СПОСОБ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ "ВИБРОСУПЕР" Российский патент 1997 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к вибрационной сейсморазведке и может быть использовано при детальном изучении строения геологической среды и свойств слагающих ее геологических образований, а также при прямых поисках, разведке и контроле за ходом разработки нефтяных и газовых месторождений.

Известен способ вибрационной сейсморазведки "Вибросейс", основанный на возбуждении непрерывных квазипериодических упругих колебаний, заранее установленной длительности, с плавно изменяющейся частотой, их широкополосном приеме, регистрации и обработке, включающей корреляционные преобразования зарегистрированных сигналов [1]
Недостатками способа "Вибросейс" являются низкое отношение "сигнал/помехах", недостаточная разрешающая способность, высокий уровень методических, технологических и инструментальных шумов.

Известны способы вибрационной сейсморазведки, основанные на возбуждении упругих колебаний с использованием исходных сигналов (сигналов возбуждения, посылок), представляющих собой тем или иным образом искусственно модулированные монохроматические колебания заранее установленной длительности, или их отрезки; их приеме, регистрации и обработке, включающей вычисление функций взаимной корреляции (ФВК) между зарегистрированными и исходным (программным) сигналами, суммирование ФВК, полученных при различных значениях частоты монохроматических колебаний. [2]
Недостатками известных способов являются значительные различия между исходными и реально возбужденными, зондирующими сигналами, обусловленные нелинейностью процессов преобразования и излучения энергии при существующих способах возбуждения, низкая эффективность корреляционной обработки монохроматических сигналов.

Известен способ вибрационной сейсморазведки, основанный на возбуждении монохроматических упругих колебаний виброисточником, синхронизированной с возбуждением регистрации упругих колебаний цифровой сейсомстанцией с интервалом дискретности τ и обработке полученных данных, включающей определение энергии зарегистрированных колебаний и времени прихода отраженных вол [3]
Недостатками этого способа являются неопределенность амплитуды и фазы в реально излучаемых зондирующих сигналах, зависимость полноты, однозначности и точности получаемых результатов от условий суперпозиции регистрируемых монохроматических колебаний одинаковой частоты.

Технический результат повышение поисково-разведочных возможностей вибрационной сейсморазведки за счет использования гармонических упругих колебаний, реально возбуждаемых в геологической среде.

Возможность достижения технического результата основана на двух известных явлениях:
1. При приложении к упругой среде внешней вынуждающей силы, изменяющейся по гармоническому (синусоидальному) закону в пределах упругих свойств среды (в пределах линейной зависимости между напряжением и деформацией), в ней происходят вынужденные гармонические колебания с частотой, равной частоте вынуждающей силы, при этом амплитуда A и фаза b вынужденных гармонических колебаний находится в строгой количественной зависимости от параметров вынуждающей силы и свойств упругой среды в точке приложения внешней вынуждающей силы:

где A₀ амплитуда вынуждающей силы;
ω частота вынуждающей силы;
w₀ частота свободных колебаний упругой системы;
n = α/2m где α сила (коэффициент) сопротивления движению; m масса, вовлеченная в колебательное движение (присоединенная масса) в точке приложения вынуждающей силы.

2. Два гармонических колебания одинаковой частоты S₁= A₁sin(ωt+Φ₁) и S₂= A₂sin(ωt+Φ₂) дают при наложении (суперпозиции) результирующее гармоническое колебание S2Σ

= A2Σsin(ωt+Φ2Σ) той же частоты, амплитуда A2Σ и фаза Φ2Σ которого выражаются через амплитуды и фазы составляющих колебаний согласно известным уравнениям:

благодаря чему по изменению текущих параметров суперпозиций нескольких, различающихся по времени вступления, неограниченных по длительности гармонических колебаний

где SnΣ(t) суперпозиция гармонических волн одинаковой частоты,
S_n(t-t_n) = A_nsin[ω(t-t_n)+Φ_n],
n 1, 2, 3, порядковый номер зарегистрированных в данном пункте наблюдения сейсмических волн в порядке возрастания их времени вступления;
t_n время вступления n-ой сейсмической волны,
могут быть определены времена вступлений, начальные фазы и амплитуды колебаний каждой зарегистрированной в данной точке наблюдения (приема) гармонической волны S_n(t-t_n), время вступления которой сдвинуто относительно времени вступления соседних волн не менее, чем на полпериода возбуждаемых гармонических колебаний, и те же, но интерференционные параметры для двух сейсмических волн, следующих друг за другом с интервалом, меньшим одного полупериода возбуждаемых гармонических колебаний.

На фиг. 1 показано формирование в некоторой точке среды вибросейсмической трассы на основе суперпозиции пяти различающихся по времени вступления гармонических волн S₁- S₅, возникших в геологической среде при возбуждении в точке среды одного гармонического зондирующего сигнала; на фиг. 2 разностный сигнал, полученный из вибросейсмической трассы, показанной на фиг. 1; на фиг. 3 получение разностного сигнала на отрезке вибросейсмической трассы (фрагмент), на котором зарегистрирована суперпозиция двух гармонически колебаний одинаковой частоты, где:
а/ вибросейсмическая трасса (фрагмент);
б/ разностный сигнал на указанном отрезке вибротрассы.

На фиг. 3 обозначено следующее:
t текущее время;
T период гармонических колебаний;
U_(t), U_(t-T/2) мгновенные значения зарегистрированного сигнала в моменты времени t и (t-T/2);
SΔ = [±U(t)+[±U(t-T/2)] разностный сигнал;
t_B момент вступления гармонической волны;
A_B амплитуда колебаний гармонической волны.

