SU1002997A1 - Способ вертикального сейсмического профилировани - Google Patents

Description

Изобретение относится к скважинным сейсмическим исследованиям и мо-¹ жет быть использовано для детального изучения геологического разреза в 5 околоскважинном пространстве.

Известен способ вертикального сейсмического профилирования, в котором по сейсмозаписям, полученным в скважине при расположении источника воз- ю буждения вблизи земной поверхности, выделяют отраженные волны, которые фильтруют предскаэующими и формирую^' щими фильтрами, а по полученным импульсным сейсмограммам определяют упругие свойства исследуемых пород[Ц

Недостатком данного способа яв- , ляется его непригодность для случая наклонных скважин и наклонного зале- __ гания пластов, так как наблюдения ^υ в скважине проводят при неизменном положении каждого пункта возбуждения, что не обеспечивает ортогональности сейсмических лучей к плоскости напластования пород, требуемой 25 для корректного решения обратной динамической задачи.

Кроме того, к недостаткам способа относится использование лишь одного класса волн - продольных. 30

Известен также способ сейсмической разведки, основанный на использовании динамических характеристик ¹ вертикальной компоненты волнового сейсмического поля, в котором группой сейсмоприемников, число которых определяется канальностью аппаратуры, на интервале вертикального профиля,; -расположенном ниже резких преломляющих и отражающих границ, регистрируют упругие колебания из пункта возбуждения (ПВ), совпадающего с проекцией сейсмоприемников на земную поверхность, т.е. отрабатывают участок вертикального продольного профиля из одного ПВ. На этапе обработки волновое поле разделяют на падающие и восходящие волны, сейсмограмму падающих волн используют в качестве входного сигнала, а сейсмограмму восходящих волн - в качестве результата свертки импульсной реакции нижезалегающей среда и входного сигнала. Затем, учтя геометрическое расхождение и поглощение, рассчитывают импульсную реакцию среда, от которой переходят к импульсной характеристике среда, после чего ее пересчитывают в кривую акустической жесткости, используя начальные и экст3 '1002997 ных и поперечных волн, регистрацию ^колебаний в скважине в точках приема трехкомпонентным зондом, перемещающимся вдоль стволё скважины, выделение на сейсмозаписях падающих и восходящих волн различных классов, пункты возбуждения колебаний перемещают вдоль дневной поверхности, а источники продольных и поперечных волн устанавливают по линиям, проходящим через каждый пункт возбуждения и каждую, точку приема в скважине ортогонально к .преобладающему напластованию пород, по сейсмозаписям падающих волн рассчитывают автокорреляционные Функции, по сейсмозаписям падающих и восходящих волн рассчитывают функции взаимной корреляции, а по отношению автокорреляционных функций и функций взаимной корреля^!ции определяют отражающие свойства исследуемых пород.

Сущность способа состоит в*следующем.

При многослойной среде с наклонными границами точки приема, располо25 жённые на различных глубинах в наклонно пробуренной скважине, будут находиться на различных линиях, ортогональных к преобладающему напластованию баний ют на ях от здаются условия для наиболее точного решения обратной динамической задачи, « предполагающей нормальное падение ⁴ волны с плоским фронтом на границу раздела. Трехкомпонентная регистра_ция сейсмических колебаний поваляет выделить любую компоненту век_п тора сейсмического волнового поля, например компоненту, ориентирочванную вдоль сейсмического луча.

Определение импульсной характе-^v ристики среды для различных классов волн - продольных и поперечных 45 позволяет в этих условиях наиболее . точ'но изучить отражающие свойства пород, пересеченных скважиной, а также расположенных ниже ее забоя. Способ осуществляется следующим· образом.

На основании данных инклинометрии , а также априорных данных о наклонах пластов рассчитывают пространственное положение линий, которые пород. Если возбуждение колевблизи поверхности осуществляминимально возможных удаленитаких линий, то тем самым со30 ремальные значения скорости и плот- ¹ ности (23.

Недостатком данного способа является невысокая точность в случае наклонных скважин и наклонного залегания пластов горных пород. В случае наклонной скважины проекция на поверхность участка вертикального профиля, содержащего сейсмоприемники, не является точкой, а имеет конечную длину, поэтому обеспечить необходимую продольность вертикального профиля при возбуждении колебаний из одного ПВ становится невозможным. наклонное залегание пластов горных пород при такой методике от-: работки скважины является источником дополнительных погрешностей.

