СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ И МОНИТОРИНГА РАЗВИТИЯ ЗОН АНОМАЛЬНО ВЫСОКОГО ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ В ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ РАЗРЕЗА ДОННЫХ ОСАДКОВ НА АКВАТОРИЯХ ПО ДАННЫМ МНОГОВОЛНОВОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ Российский патент 2025 года по МПК G01V1/38 G01V1/28 G01V1/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к сейсмической разведке на акваториях и может быть использовано для определения положения опасных при вскрытии в процессе бурения пластов с аномально высоким давлением флюида и мониторинга их развития, в том числе – в результате климатических изменений и техногенного воздействия при разработке месторождений углеводородов на шельфе.

Уровень техники

Большая часть зарегистрированных изобретений относится к прогнозу зон аномально высокого пластового давления (АВПД) непосредственно в процессе бурения, по данным геофизических исследований скважин, либо по геологическим данным.

При этом основная часть работ посвящена изучению глубинных (на глубинах в километры) зон АВПД. Изучение зон АВПД в донных осадках имеет свои особенности и стало актуальным в связи с началом освоения шельфовых месторождений углеводородов. Кроме того, имеющиеся работы предполагают использование только поля продольных волн. Тогда как использование поля поперечных волн, которое предлагается в данном изобретении, повышает достоверность выделения зон АВПД и повышает разрешающую способность (делает возможным выделение в верхней части разреза донных отложений зон АВПД мощностью от 1 метра, при использовании стандартных морских электроискровых источников упругих волн).

В выбранном в качестве прототипа патенте US9423518B2, опубл. 2016-08-23, описана система, в которой сейсмические данные с двух датчиков разделяются на части с наложением (алиасингом) спектров в пространственной области и без наложения. Сейсмические данные в части без наложения обрабатываются с использованием обычного вертикального волнового числа. Сейсмические данные в части с наложением обрабатываются с использованием альтернативного вертикального волнового числа, дополнительно основанного на волновом числе Найквиста для сейсмических данных. Обработанные сейсмические данные без наложения и обработанные сейсмические данные с наложением объединяются. В источнике раскрыто, что, когда активизируются сейсмические источники 104, акустическая энергия распространяется вниз, в точке 110, через толщу воды 102 и дно воды 109 к границам слоев, таким как 111 и 112, окружающим подземный пласт, такой как 113. Часть акустической энергии отражается от границы слоя в точке 111 и распространяется вверх, в точке 114. Распространяющаяся вверх акустическая энергия 114 обнаруживается сейсмическими датчиками 107 на донном кабеле океана 108 или сейсмической косе 106. Распространяющаяся вверх акустическая энергия продолжает движение вверх, в точке 115, пока не отразится от поверхности воды 105, а затем снова распространяется вниз, в точке 116. Распространяющаяся вниз акустическая энергия 116 может быть снова обнаружена сейсмическими датчиками 107 на донном кабеле океана 106 или сейсмической косе 108, что приводит к появлению ложного сигнала. Акустическая энергия, обнаруженная на сейсмических датчиках 107, может быть записана на любой подходящий носитель информации в любом месте, например, но не ограничиваясь этим, на сейсмической косе 106 или донном кабеле 108, на сейсмическом судне 101 или другом судне обслуживания или на берегу (см. фиг.1).

Прототип содержит очень общие указания на анализ многокомпонентных полей, однако по этому анализу невозможно выявить специфические особенности, которые позволяют по многокомпонентным данным обнаружить зоны АВПД.

Таким образом, из уровня техники не известно решение, в котором раскрывается определение АВПД на шельфе с одновременным анализом поля продольных и поперечных волн .

