitation of the scope of the prototype is, however, the study in it of the near-wellbore space of only one well being drilled. Meanwhile, during exploration and exploitation of hydrocarbon deposits, as well as other objects of interest to geology and geophysics, quite often several wells are drilled at the same time, at least two. In these cases, the direct application of the known method (prototype) leads to costs that are a multiple of the number of wells drilled, since in the vicinity of each of them it is necessary to install a seismic station with its personnel. Given that the duration of drilling is quite long, it may turn out that the costs of studying the simultaneously drilled area will not be possible for the geophysical enterprise conducting the reverse VSP during drilling. Meanwhile, information about the drilling mode and the operational forecast of the geological section, especially about the part located below the well, is highly desirable to have timely information on each of the wells being drilled. This is extremely necessary in areas where hydrocarbon deposits are accompanied by zones of abnormally high reservoir pressure, in particular brine-hazardous zones. A timely forecast of the presence of such zones allows you to change the drilling mode in time (mainly the density of the drilling fluid) and thereby avoid a well accident, associated with it enormous costs, and possibly human casualties among the drilling crew.
Задачей настоящего изобретения является сокращение затрат на оперативное получение геологической и технологической информации об одновременно разбуриваемом объекте. Кроме того, цель изобретения повышение разрешающей способности способа, а также его информативности при наличии на объекте уже пробуренных скважин. Еще одной целью предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости способа. The objective of the present invention is to reduce the cost of promptly obtaining geological and technological information about a simultaneously drilled object. In addition, the purpose of the invention is to increase the resolution of the method, as well as its information content in the presence of already drilled wells at the facility. Another objective of the invention is to increase the noise immunity of the method.
Поставленная цель достигается тем, что дополнительно регистрируют опорный сигнал при помощи датчика, установленного по меньшей мере еще одной бурящейся скважине, и одновременно регистрируют в виде суммарной записи колебания, возбуждаемые в различных скважинах, после чего на суммарной записи путем формирования функций взаимной корреляции с каждым на опорных сигналов выделяют объемные волны, возбуждаемые долотом в каждой из бурящихся скважин. Кроме того, при наличии на разбуриваемом объекте уже пробуренной скважины в нее устанавливают приемники колебаний на глубину, расположенную под резкими акустическими границами, расположенными в верхней толще разреза. Приемники, расположенные в уже пробуренных скважинах, в одном из воплощений предлагаемого способа в процессе бурения могут перемещаться вдоль ствола скважины с шагом, позволяющим разделить между собой в рабочем диапазоне частот падающие и восходящие волны. Максимально полная информация об изучаемом объекте в процессе его разбуривания несколькими и более скважинами обеспечивается путем регистрации опорных сигналов и суммарных записей при возбуждении колебаний работающим долотом во всех скважинах, разбуривающий изучаемый объект; по выделенным при этом волнам определяют сейсмические параметры и (или) формируют пространственное изображение объекта. Повышение помехоустойчивости способа достигается путем подавления квазисинусоидальных помех, возбуждаемых в бурильной колонне, а также промышленных электрических помех в каналах датчиков опорных сигналов и в каналах сейсмоприемников в процессе регистрации колебаний, возбуждаемых работающим долотом. This goal is achieved by the fact that additionally record the reference signal using a sensor installed at least one well to be drilled, and at the same time record the oscillations excited in different wells as a total record, after which the total record by forming cross-correlation functions with each reference signals emit body waves excited by a bit in each of the wells being drilled. In addition, if there is already a drilled well on the object being drilled, vibration receivers are installed in it to a depth located under sharp acoustic boundaries located in the upper thickness of the section. Receivers located in already drilled wells, in one embodiment of the proposed method during drilling, can move along the wellbore in increments that allow the separation of incident and rising waves between themselves in the operating frequency range. The most complete information about the studied object in the process of drilling it with several or more wells is provided by registering reference signals and total records during excitation of the working bit in all wells, drilling the studied object; seismic parameters are determined from the waves allocated in this case and (or) they form a spatial image of the object. Improving the noise immunity of the method is achieved by suppressing quasi-sinusoidal noise excited in the drill string, as well as industrial electrical noise in the channels of the sensors of the reference signals and in the channels of the geophones in the process of registering vibrations excited by the working bit.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. The essence of the invention is as follows.
