Способ сейсмической разведки и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G01V1/00 G01V1/16 

2.Устройство для регистрации сдвиговых колебаний с преобладающей длиной волны Лпр, содержащее корпус в котором уста новлены два одинаково ориентированных, идентичньк и включенных в противофазе сейсмоприемника, жестко связанных между собой, отличающееся тем, что,

с целью повьппения эффективности сейсмической разведки при вьщелении сдвиговых колебаний в скважиных, заполненных жидкостью, корпус выполнен из материала с плотностью, отлиной от плотности жидкости, заполняющей скважину, сейсмоприемники ориентированы горизонтально и разнесены по высоте корпуса на расстояние в диапазоне - .

3.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что корпус

выполнен из материала сплотностью, -равной 1,02 - 1,03плотности жидкости; заполняющейскважину.

4.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что корпус

выполнен из материала с плотностью, равной 0,9 плотности жидкости, заполняющей скважину и снабжен набором противовеса с отрицательной плавучестью.

i

5,Устройство по п. 2, отличающееся тем, что корпус

выполнен из материала с плотностью, равной 1,1 плотности жидкости, заполняющей скважину, и снабжен набором противовесов с положительной плавучестью.

1. Способ сейсмической разведки, включающий бурение скважин, установку в них горизонтальных сейсмоприемников, возбуждение и регистрацию колебаний, отличающийс я тем, что, с целью повышения эффективности сейсмической разведки при выделении сдвиговых колебаний в скважинах, заполненных жидкостью, определяют преобладакнцую длину волны этих колебаний, бурят скважины на глубину пр/2 -ЛПР , гидролизуют стенки скважин и перед установкой сейсмоприемников скважину заполняют жидкостью, плотность которой предварительно измеряют.

Изобретение относится к сейсмической разведке и может-быть использовано при исследованиях по методу поперечных и обменных волн.

Известен способ сейсмической раз- .ведки отраженными волнами путем регистрации упругих колебаний сейсмоприемником, установленным под зону малых скоростей (ЗМС), при котором в пробуренные взрывные скважины пе ред их использованием устанавливают сейсмоприемники под ЗМС, регистрируют волновую картину и при каждой последующей регистрации возбуждают упругие колебания в скважинах, из которых извлечены сейсмоприемники предьщущей регистрации l j.

Недостатком данного способа является низкое качество зарегистрированных сдвиговых колебаний из-за то- го, что в месте приема могут присутствовать сложные интерференционные колебания, включая волны-помехи типа объемных колебаний, которые регистрируются наравне со сдвиговыми колебаниями, что осложняет интерпретацию материала.

Кроме того, качество сейсмических записей снижается из-за невозможности контроля осей направленности горизонтальных сейсмоприемников в обычных условиях. Объясняется это тем, что в районах со сложным рельефом местности (леса, овраги, реки, часты водоемы) при глубинах взрывных скважин 10 м и более (как правило) сухие скважины встречаются редко. Присутствие верхнего водоносного слоя приводит к заполнению скважин смесью рыхлых пород и почвенных вод, в связи с чем сейсмоприемники на дно сквалснн необходимо устанавливать при помощи mectoB и каким-то образом контролировать о.риентацию сейсмоприемников в .скважинах под слоем бурового раствора. .