Кроме того, в скважинах, содержащих каверны, трудно ожидать верти.кального положения сейсмоприемников даже при вертикальном стволе скважин. Существенным недостатком, ограничивающим надежность данного способа, является использование в нем так· же лишь одного класса волн-продольных.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ вертикального сейсмического Профилирования., включающий излучение из пунктов'возбуждения колебаний источниками продольных и поперечных волн, регистрацию колебаний в скважине, в точках приема трехкомпонентным зондом, перемещающимся вдоль ствола скважины, выделение на сейсмозаписях падающих и восходящих волн различных классов ГЗ].

Недостатком известного способа, снижающим точность и надёжность его 'результатов, является игнорирование в нем при выборе местоположения ПВ на этапе работы на скважине ее искривления (наклона), а также наклона пластов, пересеченных скважиной, так как отрабатывают скважину обычно из 2-3-х ПВ, разноудаленных от ее устья, причем местоположение ПВ в каждом Цикле исследований остается неизменным, а отражающие свойства среды излучают по сейсмозаписям, полученным из наименее удаленного от устья ПВ, полагая, что при этом вертикальный профиль является продольным.

Кроме того, в известном способе на этапе обработки в недостаточно полной мере используется все волновое 55 являются ортогональными к границам -------- ------------- ----------------- --------- пластов и в то же время проходят через точки приема в скважине. Вблизи точек выхода этих линий на поверхность намечают местоположения ПВ Положение ПВ определяют путем смещения проекции точки приема на дневную поверхность в направлении падения пластов на величину (Н^ h.j)tgot, где и h.j -. глубины точки ^приема и точки возбуждения соответ65 ственно, a ct - угол падения пластов» поле для изучения отражающих свойств среды на различных классах волн.

Целью изобретения является повышение точности и надежности определения упругих свойств исследуемых пород.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу вертикального сейсмического профилирования, включающему излучение из пунктов возбуждения колебаний источниками продоль60

В процессе отработки скважины по мере перехода к другим точкам приема ПВ перемещают вдоль дневной поверхности , максимально приближая точку возбуждения колебаний к новой линии, , (проходящей через новую точку приема.

В случае горизонтально-слоистой среды и наклонной скважины ПВ перемещают вдоль линии, параллельной проекции ствола скважины на дневную поверхность, отступая от проекции точек приема на- поверхность, лишь исходя из соображений технологии работ (близость буровой установки), а также с целью подавления помех, например трубных, волн, возникающих 15 при отработке обсаженной скважины с отсутствием цемента на значительных интервалах затрубного пространства.

Для возбуждения колебаний можно как на дневной поверхности, так и ²⁰ в скважине использовать любые источники, позволяющие излучать упругие импульсы с требуемой поляризацией. Однако наиболее рационально использовать невзрывные источники, отличаю- *5 .щиеся требуемой для предлагаемого способа мобильностью. Для регистрации колебаний'применяют трехкомпонентные- зонда, имеющие достаточно жесткие прижимные устройства, обе- 30 спечивающие неискаженный прием колебаний в требуемом диапазоне частот. При регистрации и обработке сейсмозаписей с целью достижения необходимой разрешающей способности целесообразно применять минимально возможный шаг дискретизации (0,00050,001 с).

В сейсмокаротажных зондах необходимо использовать сейсмоприемники, способные работать в наклонном положении.

Пример реализации способа. При проведении работ в скважине глубиной 4000 м, пробуренной наклонно под углом 20°, и моноклинальном залегании 45 исследуемых пород под углом 5°, совпадающим с направлением наклона скважины, удаление проекции точки приема, находящейся на забое от устья скважины,составит 50

4000 м-sin 20°= 1366 м.

; Удаление пункта возбуждения от проекции точки приема на дневной поверхности определится как

4000 м -cos 20°-tg 5° = 329 м.

Общее удаление пункта возбуждения от устья скважины будет равно

1366 м + 329 м = 1695 м.

