Способ сличительной калибровки инфразвуковых сейсмомодулей Российский патент 2022 года по МПК G01V13/00 

Изобретение относится к области поисково-разведочных работ на нефть и газ.

В последнее время весьма актуальным становится освоение районов побережья, транзитных зон и морского шельфа Арктики, где сосредоточены огромные запасы углеводородов. Задача проведения геологоразведочных работ сводится к повышению прогностической эффективности, которая должна обеспечить не только сокращение расходов на бурение дорогостоящих непродуктивных скважин, но и существенное снижение техногенной нагрузки, что позволит улучшить экологическую обстановку окружающей среды. Главная задача при этом – возможность использования трёхкомпонентных инфразвуковых измерительных сейсмомодулей для регистрации весьма малых уровней микросейсмических шумов.

Исследование микросейсмических шумовых процессов является перспективным направлением в геофизике. До недавнего времени возможности этих исследований ограничивались целым комплексом проблем обработки и интерпретации шумовых сигналов. Такие сигналы принципиально отличаются от обычных строго детерминированных сигналов и могут принимать любое произвольное значение из всего допустимого диапазона. Соответствующие статистические оценки также сопровождаются неприемлемо большим разбросом, сопоставимым с самим сигналом. В настоящее время как в России, так и за рубежом доминирующим геофизическим методом поисков и разведки нефти и газа является сейсморазведка, которая, используя «накачку» механической энергии в геосреду и регистрируя отражённые волны, картирует структуры, в которых может находиться залежь углеводородов. Однако «коэффициент успешности» при бурении поисковых скважин по прогнозам сейсморазведки не превышает 0,5, т.е. каждая вторая пробуренная скважина - непродуктивная. Сейсморазведочные работы оказывают также значительное техногенное воздействие на окружающую среду, что существенно ухудшает экологическую обстановку в районе проведения работ. Классическая сейсморазведка относится к категории прямых методов поиска нефтегазовых залежей (НГЗ).

В последнее время при поисково-разведочных работах на нефть и газ начинает весьма успешно использоваться инфразвуковая технология акустической низкочастотной разведки (технология АНЧАР), с помощью которой прогноз залежей углеводородов осуществляют в режиме длительного, не менее одного часа, синхронного «прослушивания» измерительными трёхкомпонентными сейсмомодулями глубинных зон геологической структуры и выделении в ней, посредством соответствующей программы, микросейсмических колебаний, обусловленных излучением НГЗ. При этом картируется не структура, в которой может находиться залежь углеводородов, а определяется точное место, где расположена НГЗ, находящаяся в этой структуре. Эта технология, в отличие от классической сейсморазведки, положила начало инфразвуковой микросейсмической разведке на нефть и газ, и успешно применяется при геологоразведочных работах (ГРР).

В частности, 22 марта 1997 г. было зарегистрировано Научное открытие (Диплом № 109) «Явление генерации инфразвуковых волн углеводородной залежью» Сформулировано представление о НГЗ как о глубинном источнике инфразвуковых шумов, характеризующим среду, в которой формируются и излучаются (генерируются) собственные инфразвуковые микросейсмические поля, характеризующие углеводородное вещество. Микросейсмический сигнал, излучаемый НГЗ, представляет собой узкополосный шум в виде колоколообразной аномалии в диапазоне частот 1,5-4,5 Гц. Технология АНЧАР обеспечивает увеличение существующего в настоящее время «коэффициента успешности» прогнозирования НГЗ, от значения 0,5 (при этом каждая вторая пробуренная скважина – непродуктивная) до значения 0,85 (при этом лишь каждая шестая пробуренная скважина – непродуктивная).

Следует отметить, что стоимость бурения одной скважины стоит около 15 млн долларов США.

Назначение разработанного способа: обеспечить необходимую точность измерений микросейсмических шумов, в которых могут присутствовать шумы, обусловленные наличием НГЗ. При проведении указанных работ необходимо регулярно проводить сличительную калибровку непосредственно в полевых условиях. Важным фактором при этом является то, что полевые сейсморазведочные работы проводятся в условиях реального сейсмического шума в местах, удалённых от городов и промышленных центров [Е.М. Линьков. Сейсмические исследования 1987]. Основные трудности обусловлены повышенными требованиями к измерительной аппаратуре, которая должна непрерывно регистрировать длительные сложные шумовые сигналы малой интенсивности. При этом на первый план выходят проблемы обработки и интерпретации шумовых сигналов. Такие сигналы принципиально отличаются от обычных строго детерминированных сигналов и могут принимать любое произвольное значение из всего допустимого диапазона.

В качестве ближайшего аналога разработанного технического решения может быть использован RU, патент № 2537746 (опубл. 10.01.2015), характеризующий способ градуировки гидрофонов методом сличения. Способ градуировки гидрофонов методом сличения заключается в расположении градуируемого и эталонного гидрофонов в гидроакустическом бассейне на известных расстояниях Z_Г и Z_Э от гидроакустического излучателя и облучении их тонально-импульсными входными сигналами, последующей регистрации выходных сигналов, при этом чувствительность M(t)_Г градуируемого гидрофона определяется по формуле , причем в качестве тонально-импульсного сигнала используют однопериодный тонально-импульсный сигнал с гауссовой огибающей, где M(t)_Э - чувствительность эталонного гидрофона на частоте f; S(t)_Э, S(t)_Г - спектральные коэффициенты дискретного преобразования Фурье на временном промежутке 0-Т выходных сигналов эталонного и градуируемого гидрофонов, Т - момент времени прихода первого отраженного сигнала от стенок бассейна или поверхности воды; Z_Г, Z_Э - расстояния между акустическими центрами излучателя и градуируемого и эталонного гидрофонов соответственно.

