Способ вертикального сейсмического профилирования Советский патент 1983 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к скважинным сейсмическим исследовани-ям и может быть использовано при изучении пространственного положения глубинных сейс мических границ, находящихся под несогласно залегающими пластами резко различающимися по физическим свойстваМоИзвестен способ вертикального сейс мического профилирования отраженными волнамиJ в котором упругие колебания регистрируют зондом, расположенным в ниже верхних резких отражающих границ, а возбуждают колебания источниками , расположенными на различных удалениях от точек приема в скважине 1 }.. Недостатком известного способа является невозможность определения прос ранственного положения луча,, соединяющего пункт возбуждения и точку отражения на исследуемой границе Известен также способ вертикального сейсмического профилирования, вклю , чающий возбуждение упругих колебаний в точках возбуждения, находящихся ниже резких преломляющих и отражающих границ, расположенных в покрывающей осадочной толще, и трехкомпонентную регистрацию.колебаний в точках приема расположенных выше этих границ Недостатком способа является невоз можность точного определения пространственного положения участков лучей подходящих к пунктам наблюдения. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ вертикального сейсмического профилирования, включающий возбуждение колебаний источником, расположенным в пункте возбуждения в приповерхностной части геологического разреза трех компонентный прием колебаний в пунктах приема на двух расстановках сейсмоприемников, первая из которых расположена в скважине, транспозиционную корреляцию отрахченных волн на сейсмических записях, полученных в скважине и на второй расстановке сейсмоприемников, определение по трехкомпонентным сейсмическим записям пространст-. венного положения отрезков лучей, вдоль которых распространяются волны при подходе их к точкам приема в сква C3J. Недостатком известного способа является невысокая точность определения пространственного положения луча, соединяющего точку отрауления и пунктприема на второй расстановке сейсмоприемниКов, находящейся на земной поверхности, из-за ошибок измерений связанных с большой изменчивостью характеристик зоны малых скоростей. Целью изобретения является повышение надежности и точности определения пространственного положения сейсмит ческих границ, расположенных под резкими преломляющими и отражающими границами « ПостаЕ}ленная цель достигается тем что согласно способу вертикального сейсмического профилирования, включающему возбуждение колебаний источником, расположенным в пункте возбуждения в приповерхностной части геологического разреза, трехкомпонентый прием колебаний в пунктах приема на двух расстановках сейсмоприемников, первая из которых расположена в скважине, транспозиционную корреляцию отражен-, ных волн на сейсмических записях, полученных в скважине и на второй расстановке сейсмоприемников, юпределение по трехкомпонентным сейсмическим записям пространственного положения отрезков лучей, -вдоль которых распространяются .волны при подходе их к точкам приема в скважине, вторую-расстановку сейсмоприемников располагают , в приповерхностной части геологического разреза, на ортогонально расположенных профилях, пересекающихся в пункте возбуждения,причем протяженность каждого из ортогональных профилей выбирают соизмеримой с длиной регистрируемой волны, при этом прием колебаний на второй расстановке сейсмоприемников проводят из дополнительных пунктов возбуждения, совпадающих с пунктами приема, находящимися в скважине над исследуемой границей под резкими отражающими и преломлящими границами, после приема колебаний первой скважинной расстановкой сейсмоприемников из приповерхностного пункта возбуждения при помощи транспозиционной корреляции отождествляют волны, полученные на перой и второй расстановках сейсмопримников, определяют по градиенту волового поля, наблюденного на второй асстановке сейсмоприемников, простанственное положение отрезков сейсических лучей, по которым колебания одходят к точке пересечения профией второй расстановки сейсмоприемниов, определяют в соответствии с зако31ном преломления пространственное пол жение участков лучей, расположенных выше исследуемой границы, и по положению наиболее близко расположенных точек этих участков в окрестности