СПОСОБ СКВАЖИННО-НАЗЕМНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ Российский патент 2025 года по МПК G01V1/00 G01V1/40 

Изобретение относится к области сейсморазведки. Нацелено оно на изучение глубинных объектов изомерной и протяженной формы методом отраженных сейсмических волн. Наибольшее применение может найти при изучении подземных хранилищ газа (ПХГ), расположенных в пластах каменной соли.

ПХГ в каменной соли, уступающие по объему хранимого газа на порядок газохранилищам, создаваемым в водоносных горизонтах или истощенных газовых месторождениях, превосходят их на порядок по скорости возможного отбора газа. В мировой практике газовой промышленности успешно функционируют многие сотни газовых резервуаров в солях. В СССР единственное ПХГ было построено под Ереваном, где оно успешно зарекомендовало себя как гарант надежного газоснабжения города. Концепция развития внутрисолевых ПХГ в начале данного столетия была принята в ОАО «Газпром». Было намечено строительство 10 ПХГ в солях на глубинах от 300 до 1500 м. Волгоградское ПХГ с общим геометрическим объемом подземных резервуаров 4350 тысяч м³ явилось первым из них.

Создание подземных выработок (емкостей) в каменной соли происходит путем растворения соли при нагнетании в нее воды из специально пробуренных скважин. Из-за реологических свойств (текучести) соли уменьшение (конвергенция) объема резервуара происходит при изменении напряженного состояния массива горных пород в процессе нагнетания флюидов, а также во время эксплуатации, особенно в периоды отбора газа из газохранилищ при значительном уменьшении давления газа в резервуарах.

Площадки для ПХГ отличаются относительно простыми геологическими условиями - спокойным залеганием слоев и отсутствием дизъюнктивных нарушений, это следует из результатов площадных сейсморазведочных наблюдений. Поэтому резервуар в каменной соли для последующей закачки газа будет иметь изомерную или вытянутую (в случае горизонтальных нагнетательных скважин) форму. Измерение геометрических размеров резервуара при его создании и последующих процессах можно осуществить путем более экономичных и удобных для производственников сейсморазведочных систем, предполагающих одновременную регистрацию сейсмических сигналов внутри среды и на земной поверхности.

Известен способ скважинной сейсморазведки (площадное ВСП), при котором регистрацию сейсмических колебаний проводят многоточечным зондом в скважине при возбуждении колебаний по системе наземных профилей с достаточно плотной системой расположения пунктов возбуждения (Шехтман Г.А. Площадная модификация метода ВСП//Геофизика, 1996, №1, С. 23-28). Основной недостаток данного способа состоит в ограниченном участке освещенности изучаемого объекта при громоздкой дорогостоящей системе наземных профилей, вдоль которых размещают пункты возбуждения колебаний (ПВ). Кроме того, существенным недостатком способа является отсутствие в нем наземных сейсморазведочных наблюдений, взаимоувязанных с наблюдениями скважинными.

Известен способ трехмерных сейсморазведочных наблюдений, при котором наземные наблюдения проводят одновременно с регистрацией колебаний зондом ВСП, расположенным вблизи забоя скважины. Такая методика получила название «3D+ВСП» (Баранов К.В., Бикеев B.C., Стариков Н.В., Табаков А.А. Результаты применения методик «3D+ВСП локальный проект» и «2D+ВСП локальный проект» в условиях Западной Сибири//Технологии сейсморазведки №1, 2004. - С. 19-22). В данном способе использование многоточечного трехкомпонентного зонда обеспечивает возможность выделения прямой продольной волны для последующей компенсации изменений формы сигнала в записях наземных сейсмоприемников. Однако существенные недостатки данного способа вытекают из расположения зонда вблизи забоя скважины и его ограниченностью использованием лишь прямой продольной волны. По существу в данном способе зонд ВСП используют лишь для коррекции формы возбуждаемого в наземной сейсморазведке импульса прямой волны. Отраженные и падающие кратно отраженные волны не используют, поэтому о размерах освещенности призабойной зоны говорить не приходится (она близка к нулю).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому (прототипом) является способ скважинно-наземной сейсморазведки, при котором совмещаются наблюдения МОГТ-3D и ВСП, ориентированные на решения задач МОГТ-3D (Ленский В.А., Алиев А.Я., Иркабаев Д.Р., Жужель А.С. Системы наблюдений при трехмерном вертикальном сейсмическом профилировании для уточнения геологического строения околоскважинного пространства, журнал «Нефтяное хозяйство», сентябрь 2018 года). Размещение источников колебаний эти авторы считают оптимальным, если они устанавливаются по квадратной сетке на площади в форме круга, что, по их мнению, обеспечивает сохранение кратности прослеживания, но является дорогостоящим. Совмещение скважинных и наземных наблюдений дешевле, но оно вызывает появление неосвещенных участков и не обеспечивает формирование качественного куба данных ВСП-3D, поэтому такое совмещение они не рекомендуют для изучения околоскважинного пространства.

