СПОСОБ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 2005 года по МПК G01V11/00 

Изобретение относится к области геофизических исследований земной коры, в частности к области геофизической разведки месторождений полезных ископаемых, и может быть использовано для обнаружения включений в горные и осадочные породы, отличающиеся от указанных пород своими физико-химическими свойствами, в частности залежей углеводородов.

Известен способ геофизической разведки (US, патент 3838390, 1974), согласно которому сейсмоприемники и сейсмовибраторы размещают таким образом, чтобы при регистрации образовалась двумерная сетка отражений. Получаемые сейсмограммы обрабатывают путем суммирования по различным системам и направлениям по методу общей глубинной точки.

Недостатком известного способа следует признать сложность размещения сейсмоприемников и сейсмовибраторов в зоне со сложным рельефом.

Известен также способ геофизической комплексной разведки (US, патент 4899322, 1990), согласно которому генерируют зондирующие импульсные сейсмические и радиолокационные сигналы, осуществляют прием отраженных сигналов с последующим их преобразованием, усилением, измерением, фильтрацией и вынесением на их основе суждения о наличии или отсутствии залежи.

Недостатком известного способа следует признать его низкую эффективность, поскольку радиолокационные сигналы слабо активируют залежь углеводородов.

Известен способ разведки нефтегазовой залежи (RU, патент 2143714, 1999), согласно которому выполняют сейсмическое исследования профиля и выделяют локальные поднятия, в зонах локальных поднятий проводят глубинное разведывательное бурение, а также комплекс электро- и магниторазведочных работ, интерпретируют полученные результаты, проводят бурение геохимических шурфов, строят карты с нанесенными изолиниями содержания газа и внутри выявленных зон проводят глубинное бурение.

Недостатком известного способа следует признать его высокую стоимость, обусловленную бурением скважин.

Наиболее близким аналогом предложенного способа можно признать способ геофизической разведки (RU, патент 2191180, 1998), характеризуемый проведением электроразведки и сейсморазведки на совмещенных профилях непрерывным профилированием с применением источников электрического поля и интерференционных источников упругих колебаний. При реализации известного способа формируют систему инициирования и управления механоэлектрическими процессами в гетерогенной геологической среде путем одновременного воздействия на указанную среду источниками электрического поля и источниками упругих волн с интенсивностью, превышающей естественный фон помех. Для этого предварительно перед наблюдением по профилям на различных участках площади экспериментально определяют оптимальные параметры системы инициирования, при которых механоэлектрические процессы обладают максимальной интенсивностью и надежностью выделения электрических и упругих сигналов, определяют график изменения процесса релаксации среды во времени после одновременного выключения источников системы инициирования, по закономерностям изменения напряженности инициирования электрического поля определяют значение суммарного времени релаксации t_рел для выполнения наблюдений электроразведкой и сейсморазведкой. При этом различия значений напряженности инициированного механоэлектрическими процессами электрического поля, зарегистрированные в момент выключения источников в системе и соответствующих экстремуму графика, и значений суммарного времени релаксации t_рел выполнения наблюдений сейсморазведкой и электроразведкой, не превышают заданной точности измерений. Затем определяют оптимальные параметры источников для выполнения наблюдений электроразведкой и сейсморазведкой с инициированными механоэлектрическими процессами и выполняют наблюдения по профилям путем воздействия на среду инициирующей системой. По завершении цикла инициирования одновременно выключают источники электрического и упругого полей, на одном и том же интервале профиля, размещенном симметрично относительно центра в пределах инициирования, последовательно выполняют наблюдения электроразведкой и затем сейсморазведкой, при этом суммарное время наблюдений не превышает времени релаксации t_рел, определенного по графику изменения релаксации среды, после завершения наблюдений сейсморазведкой систему инициирования перемещают на длину интервала наблюдений электроразведкой и сейсморазведкой и цикл наблюдений повторяют.

Недостатком известного способа следует признать его сложность и обусловленную этим малую надежность обнаружения аномалий, обусловленных залежами полезных ископаемых.

Техническая задача, решаемая посредством предложенного технического решения, состоит в разработке способа геофизической разведки полезных ископаемых.

