Способ сейсмических исследований в скважинах Советский патент 1986 года по МПК G01V1/44 

фиг. 1

1

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах, в частности к сейсмическим исследованиям с целью определения физических характеристик пород околоскважинног пространства. .

Цель изобретения - повышение точности и эффективности исследований.

На фиг. 1 показана импульсная характеристика скважины как фильтра формирующего волновое поле5 на фиг. частотная характеристика скважины.

Способ осуществляется следующим образом.

В скважину радиусом R, заполненную жидкостью со скоростью акустичеких волн в ней а, и плотностью J, , помещают источник .и приемник упруги волн, расстояние между которыми по вертикальной оси скважины составляет Z. Плотность окружающих скважину пород равна J,. , а скорости продольных и поперечных волн в них - соответственно а и Ъ. Если разместить источник на вертикальной оси и совместить с ним начало координат, то давление внутри скважины в точке с координатами z, г, (г R) определяется соотнощением

PTur.22).%ilJlj$PoUc,(mo).

-«о

-Лао(т,г)еАр(}кг)а1с, (-1}

где cJ - круговая частота; РО - функция источника; k - переменная интегрирования, имеющая смысл пространст- венной частоты; Шо q - k, q. ь)/а, ; lo и HO - функции Бесселя и Хан- келя;

jxiRi

7Г 3,14159...;

А - функция, определяемая из

граничных условий. Если рассматривать скважину как некоторый фильтр, формирующий волновое поле, то Р (J, Г:, z) - частотная характеристика этого фильтра, оределяющая давление внутри скважины Обратное преобразование Фурье от Р (о), г, z) - импульсная характеристика фильтра, т.е. сейсмотрасса вол давления в скважине при возбуждении в ней -импульса. При возбуждении в источнике импульсов произвольной фо мы сейсмотрасса может быть получена как их свертка с импульсной характеристикой.

o

5

0

5

55

30

5

0

5

50

77 2 ;

На фиг. 1 и 2 приведены рассчитанные по формуле (1) импульсные и частотные характеристики для случая, когда скорость поперечных волн Ц в окружающих породах меньше скорости а волн в жидкости, заполняющей скважину. Такая модель среды является основной для инженерно-геологических и инженерно-геофизических изысканий, так как она характерна для верхней части разреза осадочных и рыхлых отложений. В расчетной модели приняты Следующие параметры: а, 1500 м/с; Р 1 а 1700 .м/с; Ъ 650 м/с; ft 2 г/см, R О.,05 м; г. 0,01 м; z Юм. Эти параметры соответствуют разрезу глинистых отложений.

На сейсмотрассе (фиг. 1) вьщеля- ются три типа волн. Волна 1 - продольная, т.е. волна,- распространяю- щаяся в породах со скоростью продольных волн, а внутри скважины регистрируемая как головная волна. Эта волна высокочастотная: ее видимый период при R 0,05 м соответствует частоте 2 кГц и уменьщается как 1/R.

Волна 2 является гидроволной, т.е. волной поверхностного типа, ско- рость которой при U) равна скорости трубиой волны Лзмба

v.-tafi,/P.C(,/a.),i |(|t)T .

Эта волна является существенно низкочастотной. Центральная частота ее спектр-а не превыщает для всех типов разреза и всех практически используемых радиусов скважин 500 Гц.

Волна 3 имеет скорость распространения, равну19 скорости поперечных волн. Поскольку головная поперечная волна при заданном соотношении скоростей (bj а ) образоваться не может , то она является поверхностной неоднородной волной. Она образуется за счет неоднородных волн, входящих в разложение сферической волны. При прохождении через границу (стенку скважины) зти волны трансформируются в обычные однородные, распространяющиеся в окружающей среде со скоростью поперечных волн.

При наблюдениях на малых базах, т.е. когда расстояние между приемником и источником неважно, оба типа поверхностных волн (2 и 3) интерферируют, тем самым не удается определить вступление поверхностной волны 3 и, следовательно, скорость поперечных волн. Применение больших баз или наблюдение на нескольких базах связано с трудностями: при использовании больших баз падает детальность исследований, наблюдение на нескольких базах снижа ет не только детальность, но и производительность исследований.

Указанные трудности можно избежать, воспользовавшись различием в спектральном составе поверхностных волн 2 и 3. Специфической особенностью этих .волн является их полная разрешенность в частотной области. На фиг. 2 приведен амплитудный спект (модуль частотной характеристики) волн регистрируемых в скважине; об- ласть 4 амплитудного спектра соответствует гидроволне 2 на фиг. 1; область 5 амплитудного спектра соответствует продольной волне 1 и поверхностной волне 3 на фиг. 1. Таким образом, осуществляя регистрацию в двух различных частотных диапазонах, можно исключить интерференционные эффекты и в чистом виде регистрировать все три типа волнJ возникающих при сейсмическом каротаже скважины . Разделение продольной 1 и поверхностной 3 волн при этом происходит на сейсмотрассе в силу разницы в скоростях продольной и поперечной волн. ,

Расчеты, проведенные для модели скважины, удовлетворяющей соотношению bj а, показали, что при любых практически применяемых диаметра скважин и для любых скоростей поперечных волн в околоскважинном пространстве нижняя и верхняя границы частотного диапазона гидроволны не превышают соответственно 20 и 500 Гц, а границы частотного диапазона по- верхностной поперечной волны не превышают: нижняя граница 1 кГц, верхняя 4 кГц. В связи с этим для разде231774

ления волн при сейсмическом каротаже можно использовать два частотных диапазона регистрации: первый от 20 до 500 Гц, второй от 1 до 4 кГц. При этом ширина спектра возбуждаемых ко- лебдний должна составлять не менее 4 кГц. Под шириной спектра при этом понимается полоса частот, в которой содержится не менее 90% энергии возбуждаемых колебаний.

При регистрации в диапазоне 1- 4 кГц вьщеляется поверхностлая поперечная и продольная волны, по временам вступления которых определяют- ся скорости bj и аа пород около- скважинного пространства. При регистрации во втором частотном диапазоне вьщеляется гидроволна и определяет10

15

ся ее скорость V, . Зная V , Ъ и aj, можно определить и плотность пород р I поскольку скорость а и плотность жвдкости, заполняющей скважину, обычно хорошо известны.

Таким образом, предлагаемый спо- соб позволяет определить не только скорости поперечных и продольных волн в породахj но также и их плотность. Тем самым полностью решается задача определения упругих модулей пород при сейсмических исследованиях в скважинах.

Использование предлагаемого способа в сравнении с известным обеспечивает повьш1ение точности и эффективности исследований, что достигается за счет того, что скорость поперечных волн определяется не расчетным путем с использованием величин, по- лагаемьк априори известными а непосредственно из измерений времени прихода поверхностной волны,распространяющейся со скоростью поперечной волны. Кроме того, способ позволяет определить плотность пород и тем самым дает возможность по -данным сейсмических исследований определять упругие константы этих пород.

a.

Составитель H. Журавлева Редактор С, Саенко Техред Н.Бонкапй Корректоре.

Заказ 1709/49 Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4