При бурении одновременно нескольких скважин в пределах одного и того же объекта, представляющего разведочный интерес, работающее долото каждой из бурящихся скважин излучает упругие колебания, форма которых существенно отличается от таковой для колебаний, излучаемых в других скважинах, так как режимы бурения в каждой из скважин, определяемые глубиной забоя и литотипом разбуриваемой породы, различны. При этом существенно, что на квазисинусоидальные колебания, частота которых определяется главным образом частотой вращения бурового инструмента, его параметрами, а также типом разбуриваемой горной породы, накладываются отдельные удары зубьев бурового долота о забой скважины, формирующие квазислучайный процесс, характеризующийся широкополосным спектром, осложненным резонансными пиками (см. например, статью: J. Lutz et al. gnstantaneous logging based on a dynamic theory of drilling //Journal of Petroleum Technology, N 6, 1972). Квазислучайные процессы, характеризующие сигналы, возбуждаемые буровым долотом в различных скважинах, различаются между собой существенно, поэтому опорные сигналы, зарегистрированные датчиками, установленными в верхней части бурильной колонны в каждой из бурящихся скважин, так же будут резко различаться между собой. Что же касается сейсмоприемников, установленных в пределах разбуриваемого объекта, то они будут регистрировать суммарный сигнал, сформированный как результат суперпозиции помех и объемных волн (проходящих, отраженных, головных и др.), распространяющихся в окружающих породах от забоя каждой из бурящихся скважин. Ясно, что уровень сигналов, приходящих от каждой из скважин, будет определяться интенсивностью возбуждаемых сигналов (в более крепких породах она выше), удаленностью от скважины сейсмоприемника, а также близостью забоя к целевому объекту, отражение упругих волн от которого требуется выделить для формирования изображения объекта. When drilling several wells at the same time within the same object of exploratory interest, the working bit of each of the drilled wells emits elastic vibrations, the shape of which differs significantly from that for the vibrations emitted in other wells, since the drilling modes in each of the wells, determined by the depth of the face and lithotype of the drilled rock, are different. Moreover, it is significant that quasi-sinusoidal vibrations, the frequency of which is mainly determined by the rotational speed of the drilling tool, its parameters, as well as the type of rock being drilled, are superimposed by individual impacts of the teeth of the drill bit on the bottom of the well, forming a quasi-random process characterized by a broadband spectrum complicated by resonant peaks (see, for example, the article: J. Lutz et al. gnstantaneous logging based on a dynamic theory of drilling // Journal of Petroleum Technology, N 6, 1972). Quasi-random processes that characterize the signals excited by the drill bit in different wells differ significantly from each other, therefore, the reference signals recorded by sensors installed in the upper part of the drill string in each of the drilled wells will also differ sharply from each other. As for the geophones installed within the drilled object, they will record the total signal generated as a result of a superposition of interference and body waves (transmitted, reflected, head waves, etc.) propagating in the surrounding rocks from the bottom of each of the drilled wells. It is clear that the level of signals coming from each of the wells will be determined by the intensity of the excited signals (in stronger rocks it is higher), the distance from the well of the seismic receiver, as well as the proximity of the bottom to the target object, the reflection of elastic waves from which must be selected to form an image of the object .