Технический результат, получаемый при реализации предложенного способа, состоит в повышении надежности выделения аномальных явлений, обусловленных наличием залежей углеводородов, свойства которых изменяются при одновременном воздействии на залежь сейсмических и электрических полей.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать способ геофизической разведки залежей углеводородов, включающий возбуждение сейсмических колебаний сейсмовиброисточником, регистрацию сейсмических колебаний сейсмоприемниками, перемещение сейсмовиброисточников вдоль профиля в промежутках между возбуждением сейсмических колебаний и возбуждение электрического поля в зоне профиля одновременно с возбуждением сейсмических колебаний, причем электрическое поле возбуждают посредством, по меньшей мере, двух электродов, располагаемых вдоль профиля на расстоянии друг от друга, соизмеримом с глубиной залегания предполагаемой залежи углеводородов, регистрацию сейсмических колебаний при каждом фиксированном положении виброисточников и сейсмоприемников, проводят, по меньшей мере, один раз при подаче электрического тока на питающие электроды и, по меньшей мере, один раз при отсутствии электрического питания на электродах, формируют разность сейсмических записей, полученных при возбуждении электрического поля и без возбуждения электрического поля, или сейсмических разрезов, полученных из записей путем их преобразования в изображение сейсмического разреза, и по изменению амплитуд отраженных волн сейсмического и сейсмоэлектрического полей, а также по их разностям судят о присутствии аномальных явлений, обусловленных наличием залежи углеводородов. При наличии акустически жестких покрышек, лежащих над предполагаемой залежью углеводородов, преимущественно регистрируют докритические отражения от них. В предпочтительном варианте реализации дополнительно одновременно с сейсмическими колебаниями регистрируют с использованием петель или измерительных диполей, расположенных вдоль профиля с шагом, соизмеримым с шагом между сейсмоприемниками, величину электрического поля, вычисляют изменения амплитудных характеристик, которые учитывают при вынесении суждения о наличии аномальных явлений, обусловленных наличием залежи углеводородов. Согласно одному из вариантов реализации при формировании разности полученных сейсмических записей, полученных при возбуждении электрического поля и без возбуждения электрического поля, уравнивают амплитуды волн, не связанных с аномальным явлением, обусловленным наличием залежи углеводородов, и вводят в записи статические временные сдвиги, компенсирующие разницу во времени прихода волн, не связанных с аномальным явлением, обусловленным наличием залежи углеводородов. В этом случае преимущественно сейсмические колебания регистрируют в скважинах, расположенных над областью расположения предполагаемой залежи углеводородов.

В результате экспериментальных исследований, посвященных выявлению сейсмоэлектрического и электросейсмического эффектов в натурных условиях, было установлено изменение амплитудно-частотных спектров отраженных сейсмических сигналов и увеличение вариаций геомагнитных полей. Было экспериментально установлено, что постоянное электрическое поле приводит к возрастанию интенсивности регулярных сейсмических сигналов, улучшению коррелируемости отраженных волн, уменьшению фона нерегулярных помех и обогащению спектра сигналов более высокими частотами. Также в результате экспериментальных исследований было показано, что сейсмовибрационное воздействие на земную поверхность приводит к изменению электрических и магнитных компонент естественного поля, а также параметров вызванной поляризации. При этом было установлено, что сейсмовибрационные изменения указанных параметров зависят от мощности, частоты и времени воздействия, а также отклонением от однородности (наличием инородных тел) изучаемого пласта, в частности наличия залежи углеводородов. Лабораторные исследования на образцах горных пород, а также эксперименты в скважинах показали значительные изменения амплитуд акустических сигналов при воздействии электрических полей, а также изменения электрических свойств пород под воздействием акустических сигналов.

В дальнейшем сущность предложенного способа будет раскрыта со ссылками на фиг.1, при этом использованы следующие обозначения: направление профиля 1 работ, электрическая линия 2 АВ, питающие электроды 3 и 4 на концах линии АВ, источник 5 питания электродов 3 и 4, сейсмоэлектроразведочная коса 6, обычно состоящая из сейсмической и электрической линий, группы 7 сейсмоприемников, полевые телеметрические модули 8 сейсмоэлектроразведочной станции, приемники 9 магнитного поля (индукционные петли), электрические усилители 10, к входам которых подключены петли 9. Для упрощения фиг.1 на ней не показана группа сейсмовибрационных источников.

