СПОСОБ ВИБРАЦИОННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ И ИСТОЧНИК СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01V1/00 G01V1/143 

Группа изобретений относится к сейсмологии и может быть использована для проведения геофизических исследований.

Вибрационная сейсморазведка является способом генерирования волн, при котором нагрузки, передаваемые среде, носят гармонический или квазигармонический характер ("Вибрационная сейсморазведка", под ред. М.Б.Шнеерсона, М., "Недра", 1990).

Исходя из классических представлений утверждают, что процессы возбуждений и распространения волн в реальных средах носят линейный характер. Теория и практика сейсморазведки в целом и ее вибрационной модификации показывают, что, в общем, этот тезис обоснован, однако исследования последних лет показывают, что в реальных средах наряду с линейными появляются и нелинейные компоненты волновых полей.

Как показали лабораторные и натурные исследования, физическая нелинейность связана с самими характеристиками пород. К ним относятся неоднородность, трещиноватость, пористость и другие дефекты структуры различного масштабного уровня. Трещиноватость наиболее существенно влияет на нелинейные свойства, так как трещины наиболее легко приоткрываются, поэтому упругий модуль расширения меньше модуля сжатия - по мере закрытия трещин последний стремится к модулю сплошной среды.

Сильными нелинейными свойствами обладают двух- и трехфазные среды: коллектор-флюид, коллектор-флюид-газ. Особенна роль пузырьков газа: они сообщают жидкости чрезвычайно высокую нелинейность подобно тому, как нелинейность твердому телу сообщает трещиноватость. Отсюда следует, что нефтегазовые месторождения должны обладать более сильными нелинейными свойствами, чем вмещающая их среда (Проблемы нелинейной сейсмики, АН СССР, Ин-т физики Земли, отв. ред.: д.ф.-м.н. А.В.Николаев, к.ф.-м.н. И.Н.Галкин, М., "Наука", 1987, с. 12-13).

Известно большое количество способов вибросейсмической разведки, заключающихся в создании и приеме колебаний с последующей их обработкой, см., например, способ сейсмической разведки (патент РФ 1721562 А1, опубл. 23.03.92 г. , БИ 11), который предусматривает только монохроматическое возбуждение колебаний, т.е. не позволяет выявить нелинейные явления геологической среды.

Наиболее близким к предложенному является способ вибрационной разведки, заключающийся в том, что генерируют в геологическую среду вибрационные сигналы с различными исходными моночастотами и выделяют сигналы с комбинационными (разностными) частотами (SU 1408397, G 01 V 1/00, 1988).

Данный способ позволяет обнаруживать области геологической среды с нелинейньми свойствами и делать вывод о наличии залежей углеводородного сырья.

Однако данный способ не достаточно эффективен при проведении разведки методом отраженных волн.

Технический результат изобретения - повышение эффективности и разрешающей способности разведки путем обеспечения возможности эффективного использования корреляционной обработки виброграмм.

Известен источник сейсмических колебаний (патент РФ 2094827, кл. G 01 V 1/147, 1997), содержащий две излучающие плиты, шарнирно соединенную с одной из плит одним концом стойку, возбудитель колебаний, перемещаемый шток которого соединен со вторым концом стойки, приспособление для изменения угла наклона стойки относительно возбудителя и фиксатор ее положения. Изобретение также предусматривает различные виды связи дополнительной плиты со штоком вибровозбудителя и излучающей плитой для регулирования параметров сейсмических импульсов.

Недостатком указанного технического решения является то, что излучающие плиты связаны кинематически между собой. Это приводит к сложности конструкции и невозможности приведения в действие каждой плиты отдельно.

Техническим результатом предложенного устройства является упрощение конструкции источника сейсмических колебаний и обеспечение кинематической независимости излучающих плит.

Технический результат достигается тем, что в способе вибрационной сейсморазведки, заключающемся в том, что генерируют в геологическую среду сигналы, один из которых является моночастотным, принимают сигналы и выделяют волны с комбинационньми частотами, согласно изобретению другой или другие генерируемые сигналы являются сигналами с изменяющейся частотой, в качестве принимаемых используют отраженные сигналы и коррелируют с, по меньшей мере, одним сигналом, параметры которого выбирают из условия выделения волн с комбинационными частотами.

Технический результат достигается также тем, что источник сейсмических колебаний для вибрационной сейсморазведки, содержащий, по крайней мере, две излучающие плиты, связанные с закрепленным на раме возбудителем колебаний, снабжен закрепленной на раме плитой, через которую пропущен шток возбудителя колебаний, при этом одна из излучающих плит шарнирно связана с указанным штоком, а каждая из других излучающих плит шарнирно связана со стойкой, закрепленной шарнирно на плите. Плита может быть закреплена на раме с возможностью перемещения вдоль штока возбудителя колебаний. Каждая стойка может быть выполнена переменной длины, а другие излучающие плиты целесообразно располагать вокруг одной излучающей плиты.

Для лучшего понимания предложения приведен вариант его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - конструктивная схема предложенного устройства;
фиг.2 - вид по А-А (см. фиг.1).

Предложенный источник сейсмических колебаний содержит жесткий перемещаемый шток 1 возбудителя колебаний, с шарнирньм концом 2 которого соединена центральная излучающая плита 3. Одновременно на ходовой части источника сейсмических колебаний установлена промежуточная плита 4, через которую проходит жесткий перемещаемый шток 1 возбудителя. На внешнем кольце 5 промежуточной плиты 4 установлены кронштейны 6 для крепления стоек 7, которые, в свою очередь, шарнирно соединены с дополнительными излучающими плитами 8. Кроме того, промежуточная плита 4 имеет возможность перемещения вдоль вертикальной оси.

