СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 2005 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к сейсмической разведке и может найти применение при поиске неоднородностей в геологической среде.

Известен способ сейсмической разведки горных пород, заключающийся в возбуждении сейсмических колебаний на линейных базах группирования с вводом временных задержек, регистрации сейсмических колебаний на линейных базах приема с вводом задержек, переменных по времени, с последующей обработкой и получением временных разрезов (авторское свидетельство СССР № 1444689, кл. G 01 V 1/ 00, опубл. 1989 г.).

Недостатком известного способа является необходимость точной информации о глубинном положении исследуемого объекта.

Известен способ сейсмической разведки горных пород, заключающийся в размещении источников и приемников на поверхности Земли, фокусированном излучении и приеме с их помощью сейсмических волн и последующей обработке полученных данных (авторское свидетельство СССР №1449957, кл. G 01 V 1/00, опубл. 1988 г.).

Данный способ недостаточно информативен и не позволяет получить объемное изображение локального дифрагирующего объекта в массиве горных пород.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ сейсмической разведки горных пород, включающий размещение источников и приемников излучаемой волны за пределами исследуемого массива горной породы, разделение исследуемого массива на кубические блоки с высотой граней не более ¹/₂ длины излучаемой волны, задаваемой глубинностью исследования, фокусирование излучаемых волн в центр каждого кубического блока с синфазным суммированием волн на приемниках от центра каждого кубического блока при каждом излучении сейсмических волн, определение энергии волн от каждого центра и получение объемного изображения локального дифрагирующего объекта в массиве горной породы по максимальным значениям энергии волн от каждого центра (патент РФ №2008697, кл. G 01 V 1/100, опубл. 28.04.94 - прототип).

Известный способ не позволяет с достаточной точностью определять местоположение и форму дифрагирующего объекта.

В изобретении решается задача увеличения точности определения местоположения и формы дифрагирующего объекта.

Задача решается тем, что в способе сейсмической разведки горных пород, включающем размещение источников и приемников излучаемой волны за пределами исследуемого массива горной породы, разделение исследуемого массива на кубические блоки с высотой граней не более ¹/₂ длины излучаемой волны, задаваемой глубинностью исследования, фокусирование излучаемых волн в центр каждого кубического блока с синфазным суммированием волн на приемниках от центра каждого кубического блока при каждом излучении сейсмических волн, определение энергии волн от каждого центра и получение объемного изображения локального дифрагирующего объекта в массиве горной породы по максимальным значениям энергии волн от каждого центра, согласно изобретению источники и приемники располагают со стороны двух прилегающих граней исследуемого объема горных пород на площадках, радиус которых соответствует 5 длинам волн, просвечивание объема горных пород выполняют в двух направлениях, при получении объемного изображения локального дифрагирующего объекта повторяют расчеты по определению энергии волн для значений скорости, последовательно увеличивающихся от заведомо заниженного значения, определяемого по сеймокаротажу, до значения скорости, при которой центры локального дифрагирующего объекта совпадают по двум направлениям просвечивания, это значение скорости принимают за достоверное, совмещают изображение объекта с двух направлений по отдельным сечениям, это изображение принимают за истинное, при этом оставляют за объектом блоки, энергия от которых имеет максимальное значение на двух изображениях.

Признаками изобретения являются:

1. размещение источников и приемников излучаемой волны за пределами исследуемого массива горной породы;

2. разделение исследуемого массива на кубические блоки с высотой граней не больше ¹/₂ длины излучаемой волны, задаваемой глубинностью исследования;

3. фокусирование излучаемых волн в центр каждого кубического блока с синфазным суммированием волн на приемниках от центра каждого кубического блока при каждом излучении сейсмических волн;

4. определение энергии волн от каждого центра и получение объемного изображения локального дифрагирующего объекта в массиве горной породы по максимальным значениям энергии волн от каждого центра;