Раскрытие изобретения

Известно, что определяют зоны аномального давления на суше, но на суше не встречаются слабоконсолидированные отложения, характерные для континентального шельфа, и связанных с ними зон АВПД. Зоны аномально высокого пластового давления, которые имеют место в сухопутных условиях типично имеют существенно большую мощность, сравнимую или большую длины продольной волны, используемой при сейсмических исследованиях, что упрощает их выделение. Состав и строение зон АВПД в морских слабоконсолидированных осадках сильно отличаются от состава и строения зон аномального давления на суше, как по свойствам, так и по существенно меньшей мощности, поэтому методики выявления зон аномального давления на суше не могут быть непосредственно использованы выявления зон АВПД в море. Для того, чтобы показать возможность их выделения на море авторам потребовалось создать математические модели таких осадков и провести моделирование. В результате были обнаружены специфические особенности волновых полей морских зон АВПД.

В одном аспекте изобретения раскрыт 1. Способ выявления зон аномально высокого пластового давления (АВПД) в верхней части разреза донных осадков на акваториях по данным многоволновой сейсморазведки, содержащий этапы, на которых:

А. выполняют расстановку донных трёхкомпонентных сейсмических регистраторов на дне акватории;

Б. выполняют возбуждение волн давления в водной толще при помощи движущегося источника, что создает прямые волны, представляющие собой зондирующий импульс;

В. осуществляют считывание данных о компонентах вектора ускорений морского дна – сейсмограмм, отвечающих каждому положению источника с помощью упомянутых регистраторов;

Г. с помощью блока обработки выделяют на записанных сейсмограммах волновое поле, отвечающее продольным и поперечным отраженным волнам, определяют прямую полярность зондирующего импульса по записям различных компонент прямой волны и выделяют годографы отражённых волн различных типов с положительным коэффициентом отражения, который соответствует прямой полярности зондирующего импульса, и отрицательным коэффициентом отражения, который соответствует обратной полярности зондирующего импульса;

Д. с помощью блока обработки определяют зависимость коэффициента отражения для выделенных годографов отражённых волн от горизонтального расстояния источник-приёмник;

Е. с помощью блока обработки идентифицируют следующие сочетания годографов отражённых волн, отвечающих кровле зоны АВПД: продольной волны со слабо меняющимся отрицательным коэффициентом отражения и поперечной волны с монотонно возрастающим от нуля положительным коэффициентом отражения при совпадающих горизонтальных положениях источника и приёмника;

Ж. с помощью блока обработки идентифицируют следующие сочетания годографов отражённых волн, отвечающих подошве зоны АВПД: продольной волны со слабо меняющимся положительным коэффициентом отражения и поперечной волны с монотонно убывающим от нуля отрицательным коэффициентом отражения при совпадающих горизонтальных положениях источника и приёмника.

В дополнительных аспектах раскрыто, что донные регистраторы представляют собой регистраторы, соединённые кабельной линией с сейсмической регистрирующей станцией, а считывание данных производится без подъёма регистраторов на поверхность; регистраторы представляют собой автономные регистраторы, считывание данных производится после подъёма сейсмических регистраторов на поверхность.

Основной задачей, решаемой заявленным изобретением, является надёжное выявление зон АВПД на шельфе.

Сущность изобретения заключается в том, что для определения зон АВПД выполняют расстановку автономных донных трёхкомпонентных сейсмических регистраторов на дне акватории; выполняют возбуждение волн давления в водной толще движущимся источником упругих волн; осуществляют считывание собранных регистраторами данных о компонентах вектора ускорений морского дна – сейсмограмм, отвечающих каждому положению источника; выделяют на записанных сейсмограммах волновое поле, отвечающее продольным и поперечным волнам; идентифицируют в полях продольных и поперечных волн отражения от кровли и подошвы пластов и определяют положение зон АВПД по характерному соотношению коэффициентов отражения различных типов волн.

Технический результат, достигаемый решением, заключается в надёжном выявлении зон АВПД на шельфе.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает схему организации регистрации сейсмических волн гибридной системой обработки данных, известной из уровня техники.