Каждая стойка 7 выполнена переменной длины.

Для компактности излучающие плиты 8 расположены вокруг центральной плиты 3.

Способ вибрационной сейсморазведки осуществляют следующим образом.

На центральную излучающую плиту 3 подают исходную моночастоту f₁, а на дополнительную (или дополнительные) плиту 8 - плавно изменяющуюся частоту f₂ или частоты f₂, f₃ и т.д.

Для использования нелинейных явлений геологической среды в вибрационной сейсморазведке в основу предложенного способа положен принцип взаимодействия волновых полей, который ведет к образованию волн с комбинационными частотами.

Он базируется на следующих положениях:
- геологическая среда, не содержащая углеводородного компонента, в большей или меньшей степени однородна и, как следствие, нелинейные свойства ее не велики;
- геологическая среда, содержащая углеводородное сырье, характеризуется значительными нелинейными свойствами.

При отражении гармонических (квазигармонических) колебаний от отражающего горизонта, ограничивающего область нелинейности, происходит взаимодействие волн, в результате чего образуются комбинационные волны (с суммарными или разностными частотами), которые легко могут быть выделены при корреляции полевых вибрационных записей (виброграмм) с сигналом, параметры которого специально выбирают для обнаружения волн с комбинационными частотами.

Способ разведки предусматривает проведение работ с двумя (или более) одновременно генерируемыми волнами различной частоты: один или более сигналов - с плавно изменяющейся частотой (свип-сигнал), а другой - с моночастотой.

Частотный диапазон свип-сигнала выбирается исходя из опыта работы в районе исследования. Параметры моносигнала выбирают исходя из следующих условий:
- частота моносигнала должна быть меньше минимальной частоты свип-сигнала во избежание появления сигнала с отрицательной частотой;
- разностные частоты свип-сигнала и моносигнала должны быть в пределах частотного диапазона регистрирующей аппаратуры.

Регистрация колебаний производится одиночными сейсмоприемниками или группами сейсмоприемников.

При прослеживании отражающего горизонта в зоне залежи углеводородов будут наблюдаться отраженные волны комбинационных частот, выделение которых будет проводиться соответствующим подбором параметров сигнала для корреляции полевых записей.

В связи с тем, что исходные характеристики посылаемых в геологическую среду сигналов известны, выбор сигналов для корреляции производится известным способом, ориентированным на выделение волн с разностными и с суммарными частотами.

Например, предположим, что генерируются в землю моносигнал с частотой f₁ = 10 Гц и длительностью 15 с и свип-сигнал с начальной частотой f_2H = 20 Гц и с конечной частотой f_2К = 80 Гц и длительностью также 15 с. Тогда частоты сигналов корреляции будут изменяться от f_3Н = 20±10 Гц до f_3К=80±10 Гц при длительности 15 с.

Возникновение волн с комбинационными частотами будет определять наличие залежи углеводородов. При этом при корреляции полевых записей будут получены материалы, пригодные для структурных построений.

Использование одного моночастотного генерируемого и другого или других - с изменяющейся частотой сигналов (свип-сигналы) позволяет получать волны с комбинационными плавно изменяющимися частотами. Это позволяет использовать для обработки полученных сигналов корреляционный метод, весьма эффективный при регистрации свип-сигналов и обеспечивающий высокую разрешающую способность.

Предложенные способ и устройство позволяют быстро и надежно регистрировать области нелинейности среды и определять наличие залежей углеводородов, их глубину и границы.

Группа изобретений относится к сейсмологии, может быть использована для проведения геофизических исследований и позволяет эффективно зарегистрировать наличие залежей углеводородов на отражающем горизонте. В геологическую среду одновременно генерируют вибрационные сигналы с различными сходными частотами. Один из сигналов является моночастотным, а частоту одного и/или более других сигналов плавно изменяют. Принимают отраженные сигналы, выделяют волны с комбинационными (суммарными или разностными) частотами и по ним судят о нелинейности среды. Параметры сигнала корреляции выбирают из условия выделения волн с комбинационными частотами. Источник сейсмических колебаний содержит, по крайней мере, две или более излучающие плиты. Возбудитель колебаний закреплен на раме, на которой также закреплена плита, через которую пропущен шток возбудителя колебаний. Одна из излучающих плит шарнирно связана со штоком, а остальные шарнирно связаны с соответствующей стойкой, закрепленной шарнирно на плите. Технический результат: повышение эффективности, упрощение конструкции устройства и обеспечение кинематической независимости плит. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ вибрационной сейсморазведки, заключающийся в том, что генерируют в геологическую среду сигналы, один из которых является моночастотным, принимают сигналы и выделяют волны с комбинационными частотами, отличающийся тем, что другой или другие генерируемые сигналы являются сигналами с изменяющейся частотой, в качестве принимаемых используют отраженные сигналы и коррелируют с, по меньшей мере, одним сигналом, параметры которого выбирают из условия выделения волн с комбинационными частотами. 2. Источник сейсмических колебаний для вибрационной сейсморазведки, содержащий, по крайней мере, две излучающие плиты, связанные с закрепленным на раме возбудителем колебаний, отличающийся тем, что он снабжен закрепленной на раме плитой, через которую пропущен шток возбудителя колебаний, при этом одна из излучающих плит шарнирно связана с указанным штоком, а каждая из других излучающих плит шарнирно связана со стойкой, закрепленной шарнирно на плите. 3. Источник по п. 2, отличающийся тем, что плита закреплена на раме с возможностью перемещения вдоль штока возбудителя. 4. Источник по п. 2 или 3, отличающийся тем, что каждая стойка выполнена переменной длины. 5. Источник по любому из пп. 2-4, отличающийся тем, что указанные другие излучающие плиты расположены вокруг одной излучающей плиты.