Если сформировать ФВК одного из опорных сигналов, зарегистрированных на одной из бурящихся скважин, с суммарной записью зарегистрированной одним из сейсмоприемников, расположенным на исследуемом объекте в приповерхностной зоне, то выделены из суммарной записи будут только те волны, которые пришли к данному сейсмоприемнику от работающего бурового долота именно той из бурящихся скважин, на которой был зарегистрирован данный опорный сигнал; при этом сигналы от других бурящихся скважин будут подавлены как нерегулярные помехи, поскольку их форма будет существенно иной. Поочередно формируя ФВК каждого из опорных сигналов с суммарной записью, в результате получают раздельные записи в импульсной форме, число которых равно числу буpящихся скважин. Вводя в каждую из полученных ФВК временной статический сдвиг, равный времени распространения продольной волны вдоль бурильной колонны от долота датчика опорного сигнала, получают записи в импульсной форме, на которых время прихода волн отсчитывается от момента их возбуждения на забое соответствующей скважины. Положение забоя каждой из одновременно бурящихся скважин в момент регистрации суммарной записи различно, и его координаты учитывают в процессе обработки. Координаты забоя можно также определить совместно с сейсмическими параметрами околоскважинного пространства путем решения трехмерной обратной кинематической задачи, обеспечив для этого необходимое число пар источник-приемник и соответствующее их пространственное расположение. If you create the FVC of one of the reference signals recorded at one of the wells being drilled, with the total record recorded by one of the geophones located at the studied object in the near-surface zone, then only those waves that came to this geophones from the working drill bit will be extracted from the total record exactly the one of the drilled wells on which this reference signal was recorded; at the same time, signals from other wells drilled will be suppressed as irregular interference, since their shape will be significantly different. By alternately forming the FVC of each of the reference signals with a total record, the result is separate records in pulsed form, the number of which is equal to the number of wells drilled. By introducing into each of the obtained CVFs a temporary static shift equal to the propagation time of the longitudinal wave along the drill string from the bit of the reference signal sensor, pulsed recordings are obtained on which the time of arrival of the waves is counted from the moment they were excited at the bottom of the corresponding well. The position of the bottom of each of the simultaneously drilled wells at the time of recording the total record is different, and its coordinates are taken into account during processing. The bottomhole coordinates can also be determined in conjunction with the seismic parameters of the near-wellbore space by solving the three-dimensional inverse kinematic problem, providing for this the necessary number of source-receiver pairs and their corresponding spatial location.
Расположение сейсмоприемников в окрестности исследуемых бурящихся скважин и между ними определяется решаемыми задачами, оно аналогично двумерным и трехмерным системам наблюдений прямого ВСП. Квазислучайный характер колебаний, возбуждаемый работающим буровым долотом, позволяет одновременно регистрировать записи от любого число бурящихся скважин при условии, что на каждой из них установлен датчик опорного сигнала. В одном из предлагаемых конкретных воплощений изобретения регистрируют опорные сигналы на каждой из скважин, разбуривающих изучаемый объект, а также суммарную запись, из которой изложенным выше способом выделяют колебания, возбуждаемые в каждой из скважин; по выделенным при этом волнам определяют пространственное изображение объекта, обладающее максимальной информативностью. Наличие записей, полученных из различных скважин при различной глубине работающего бурового долота, создает предпосылки для повышения качества изображений путем их накапливания. Последнее осуществляют известным путем, применяя суммирование накапливаемых сигналов или медианную фильтрацию. The location of the geophones in the vicinity of the studied wells being drilled and between them is determined by the tasks being solved, it is similar to two-dimensional and three-dimensional observation systems of direct VSP. The quasi-random nature of the oscillations excited by the working drill bit allows you to simultaneously record records from any number of wells drilled, provided that a reference signal sensor is installed on each of them. In one of the proposed specific embodiments of the invention, reference signals are recorded at each of the wells drilling the object under study, as well as a summary record from which the vibrations excited in each of the wells are isolated by the above method; the spatial image of the object that has the maximum information content is determined from the waves highlighted in this case. The presence of records obtained from various wells at different depths of the working drill bit creates the prerequisites for improving the quality of images by accumulating them. The latter is carried out in a known manner, using the summation of the accumulated signals or median filtering.