Известен сейсмоприемник для работы в заболоченных районах, состоящий из жесткого полого цилиндрического корпуса, в который помещен гидрофон, а оставшееся пространство корпуса заполнено пластическим материалом, хорошо проводящим акустические волны причем наполнитель, предохраняя гидрофон от механических воздействий, одновременно передает упругие колебания среды гидрофону 2j.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ сейсмической разведки, включающий бурение скважин, установку в них горизонтальных сейсмоприемников и регистрацию колебаний, причем сейсмоприемники погружают под ЗМС и устанавливают их на коренные породы 3J, Недостатком известного способа является низкое качество получаемых сейсмических записей, что обусловлено следующими причинами. В районах с сильно дислоцированной границей ЗМС - коренные породы, и особенно в районах с большой мощностью ЗМС, осуществление способа требует увеличения веса сейсмоприемника для преодоления выталкивающей силы бурового раствора и смеси рыхлых пород с почвенными водами, что неизбежно приводит к снижению собственной частоты системы сейсМОприемник - почва, для исключения влияния которой требуется специальное устройство прижима для осуществления достаточно надежного контакта со стенкой скважины. При сла бом режиме регистра1р1я сдвиговых коле баний осуществляется ненадежно из-за влияния момента инерции сейсмоприемни ка относительно точки контакта и невозможности визуального контроля ориентации сейсмоприемника по азимуту в таких скважинах. Кроме того, сложный многоволновый характер зарегистрй-i рованных колебаний, включая волны-помехи типа объемных колебаний, сильно затрудняет выделение сдвиговых колебаний и интерпретацию материала. Наиболее близким техническим реше- нием к изобретению является устройство для регистрации сдвиговых колебаний с преобладающей длиной волны содержащее корпус, в котором уста- новлены два одинаково ориентированных идентичных и включенных в противофа- зе сейсмоприемника, жестко связанных между собой. Для подавления электрических колебаний, вызванных вертикапь ными перемещениями корпуса, он содержит инертную массу маятникового типа в форме диска, связанную посредством нерастяжимых нитей с подвижной системой одного из электромеханических преобразователей, в электрическую цепь которого в противофазе включен второй преобразователь 4 J. Недостатком известного устройства является низкое качество Получаемых сейсмических записей из-за того, что чувствительный элемент сейсмоприемника регистрирует все типы волн, приходящие в горизонтальной плоскости к сеисмоприемнику, включая волны;Помехи типа объемных колебаний, тогда как знание природы волны и ее направления может существенно облегчить задачу интерпретации зарегистрированной волновой картины. При воздействии на сейсмоприемник сложного интерференционного волнового поля регистрируются почти все компоненты поля и отсутствие избирательности по азимуту приводит к получению низкокачественного материала. . Цель изобретения - повышение эффективности сейсмической разведки , при выделении сдвиговых колебаний в скважинах, заполненных жидкостью. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу сейсмической разведки, включающему бурение скважин,, установку в них горизонтальных сейсмоприемников, возбуждение и регистрацию колебаний, определяют преобладающую длину волны А рэтих колебаний, бурят скважины на глубину Л(,р/2 гидролизуют стенки скважин и перед установкой сейсмоприемников скважину заполняют жидкостью, плотность которой предварительно измеряют. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регистрации сдвиговых колебаний с преобладающей длиной волны Л пр содержащем корпус, в котором установлены два одинаково ориентированных, идентичных и включенных в противофазе сейсмоприемника, жестко связанных между собой, корпус выполнен из материала с плотностью, отличной от плотности жидкости, заполняющей скважину, сейсмоприемники ориентированы горизонтально и разнесены по высоте корпуса на расстояние в диапазоне „р /2 - Лпр Кроме того, корпус вьтолняется из материала с плотностью, равной 1,02 - 1,03 плотности жидкости, заполняющей скважину. Корпус может бытьтакже выполнен из материала с плотностью, равной 0,9 плотности жидкости, заполняющей скважину, и снабжен набором противовеса с отрицательной плавучестью. Корпус также может быть выполнен из материала с плотностью, равной 1,1 плотности жидкости, запол-. няющей скважину, и снабжен набором противовеса с положительной плаву-, честью. На чертеже изображено устройство для регистрации сдвиговых колебаний Устройство состоит из корпуса 1 двух одинаково ориентированных иден тичных горизонтальных сейсмоприемни ков 2, обмотки 3 которых включены в протиБофазе, расположенных в сква жине 4 с гидроизолированными стенками, заполненной жидкостью 5 сизвестной плотностью. Устройство снаб жено противовесами 6 с положительно плавучестью и 7 - с отрицательной плавучестью. Работы по осуществлению предлагаемого способа вьтолняют в следукяцей последовательности. В районе проведения работ осуществляют измерение преобладакщей длины волны сдвиговых колебаний любым способом (например, с помощью поверхностной расстановки сейсмоприемников) для заданного типа и мощности взрывного воздействия . Затем по профилю бурят скваасины глубиной АГ, /2 -ДПР , гидроизолируют стенки скважины (например, путем опускания в скважину полиэтиленового чулка по глубине) и заливают жидкостью, удельный вес которой предварительно измеряют (например, соленая вода), после чего в скважину опускают устройство. С помощью устройства производят регистрацию сдвиговых колебаний. Определение преобладающей длины сдвиговых колебаний Д перед проведением сейсмических наблюдений по предлагаемому способу позволяет правильно выбрать параметры скважины - глубину h (h ДЛЯ последующего бурения, что существенно сокращает объемы и трудозатраты на буровые работы при пров дении сейсмических исследований. Гидроизоляция стенок скважин по зволяет сохранять удельный вес жидкости, залитой в скважину, постоянным на все время измерений, что в свою очередь дополнительно повышает качество зарегистрированных сдв говых колебаний. Заполнение скважины жидкостью с заранее определенной плотностью позволяет располагать в ней устрой ство для измерения сдвиговых колеб ний. Корпус устройства из материал С плотностью 1,02 - 1,03 от плотности жидкости, заполняющей скважину, позволяет, во-первых, двигаться ему вместе с жидкостью при воздействии на стенкискважины Р и S колебаний, и вследствие несжимаемости жидкости позволяет точно измерить сдвиговые колебания. Во-вторых, жидкостный контакт с окружающей средой позволяет устранить влияние условий установки устройства на зарегистрированное волновое поле, делает их идеально идентичными по всему профилю измерений, повьшая тем самым качество зарегистрированных сейсмических записей. Горизонтальная ориентация сейсмоприемников одинаково направленных и включенных в противофазе позволяет вьщелять только горизонтальные компоненты волнового поля типа сдвиговых колебаний и отфильтровывать волны-помехи типа объемных колебаний. Разнос сейсмоприемников на расстояние Л позволяет либо с максималь2 лр ной чувствительностью зарегистрировать сдвиговые колебания преоблада ющей длины волны (при разносе Ъ ЛПР- либо с максимально возможной (чувствительностью зарегистрировать сдвиговые колебания в реальном рабочем диапазоне (2 и f 2f „ ,- ) при , Дополнительное разносе b - введение в конструкцию устройства набора противовесов с отрицательной плавучестью позволяет выполнять корпус устройства из материала с плотностью 0,9 от плотности жидкости, что делает устройство в целом более удобным в транспортировке и при массовых работах. После установки устройства в скважину, перебором комбинаций набора противовесов с отрицательной плавучестью достигается требуемая плавучесть всего устройства. Введение в конструкцию устройства абора противовесов с положительной лавучестью позволяет выполнять корус устройства из материала с плотостью 1,1 от плотности жидкости, то расширяет возможности конструкора, ввиду того, что значительная асть конструкционных материалов меют плотности большие, нежели расространенные технические жидкости. осле установки устройства в скважину путем перебора комбинаций набора противовесов с положительной плачучестью достигается требуемая плавучесть всего устройства. Кроме того, наличие обоих типов противовесов в конструкции устройства позволяет осуществлять оперативную надстройку плавучести устройства с корпусом из материала с плотностью 1,02 - 1,03 от плотности жидкости.