Осуществление изобретения

Зоны АВПД представляют собой опасные интервалы геологического разреза при вскрытии которых в процессе бурения возможны аварийные ситуации, в том числе – с выбросом горючих газов. На акваториях зоны АВПД часто приурочены к придонным слабо консолидированным осадкам, залегают на глубине до нескольких сотен метров и имеют малую (первые метры – до 10 метров) мощность, что делает сложным их обнаружение по данным традиционной сейсморазведки с плавающими косами. Высокая стоимость и технологическая сложность бурения на акваториях требуют создания способов надёжного выявления таких зон АВПД для предотвращения аварий на буровых платформах. В процессе разработки месторождения, а также – вследствие повышения температуры при изменении климата возможна миграция зон АВПД по геологическому разрезу. Необходимо создание способов мониторинга таких изменений с целью обеспечения безопасной эксплуатации скважин и иного оборудования и донной инфраструктуры месторождений.

Увеличение пластового давления приводит к уменьшению скорости как продольных, так и поперечных волн. При этом относительное уменьшение скорости поперечных волн (Vs) в зонах АВПД, характерных для морских слабоконсодидированных отложений, более существенно, чем относительное изменение скорости продольных волн (Vp), поэтому увеличивается отношение скоростей Vp/Vs.

Указанные особенности распределения скоростей волн и их отношения приводят к характерным особенностям зависимости коэффициентов отражения различных типов волн от кровли и от подошвы зон АВПД от расстояния источник-приёмник по горизонтали (т.е. от угла отражения). При падении продольной волны на кровлю зоны АВПД возникают отражённые продольная (с коэффициентом отражения R1_PP) и обменная поперечная (с коэффициентом отражения R1_PS). В диапазоне углов отражения до 45 градусов коэффициент R1_PP отрицателен (-0,2 < R1_PP < 0), тогда как коэффициент R1_PS возрастает от 0 при вертикальном падении (нулевом расстоянии источник-приёмник по горизонтали) до 0,2 при угле отражения 45 градусов. Наоборот, при отражении продольной волны от подошвы зоны АВПД коэффициент отражения продольной волны (R2_PP) положителен и слабо зависит от угла отражения, тогда как коэффициент отражения обменной поперечной волны (R2_PS) отрицателен и меняется от нуля при вертикальном падении до -0,2 при угле отражения 45 градусов. При этом коэффициент прохождения (преломления) продольной волны на кровле слоя T1_PP высокий (T1_PP>1) при углах падения до 45 градусов, тогда как коэффициент прохождения обменной поперечной волны T1_PS меняется от нуля при вертикальном падении до 0,35 при угле падения 45 градусов. Поэтому после отражения проходящей обменной поперечной волны от подошвы зоны АВПД её амплитуда оказывается намного меньше амплитуды обменной PS волны от этой границы.

В результате зона АВПД на сейсмограммах характеризуется четырьмя хорошо различимыми отражёнными волнами: продольной (PP1) и обменной поперечной (PS1) от кровли и продольной (PP2) и обменной поперечной (PS2) от подошвы зоны АВПД. При этом для волны PP1 коэффициент отражения отрицателен, для PS1 – возрастает от нуля с расстоянием источник приёмник, для PP2 – положителен, для PS2 – убывает от нуля с расстоянием источник-приёмник. Перечисленные характеристики являются типичными для зон АВПД и практически не встречаются для других интервалов в первых сотнях метров разреза донных осадочных отложений.

Кроме того, использование информации о поле поперечных волн имеет ряд дополнительных преимуществ по сравнению с использованием только информации о поле продольных волн. Скорости поперечных волн в верхних частях разреза донных отложений в среднем в два раза меньше скоростей продольных волн. Следовательно, длина поперечной волны в среднем вдвое меньше длины продольной волны. Поэтому использование поперечных волн позволяет различать зоны АВПД вдвое меньшей мощности по сравнению с полем продольных волн при использовании одного и того же источника.

В жидкости поперечные волны не распространяются, поэтому для их регистрации необходимо использовать донные регистрирующие модули (донные станции) или донные косы (регистрирующие модули, соединённые кабелем).