Авторы данного известного решения в целом правильно анализируют существенные недостатки методики скважинно-наземной сейсморазведки, не позволяющей эффективно реализовать сверхсуммарный эффект от применения скважинной и наземной сейсморазведки. Еще одним существенным ограничением известного способа является его нацеленность на получение «качественного куба данных ВСП-3D», достичь которого, однако, так и не удается. Идеология наблюдений, опирающаяся на формирование именно «куба данных», приводит к излишним не оправданным затратам при проведении работ и при обработке данных.

Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности и рентабельности скважинно-наземных исследований при изучении изомерных и протяженных объектов, расположенных в околоскважинном пространстве.

Поставленная цель достигается тем, что в способе скважинно-наземной сейсморазведки, включающем возбуждение сейсмических колебаний в приповерхностной зоне и одновременную регистрацию сейсмических колебаний зондом ВСП в скважине и сейсмоприемниками на земной поверхности, зонд размещают в верхней части интервала глубин, расположенного между кратнообразующими границами и кровлей изучаемого объекта, а источники колебаний и сейсмоприемники на земной поверхности размещают вдоль лучей, направленных в разные азимуты от устья скважины. По сейсмическим разрезам, полученным путем миграции отраженных сейсмических волн по разным лучам, формируют цилиндр информации, позволяющий по его горизонтальным срезам судить об изменении размеров и формы изучаемого объекта. В одном из воплощений предлагаемого способа направление по крайней мере одного из лучей берут совпадающим с предполагаемым направлением емкости, сформированной при нагнетании жидкости в каменную соль посредством горизонтальной скважины, и о сечении емкости судят по частоте резонансных колебаний, возбуждаемых в емкости.

От известных аналогов и прототипа предлагаемое изобретение имеет следующие существенные отличия:

• Совмещение профиля ПВ и пунктов приема (1111) вдоль каждого из лучей, веерообразно расходящихся от скважины, позволяет предельно упростить проведение работ и обработку данных, нацеленную на получение изображения среды по схеме 2D на начальном этапе интерпретационной обработки, когда путем миграции данных ВСП и наземной сейсморазведки отождествляют результаты обоих методов, получая тем самым надежные выводы о поведении изучаемого объекта в разных азимутах.

• Получение сейсморазведочных данных вдоль диаметрально противоположных лучей позволяет разделить проявление анизотропии скоростей от проявления неоднородности покрывающей среды.

• Двумерные скважинно-наземные наблюдения, полученные на профилях, расположенных в разных азимутах, при необходимости можно дополнить наблюдениями на промежуточных профилях, что позволяет более экономно расходовать средства на проведение работ, используя результаты мониторинга.

• Обработка двумерных систем наблюдений в методе ВСП, входящем в комплекс наземно-скважинной сейсморазведки, упрощает получение глубинных и временных разрезов без использования дорогостоящей и времяемкой трехмерной миграции.

Существенная новизна предлагаемого способа обусловлена тем, что, в отличие от аналогов и прототипа, в нем система скважинно-наземных наблюдений путем отработки осесимметричной системы сейсмических лучевых профилей позволяет получать не куб, а цилиндр информации. Тем самым более дешевым и более эффективным путем достигается изучение глубинных объектов при работах с ПХГ в каменных солях, имеющих, как правило, изомерную форму.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем.

В предлагаемом способе используют не устоявшуюся в сейсморазведке идеологию получения «кубов данных», а идеологию получения «цилиндров данных». Достигается это путем перехода от системы ортогонально расположенных профилей пунктов возбуждения (ПВ) и пунктов приема (ПП) к пространственной системе лучевых профилей, веерообразно расходящихся от устья исследуемой скважины или от проекции на земную поверхность точки, расположенной в глубокой части скважины, если она имеет существенное искривление. На одних и тех же лучевых профилях размещают ПВ и ПП наземной сейсморазведки, причем ПВ используют для возбуждения сейсмических колебаний, одновременно регистрируемых в ПП и зондом ВСП, расположенным в скважине.