5. расположение источников и приемников со стороны двух прилегающих граней исследуемого объема горных пород на площадках, радиус которых соответствует 5 длинам волн;

6. просвечивание объема горных пород в двух направлениях;

7. при получении объемного изображения локального дифрагирующего объекта повторение расчетов по определению энергии волн для значений скорости, последовательно увеличивающихся от заведомо заниженного значения, определяемого по сейсмокаротожу, до значения скорости, при котором центры локального объекта совпадают по двум направлениям просвечивания;

8. принятие за соответствующее действительности значение скорости, при которой центры локального объекта совпадают по двум направлениям просвечивания;

9. принятие за достоверное положение объекта, полученное с этой скоростью;

10. совмещение изображения объекта с двух направлений по отдельным сечениям;

11. принятие этого изображения за истинное;

12. оставление за объектом блоков, энергия от которых имеет максимальное значение на двух изображениях.

Признаки 1-4 являются общими с прототипом, признаки 5-12 являются существенными отличительными признаками изобретения.

Сущность изобретения

При сейсмической разведке горных пород при просвечивании объема с одной стороны местоположение дифрагирующего объекта не удается определить с достаточной точностью за счет различий в истинной и принятой при расчетах скорости распространения сейсмических волн. При этом искажается и форма дифрагирующего объекта за счет малой кривизны годографа рассеянной волны, по которому происходит суммирование в направлении, перпендикулярном направлению просвечивания. При размерах площадей излучения и приема сейсмических волн, меньших некоторого критического значения, излучаемое и принимаемое поля не будут соответствовать когерентному (среднему) полю и в этом случае на результаты определения будут оказывать искажающее влияние неоднородности внутри исследуемого объема пород. Размещение приемников и излучателей по какой-либо иной пространственной системе типа квадрата, прямоугольника и т.п. приводит к появлению направленной повышенной чувствительности, что оказывает искажающее влияние на определение энергии рассеянных волн по этим направлениям и искажению формы дифрагирующего объекта.

Все это снижает точность определения местоположения и формы дифрагирующего объекта.

В изобретении решается задача увеличения точности определения местоположения и формы дифрагирующего объекта.

Способ реализуют следующим образом.

На дневной поверхности размещают группы излучателей и приемников излучаемой волны за пределами исследуемого массива горной породы со стороны двух прилегающих граней исследуемого объема горных пород на площадках, радиус которых не менее чем в 5 раз превышает длину волны, что обеспечивает излучение и прием когерентного (среднего) поля. Проводят разделение исследуемого массива на кубические блоки с высотой граней не более ¹/₂ длины излучаемой волны, задаваемой глубинностью исследования. С увеличением глубины исследования увеличивают длину волны для компенсации влияния поглощения горных пород, которое на длину волны остается постоянным. Просвечивание объема горных пород выполняют в двух ортогональных направлениях. Фокусируют излучаемые волны в центр каждого кубического блока с синфазным суммированием волн на приемниках от каждого кубического блока при каждом излучении сейсмических волн. Под синфазным суммированием понимают суммирование на времени вступления волны к различным приемникам. Определяют энергию волны путем возведения в квадрат амплитуды, полученной после фокусирования и синфазного суммирования от каждого кубического блока, и приписывают это значение блоку. Область блоков с максимальными значениями энергии формирует объемное изображение локального объекта. Перебором расчетных значений скорости сейсмических волн при фокусировании и синфазном суммировании определяют истинное значение скорости в массиве горных пород. За истинное значение скорости принимают то, при котором центры изображения локального объекта совпадают по двум направлениям просвечивания. От скорости зависит и местоположение объекта. С увеличением скорости объект удаляется от линии “излучение-прием”, с уменьшением скорости приближается в обратном направлении. Поэтому за истинное местонахождение объекта принимается то, которое получено с истинной скоростью сейсмических волн.

