Способ вертикального сейсмического профилирования Советский патент 1983 года по МПК G01V1/42 

Изобретение относится к скважинным сейсмическим исследованиям и может быть использовано для детального изучения геологического разреза в околоскважинном пространстве. Известен способ вертикального сей смического профилирования, в котором по сейсмозаписям,-полученным в скважине при расположении источника возбуждения вблизи земной поверхности, выделяют отраженные волны, которые фильтруют предсказующими ц формирующими фильтрами, а по полученным импульсным сейсмограммам определяют упругие свойства исследуемых пород Ц Недостатком данного способа является его непригодность дпя случая наклонных скважин и наклонного з.алегания пластов, так как наблюдения в скважине проводят при неизменном положении каждого пункта возбуждения, что не .обеспечив91ет ортогональности сейсмических лучей к плоскости напластования пород, требуемой для корректного решения обратной динамической задачи. Кроме того, к недостаткам способа относится использование лишь одного класса волн - продольных. Известен также способ сейсмической разведки, основанный на использовании динамических характеристик вертикальной компоненты волнового сейсмического поля, в которо.м группой сейсмоприемников, число которых определяется канальностью аппаратуры, на интервале вертикального профиля ,у;расположенном ниже резких преломляющих и отражающих границ, регистрируют упругие колебания из пункта возбулздения 1ПВ), совпадающего с проекцией сейсмоприемников на земную поверхность, т.е. отрабатывают участок вертикального продольного профиля из одного ПВ. На этапе обработки волновое поле разделяют на падающие и восходящие волны, сейсмограмму падающих волн используют в качестве входного сигнала, а сейсмограмму восходящих волн - в качестве результата свертки импульсной реакции нижезалегающей среды и входного сигнала. Затем, учтя геометрическое расхождение и поглощение, рассчитывают импульсную реакцию среды, от которой переходят к импульсной характеристике среды, после чего ее пересчитывают в кривую акустической жесткости, используя начальные и экстремальные значения скорости и плотности 23. Недостатком данного способа является невысокая точность в случае наклонных скважин и наклонного залегания пластов горных пород. В случае наклонной скважины проекция на поверхность участка вертикального профиля, содержащего сейсмоприемники, не является точкой, а имеет конечную длину, поэтому обеспечить необходимую продольность вертикального профиля при возбуждении колебаний из одного ПВ становится невозможным, наклонное залегание пластов горных пород при такой методике отработки скважины является источником дополнительных погрешностей. Кроме того, в скважинах, содержащих каверны, трудно ожидать вертикального положения сейсмоприемников даже при вертикальном стволе сква- жин. Существенным недостатком, ограничивающим надежность данного способа, является использование в нем так же лишь одного класса волн-продольных. Наиболее близким к изобретению техническим решением является cnocot вертикального сейсмического Лрофилирования., включающий излучение из пунктоввозбуждения колебаний источниками продольных и поперечных волн регистрацию колебаний в скважине, в точках приема трехкомпонентным зо дом, перемещаюйшмся вдоль ствола скважины, выделение на сейсмозаписях падающих и восходящих волн раз,личных классов ГЗ Недостатком известного способа, снижающим точность и надёжность его результатов, является игнорирование в нем при выборе местоположения ПВ на этапе работы на скважине ее искривления (наклона), а также наклона пластов, пересеченных скважиной, так как отрабатывают скважину обычно из 2-3-х ПВ, разноудаленных от ее устья причем местоположение ПВ в каждом Цикле исследований остается неизменным, а отражающие свойства среды излучают по сейсмозаписям, полученным из наименее удаленного от устья ПВ, полагая, что при этом вертикальный профиль является продольным. Кроме того, в известном способе на этапе обработки в недостаточно полной мере используется все волново поле для изучения отражающих свойст среды на различных классах волн. Целью изобретения -является повы- шение точности и надежности определения упругих свойств исследуемых ( пород.. . Поставленная цель достигается тем что согласно способу вертикального сейсмического профилирования, включающему излучение из пунктов возбуж дения колебаний источниками продоль ных и поперечных волн, регистрацию колебаний в скважине в точках приема трехкомпонентным зондом, перемещающимся вдоль стволе скважины, выделение на сейсмозаписях падакздих и восходящих волн различных классов, пункты возбуждения колебаний перемещают вдоль дневной поверхности, а источники продольных и поперечных волн устанавливают по линиям, проходящим через каждый пункт возбуждения и каждую, точку приема в скважине ортогонально к .