Для точки приема, находящейся на глубине 2000 м, удаление пункта возбуждения от устья скважины составит ·

2000 м-sin 20° + 2000-cos 20°·tg 5°= » 847 м.

На этапе обработки для каждой точки приема получают сейсмозаписи падающих и восходящих волн любым из известных способов, например при помощи многоканальной когерентной 5 фильтрации.

Последующая обработки сейсмозаписей, направленная на определение упругих свойств пород, пересеченных скважиной, а также залегающих ниже 10 θθ забоя может быть выполнена различными приемами. Предлагаемая методика обработки основана на использовании корреляционного анализа, так как для условий приема колебаний внутри среды она является наиболее простой и надежной.

Формирование взаимнокорреляционной функции (ВКФ) между сейсмозаписями падающих и восходящих волн, а также функции автокорреляции (ФАК) падающих волн позволяет оценить отражающие свойства разреза вблизи точки приема и на больших глубинах. При этом использование в качестве опорного сигнала всего цуга импульсов падающих волн обеспечивает необходимую помехоустойчивость и разрешенность. При нулевом сдвиге коррелируемых процессов путем деления значения главного максимума ВКФ на значение главного максимума ФАК определяют коэффициент отражения от границ, непосредственно залегающих под точкой приема, для более глубоких границ коэффициенты отражения определяют по значениям ВКФ при соответствующих временных сдвигах путем деления · значения ВКФ при этих сдвигах на значения главного максимума ФАК, учитывая при этом геометрическое расхождение, а также затухание волн в нижележащих породах. Использование всего цуга падающих волн практически приводит к исключению необходимости отдельного учета кратноотраженных волн либо к их предварительному вычитанию из суммарной записи с целью обеспечения требуемой точности обработки.

Составление многоканальных монтажей из ВКФ, полученных для каждой точки приема, позволяет путем коррелирования побочных максимумов ВКФ . на различных глубинах выделять наиболее резкие границы, присутствующие в разрезе, и осуществлять их глу бинную привязку. Существенно более высокая разрешенность импульсов на ^ГВКФ, достигается дополнительным при•влечением обратной фильтрации ВКФ, а также путем обратной фильтрации ιисходных сейсмозаписей.

. Выделение требуемых компонент из трехкомпонентных сейсмозаписей, а также разделение волнового поля на падающие и восходящие волны прово- дят с учетом поляризации источника ‘и скорости распространения волн ис7 [следуемого класса. Для разделения поперечных волн на падающие и восходящие приходится, учитывая их более низкочастотный состав по сравнению с продольными волнами, использовать более протяженные базы наблюдений. $ После определения предлагаемым способом значений коэффициентов отражения для различных.волн эти значения сопоставляются между собой вдоль ствола скважины и ниже ее за- 10 боя. Выделенные в результате этого сопоставления участки анализируются на предмет содержания в пределах них полезного ископаемого. Известно, что содержащиеся в коллекторах флю- 15 иды в различной степени изменяют значения скоростей распространения продольных и поперечных волн. Зная, например, соотношения продольных и поперечных волн в породах без флюида,-q можно в случае появления аномальных эон сделать предположение о наличии флюида, например углеводородов, в таких эонах.

Положительный эффект достигается 25 за счет повышения достоверности скважинных сейсмических наблюдений, направленных на детальное изучение упругих свойств пород, пересеченных скважиной, а также расположенных ни- 30 же ее забоя.