Кроме сейсмоприемников, расположенных в приповерхностной зоне, предлагается дополнительно устанавливать приемники колебаний в уже пробуренные скважины под резкие акустические границы, расположенные в верхней толще разреза. Кроме того, предлагается также в процессе проводки бурящихся скважин в пробуренных скважинах приемники колебаний перемещать вдоль ее ствола с шагом, позволяющим разделить падающие и выходящие волны в рабочем диапазоне частот. Последнее означает, что после формирования записей в импульсной форме волновые поля можно будет разделить на падающие и восходящие волны без формирования ложных осей синфазности за счет аляйсинг-эффекта; для этого шаг приемников по стволу скважины не должен превышать четверти минимальной длины волны. Отработку уже пробуренных скважин по методике прямого ВСП в процессе бурения остальных скважин можно при необходимости проводить неоднократно, учитывая большую продолжительность проводки скважин, расположенных в пределах изучаемого объекта. In addition to geophones located in the near-surface zone, it is proposed to additionally install vibration detectors in already drilled wells under sharp acoustic boundaries located in the upper section thickness. In addition, it is also proposed that during the drilling of drilled wells in drilled wells, the oscillation receivers be moved along its trunk in increments that allow the separation of incident and output waves in the operating frequency range. The latter means that after the formation of records in pulsed form, the wave fields can be divided into incident and ascending waves without the formation of false axes of common mode due to the aliasing effect; for this, the step of the receivers along the wellbore should not exceed a quarter of the minimum wavelength. If already drilled wells can be drilled using the direct VSP method while drilling the remaining wells, it is possible to carry out more than once, given the long duration of drilling of wells located within the studied object.
Целесообразность в отработке уже пробуренных скважин при использовании в качестве источника колебаний бурового долота бурящихся скважин определяется тем, что в этом случае и источники, и приемники колебаний расположены ниже верхней толщи разреза, характеризующейся большим затуханием сейсмической энергии и наличием резких кратнообразующих границ. Тем самым достигается более высокая помехоустойчивость и разрешенность этих записей по сравнению с записями, полученными наземными сейсмоприемниками. Сочетание записей, полученных внутри среды и на поверхности, повышает достоверность результата. Кроме того, многократная обработка уже пробуренных скважин в процессе бурения соседних скважин позволяет применить на этапе обработки мощный аппарат компьютерной томографии, предполагающий достаточно густую систему наблюдений при просвечивании объектов, расположенных в межскважинном пространстве. The feasibility in the development of already drilled wells when using drilled wells as an oscillation source of the drill bit is determined by the fact that in this case both the sources and receivers of vibrations are located below the upper thickness of the section, characterized by a large attenuation of seismic energy and the presence of sharp short-range boundaries. Thus, a higher noise immunity and resolution of these records is achieved in comparison with the records obtained by ground-based geophones. The combination of records obtained inside the medium and on the surface increases the reliability of the result. In addition, the multiple processing of already drilled wells in the process of drilling neighboring wells allows the use of a powerful computed tomography apparatus at the processing stage, which assumes a fairly dense observation system when scanning objects located in the interwell space.
Наличие в опорных сигналах и записях, регистрируемых сейсмоприемниками, квазисинусоидальных колебаний, накладывающихся на квазислучаный процесс, приводит к снижению разрешенности результатов. Кроме того, повышаются требования к величине динамического диапазона сейсморегистрирующей аппаратуры, поскольку квазисинусоидальный сигнал-помеха может существенно превышать по интенсивности информативный квазислучайный процесс. Поэтому подавление квазисинусоидальных помех предлагается проводить на этапе регистрации колебаний. Для этого рекомендуется в каждом из каналов, предназначенных для регистрации опорных сигналов, до регистрации последних провести настройку на подавляемые квазисинусоидальные помехи и после определения их параметров вычитать эти помехи из сигнала, регистрируемого датчиком опорного сигнала. При последующем формировании ФВК записей сейсмоприемников с опорным сигналом, очищенным предлагаемым способом от квазисинусоидальных помех, аналогичные помехи регистрируемые сейсмоприемниками, подавляются. The presence of quasi-sinusoidal oscillations superimposed on the quasi-random process in the reference signals and records recorded by the geophones leads to a decrease in the resolution of the results. In addition, requirements are increasing for the dynamic range of seismic recording equipment, since a quasi-sinusoidal signal-interference can significantly exceed the informative quasi-random process in intensity. Therefore, it is proposed to suppress quasi-sinusoidal interference at the stage of registration of oscillations. For this, it is recommended that in each of the channels intended for registration of reference signals, before registering the latter, tuning is performed to suppress quasi-sinusoidal interference and after determining their parameters, subtract these interference from the signal recorded by the reference signal sensor. In the subsequent formation of FVC records of geophones with a reference signal, purified by the proposed method from quasi-sinusoidal interference, similar interference recorded by geophones is suppressed.