ис следуемой границы судят о положении точек отражения. На чертеже приведена схема, реали зующая предлагаемый способ Схема ccfftepiKHT буровую вышку 1, ствол 2, скважины, пункты 3 приема, на первой расстановке сейсмоприемников, расположенной в скважине, пункт возбуждения, вторую расстановку 5 сейсмоприемников, состоящую из ортогональных профилей, земную поверхность 6, промежуточные резкие отража ющие и преломляющие границы 7 и. 8, и следуемая отражающая граница Э, точки 10 в скважине, из которых дополнительно возбуждают упругие колебания,точку 11 отражения,отрезки 12-15 луча, по которым распространяются однократно отраженные волны, отрезок 16 луча, по которому распррстраняется кратноотраженная волна, сейсм .приемники 17 . Способ осуществляют следующим образом. При возбуждении колебаний вблизи поверхности в пункте возбуждения {ЯВ и трехкомпонентной регистрации колебаний в скважине 2 при помощи поляризационного анализа определяют .углы подхода сейсмических лучей к точкам 10 приема, расположенном в скважине, и азимуты отрезков 15 луче на последних участках их пути от источника колебаний к приемнику Так как положение точки 11 отрах ения на границе Э, представляющей разведочный интерес, неизвестно (оно являетс искомым ), то, применяя закон преломления, MOXWO восстановить пространст венное положение лишь той части сейс , мического луча, которая заключена мех{ду точкой приема, и точкой отражеНИИ. Пространственное положение другой части-луча, заключенного между пунктом возбуждения и точкой отражения, остается неопределенным в известных способах вертикального сейсмического профилирования (ВСП ), Для его определения необходима вторая расстановка сейсмоприемников на орто гонально расположенных профилями 5 пересекающихся в ПВЧ и находящимися о приповерхностной части геологического разреза. Регистрация упругих ко лебаний сейсмоприемниками 17 распо11 . 4 ложенными на этих ортогональных профилях, при дополнительном возбуждении колебаний в нескольких точках 10 в скважине, совпадающих с точками приема в этой же скважине, позволяет определить пространственное положение луча отраженной волны на отрезке 12, примыкающем к пункту возбуждения Пространственное положение этих участков определяют по компонентам градиента волнового поля, вычисляемым вдоль каждого из ортогональных профилей, пересекающихся в пункте возбуждения„ Если F tt 5 , с j - единичный сектор, совпадающий по направлению с рассматриваемым концевым отрезком луча; t - время регистрации отрак енной волны в точке приема, находящейся на каждом из ортогональных профилей; V - скорость .(величина обратная градиенту); а, в , с - направляющие косинусы вектора г Тогда ента по каждой из ортогональных между собой осей координат X и У, совпадающих с ортогональными профилями. Знание пространственного положе- ния вектора Т позволяет, в соответствии с законом преломления, определить пространственное положение остальных отрезков 13 и It луча, заключенных между ПВЧ.и точкой 11 отражения , Положение точки 11 отражения определяют путем экстраполяции обеих . отрезков луча, один из которых - .15 заключен между точкой приема в скважине и точкой отражения, а другой состоящий из отрезков 16, 13 и 12 - между пунктом возбуждения и точкой отражения. Из-за ошибок измерительного и вычислительного характера обе части луча могут пересечься, поэтому в качестве точки отражения берут средину отрезка, соединяющего наиболее близко расположенные точки окрещивающихся прямых, направление которых близко к направлению отрезков и 15 луча отраженной волны, принадлежащих обеим рассмотренным частям луча и расположенным в окрестности искоs1мой точки 11„ Уточняют пространственное положение луча отраженной волны при помощи метода последовательных приближений, используя теоретически рассчитанные и наблюденные времена прихода волны, а в качестве начального приближения - пространственное положение луча,определенное при помощи описанных приемов При возбуждении кoJl}eбaний в скважине в точке 10, расположенной между резкой отражающей границей 8, содержащейся в покрывающей толще, и отражающей границей 9, являющейся объектом разведки, вверх от точки 10 распространяется волна 16, являющаяся источником кратноотраженных волн, пре терпевающих отражения от дневной поверхнйсти 6 и границ 7 и 8, а также между границами 7 и 8„ Если в сейсмозаписи, полученные при помощи сейсмоприемников 