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к скважинным сейсмическим исследовани м и может быть использовано дл  детального изучени  геологического разреза в околоскважинном пространстве. Известен способ вертикального сей смического профилировани , в котором по сейсмозапис м,-полученным в скважине при расположении источника возбуждени  вблизи земной поверхности, выдел ют отраженные волны, которые фильтруют предсказующими ц формирующими фильтрами, а по полученным импульсным сейсмограммам определ ют упругие свойства исследуемых пород Ц Недостатком данного способа  вл етс  его непригодность дп  случа  наклонных скважин и наклонного з.алегани  пластов, так как наблюдени  в скважине провод т при неизменном положении каждого пункта возбуждени , что не .обеспечив91ет ортогональности сейсмических лучей к плоскости напластовани  пород, требуемой дл  корректного решени  обратной динамической задачи. Кроме того, к недостаткам способа относитс  использование лишь одного класса волн - продольных. Известен также способ сейсмической разведки, основанный на использовании динамических характеристик вертикальной компоненты волнового сейсмического пол , в которо.м группой сейсмоприемников, число которых определ етс  канальностью аппаратуры , на интервале вертикального профил  ,у;расположенном ниже резких преломл ющих и отражающих границ, регистрируют упругие колебани  из пункта возбулздени  1ПВ), совпадающего с проекцией сейсмоприемников на земную поверхность, т.е. отрабатывают участок вертикального продольного профил  из одного ПВ. На этапе обработки волновое поле раздел ют на падающие и восход щие волны, сейсмограмму падающих волн используют в качестве входного сигнала, а сейсмограмму восход щих волн - в качестве результата свертки импульсной реакции нижезалегающей среды и входного сигнала. Затем, учт  геометрическое расхождение и поглощение, рассчитывают импульсную реакцию среды, от которой переход т к импульсной характеристике среды, после чего ее пересчитывают в кривую акустической жесткости , использу  начальные и экстремальные значени  скорости и плотности 23. Недостатком данного способа  вл етс  невысока  точность в случае наклонных скважин и наклонного залегани  пластов горных пород. В случае наклонной скважины проекци  на поверхность участка вертикального профил , содержащего сейсмоприемники , не  вл етс  точкой, а имеет конечную длину, поэтому обеспечить необходимую продольность вертикального профил  при возбуждении колебаний из одного ПВ становитс  невозможным , наклонное залегание пластов горных пород при такой методике отработки скважины  вл етс  источником дополнительных погрешностей. Кроме того, в скважинах, содержащих каверны, трудно ожидать вертикального положени  сейсмоприемников даже при вертикальном стволе сква- жин. Существенным недостатком, ограничивающим надежность данного способа ,  вл етс  использование в нем так же лишь одного класса волн-продольных . Наиболее близким к изобретению техническим решением  вл етс  cnocot вертикального сейсмического Лрофилировани ., включающий излучение из пунктоввозбуждени  колебаний источниками продольных и поперечных волн регистрацию колебаний в скважине, в точках приема трехкомпонентным зо дом, перемещаюйшмс  вдоль ствола скважины, выделение на сейсмозапис х падающих и восход щих волн раз ,личных классов ГЗ Недостатком известного способа, снижающим точность и надёжность его результатов,  вл етс  игнорирование в нем при выборе местоположени  ПВ на этапе работы на скважине ее искривлени  (наклона), а также наклона пластов, пересеченных скважиной, так как отрабатывают скважину обычно из 2-3-х ПВ, разноудаленных от ее усть  причем местоположение ПВ в каждом Цикле исследований остаетс  неизменным , а отражающие свойства среды излучают по сейсмозапис м, полученным из наименее удаленного от усть  ПВ, полага , что при этом вертикальный профиль  вл етс  продольным. Кроме того, в известном способе на этапе обработки в недостаточно полной мере используетс  все волново поле дл  изучени  отражающих свойст среды на различных классах волн. Целью изобретени  - вл етс  повы- шение точности и надежности определени  упругих свойств исследуемых ( пород.. . Поставленна  цель достигаетс  тем что согласно способу вертикального сейсмического профилировани , включающему излучение из пунктов возбуж дени  колебаний источниками продоль ных и поперечных волн, регистрацию колебаний в скважине в точках приема трехкомпонентным зондом, перемещающимс  вдоль стволе скважины, выделение на сейсмозапис х падакздих и восход щих волн различных классов, пункты возбуждени  колебаний перемещают вдоль дневной поверхности, а источники продольных и поперечных волн устанавливают по лини м, проход щим через каждый пункт возбуждени  и каждую, точку приема в скважине ортогонально к .