Для достижения указанной цели в точке изучаемого объема геологической среды с помощью вибрационного источника возбуждают непрерывные, заранее не ограниченные во времени (признак неограниченности во времени, следует понимать как соблюдение условия: время регистрации меньше времени возбуждения) вынужденные упругие колебания при постоянных в течение всего времени возбуждения (регистрации) частоте, амплитуде и начальной фазе вынуждающей вибрационной силы, изменяющейся по гармоническому (синусоидальному) закону в пределах упругих свойств среды в точке возбуждения, (о превышении упругих свойств судят по появлению в возбуждаемом сигнале высших гармоник). Возбуждаемые в точке геологической среды вынужденные гармонические колебания в виде зондирующего сигнала распространяются по всему объему изучаемой среды. Встречая на своем пути границы раздела и иные неоднородности, зондирующий сигнал порождает в геологической среде вторичные (отраженные, преломленные и др.) волны гармонических колебаний той же частоты, но имеющих свои, отличные от колебаний зондирующего сигнала, амплитуды и начальные фазы. Вторичные гармонические волны последовательно подходят к точке приема и образуют суперпозицию гармонических колебаний, которую регистрируют в виде вибросейсмической трассы с возможностью воспроизведения зарегистрированного сигнала в виде функции непрерывного времени (фиг. 1). Регистрацию колебаний прекращают по истечении времени, необходимого для решения поисково-разведочной задачи, и дополнительного времени, в течение которого должны быть зарегистрированы установившиеся вынужденные колебания (фиг. 1 и 2). Вдоль каждой зарегистрированной вибросейсмической трассы последовательно, с учетом знаков, получают суммы двух мгновенных значений зарегистрированного сигнала, которые он имел в моменты времени t и t-T/2, где T -период возбуждаемых гармонических колебаний, результат суммирования относят к моменту времени t и получают непрерывный разностный сигнал, на графике которого выделяются импульсы, характеризующие время вступления, амплитуду и начальную фазу всех, разрешенных по времени вступления гармонических волн, принявших участков в формировании суперпозиции в данном пункте приема (фиг. 2 и 3).

Для определения частотно-зависимых свойств геологической среды и ее отдельных образований все действия в соответствии с предлагаемым способом сейсморазведки повторяют при других значениях частоты вынуждающей вибрационной силы.

Для определения отклика геологической среды и ее отдельных образований на изменение интенсивности возбуждаемых упругих колебаний все действия в соответствии с предлагаемым способом сейсморазведки повторяют при других значениях амплитуды вынуждающей вибрационной силы.

Источники информации
1. Уотерс К. Отражательная сейсмология. М. Мир, 1981, с. 76 82.

5. Недашковский И. Ю. Способ вибрационной сейсморазведки. Авторское свидетельство N 1805416, кл. 01 1/00.

3. Гаврюшин В. Б. Способ вибросейсмической разведки. Авторское свидетельство N 1721561, кл. G 01 y 1/00, прототип.

Использование: при детальном изучении строения и свойств упругой геологической среды и ее отдельных образований, а также при прямых поисках, разведке и контроле за ходом разработки нефтяных и газовых месторождений. Сущность изобретения: возбуждают в изучаемом объеме геологической среды непрерывные, не ограниченные по длительности вынужденные гармонические колебания, регистрируют в точках этого объема процесс формирования стационарного волнового поля суперпозиций образовавшихся в изучаемом объеме гармонических волн, затем восстанавливают по изменению текущих параметров суперпозиций, время вступления и параметры колебаний каждой волны, принявшей участие в формировании установившегося режима вынужденных гармонических колебаний возбуждаемой частоты, по значениям которых судят о параметрах изучаемого объема геологической среды. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ вибрационной сейсморазведки, включающий возбуждение в геологической среде периодических вынужденных упругих колебаний, синхронизированные с возбуждением узкополосный прием и регистрацию вынужденных упругих колебаний, обработку полученных данных, включающую суммирование значений зарегистрированного сигнала, отличающийся тем, что в точке геологической среды возбуждают непрерывные, заранее не ограниченные во времени вынужденные упругие колебания при постоянных в течение всего времени возбуждения частоте, амплитуде и начальной фазе вынуждающей вибрационной силы, изменяющейся по гармоническому синусоидальному закону в пределах упругих свойств среды в точке возбуждения, регистрируют вынужденные колебания с возможностью воспроизведения зарегистрированного сигнала в виде функции непрерывного времени, регистрацию вынужденных колебаний прекращают по истечении времени, необходимого для решения поисково-разведочной задачи, и дополнительного времени, в течение которого должны быть зарегистрированы установившиеся вынужденные колебания, вдоль каждой зарегистрированной вибросейсмической трассы последовательно, с учетом знаков, получают суммы двух мгновенных значений зарегистрированного сигнала, которые он имел в моменты времени t и T Т/2, где Т период возбуждаемых гармонических колебаний, результат суммирования относят к моменту времени t и получают непрерывный разностный сигнал, отражающий в явном виде информацию о кинематических и динамических параметрах вынужденных гармонических колебаний зарегистрированных сейсмических волн. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что все действия в соответствии с предлагаемым способом сейсморазведки повторяют при других значениях частоты вынуждающей вибрационной силы. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что все действия в соответствии с предлагаемым способом сейсморазведки повторяют при других значениях амплитуды вынуждающей вибрационной силы.