преобладающему напластованию пород, по сеЯсмозаписям падакнцих волн рассчитывают автокорреляционные функции, по сейсмозаписям падающих и восходящих волн рассчитывают функции взаимной корреляции, а по отношению автокорреляционных функций и функций взаимной корреляции определяют, отражающие свойства исследуемых пород. Сущность способа состоит вследующем. При многослойной ср.еде с наклонными границами точки приема, расположён1яые на различных глубинах в наклонно пробуренной скважине, будут находиться на различных линиях, ортогональных к преобладающему напластованию пород. Если возбуждение колебаний вблизи поверхности осуществляют на минимально возможных удалениях от таких линий, то тем самым создаются условия для наиболее точно.го решения обратной динамической задачи, предполагающей нормальное падение волны с плоским фронтом на границу раздела. Трехкомпонентная регистрация сейсмических колебаний no3jppляет выделить любую -компоненту вектора сейсм 1ческого волнового поля, например компоненту ориентированную вдоль сейсмического луча. определение импульсной характе- v ристики среды для различных классов волн - продольных и поперечных позволяет в этих условиях наиболее точно изучить отражающие свойства пород, пересеченных скважиной, а также расположенных ниже ее забоя. Способ осуществляется следующим, образом. На основании данных инклинометрии, а также априорных данных о наклонах пластов рассчитывают прост- ранственное положение линий, которые являются ортогональными к границам пластов и в то же время проходят через точки приема в скважине. Вблизи точек выхода этих линий на поверхность намечают местоположения ПВ. Положение ПВ определяют путем смещения проекции точкиприема на дневную поверхность в направлении падения пластов на величину (Н. h)tgot, где HI и h -. глубины точки :приема и точки возбуждения соответственно, а pL - угол падения пластов В процессе отработки скважины по мере перехода к другим точкам прием ПВ перемещают вдоль дневной поверх:ности, максимально приближая точку возбуждения колебаний к новой линии {Проходящей через новую точку приема В случае горизонтально-слоистой среды и наклонной скважины ПВ перемещают вдоль линии, параллельной проекции ствола скважины на дневную поверхность, отступая от проекции точек приема на- поверхность, лишь исходя из соображений технологии ра бот (близость буровой установки) , а также с целью подавления помех, например . трубных.волн, возникающих при отработке обсаикенной сквсшсины с отсутствием цемента на значительных интервалах затрубного пространства., Для возбуждения колебаний можно как на дневной поверхности, так и в скважине использовать любые источ ники, позволяющие излучать упругие импульсы с требуемой поляризацией. Однако наиболее рационально исполь вать невзрывные источники, отличаю.щиеся требуемой для предлагаемого способа мобильностью. Для регистрации колебанийприменяют трехкомпонентные- зондал, имеющие достаточно жесткие прижимные устройства, обеспечиванндие неискаженный прием коле баний в требуемом диапазоне частот. При регистрации и обработке сейсмозаписей с целью достижения необходимой, разрешающей способносГти целесообразно применять миннмсшьяо возможный шаг дискретизации {0,00050,001 с). В сейсмокаротажных- зондах необхо (цимо использовать сейсмоприемники, способные работать в наклонном поло жении. Пример реализации способа. При проведении работ в скважине глубино 4000 м, пробуренной наклонно под уг лом 20°, и моноклинальном залегании исследуемых пород под углом 5°, со;впадающим с направлением наклона скважины, удаление проекции точки приема, находящейся на забое от уст скважины,составит 4000 M-sin 20° 1366 м. ; Удаление пункта возбуждения от проекции точки приема на дневной поверхности определится как 4000 м -cos 20°-tg 5° 329 м. Общее удаление пункта возбуждения от устья скважины будет равно 1366 м + 329 м 1695 м. Для точки приема, находящейся на глубине 2000 м, удаление пункта во.збуждения от устья скважины соста вит 2000 м-sin 20° + 2000-cos 5° 847 м. На этапе обработки для каждой точки приема получают сейсмозаписи падающих и восходящих волн любым из известных способов, например при помощи многоканальной когерентной фильтрации. Последующая обработки сейсмозаписей, направленная на определение упругих свойств пород, пересеченных скважиной, а также залегающих ниже ее забоя может быть выполнена различными приемами. Предлагаемая методика обработки основана на использовании корреляционного анализа, так как для условий приема колебаний внутри среды она является наиболее простой и надежной. Формирование взаимнокорреляционной функции (,ВКФ) между сейсмозаписями падающих и восходящих волн, а также функции автокорреляции (.