Устройство работает следукнцим образом.

При воздействии на скважину 4 сдвиговых S-колебаний и объемных Р-колебаний (поперечные и продольные волны соответственно) давление через жидкость 5 передается корпусу 1 устройства, который движется вместе с жидкостью в поле S-колебания, В результате на выходах обмоток 3 сейсмоприемников 2 появится электрический сигнал, пропорциональньщ величине сдвигового S-колебания Выходной сигнал при воздействии объемного Р-колебания равен О из-за того, что сейсмоприемники движутся согласно и включены в противофазе. При помощи противовесов 6 и 7 можно

осуществлять оперативную подстройку плавучести устройства при вариациях плотности жидкости в результате влияния внешних факторов . Значение плотности материала корпуса 1,02 - 1,03 от плотности жидкости выбирают из соображений минимального влияния кабеля подвеса (кабельных волн) при возможности одновременного контроля глубины погружения и ориентации по азимуту (при помощи 2-х проводов подвеса, присоединенных к корпусу устройства в верхней его части в диаметрально-противоположных точках). Эта- дафра (1,02 - 1,03) выбрана экспериментально при исполнении корпуса устройства из композиционного материала. Вблизи точки равновесия (нейтральная плавучестъ) относительное изменение плотности материала корпуса на 2 - 3% начинает влиять на плавучесть устройства. Добавление к конструкции устройства противовесов с положительной и отрицательной плавучестью расширяет возможности конструктора и позволяет дополнительно осуществлять оперативную подстройку плавучести устройства при установке в скважине. Отклонения - 0,07 и +0,12 от плотности жидкости позволяют осуществить изменение плавучести