Недостатком ближайшего аналога являются погрешности градуировки, связанные с наличием отражений тонально-импульсного сигнала, подаваемого с излучателя на гидрофон, от элементов конструкции корпуса гидрофона, обтекателя и креплений, а также от поверхности воды и стенок бассейна.

Идеология известного технического решения аналогична идеологии разработанного способа. При этом недостаток, присущий ближайшему аналогу, отсутствует при решении вопроса в предлагаемой заявке.

Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного способа, состоит в усовершенствовании способа поиска залежей углеводородов с использованием инфразвуковой технологии.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного способа, состоит в уменьшении погрешности калибровки сейсмомодулей при реализации инфразвуковой технологии поиска в классическом варианте (см. anchar.ru).

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ сличительной калибровки инфразвуковых сейсмомодулей. Согласно разработанному способу на твердый постамент устанавливают с жестким закреплением два одинаковых сейсмомодуля соосно друг с другом, проводят длительно синхронную запись микросейсмического шума Земли, определяют спектральные характеристики зарегистрированных сигналов по каждой оси, определяют коэффициент взаимной корреляции одноимённых компонент как отношение двух спектральные характеристики зарегистрированных сигналов по каждой оси.

Предпочтительно длительность регистрации микросейсмического шума составляет не менее 20 мин.

В некоторых вариантах реализации способа производят определение автокорреляционных спектров зарегистрированных сигналов.

В других вариантах реализации способа производят определение взаимокорреляционных спектров зарегистрированных сигналов.

Не исключен вариант реализации, когда определяют зависимость отношения двух спектральных плотностей сигналов от частоты.

На Фиг. 1-3 приведены результаты сличительной калибровки двух сейсмомодулей, произведённой на сейсмостанции «Михнево», при этом на фиг. 1 приведен фрагмент осциллограммы одной из пар одноимённых компонент; на фиг. 2 – амплитудно-частотная характеристика зарегистрированного сигнала; на фиг. 3 – коэффициент корреляции этой пары.

Проведенная сличительная калибровка показала, что корреляция одноимённых компонент сейсмомодулей составляет значение не ниже 0,88.

Работы по технологии АНЧАР проводят с использованием портативного компьютера, с разработанной программой, позволяющей осуществлять сличительную калибровку каждой пары одноимённых компонент.

Жёсткое закрепление сейсмомодулей на постаменте позволят считать, что ускорения, испытуемые обоими сейсмомодулями, одинаковые и совпадают с ускорением постамента.

Тестирование предлагаемого метода проводили на примере конкретных измерений шумового микросейсмического сигнала в реальной обстановке, в районе, удаленном от промышленных техногенных зон на Кольском полуострове.

На сейсмостанции Териберка была проведена сличительная калибровка двух сейсмомодулей АНЧАР. Сигнал от естественных микросейсмических шумов непрерывно записывался на протяжении длительного интервала времени. В результате был выделен случайный шумовой сигнал, характеризующийся достаточной стационарностью и пригодный для статистического анализа.

Проведенная сличительная калибровка показала следующее: корреляция одноимённых компонент сейсмомодулей составляет значение 0,8.

В целом предлагаемый метод позволяет достаточно четко представить весь ход измерения случайного сигнала во времени и обосновать возможности прецизионных измерений в каждом конкретном случае. При этом необходимым условием результативности подхода является условие квазистационарности исследуемого сигнала.

Использование: изобретение относится к области поисково-разведочных работ на нефть и газ. Сущность: на твердый постамент устанавливают с жестким закреплением два одинаковых сейсмомодуля соосно друг с другом. Проводят длительно, не менее 20 мин, синхронную запись микросейсмического шума Земли. Определяют коэффициент взаимной корреляции одноимённых компонент как отношение двух спектральных характеристик зарегистрированных сигналов по каждой оси. Технический результат: уменьшение погрешности калибровки сейсмомодулей при реализации инфразвуковой технологии поиска в классическом варианте. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ сличительной калибровки инфразвуковых сейсмомодулей, характеризуемый тем, что на твердый постамент устанавливают с жестким закреплением два одинаковых сейсмомодуля соосно друг с другом, проводят длительно, не менее 20 мин, синхронную запись микросейсмического шума Земли, определяют спектральные характеристики зарегистрированных сигналов по каждой оси, определяют коэффициент взаимной корреляции одноименных компонент как отношение двух спектральных характеристик зарегистрированных сигналов по каждой оси.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производят определение автокорреляционных спектров зарегистрированных сигналов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производят определение взаимокорреляционных спектров зарегистрированных сигналов.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определяют зависимость отношения двух спектральных плотностей сигналов от частоты.