Поскольку направление смещение частиц в отражённой поперечной волне при малых углах падения (небольших расстояниях источник-приёмник) преимущественно горизонтально для их регистрации необходимо использовать трёхкомпонентные сейсмические регистрирующие модули.

Таким образом, для решения задачи выявления зон АВПД и мониторинга их изменений необходимо использовать трёхкомпонентные донные сейсмические модули, размещаемые над исследуемым объектом. Возбуждение сейсмических колебаний может производиться в водной толще при помощи стандартного источника, буксируемого за судном: пневмопушки, электроискрового источника (спаркера), пьезокерамического источника (бумера) и т.д. Для уверенного различения зон АВПД мощностью в 1 метр необходимо использовать сейсмический импульс длиной не более 2 метров. Скорость поперечных волн в верхней части донных осадков обычно не превосходит 1000 метров в секунду и падает до 200-500 метров в секунду в пределах зон АВПД. Это означает, что центральная частота зондирующего импульса, генерируемого источником, должна быть не менее 500 Гц. Это возможно при использовании стандартных многоэлектродных электроискровых источников.

Записанные сейсмограммы анализируют на наличие характерных признаков зон АВПД, перечисленных выше. После идентификации соответствующих отражённых волн различных типов возможна их количественная интерпретация с использованием стандартных приёмов метода отражённых волн для количественного определения положения и свойств зон АВПД.

Работа решения

Для работы заявленного решения датчики размещают на дне в представляющей интерес области шельфа (либо мелководной зоны). С помощью источника упругих колебаний, который зацеплен за судно, производят генерацию сейсмических импульсов. Получают от датчиков данные о прямых и отраженных волнах, анализируют их с помощью блока обработки и получают данные о месторасположении зон АВПД.

Блок обработки может представлять собой вычислительное средство с интерфейсом для сбора данных с датчиков. Вычислительное средство может представлять собой ноутбук, компьютер, смартфон, специализированное вычислительное устройство, что не относится к сущности решения. Интерфейсом для сбора данных может быть устройство беспроводной связи, устройство проводной связи или просто кабель передачи данных в зависимости от функциональных возможностей применяемых датчиков.

Вариант 1 осуществления

В одном из вариантов осуществления донные регистраторы представляют собой регистраторы, соединённые кабельной линией с сейсмической регистрирующей станцией, а считывание данных производится без подъёма регистраторов на поверхность.

Вариант 2 осуществления

В одном из вариантов осуществления регистраторы представляют собой автономные регистраторы, считывание данных производится после подъёма сейсмических регистраторов на поверхность.

Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления изобретения, не выходящие за пределы сущности и объема данного изобретения.

Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.

Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.

Способы, раскрытые здесь, содержат один или несколько этапов или действий для достижения описанного способа. Этапы и/или действия способа могут заменять друг друга, не выходя за пределы объема формулы изобретения. Другими словами, если не определен конкретный порядок этапов или действий, порядок и/или использование конкретных этапов и/или действий может изменяться, не выходя за пределы объема формулы изобретения.

В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации блоков на чертежах, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность изобретения не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления изобретения могут быть использованы любые программные и аппаратные средства известные в уровне техники. Так аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.

Хотя отдельно не упомянуто, но очевидно, что, когда речь идет о хранении данных, программ и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого носителя данных, примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкое изобретение, и что данное изобретение не должно ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.

Признаки, упомянутые в различных зависимых пунктах формулы, а также реализации раскрытые в различных частях описания могут быть скомбинированы с достижением полезных эффектов, даже если возможность такого комбинирования не раскрыта явно. 