устройства без сколько-нибудь значительного изменения положения центра тяжести устройства в целом. Так, при значениях удельного веса корпуса 1,1 от плотности жидкости регулировка плавучести осуществляется поплавковыми противовесами. При этом происходит заметное смещение центра тяжести вниз и устройство представляет собой неравноплечий рычаг. Это обнаруживается по заметному на осциллограмме (с точностью f 5%). различию в амплитудах на выходе каждого сейсмочувствительного элемента при импульсном воздействии на геометрический центр устройства. Аналогичный эффект наблюдается в случае, если удельный вес материала корпуса устройства меньше 0,9 плотности жидкости. Регулировка при этом осуществляется балластными противовесами и также наблюдается появление неравнозначности откликов с выходов сейсмоприемников. Значения 0,9 и 1,1 от плотности жидкости подобраны также экспериментально в лабораторных ус ЛОВИЯХ.

Пример композиционного материала с плотностью 1,02 - 1,03 от плотности жидкости (воды) : смола эпоксид:ная - 50%, - 40%, отвердитель 10%. Плотность 0,9 от плотности жидкости (воды, например) обеспечивается материалом корпуса из канифоли, предварительно разогретой и залитой в форму. Плотность 1,1 от плотности жидкости .соленой воды) достигается композицией: смола эпоксидная - 48%, стиральный порошок - 30%, отвердитель - 13%. Особо следует обратить внимание на тщательность перемешивания компонентов смеси, так как для одной и той же композиции возможны вариации в плавучести из-за наличия абсорбированного воздуха при некачественном смешивании.

Пример реализации способа. С помощью поверхностной расстановки сейсмоприемников определяют длину волны преобладающих колебаний сдвига, распространяющихся в среде со скоростью V - 100 м/с и частотой 20 Гц, равно 4/ Vg/f p 100/20 5 м. Затем бурят скважину глубиной 5 м, диаметром 115 мм, вставляют в нее гидроизолирующую прокладку на стенки скважины в виде полиэтиленового чулка диаметром 100 мм. После этого в скважину заливают соле9ную воду, плотность которой предвар тельно измеряют, она равна 1,5 г/см Собирают корпус устройства из секций представляющих собой цилиндры диаме ром 80 мм и длиной по 0,5 и 1 м из материала с удельным весом 1,65 г/см (Эпоксрщная смола - 48%, стиральный порошок 39% и отвердитель -13%) На базе разноса 5 м скрепляют пять секций по 1 м и к концам присоединяют головки с сейсмоприемниками (например, СГ-10). Собранный таким образом в жесткую конструкцию сейсмоприемник опускают в скважину, В верх ней части устройства (на одной из головок) находятся противовесы поплавкового типа (пенопластовые), в нижней части устройства (на другой из головок) находятся противовесы балластного типа (винилпластовые кольца). При помощи противовесов Достига1от требуемой плавучести (при этом устройство должно медленно погружаться в жидкость при отпущенном кабеле подвеса со скоростью примерно 30 см/мин), Провода подвеса служат в этом случае одновременно и направляющими по азимуту. После осуществления воздействия производят регистрацию волновой картины, В данном случае с максимальной чувствительностью регистрируются преобладающие длины волн сдвиговых колебаний, а максимальная частота рабочего диапазона соответствует преобладающей частоте. Более высокочастотные компоненты волнового поля отфильтровываются, Положительный эффект предлагаемого способа и устройства достигается 9 за счет повышения эффективности сейсмической разведки при,выделении сдвиговых: колебаний в скважинах, заполненных жидкостью, и устранения влияния волн-помех за счет избирательности к типу колебаний, тогда как согласно известному способу и устройству, кроме сдвиговых колебаний дополнительно регистрируются волны-помехи различной природы. При совпадении или близости их кинематических характеристик регистрируется сложная интерференционная картина, что не позволяет осуществить качественную интерпретацию полученного материала. При осуществлении предлагаемого способа с помощью устройства отпадает необходимость в утяжелении сейсмоприемников и осуществлении прижима, к которому неизбежно прибегают при регистрации по известному способу. При подборе плотностей жидкости и материала корпуса устройства достаточно близкими к плотностипочвы, измерения осуществляются с высокой точностью из-за отсутствия влияния условий установки (резонансов почва-сейсмоприемник и неоднородностей в местах контакта), Кроме того, в отличии от известного сейсмоприемника повышается качество регистрации сдвиговых колебаний в рабочем диапазоне за счет того, что частотная характеристика устройства компенсирует большей чувствительностью к высокочастотным компонентам поля их значительно большее затухание наблюдаемое в обьгчных средах..