преобладающему напластованию пород, по сеЯсмозапис м падакнцих волн рассчитывают автокоррел ционные функции, по сейсмозапис м падающих и восход щих волн рассчитывают функции взаимной коррел ции, а по отношению автокоррел ционных функций и функций взаимной коррел ции определ ют, отражающие свойства исследуемых пород. Сущность способа состоит вследующем . При многослойной ср.еде с наклонными границами точки приема, расположён1 ые на различных глубинах в наклонно пробуренной скважине, будут находитьс  на различных лини х, ортогональных к преобладающему напластованию пород. Если возбуждение колебаний вблизи поверхности осуществл ют на минимально возможных удалени х от таких линий, то тем самым создаютс  услови  дл  наиболее точно.го решени  обратной динамической задачи, предполагающей нормальное падение волны с плоским фронтом на границу раздела. Трехкомпонентна  регистраци  сейсмических колебаний no3jppл ет выделить любую -компоненту вектора сейсм 1ческого волнового пол , например компоненту ориентированную вдоль сейсмического луча. определение импульсной характе- v ристики среды дл  различных классов волн - продольных и поперечных позвол ет в этих услови х наиболее точно изучить отражающие свойства пород, пересеченных скважиной, а также расположенных ниже ее забо . Способ осуществл етс  следующим, образом. На основании данных инклинометрии , а также априорных данных о наклонах пластов рассчитывают прост- ранственное положение линий, которые  вл ютс  ортогональными к границам пластов и в то же врем  проход т через точки приема в скважине. Вблизи точек выхода этих линий на поверхность намечают местоположени  ПВ. Положение ПВ определ ют путем смещени  проекции точкиприема на дневную поверхность в направлении падени  пластов на величину (Н. h )tgot, где HI и h -. глубины точки :приема и точки возбуждени  соответственно , а pL - угол падени  пластов В процессе отработки скважины по мере перехода к другим точкам прием ПВ перемещают вдоль дневной поверх:ности , максимально приближа  точку возбуждени  колебаний к новой линии {Проход щей через новую точку приема В случае горизонтально-слоистой среды и наклонной скважины ПВ перемещают вдоль линии, параллельной проекции ствола скважины на дневную поверхность, отступа  от проекции точек приема на- поверхность, лишь исход  из соображений технологии ра бот (близость буровой установки) , а также с целью подавлени  помех, например . трубных.волн, возникающих при отработке обсаикенной сквсшсины с отсутствием цемента на значительных интервалах затрубного пространства ., Дл  возбуждени  колебаний можно как на дневной поверхности, так и в скважине использовать любые источ ники, позвол ющие излучать упругие импульсы с требуемой пол ризацией. Однако наиболее рационально исполь вать невзрывные источники, отличаю .щиес  требуемой дл  предлагаемого способа мобильностью. Дл  регистрации колебанийпримен ют трехкомпонентные- зондал, имеющие достаточно жесткие прижимные устройства, обеспечиванндие неискаженный прием коле баний в требуемом диапазоне частот. При регистрации и обработке сейсмозаписей с целью достижени  необходимой , разрешающей способносГти целесообразно примен ть миннмсшь о возможный шаг дискретизации {0,00050 ,001 с). В сейсмокаротажных- зондах необхо ( цимо использовать сейсмоприемники, способные работать в наклонном поло жении. Пример реализации способа. При проведении работ в скважине глубино 4000 м, пробуренной наклонно под уг лом 20°, и моноклинальном залегании исследуемых пород под углом 5°, со;впадающим с направлением наклона скважины, удаление проекции точки приема, наход щейс  на забое от уст скважины,составит 4000 M-sin 20° 1366 м. ; Удаление пункта возбуждени  от проекции точки приема на дневной поверхности определитс  как 4000 м -cos 20°-tg 5° 329 м. Общее удаление пункта возбуждени  от усть  скважины будет равно 1366 м + 329 м 1695 м. Дл  точки приема, наход щейс  на глубине 2000 м, удаление пункта во.збуждени  от усть  скважины соста вит 2000 м-sin 20° + 2000-cos 5° 847 м. На этапе обработки дл  каждой точки приема получают сейсмозаписи падающих и восход щих волн любым из известных способов, например при помощи многоканальной когерентной фильтрации. Последующа  обработки сейсмозаписей , направленна  на определение упругих свойств пород, пересеченных скважиной, а также залегающих ниже ее забо  может быть выполнена различными приемами. Предлагаема  методика обработки основана на использовании коррел ционного анализа, так как дл  условий приема колебаний внутри среды она  вл етс  наиболее простой и надежной. Формирование взаимнокоррел ционной функции (,ВКФ) между сейсмозапис ми падающих и восход щих волн, а также функции автокоррел ции (.