Многоточечный зонд ВСП в предлагаемом способе размещают в верхней части интервала глубин, расположенного под кратнообразующими границами, но над кровлей изучаемого глубинного объекта. Благодаря тому, что зонд размещают в верхней части этого интервала глубин, достигается максимальный участок освещенности глубинного объекта отраженными волнами. А поскольку зонд размещают ниже кратнообразующих границ, обеспечивается возможность более надежно регистрировать однократно отраженные восходящие волны и кратно отраженные падающие волны, разделить которые между собой можно, применяя известные методы обработки, опирающиеся на характеристики направленности первого рода (по направлениям подхода волн к трехкомпонентным сейсмоприемникам) и второго рода (по кажущимся скоростям).

Наземная сейсморазведка, нацеленная на изучение объектов, предназначенных для ПХГ, наталкивается на трудности, обусловленные недостаточно высокой разрешающей способностью и мешающим влиянием кратно отраженных волн, формирующихся в верхней толще геологического разреза. Скважинная сейсморазведка обладает более высокой разрешающей способностью, но по сравнению с наземной сейсморазведкой имеет гораздо меньший участок освещенности изучаемого объекта. Сочетание скважинной и наземной сейсморазведки позволяет добиться более высокой точности результатов благодаря тому, что регистрация сейсмических колебаний внутри среды (методом ВСП) обеспечивает наземные наблюдения достаточно точной скоростной моделью, а также стратиграфической привязкой отраженных волн. Более того, падающие кратно отраженные волны, регистрируемые в скважине, используют в качестве опорного сигнала для расчета оператора обратного фильтра, рассчитанного на подавление кратно отраженных волн в методе ВСП и в наземной сейсморазведке. Тем самым облегчается задача подавления кратно отраженных воле в наземной сейсморазведке, обычно применяющей для этой цели дорогостоящие системы многократных перекрытий в методе общей глубинной точки (МОГТ) и других модификациях метода отраженных волн. Кроме того, миграция записей уровневого ВСП, отработанного по каждому из лучей, позволяет путем миграции отраженных волн получить глубинные и временные разрезы, существенно дополняющие разрезы наземной сейсморазведки, полученные по тем же самым лучам. Модификация уровневого ВСП, в отличие от других модификаций метода ВСП, позволяет осветить изучаемый объект при равномерном расположении на нем точек отражения, (Шехтман Г.А. Вертикальное сейсмическое профилирование. - М.: ООО «ЕАГЕ Геомодель», 2017. - 284 с). Это позволяет более надежно увязать данные наземной и скважинной сейсморазведки. Способ осуществляют следующим образом.

Скважину от забоя до устья отрабатывают модификацией продольного ВСП, при которой удалением ПВ от устья можно пренебречь по сравнению с глубиной скважины. Это позволяет выбрать интервал глубин, в пределах которого размещают зонд ВСП в соответствии с предлагаемым способом, определить скоростную модель покрывающей толщи и осуществить стратиграфическую привязку отражений, выделенных в покрывающей толще. Последующие работы на скважине осуществляют в соответствии с предлагаемой последовательностью операций. Состоит она в следующем:

1. В верхней части интервала глубин, расположенного под кратно образующими границами, устанавливают многоточечный зонд ВСП, содержащий в каждой точке приема трехкомпонентную расстановку сейсмоприемников. Каждый из приборов зонда надежно прижимают к стенке скважины, применяя известные технические средства, исключающие регистрацию паразитных продольных и вращательных колебаний, а также гидроволн.

2. Вдоль направления лучей, расположенных в разных азимутах, с шагом наблюдений, принятым в наземной сейсморазведке, устанавливают сейсмоприемники и намечают местоположение каждого из ПВ, из которых затем возбуждают сейсмические колебания, одновременно регистрируемые в ПП на земной поверхности и внутри среды зондом ВСП. Максимальное расстояние от скважины ПП и ПВ вдоль лучевого профиля берут не превышающим критическое расстояние для отражений от исследуемого объекта. Если скважина искривлена, то веерообразную систему лучей берут исходящей из проекции забоя скважины на земную поверхность или из проекции на земную поверхность середины зонда ВСП, расположенного на искривленном участке.

3. Если ствол скважины содержит горизонтальный участок, то по крайней мере один из лучей, веерообразно расходящихся от скважины, берут совпадающим с направлением искривления скважины.

4. Из ПВ, расположенных в диаметрально противоположных направлениях от скважины, получают вертикальные годографы и сопоставляют их между собой. О наличии неоднородностей в околоскважинном пространстве судят по асимметрии этих годографов. Если годографы симметричны, то их отличие от расчетных годографов приписывают влиянию анизотропии скоростей в вертикальной плоскости.

5. Вдоль каждого из лучей путем миграции получают временной и глубинный разрезы уровневого ВСП и аналогичные разрезы по данным наземной сейсморазведки. Полученные разрезы увязывают между собой и формируют с их помощью цилиндр данных, применяя известные способы интерполяции амплитуд между узлами пространственной сетки, формирующей цилиндр данных.