Предлагаемый способ в базовом варианте реализуют следующим образом. На профиле 1 работ располагают стандартную систему сейсмических наблюдений способа ОГТ, причем сейсмовибрационные источники могут быть расположены как внутри расстановки сейсмоприемников, так и вне расстановки. Вдоль профиля 1 по линии 2, смещенной относительно профиля 1, устанавливают питающие электроды 3 и 4, причем расстояние между ними соизмеримо с расстоянием до пласта, в котором может быть расположена залежь. Поскольку общее строение земной коры в общем виде заранее известно, то определение примерной глубины расположения залежи не составляет сложности. Вынос источников электромагнитного поля (питающих электродов 3 и 4) за пределы профиля 1 обусловлен необходимостью уменьшения влияния поверхностных фоновых объектов. Заземление питающих электродов осуществляют с использованием шнеков, а для подачи напряжения на электроды может быть использована электроразведывательная генераторная группа УГЭ50 мощностью 100 кВА с постоянным током в линии АВ величиной до 100 А. В качестве сейсмической косы 6 при реализации предложенного способа обычно используют набор соединенных проводами полевых телеметрических модулей 8, к которым подсоединены группы сейсмоприемников 7, а также петли 9, подключаемые к полевым телеметрическим модулям 8 посредством малошумящих усилителей 10. Расстояние между группами сейсмоприемников 7 обычно составляет 25 - 50 м. Эта величина, как и шаг между соседними положениями пункта возбуждения, зависит от необходимой кратности накапливания сейсмических записей в районе работ. Расстояние между петлями 9 должно быть не меньшим, чем расстояние между группами сейсмоприемников 7, поскольку скорость распространения электрического поля на порядок выше скорости распространения сейсмических волн.

При реализации способа в базовом варианте может быть использована известная телеметрическая сейсмоэлектроразведочная станция СЭС-1. Указанная станция содержит набор одноканальных полевых измерительных модулей, позволяющих проводить измерение электромагнитного поля и временное хранение информации, что позволяет снизить уровень помех путем исключения проводной или радиосистем телеметрии в реальном времени. Для многокомпонентных измерений на точке профиля устанавливают соответствующее количество модулей, причем управление измерительными модулями и сбор с них информации осуществляют с использованием управляющего модуля и системы телеметрии.

В качестве источника сейсмических колебаний обычно используют гидравлические сейсмические вибраторы, поскольку они позволяют управлять спектром генерируемых сейсмических колебаний. Работы проводят с нелинейными свипами в полосе частот 10 - 100 Гц и длительностью 30 с при усилиях на грунт в пределах 100 - 200 кН. Однако возможно использование и других сейсмовибрационных источников с характеристиками, отличными от приведенных.

Регистрацию сейсмического и, при необходимости, электромагнитного полей проводят в двух режимах: при генерируемом электрическом поле и в пазах после прекращения генерирования электрического поля при возбуждении только сейсмических колебаний. Возбуждение сейсмических колебаний одновременно с возбуждением электрического поля и без возбуждения электрического поля предпочтительно осуществляют многократно для повышения отношения сигнал/помеха путем накапливания получаемых записей сейсмического и электромагнитного полей. Если же накапливания сигналов не требуется, то достаточно осуществить одну регистрацию при возбуждении только сейсмического поля и однократную регистрацию при совместном возбуждении сейсмического и электрического полей.

Предварительная обработка полученной информации состоит в формировании функций взаимной корреляции записей с опорным свипом, формируемым сейсмовиброисточниками, последующая обработка состоит в формировании глубинных и временных разрезов путем миграции исходных записей известными методами, в частности с использованием миграции Кирхгофа.

Сейсмические записи, полученные при взаимодействии возбуждаемых сейсмического и электрического полей, а также без указанного взаимодействия, после предварительной обработки различаются между собой по двум причинам. Во-первых, условия возбуждения сейсмических колебаний при повторных воздействиях могут изменяться, в частности из-за уплотнения грунта под сейсмовиброисточником. Во-вторых, в результате взаимодействия сейсмического и электрического полей могут изменяться динамические характеристики отражений, характеризующих объект исследования. В пределах сопоставляемых между собой записей, полученных при взаимодействии полей и без указанного взаимодействия, выделяют регулярные волны, не связанные с объектом исследования (регулярные помехи), в частности неглубокие отражения, и регулярные полезные волны, несущие информацию об объекте исследования. При уравнивании регулярных помех по амплитудам и компенсации путем введения статистических временных сдвигов различия во временах их прихода путем вычитания таких записей по разностной сейсмограмме получают разностный сигнал, характеризующий аномальные явления, обусловленные наличием залежей углеводородов, поскольку после уравнивания помех между собой они при последующем вычитании записей обнуляются. Аналогичный эффект получают и при вычитании не только исходных сейсмограмм, но и сейсмических разрезов, полученных путем миграции, причем если на указанных разрезах уравнять по интенсивности и временам прихода сигналы, соответствующие неглубоким опорным границам, то после вычитания разрезов получают разностный разрез, на котором на соответствующих глубинах или временах регистрации наблюдают аномальные явления, предположительно обусловленные наличием залежей углеводородов.