Предлагаемый способ реализуется при помощи современных рабочих станций, устанавливаемых на разбуриваемом объекте. Формирование ФВК записей с опорными сигналами, поступающими на рабочую станцию с каждой из бурящихся скважин, и накапливание полученных ФВК с целью повышения отношения сигнал/помеха выполняют известными способами. Передачу опорных сигналов с каждой из бурящихся скважин на рабочую станцию целесообразно осуществлять по радио, используя для этого известные современные устройства, применяющиеся при режимных наблюдениях над процессом бурения по акустическим сигналам, регистрируемым в верхней части бурильной колонны (см. например, статью: K. Rappold. Drilling optimized with surface measurement of dounhole Vibrations // Oil Gas J. Feb. 15, 1993). The proposed method is implemented using modern workstations installed on a drilled object. The formation of the FVC records with reference signals arriving at the workstation from each of the drilled wells, and the accumulation of the obtained FVC in order to increase the signal / noise ratio is performed by known methods. It is advisable to transmit reference signals from each of the wells drilled to the workstation by radio, using well-known modern devices for this, which are used when monitoring the drilling process using acoustic signals recorded in the upper part of the drill string (see, for example, article: K. Rappold Drilling optimized with surface measurement of dounhole Vibrations // Oil Gas J. Feb. 15, 1993).
Предлагаемое изобретение, в отличие от прототипа, позволяет в дополнение к перечисленным выше преимуществам исключить влияние фактора времени на результаты обращенного ВСП, получаемые в каждой из бурящихся скважин. Более того, одновременная регистрация колебаний, возбуждаемых в процессе бурения различных скважин, расположенных в пределах целевого геологического объекта, позволяет осуществлять наблюдение за объектом во времени (мониторинг) по изменению значений сейсмических параметров, обусловленному, например, перемещением контура залежи углеводородов в процессе эксплуатации месторождения. Тем самым дополнительно обеспечиваются новые возможности для решения технологических задач нефтегазовой геологии. The present invention, in contrast to the prototype, allows, in addition to the above advantages, to exclude the influence of the time factor on the results of reversed VSP obtained in each of the drilled wells. Moreover, the simultaneous registration of vibrations excited during the drilling of various wells located within the target geological object allows monitoring the object in time (monitoring) by changing the seismic parameters due to, for example, moving the contour of a hydrocarbon deposit during field operation. This additionally provides new opportunities for solving technological problems of oil and gas geology.
Регистрация в предлагаемом изобретении суммарной записи, включающей одиночные квазислучайные процессы, создает предпосылки для одновременной регистрации практически неограниченного числа таких процессов, каждый из которых характеризует режим бурения в соответствующей скважине, а также освещает геологический разрез ниже забоя и в ее окрестности. Известные в технике искусственно управляемые процессы возбуждения колебаний с одновременной записью суммарных колебаний, разделяемых затем так же путем формирования ФВК с опорным сигналом, имеют существенные принципиальные и практические ограничения. Так, при вибросейсморазведке с так называемыми "ортогональными" свипами практически используется лишь две группы источников колебаний, одна из которых излучает свип с увеличением частоты возбуждаемых колебаний (upsweep) а другая с понижением частоты (downsweep) (Technical series N 564.87.04 CGG). Registration in the proposed invention of the total record, including single quasi-random processes, creates the prerequisites for the simultaneous registration of an almost unlimited number of such processes, each of which characterizes the drilling mode in the corresponding well, and also illuminates the geological section below the bottom and in its vicinity. Artificially controlled processes of excitation of oscillations known in the art with simultaneous recording of total oscillations, which are then separated by the same way as the formation of a FVC with a reference signal, have significant fundamental and practical limitations. So, when vibro-seismic exploration with the so-called "orthogonal" sweeps, only two groups of oscillation sources are practically used, one of which emits a sweep with an increase in the frequency of excited oscillations (upsweep) and the other with a decrease in frequency (downsweep) (Technical series N 564.87.04 CGG).