6. Используя цилиндр данных, получают срезы в представляющем интерес интервале глубин и времен регистрации отраженных волн, по которым судят о размерах и форме изучаемого объекта.

7. В случае объекта, вытянутого по горизонтали, для интерпретации используют резонансные колебания, генерируемые объектом при воздействии на него колебаний, возбуждаемых из разных ПВ. О сечении объекта судят по частоте таких резонансных колебаний (Valeri Korneev. Resonant seismic emission of subsarface objects/Geophysics, vol. 74, No. 2, 2009, P. T47-T53).

Применение предлагаемого способа позволит повысить оперативность проведения скважинно-наземных наблюдений, снизить затраты на проведение таких работ и повысить их эффективность.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Баранов К.В., Бикеев B.C., Стариков Н.В., Табаков А.А. Результаты применения методик «3D+ВСП локальный проект» и «2D+ВСП локальный проект» в условиях Западной Сибири//Технологии сейсморазведки №1, 2004. - С. 19-22

2. Ленский В.А., Алиев А.Я., Иркабаев Д.Р., Жужель А.С. Системы наблюдений при трехмерном вертикальном сейсмическом профилировании для уточнения геологического строения околоскважинного пространства//журнал «Нефтяное хозяйство», сентябрь 2018 года

3. Шехтман Г.А. Вертикальное сейсмическое профилирование. - М.: ООО «ЕАГЕ Геомодель», 2017. - 284 с.

4. Korneev V. Resonant seismic emission of subsarface objects/Geophysics, vol. 74, No. 2, 2009, P. T47-T53.

Изобретение относится к области сейсморазведки и может быть использовано при изучении глубинных объектов изомерной и протяженной формы методом отраженных сейсмических волн. Наибольшее применение может найти при изучении подземных хранилищ газа (ПХГ), расположенных в пластах каменной соли. Способ скважинно-наземной сейсморазведки включает скважинные сейсмические наблюдения модификацией уровневого ВСП с расположением пунктов возбуждения на профилях, веерообразно расходящихся от исследуемой скважины и содержащих пункты приема на тех же профилях. Одновременная регистрация сейсмических колебаний внутри среды и в приповерхностной зоне позволяет с минимальными затратами средств получить увязанные между собой временные и глубинные разрезы, позволяющие сформировать цилиндр данных, из которого затем синтезируют срезы и разрезы, пересекающие изучаемый глубинный объект. В том случае, когда изучаемый объект имеет вытянутую по горизонтали форму, обусловленную вымыванием в каменной соли емкостей для закачки газа при помощи горизонтальных скважин, по крайней мере один из лучевых профилей на земной поверхности направляют вдоль направления вытянутой по горизонтали емкости и регистрируют резонансные колебания, генерируемые этой емкостью. О размерах сечения емкости судят по частоте резонансных колебаний. Обработка данных, полученных при комплексировании скважинных и наземных наблюдений предлагаемым способом, базируется на информации о скоростной модели среды, полученной путем отработки исследуемой скважины модификацией продольного ВСП. Эта модификация позволяет обоснованно выбрать интервал глубин в скважине для зонда ВСП под кратнообразующими границами, расположенными в верхней толще геологического разреза, а также использовать цуг падающих волн в качестве опорного сигнала при подавлении кратно отраженных волн в скважинных и наземных наблюдениях предлагаемым способом. Технический результат заключается в более эффективном сочетании систем наблюдений скважинной и наземной сейсморазведки и более оперативном использовании информации, получаемой в процессе работ. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ скважинно-наземной сейсморазведки, включающий возбуждение сейсмических колебаний в приповерхностной зоне и одновременную регистрацию сейсмических колебаний зондом ВСП в скважине и сейсмоприемниками на земной поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и рентабельности скважинно-наземных исследований при изучении изомерных и протяженных объектов, расположенных в околоскважинном пространстве, зонд размещают в верхней части интервала глубин, расположенного между кратнообразующими границами и кровлей изучаемого объекта, а источники колебаний и сейсмоприемники на земной поверхности размещают вдоль лучей, имеющих разные азимуты от устья скважины.

2. Способ по п. 1, в котором по сейсмическим разрезам, полученным путем миграции отраженных сейсмических волн по разным лучам, формируют цилиндр информации, позволяющий по его горизонтальным срезам и разрезам судить об изменении размеров и формы изучаемого объекта.

3. Способ по п. 1, в котором по крайней мере один из лучей берут совпадающим с предполагаемым направлением емкости, сформированной при нагнетании жидкости в каменную соль посредством горизонтальной скважины, и о сечении емкости судят по частоте резонансных колебаний, возбуждаемых в емкости.