Предлагаемый способ основан на эффекте изменения динамических характеристик сейсмических волн под влиянием взаимодействующих сейсмического и электрического полей. Указанное взаимодействие приводит к тому, что максимальное удаление пункта возбуждения от группы сейсмоприемников в используемой системе наблюдений должно обеспечивать выполнение условия соответствия отражения от жесткой границы, расположенной вблизи объекта исследования, докритической области. Докритические удаления легко рассчитать, используя известные данные о сейсмических скоростях в покрывающей толще.

Регистрация с использованием петель или измерительных диполей электромагнитного поля одновременно с регистрацией сейсмических колебаний позволяет получить независимую информацию по аномальным явлениям на соответствующих глубинах, предположительно обусловленных наличием залежей углеводородов, что позволяет повысить достоверность суждения о наличии или отсутствии залежи углеводородов.

Дополнительную информацию о наличии залежи углеводородов можно получить при использовании дополнительных скважинных сейсмоэлектроразведочных наблюдениях (вертикальное сейсмоэлектрическое профилирование). Благодаря тому, что при вертикальном сейсмоэлектрическом профилировании регистрируют прямые волны и отражения от объекта исследования, можно легко разделить изменения сигнала, обусловленные изменением условий возбуждения сейсмических колебаний, и изменения отражений от объекта исследования, обусловленные наложением электрического поля на поле сейсмическое. Соответственно после уравнивания по амплитуде и по статическим сдвигам прямые волны на разностной сейсмограмме вертикального сейсмоэлектрического профилирования будут обнулены вместе с теми отражениями от нецелевых объектов, параметры которых остаются неизменными при дополнительном наложении электрического поля на сейсмическое поле. По аномальным явлениям на разностной сейсмограмме вертикального сейсмоэлектрического профилирования можно судить об оптимальности применяемой системы наблюдений, разносах питающей линии АВ, величине тока в этой линии и т.д. Динамические характеристики отражений, наблюдаемые внутри среды непосредственно вблизи объекта исследования, позволяют уточнить характер аномального явления, возможно характеризующего наличие залежи углеводородов.

В дальнейшем предлагаемый способ будет раскрыт на примере исследования Ружевского месторождения Ульяновской области.

Сейсмические наблюдения проводили вдоль профиля при шаге сейсмических пунктов приема, равном 25 м, и шаге пунктов возбуждения - 50 м с использованием 120 каналов в активной расстановке и выносе 100 м, необходимом при работах с вибрационным источником колебаний. Максимальное удаление пункта возбуждения от пункта приема вдоль короткой и длинной ветвей годографа составляет соответственно 1075 и 2075 м. Полная кратность системы наблюдения равна 30. Общая длина расстановки составляет 3150 м. База групп сейсмоприемников составляет на приеме 20 м (11 приборов с шагом 2 м). Шаг электрических модулей вдоль профиля составляет 75 м. В качестве электрических приемников используют индукционные петли в форме квадрата со стороной 10 м. Отдельная электротелеметрическая линия длиной 3150 м содержит 50 петель и 50 телеметрических модулей. Питающие электроды линии АВ устанавливают в шнеках глубиной 10 - 20 м на удалении 6 км друг от друга вдоль линии, параллельной профилю АВ с выносом 1 км от линии профиля АВ. Такое расстояние между питающими электродами обеспечивает воздействие на объект исследования, расположенный на глубине 2 км. Для возбуждения сейсмических колебаний используют группу из 4 сейсмовибраторов, расположенных на базе 60 м. Сейсмовибраторы излучают свипы в полосе частот 10-80 Гц длительностью 30 с. Вначале излучают 4 свипа без наложения электрического поля, а затем 4 свипа с наложением электрического поля.

На фиг.2 приведены графики изменения амплитуд отраженных волн сейсмического и сейсмоэлектрического (сейсмического поля с наложением электрического поля) полей от границ в яснополянском горизонте - C₁jp и их разность по профилю 70 Ружевского месторождения Ульяновской области. Проведенный совместный анализ прогнозных литолого-емкостных разрезов, структурных построений, графиков амплитуд и их разности позволил выявить дополнительные критерии оценки литологических разностей и обнаружения коллекторов, границ их распространения в тонкослоистом разрезе бобриковского горизонта C₁bb яснополянского надгоризонта C₁jp.