Сопоставляют изображения, полученные с истинной скоростью сейсмических волн, для двух направлений просвечивания и определяют форму объекта. За истинную форму принимают ту, при которой максимальные значения энергии сохраняются в обоих случаях.

Тем самым устанавливают факт наличия локальной неоднородности, ее положение в исследуемом массиве и занимаемый ею объем. Это позволяет решить задачу поиска и оконтуривания неоднородности, которая может быть рудным телом, зоной повышенной трещиноватости в коллекторах нефти и газа и т.д.

Пример конкретного выполнения

Проводят сейсмическую разведку горных пород в районе Ромашкинского нефтяного месторождения для обнаружения и оконтуривания зоны повышенной трещиноватости в породах фундамента с целью поиска возможных мест скопления углеводородов. На фиг.1 представлена схема проведения сейсмической разведки. Размещают 100 источников 1 и 100 приемников 2 излучаемой волны за пределами исследуемого массива горной породы 3 со стороны двух прилегающих граней 4 и 5 исследуемого объема горных пород на площадках, радиус которых равен 650 м. Средняя скорость продольных волн по данным сейсмокаротажа равна 5200 м/с, длина волны при частоте излучения 40 Гц составляет 130 м. Радиус площадок соответствует 5 длинам волн. Источники 1 и приемники 2 размещают на площадках случайным образом без создания какой-либо правильной геометрической фигуры. Просвечивание объема горных пород выполняют в двух ортогональных направлениях 6 и 7. Разделяют исследуемый массив горных пород 3 на кубические блоки 8 с высотой граней 65 м, что соответствует ¹/₂ длины волны на излучаемой частоте 40 Гц. Возбуждение сейсмических волн осуществляют источником 1 с частотой 40 Гц, которая позволяет проводить исследования до глубины 4 км. Фокусируют излучаемые волны в центр каждого кубического блока с синфазным суммированием волн на приемниках 2 от центра каждого кубического блока при каждом излучении сейсмических волн для скорости 5200 м/с, полученной по данным сейсмокаротажа, и которая всегда меньше значения скорости при наклонном прохождении волны. Определяют энергию волны возведением в квадрат амплитуды, полученной после суммирования от каждого кубического блока, и выделяют блоки с максимальным уровнем энергии, которые относят к локальным дифрагирующим объектам. Повторяют расчеты по определению энергии волн для значений скорости 5250 м/с, 5300 м/с, 5325 м/с для двух направлений просвечивания. На фиг.2 приведен вертикальный разрез в плоскости YZ, полученный для скорости 5200 м/с при просвечивании в направлении 6 и проходящий через середину объекта, на котором видно изображение объекта, построенное по максимальным значениям энергии волны 10. На этой же фигуре показана изолиния 11, соответствующая энергии волны, на 15% меньшей максимального значения. На фиг.3 приведено изображение объекта 10 в той же плоскости для скорости 5325 м/с и указанная выше изолиния. Как видно из фиг.2 и фиг.3, с увеличением скорости изображение объекта удалилось в направлении просвечивания 6 на 130 м. На фиг.4 приведено изображение объекта 12 в вертикальной плоскости XZ, проходящей через середину объекта, при просвечивании в направлении 7 для скорости 5200 м/с. На этой же фиг.4 приведена изолиния 13, соответствующая энергии волны на 15% меньшей максимального значения. На фиг.5 приведено изображение объекта в той же плоскости для скорости 5325 м/с и указанная выше изолиния 13. Как видно из фиг.4 и фиг.5, при скорости 5325 м/с изображение объекта смещено в направлении просвечивания 7 относительно положения объекта при скорости 5200 м/с на 130 м. На скорости 5325 м/с центры локального объекта совпали при просвечивании с двух направлений 6 и 7. Это значение скорости принимают за истинное, а положение объекта, полученное для этой скорости, принимают за достоверное. Совмещают изображения объекта, полученные для этой скорости с двух направлений 6 и 7 по горизонтальному сечению через середину изображения объекта в плоскости XY (фиг.6, изображения объекта 10 и 12), и оставляют за изображением те блоки, энергия от которых максимальна на двух изображениях 14. Это изображение принимают за истинное.