ФАК) падающих волн позволяет оценить отражающие свойства разреза вблизи точки приема и на болыиих глубинах. При этом использование в качестве опорного сигнала всего цуга импульсов падающих волн обеспечивает необходимую помехоустойчивость и разрешенность. При нулевом сдвиге коррелируемых процессов путем деления значения главного максимума ВКФ на значение главного максимума ФАК определяют коэффициент отражения от границ, непосредственно залегающих под точкой приема, для более глубоких границ коэффициенты отражения определяют по значениям ВКФ при соответствующих временных сдвигах путем .деления значения ВКФ при этих сдвигах на значения главного максимума ФАК, учитывая при этом геометрическое расхождение, а также затухание волн в нижележащих породах. Использование всего цуга падающих волн практически приводит к исключению необходимости отдельного учета кратноотраженных волн либо к их предварительному вычитанию из суммарной записи с целью обеспечения требуемой точности обработки. Составление многоканальных монтажей из ВКФ, полученных для каждой точки приема, позволяет путем коррелирования побочных максимумов ВКФ . на различных глубинах выделять наиболее резкие границы, присутствующие в разрезе, и осуществлять их глубинную привязку. Существенно более высокая разрешенность импульсов на ВКФ, достигается дополнительным прй влечением обратной фильтрации ВКФ, а также путем обратной фильтрации исходных сейсмозаписей. I Выделение требуемых компонент из трехкомпонентных сейсмозаписей, а также разделение волнового поля на падающие и восходящие волны прово- дят с учетом поляризации источника и скорости распространения волн исI следуемого класса. Для разделения поперечных волн на падающие и восхо дящие приходится, учитывая их более низкочастотный состав по сравнению продольными волнами, использовать более протяженные базы наблюдений. После определения предлагаемым способом значений коэффициентов отражения для различных.волн эти значения сопоставляются между собой вдоль ствола скважины и ниже ее забоя. Выделенные в результате этого сопоставления участки анализируются на предмет содержания в пределах них полезного ископаемого. Известно что содержащиеся в коллекторах флюиды в различной степени изменяют значения скоростей распространения продольных и поперечных волн. Зная, например, соотгсшения продольных и поперечных волн в породах без флюид можно в случае появления аномальных зон сделать предположение о наличии флюида, например углеводородов, в таких зонах, Положительный эффект достигается за счет повышения достоверности скважинных сейсмических наблюдений, направленных на детальное изучение упругих свойств пород, пересеченных скважиной, а также расположенных ни же ее забоя. Формула изобретения . Способ вертлкального сейсмическо го профилирования, включающий излучение из пунктов возбуждения колеба НИИ источниками продольных и поперечных волн, регистрацию колебаний в скважине в точках приема трехкомпонентным зондом, перемещающимся .вдоль ствола скважины, выделение на ;сейсмозаписях падающих и восходящих волн различных классов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности определения упругих свойств исследуемых пород, пункты возбуждения колебаний перемещают вдоль дневной поверхности, а источники продольных и поперечных волн устанавливают по линиям, проходяищм через каждый пункт возбуждения и каждую точку приема в скважине ортогонально к преобладающему напластованию пород, по сейсмозаписям падающих волн рассчитывают автокорреляционные функции, по сейсмозаписям падающих и восходящих волн рассчитывают функции взаимной корреляции , а по отношению автокорреляционных функций и функций взаимной корреляции определяют отражакицие свойства исследуемых пород. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Табаков А.А., Рахимов Р.Г., Шамсиев М.Г. Методика предсказания разреза ниже забоя разведочной скважины по данным ВСП с применением способов решения обратных динёuvшчeских задач. - Сборник Геофизические исследования на нефть и газ в Узбекистане, вып. 27, Ташкент, САИГИМС, 1977, с. 98-101. 2.Авторско.е свидетельство СССР 811162, кл. G 01 V 1/00, 24.01.79. 3.Гальперин Е.И. Поляризационный метод сейсмических исследований. М., Недра, 1977, с. 171-219 (прототип).