На профиле в районе трасс 1÷22 и 28÷60 отмечены высокие значения амплитуд, что характеризует наличие песчаников в разрезе. Кроме того, по разности амплитуд видно, что амплитуды сейсмоэлектрического поля ниже сейсмического; оба этих критерия характеризуют песчаник-коллектор. Данный вывод подтвержден прогнозным литолого-емкостным разрезом и структурными построениями с некоторыми небольшими невязками границ контуров. Далее по профилю отмечено понижение значений амплитуд по двум волновым полям (трассы 60÷104), что согласно установленным критериям соответствует замещению песчаника на глины, но по разности амплитуд в районе трасс 94÷104 эта область соответствует коллектору, несмотря на низкие значения амплитуд. Наличие в области трасс 94÷104 предполагаемого коллектора подтверждено некоторым структурным поднятием, расположенным южнее Ружевской структуры, и прогнозным литолого-емкостным разрезом. Таким образом, анализ результатов, приведенных на фиг.2, позволил по графикам амплитуд и их разности выделить области распространения коллекторов в пласте песчаников бобриковского горизонта 1-C₁bb и области замещения песчаников глинами в этом пласте. Следует отметить, что данные графики полностью согласуются с результатами прогноза в нефтенасыщенном пласте песчаников бобриковского горизонта 1-C₁bb.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить точность прогноза при одновременном удешевлении поисковых работ, поскольку предлагаемый способ позволяет проводить комплексирование методов не только на стадии интерпретации, но и на стадии получения исходных материалов в условиях, когда поля оказывают положительное влияние друг на друга, причем использование единой сейсмоэлектрической партии позволяет сократить расходы по отношению к двум независимым партиям - сейсмической и электроразведочной.

Изобретение относится к области геофизических исследований земной коры и может быть использовано для обнаружения залежей углеводородов. Сущность: возбуждают сейсмические колебания сейсмовиброисточником. Регистрируют сейсмические колебания сейсмоприемниками. Одновременно с сейсмическими колебаниями возбуждают электрическое поле посредством, по меньшей мере, двух электродов. Регистрируют сейсмические колебания, по меньшей мере, один раз при подаче электрического тока на питающие электроды и, по меньшей мере, один раз при отсутствии электрического питания на электродах. Формируют разность сейсмических записей, полученных при возбуждении электрического поля и без возбуждения электрического поля. По изменению амплитуд отраженных волн сейсмического и сейсмоэлектрического полей, а также по их разности судят о присутствии аномальных явлений. Технический результат: повышение точности прогноза аномальных явлений, обусловленных наличием залежи углеводородов, при одновременном удешевлении поисковых работ. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ геофизической разведки залежей углеводородов, включающий возбуждение сейсмических колебаний сейсмовиброисточником, регистрацию сейсмических колебаний сейсмоприемниками, перемещение сейсмовиброисточников вдоль профиля в промежутках между возбуждением сейсмических колебаний и возбуждение электрического поля в зоне профиля одновременно с возбуждением сейсмических колебаний, отличающийся тем, что электрическое поле возбуждают посредством, по меньшей мере, двух электродов, располагаемых вдоль профиля на расстоянии друг от друга, соизмеримом с глубиной залегания предполагаемой залежи углеводородов, регистрацию сейсмических колебаний при каждом фиксированном положении виброисточников и сейсмоприемников проводят, по меньшей мере, один раз при подаче электрического тока на питающие электроды и, по меньшей мере, один раз при отсутствии электрического питания на электродах, формируют разность сейсмических записей, полученных при возбуждении электрического поля и без возбуждения электрического поля, или сейсмических разрезов, полученных из записей путем их преобразования в изображение сейсмического разреза, и по изменению амплитуд отраженных волн сейсмического и сейсмоэлектрического полей, а также по их разности судят о присутствии аномальных явлений, обусловленных наличием залежи углеводородов.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрируют докритические отражения от акустически жестких покрышек, лежащих над предполагаемой залежью углеводородов.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно одновременно с сейсмическими колебаниями регистрируют с использованием петель или измерительных диполей, расположенных вдоль профиля с шагом, соизмеримым с шагом между сейсмоприемниками, величину электрического поля, вычисляют изменения амплитудных характеристик, которые учитывают при вынесении суждения о наличии аномальных явлений, обусловленных наличием залежи углеводородов.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании разности сейсмических записей, полученных при возбуждении электрического поля и без возбуждения электрического поля, уравнивают амплитуды волн, не связанных с аномальным явлением, обусловленным наличием залежи углеводородов, и вводят в записи статические временные сдвиги, компенсирующие разницу во времени прихода волн, не связанных с аномальным явлением, обусловленным наличием залежи углеводородов.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что сейсмические колебания регистрируют в скважинах, расположенных над областью расположения предполагаемой залежи углеводородов.