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93043839A RU2066469C1 (en) | 1993-09-06 | 1993-09-06 | Method for reversed vertical seismic profiling |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93043839A RU2066469C1 (en) | 1993-09-06 | 1993-09-06 | Method for reversed vertical seismic profiling |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93043839A RU93043839A (en) | 1995-02-27 |
| RU2066469C1 true RU2066469C1 (en) | 1996-09-10 |
Family
ID=20147201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93043839A RU2066469C1 (en) | 1993-09-06 | 1993-09-06 | Method for reversed vertical seismic profiling |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2066469C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450292C2 (en) * | 2009-12-28 | 2012-05-10 | Николай Викторович Беляков | Inverse vertical seismic profiling method and apparatus for realising said method |
| RU2562748C1 (en) * | 2014-08-14 | 2015-09-10 | Александр Петрович Жуков | Method for vibration seismic survey |
-
1993
- 1993-09-06 RU RU93043839A patent/RU2066469C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 1035549, кл. G 01 V 1/40, 1983. 2. Патент США N 4926391, кл. G 01 V 1/28, 1990. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450292C2 (en) * | 2009-12-28 | 2012-05-10 | Николай Викторович Беляков | Inverse vertical seismic profiling method and apparatus for realising said method |
| RU2562748C1 (en) * | 2014-08-14 | 2015-09-10 | Александр Петрович Жуков | Method for vibration seismic survey |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5574218A (en) | Determining the length and azimuth of fractures in earth formations | |
| US5012453A (en) | Inverse vertical seismic profiling while drilling | |
| CA2416669C (en) | Use of minor borehole obstructions as seismic sources | |
| US20050034917A1 (en) | Apparatus and method for acoustic position logging ahead-of-the-bit | |
| US20060034152A1 (en) | Tube-wave seismic imaging | |
| Majer et al. | Fracture detection using crosswell and single well surveys | |
| EP1595164B1 (en) | Permanent downhole resonant source | |
| US6591193B2 (en) | Method and apparatus for acquiring offset checkshot survey data using tube-wave conversion | |
| CN112130195A (en) | Time-shifting VSP data acquisition system and method based on distributed optical fiber acoustic sensing | |
| US5200928A (en) | Method for using mode converted P- to S- wave data to delineate an anomalous geologic structure | |
| Greenwood et al. | Hydrophone VSP surveys in hard rock | |
| Mari et al. | 3D seismic imaging of a near-surface heterogeneous aquifer: A case study | |
| US20140078864A1 (en) | Intra-bed source vertical seismic profiling | |
| Greenwood et al. | Characterization and imaging of a hydrothermally active near-vertical fault zone in crystalline rocks based on hydrophone VSP data | |
| RU2066469C1 (en) | Method for reversed vertical seismic profiling | |
| US20130094325A1 (en) | Look-ahead seismic while drilling | |
| KR20010035239A (en) | Method of prospecting a seismic survey using a boring hole | |
| RU2169381C1 (en) | Method of seismic prospecting for direct search and study of oil and gas fields by data of conversion, processing and analysis of elastic wave fields in frequency region | |
| Wang et al. | Retrieving drill bit seismic signals using surface seismometers | |
| Henninges et al. | Exploration and monitoring with distributed acoustic sensing at the EGS Site Groß Schönebeck | |
| Kan et al. | Pre-drill geophysical methods for geopressure detection and evaluation | |
| Mari | Full waveform acoustic data processing | |
| RU1778725C (en) | Method of well downhole seismic survey | |
| Dobecki | High Resolution in Saturated Sediments-a case for shear wave reflection | |
| RU1778726C (en) | Method of downhole seismic survey |