Изобретение относится к сейсмической разведке на акваториях и может быть использовано для определения положения опасных при вскрытии в процессе бурения пластов с аномально высоким давлением флюида и мониторинга их развития. Разработан способ выявления зон аномально высокого пластового давления (АВПД) в верхней части разреза донных осадков на акваториях по данным многоволновой сейсморазведки, содержащий этапы, на которых: А) выполняют расстановку донных трёхкомпонентных сейсмических регистраторов на дне акватории; Б) выполняют возбуждение волн давления в водной толще при помощи движущегося источника, что создает прямые волны, представляющие собой зондирующий импульс; В) осуществляют считывание данных о компонентах вектора ускорений морского дна - сейсмограмм, отвечающих каждому положению источника с помощью упомянутых регистраторов; Г) с помощью блока обработки выделяют на записанных сейсмограммах волновое поле, отвечающее продольным и поперечным отраженным волнам, определяют прямую полярность зондирующего импульса по записям различных компонент прямой волны и выделяют годографы отражённых волн различных типов с положительным коэффициентом отражения, который соответствует прямой полярности зондирующего импульса, и отрицательным коэффициентом отражения, который соответствует обратной полярности зондирующего импульса; Д) с помощью блока обработки определяют зависимость коэффициента отражения для выделенных годографов отражённых волн от горизонтального расстояния источник-приёмник; Е) с помощью блока обработки идентифицируют следующие сочетания годографов отражённых волн, отвечающих кровле зоны АВПД: продольной волны со слабо меняющимся отрицательным коэффициентом отражения и поперечной волны с монотонно возрастающим от нуля положительным коэффициентом отражения при совпадающих горизонтальных положениях источника и приёмника; Ж) с помощью блока обработки идентифицируют следующие сочетания годографов отражённых волн, отвечающих подошве зоны АВПД: продольной волны со слабо меняющимся положительным коэффициентом отражения и поперечной волны с монотонно убывающим от нуля отрицательным коэффициентом отражения при совпадающих горизонтальных положениях источника и приёмника. Технический результат, достигаемый решением, заключается в надёжном выявлении зон АВПД на шельфе. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ выявления зон аномально высокого пластового давления (АВПД) в верхней части разреза донных осадков на акваториях по данным многоволновой сейсморазведки, содержащий этапы, на которых:

А) выполняют расстановку донных трёхкомпонентных сейсмических регистраторов на дне акватории;

Б) выполняют возбуждение волн давления в водной толще при помощи движущегося источника, что создает прямые волны, представляющие собой зондирующий импульс;

В) осуществляют считывание данных о компонентах вектора ускорений морского дна - сейсмограмм, отвечающих каждому положению источника с помощью упомянутых регистраторов;

Г) с помощью блока обработки выделяют на записанных сейсмограммах волновое поле, отвечающее продольным и поперечным отраженным волнам, определяют прямую полярность зондирующего импульса по записям различных компонент прямой волны и выделяют годографы отражённых волн различных типов с положительным коэффициентом отражения, который соответствует прямой полярности зондирующего импульса, и отрицательным коэффициентом отражения, который соответствует обратной полярности зондирующего импульса;

Д) с помощью блока обработки определяют зависимость коэффициента отражения для выделенных годографов отражённых волн от горизонтального расстояния источник-приёмник;

Е) с помощью блока обработки идентифицируют следующие сочетания годографов отражённых волн, отвечающих кровле зоны АВПД: продольной волны со слабо меняющимся отрицательным коэффициентом отражения и поперечной волны с монотонно возрастающим от нуля положительным коэффициентом отражения при совпадающих горизонтальных положениях источника и приёмника;

Ж) с помощью блока обработки идентифицируют следующие сочетания годографов отражённых волн, отвечающих подошве зоны АВПД: продольной волны со слабо меняющимся положительным коэффициентом отражения и поперечной волны с монотонно убывающим от нуля отрицательным коэффициентом отражения при совпадающих горизонтальных положениях источника и приёмника.

2. Способ по п.1, в котором донные регистраторы представляют собой регистраторы, соединённые кабельной линией с сейсмической регистрирующей станцией, а считывание данных производится без подъёма регистраторов на поверхность.

3. Способ по п.1, в котором регистраторы представляют собой автономные регистраторы, считывание данных производится после подъёма сейсмических регистраторов на поверхность.