17, на профилях 5 при возбуждении колебаний в кахадой из нескольких точек 10,отмеченных крестиками, ввести временные сдвиги, компенсирующие разность времен прихода рднократноотраженной волны из точек 10 возбуждения, находящихся в скв miHe на разных, глубинах,и просуммировать полученные сейсмозаписи, т„во выполнить вертикальное суммирование, то тем самым удастся подавись кратноотраженные волны типа 16, у которых начальный отрезок луча расположен выше источника колебаний, усилив при этом однократноотраженные волныо Схема работает следующим образом. Из ПВ h отрабатывают весь ствол скважины 2, перемещая трехкомпонентный зонд ВСП вдоль ствола скважины с шагом 10-20 м ПВ Ц удаляют от скв 1 на расстояние, не превышающее глубины залегания отражающей границы По сейсмограммам ВСП выделяют резкие отрах ающие и преломляющие границы, под этими границами,в нескольких точ ках приема, расстояние между которыми является кратным шагу наблюдений при ВСП (20-40 м )дополнительно возбуждают упругие колебания взрывным или невзрывным источником, Регистрир ют колебания на двух ортогональных Профилях 5, точка пересечения которы совмещбна с ПВ („ Протяженность кажд го из профилей 5 в несколько раз пре вышает длину отраженной волны, пред ставляющей разведочный интересна рас стояние меходу сейсмоприемниками 17 б рут в несколько раз меньшим длины вол 16 ны (10-25 м, при высокоразрешающей сейсморазведке его уменьшают до 5 мД Отраженную волну на вертикальном профиле и на ортогональных профилях отоходествляют известными способами, основанными на транспозиционной корреляции волн на вертикальных и неземных (горизонтальных) профилях. Для однократноотраженной волны одного и того же типа время распространения волны между концевыми точками 10 и ( и пространственное положение луча будет одним и тем же как при возбуждении колебаний в точке 10, так и в точке („ Поэтому транспозиционная корреляция отраженной волны при отсутствии либо несущественном влиянии таких, например, помех, как кратноображенные волны, проводится однозначно Если же высокая интенсивность помех затрудняет уверенное определение времен вступлений отраженных волн на сейсмозаписях, регистрируемых сейсмоприемниками 17, то применяют суммирование сейсмозаписей, полученных с разных глубин взрыва после введения в записи соответствующих временных сдвигов. По временам регистрации отраженной волны на профилях 5 вычисляют ортогональные компоненты градиента поверхностного годографа. После определе- . ния пространственного положения отрезков 12-15 луча отраженной волны, координаты точек пересечения лучем границ используют в качестве начального приближения для последующих более точных расчетов методами численного анализа,, Достаточно быструю сходимость и высокую точность позволил получить метод Ньютона-Рафсона, Уточненное положение сейсмического луча, проходящего через ПВ и те точки вертикального Профиля, в которых осуществлялось дополнительное возбуждение упругих колебаний, используют в качестве начального приближения при расчетах, касающихся соседних точек приема ВСП, из которых, дополнительно не возбуждались упругие колебания. Данные для этих соседних точек используют в качестве начального приближения для последующих соседних точек ВСП и ТоДр пока не будут построены все отражаюи ие точки 11 для соответствующих лучей, выходящих из ПВ Ц и подходящих после отражений на границе 9 к соответствующей точке 3 приема на вертикальном профиле. Геометрическое место точек отражений позооляет судить о пространственном положении исследуемой границы 9. Дополнительную информацию о прост ранственном положении отрезка 12 луча отраженной волны получают при использовании трехкомпонентной регистрации колебаний вблизи П8 Ц при возбуждении колебаний в скважине 2 в то ках 10. Наиболее точные результаты получают, при погружении трехкомпо|;1ентных сейрмоприемников в специально пробуренные мелкие скважины под резкие сейсмические г-раницы, содержащиеся в верхней масти разреза (как правило, погружая сейсмоприемники на глубину 20-40 м, глубже подошвы ЗМС ), Трехкомпонентная регистрация позволяет при этом,, используя известные приемы поляризационного анализа, определить пространственное (Положение отрезка 12 луча непосредст бенио по трем компонентам полного ве ;тора отраженной волны. Сочетание тре 1компонентной записи и наблюдений а ;,ортогональных профилях 5 позволяет с ественно повысить надежность резуль {татов, П р и м е р. В скважине на глуби|не 2б2 м принимают колебания, возбуждаемые из двух ПВ, Начало координат выбрано в точке находящийся на (Глубине 12 м подустьем скважины.