ФАК) падающих волн позвол ет оценить отражающие свойства разреза вблизи точки приема и на болыиих глубинах. При этом использование в качестве опорного сигнала всего цуга импульсов падающих волн обеспечивает необходимую помехоустойчивость и разрешенность . При нулевом сдвиге коррелируемых процессов путем делени  значени  главного максимума ВКФ на значение главного максимума ФАК определ ют коэффициент отражени  от границ, непосредственно залегающих под точкой приема, дл  более глубоких границ коэффициенты отражени  определ ют по значени м ВКФ при соответствующих временных сдвигах путем .делени  значени  ВКФ при этих сдвигах на значени  главного максимума ФАК, учитыва  при этом геометрическое расхождение , а также затухание волн в нижележащих породах. Использование всего цуга падающих волн практически приводит к исключению необходимости отдельного учета кратноотраженных волн либо к их предварительному вычитанию из суммарной записи с целью обеспечени  требуемой точности обработки . Составление многоканальных монтажей из ВКФ, полученных дл  каждой точки приема, позвол ет путем коррелировани  побочных максимумов ВКФ . на различных глубинах выдел ть наиболее резкие границы, присутствующие в разрезе, и осуществл ть их глубинную прив зку. Существенно более высока  разрешенность импульсов на ВКФ, достигаетс  дополнительным прй влечением обратной фильтрации ВКФ, а также путем обратной фильтрации исходных сейсмозаписей. I Выделение требуемых компонент из трехкомпонентных сейсмозаписей, а также разделение волнового пол  на падающие и восход щие волны прово- д т с учетом пол ризации источника и скорости распространени  волн исI следуемого класса. Дл  разделени  поперечных волн на падающие и восхо д щие приходитс , учитыва  их более низкочастотный состав по сравнению продольными волнами, использовать более прот женные базы наблюдений. После определени  предлагаемым способом значений коэффициентов отражени  дл  различных.волн эти значени  сопоставл ютс  между собой вдоль ствола скважины и ниже ее забо . Выделенные в результате этого сопоставлени  участки анализируютс  на предмет содержани  в пределах них полезного ископаемого. Известно что содержащиес  в коллекторах флюиды в различной степени измен ют значени  скоростей распространени  продольных и поперечных волн. Зна , например, соотгсшени  продольных и поперечных волн в породах без флюид можно в случае по влени  аномальных зон сделать предположение о наличии флюида, например углеводородов, в таких зонах, Положительный эффект достигаетс  за счет повышени  достоверности скважинных сейсмических наблюдений, направленных на детальное изучение упругих свойств пород, пересеченных скважиной, а также расположенных ни же ее забо . Формула изобретени  . Способ вертлкального сейсмическо го профилировани , включающий излучение из пунктов возбуждени  колеба НИИ источниками продольных и поперечных волн, регистрацию колебаний в скважине в точках приема трехкомпонентным зондом, перемещающимс  .вдоль ствола скважины, выделение на ;сейсмозапис х падающих и восход щих волн различных классов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и надежности определени  упругих свойств исследуемых пород, пункты возбуждени  колебаний перемещают вдоль дневной поверхности , а источники продольных и поперечных волн устанавливают по лини м , проход ищм через каждый пункт возбуждени  и каждую точку приема в скважине ортогонально к преобладающему напластованию пород, по сейсмозапис м падающих волн рассчитывают автокоррел ционные функции, по сейсмозапис м падающих и восход щих волн рассчитывают функции взаимной коррел ции , а по отношению автокоррел ционных функций и функций взаимной коррел ции определ ют отражакицие свойства исследуемых пород. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Табаков А.А., Рахимов Р.Г., Шамсиев М.Г. Методика предсказани  разреза ниже забо  разведочной скважины по данным ВСП с применением способов решени  обратных динёuvшчeских задач. - Сборник Геофизические исследовани  на нефть и газ в Узбекистане, вып. 27, Ташкент, САИГИМС, 1977, с. 98-101.
2. 2.Авторско.е свидетельство СССР 811162, кл. G 01 V 1/00, 24.01.79.
3. 3.Гальперин Е.И. Пол ризационный метод сейсмических исследований. М., Недра, 1977, с. 171-219 (прототип).