Таким образом, перебор скоростей при расчетах энергии рассеянных волн позволил уточнить местоположение локального дифрагирующего объекта, которое оказалось смещенным в направлении просвечивания 6 на 130 м (фиг.3 и фиг.4) и на 130 м в направлении просвечивания 7 (фиг.4 и фиг.5).

Сопоставление изображений локального дифрагирующего объекта для двух ортогональных направлений просвечивания в горизонтальной плоскости XY позволило сократить протяженность изображения объекта по оси Х на 90 м и по оси Y на 120 м.

Тем самым получены более точные ориентиры для бурения разведочной скважины.

Применение предложенного способа позволит увеличить точность определения местоположения и формы дифрагирующего объекта.

Изобретение относится к сейсмической разведке и может найти применение при поиске неоднородностей в геологической среде. При сейсмической разведке горных пород проводят размещение источников и приемников излучаемой волны за пределами исследуемого массива горной породы со стороны двух прилегающих граней исследуемого объема горных пород на площадках, радиус которых не менее чем в 5 раз превышает длину волны в исследуемом объеме горных пород. Разделяют исследуемый массив на кубические блоки с высотой граней не более 1/2 длины излучаемой волны, задаваемой глубинностью исследования. Просвечивание объема горных пород выполняют в двух ортогональных направлениях. Фокусируют излучаемые волны в центр каждого кубического блока с синфазным суммированием волн на приемниках от центра каждого кубического блока при каждом излучении сейсмических волн. Определяют энергии волн от каждого центра. Получают объемное изображение локального дифрагирующего объекта в массиве горной породы по максимальным значениям энергии волн от каждого центра. При получении объемного изображения локального объекта повторяют расчеты для значений скорости, последовательно увеличивающихся от скорости, полученной при сейсмокаротаже. Значение скорости, при которой центры изображения объекта с двух направлений совпадают, принимают за соответствующие действительности, а положение объекта, полученное с этой скоростью, принимают за достоверное. Совмещают изображение объекта с двух направлений по отдельным сечениям. Это изображение принимают за истинное. Составляют за объектом блоки, энергия от которых имеет максимальное значение на двух изображениях. Технический результат: повышение точности определения местоположения и формы дифрагирующего объекта. 6 ил.

Способ сейсмической разведки горных пород, включающий размещение источников и приемников излучаемой волны за пределами исследуемого массива горной породы, разделение исследуемого массива на кубические блоки с высотой граней не более 1/2 длины излучаемой волны, задаваемой глубинностью исследования, фокусирование излучаемых волн в центр каждого кубического блока с синфазным суммированием волн на приемниках от центра каждого кубического блока при каждом излучении сейсмических волн, определение энергии волн от каждого центра и получение объемного изображения локального дифрагирующего объекта в массиве горной породы по максимальным значениям энергии волн от каждого центра, отличающийся тем, что источники и приемники располагают со стороны двух прилегающих граней исследуемого объема горных пород на площадках, радиус которых соответствует 5 длинам волн, просвечивание объема горных пород выполняют в двух направлениях, при получении объемного изображения локального дифрагирующего объекта повторяют расчеты по определению энергии волн для значений скорости, последовательно увеличивающихся от скорости, полученной при сейсмокаротаже, значение скорости, при которой центры изображений объекта с двух направлений просвечивания совпадают, принимают за соответствующее действительности, а положение объекта, полученное с этой скоростью, принимают за достоверное, совмещают изображения объекта с двух направлений по отдельным сечениям, это изображение принимают за истинное, при этом оставляют за объектом блоки, энергия от которых имеет максимальное значение на двух изображениях.