Один ; ПВ находится на оси X, его удаление от устья скважины составляет 900 м. Другой fJB .расположен на оси У и отстоит от устья скважины на 600 м в точке, расположенной в скважине на глубине 250 м, находится источник колебаний. Колебания регистрируют на парах ортогональных профилей пересёка|5щихся в первом и втором ПВ, Глубина погружения источника составляет 12 м. Первая расстановка сейсмоприемников в скважине содержит шесть приборов с шагом ,20 м. На каждом из ортогональных профилей второй расстановки находится по 2 погруженных на глубину 12 м сейсмоприемников с шагом . 10 м. Длина регистрируемой волны . В геологическом разрезе находится гетыре границы, включая земную поверх ноеть. Данные о границах и пластовых скоростях приведены в табл, 1. Т а б л и ц а 1 Время прихода волны, отраженной от границы 1У, составляет 0,930 И 0,8ч6. с для каждого из двух ПВ соответственно. Расчитань координаты точки отраения предлагаемым способом (точное ешение) и на основе двумерных расчетов по ках{дому из ПВ. Результаты расчетов сведены в табл. 2. Таблица2

СПОСОБ ВЕРТИКАЛЬНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ, включающий возбуждение колебаний источником, расположенным в пункте возбуждения в приповерхностной части геологического разреза, трехкомпонентный прием колебаний в пунктах приема на двух .расстановках сейсмоприемников, первая из которых расположена в скважине, транспозиционную корреляцию отраженных волн на сей смических записях, полученных в скваж 1не и на второй расстановке сейсмоприемников, определение по трехкомпонентным сейсмическим записям пространственного положения отрезков лучей, вдоль которых распространяются волны при подходе их к точкам приема в скважине, о тличающий с я тем, что, с целью повышения надежности и точности определения пространственного положения сейсмических границ, расположенных под резкими преломляющими и отража,ющими границами, вторую расстановку сейсмоприемников располагают в приповерхностной части геологического разреза, на ортогонально расположенных профилях, пересекающихся в пункте возбуждения, причем протяженность ка ждого из ортогональных профилей выбирают соизмеримой с длиной регистрируемой волны, при этом прием колебаний на второй расстановке сейсмопри.емников проводят из дополнительных пунктов возбуждения, совпадающих с пунктами приема, находящимися в скважине над исследуемой границей под с (О резкими отражающими и преломляющими (Л границами, после приема колебаний первой скважиной, расстановкой сейсмоприемников из приповерхностного пункта возбуждения при помощи транспозиционной корреляции отождествляют отраженные волны, полученные на первой и второй расстановках сейсмоприемников, определяют по градиенту волно01 вого поля, наблюденного на второй О5 расстановке сейсмоприемников, пространственное положение отрезков сейсмических лучей, по которым-колебания подходят к точке пересечения профилей второй расстановки, определеяют в соответствии с законом преломления пространственное положение участков лучей, расположенных выше исследуемой границы, и по положению наиболее близко расположенных точек этих участков в окрестности исследуемой границы судят о положении точек отражения.

Предложенным способом получены более точные результаты, чем извест ным, используемым в двумерном варианте , причем расхождения выходят за

рамки погрешностей, имеющих место при сейсморазведочных работах, направленных на решение структурных задач. Приведенный пример свидетельствует о целесообразности использования способа при высокоточных сейсморазведочных работах в районах со сложно I постпоенными средами, J- . Предлагаемый способ можно использовать и для изyчeн tя пространственного положения преломляющих границ, расположенных как между источником и приемником колебаний, так и по одну сторону от них (в последнем случае регистрируют головные волны, возникающие на преломляющей границе), Положительный эффект достигается за счет определения пространственного положения участков луча, по которому распространяются колебания, как к пунктам приема, находящимся в скважине, так и к пунктам приема находящимся в приповерхностной части геологического разреза„