Способ сейсмического каротажа скважин Советский патент 1986 года по МПК G01V1/42 

Изобретение относится к сейсморазведке, в частности к изучению скоростного строения среды с помощью каротажа скважин.

Цель изобретения - повьшшние точ- нести определения скоростей и констант поглощения упругих волн при одновременном увеличении детальности изучения среды.

На фиг. 1 показана схема реализа- ции способа; на фиг.2 - результаты измерений разности межд.у сейсмо- приемниками расположенными в различных точках среды.

Способ основан на следующих предпосылках.,

Ошибка измерения фазы в сейсмическом карота ке зависит от ряда аппара.- турных причин (нестабильность запуска вибратора, нестабильность генера- тора развертки и т.п) и от соотношения сигнала и помехи. Частично эти ошибки можно устранить, если регистрировать разность фаз, например, на плите вибратора и скважинном прием- нике между -сейсмоприемниками на поверхности Земли, или на нескольких скважинных приемниках. Эта часть ошибок проявляется в виде ошибки экспер мемта. Ошибка, связанная с наличием помехэ имеет приндипиальный характер Вначале рассмотрим случай, когда помеха не коррелирована с сигналом. Максимальное искажение фазы гармонического сигнала будет тогда, когда помеха совпадает по частоте и сдвинута по фазе на 90° (т.е. находится в квадратуре). В этом случае arctg Ц,,/Uj.. , при . / 1, . , 6 и,„/и, - 1/S, где и,. - сигнал, и,,, - помеха.

Погрешность измерения разности фаз 5 (лЧ) - 2/S, где S - соотноше- нрзе сигнал/помеха. Относительная ошибка измерения скорости пропорциокалька ошибке измерения фазы:

SV

V

V S (дч)

ДК - :f

где К

волновое число; чггстота излучаемого сигнала; V - скорость продольных: волн; Дх - база наблюдения. Поставляя сюда (AY) 254 , получим

/vVj

Уменьшить ошибку измерения фазы можно, увеличивая длительность работы вибратора Т. При полосе регистрирующей аппаратуры и f среднеквадратичная: ошибка измерения фазы уменьшается в /Т df раз.

J . Д

5Ч . -Отсюда получаем окончательное выражение для относительной точности измерения скорости

-7V

-Af

При V 3000 м/с, дх 2 м, 3 6,

ДГ 100 Гц

f 60 Гц, Т 2,5 i§V/v И)%.

Абсохпотная точность измерения времен при этом

аг (V /v-uX/2 Vs 3 -10 с,

откуда следует, что абсолютная точность, получаемая при использовании фазоЕого метода сейсмического каротажа, сравнима с точностью А1(, Высокая Э-бсолютная точность измерения времени пробега обеспечивает приемлемую относительную точность определения VP на сравнительно малой базе й 2 м, что определяет высокую разрешающую способность данного способа.

Рассмотрим вопрос о влиянии помех, коррелированных с сигнахсом. В частности, к ним можно отнести часть волнового поля., связанную с наличием границ Р вздела „ Предположим вначале, что внутри базы наблюдений отсутствуют границы раздела. В этом случае разность Фаз для волн, пришедших сверху, будет

(u.)t - kh) - k(n+x) kx и для золн. приходящих снизу

CuJt k(n+x)} - (tJ t+kh) kx,

где k - волновое число;

) 2 ТТ f ;

h - расстояние до границы. Таким образом, разность фаз между двумя приборами зонда обусловлена только временем пробега продольной волны на базе измерения.

В случае, когда граница раздела располагается внутри интервала наблюдений, ее влияние будет сказьгоаться на фазовых соотношениях. Однако,

в связи с тем, что коэффициенты отражений от границ раздела не превышают 0,1-0,2, фазовые искажения и в этом случае будут невелики.

Все сказанное относится как к области частот, используемых при сейсмическом каротаже т.е. для сейсмических частот, так и для акустического каротажа.При любом диапазоне час- to тот фазовый метод позволяет существенно повысить точность измерения скоростей,Способ осуществляется следующим 5 образом.

Устанавливают вибрационный источник 1 на поверхности Земли. Сейсмо- приемники 2 и 3 устанавливают на дневной поверхности у устья скважины 20 (сейсмоприемник 2) и на плите вибрационного источника 1 (сейсмоприемник 3). Кроме того, в скважину на глубину 500-560 м опускают скважин- ный зонд 4.25

В предположении, что в исследуемом районе известно значение средней скорости продольных волн, задаются отно сительной ошибкой измерения скорости (SV/V). Задаются щирина полосы 30 пропускания канала регистрации, которая является величиной известной для данного типа регистрирующей аппаг ратуры. Величина длительности монохроматического сигнала определяется, исходя из реальных возможностей вибрационного источника, регистрирующей аппаратуры, обрабатьшающего комплекса ЭВМ. Обычно длительность сигнала не превьшает с. Соотношение сиг- 0 нал-помеха S зависит от числа накапливаний,следовательно можно заранее задаваться величиной S и контролировать ее в процессе проведения экспе- римента. Оставшиеся две величины - 45 частота и база наблюдений, могут быть определены, задаваясь одной из них.

Излучают монохроматический сигнал с помощью вибрационного источника 1. Проводят наблюдения в скважине с мно-50 гоприборным скважинным зондом 4 при перечисленных параметрах излучающего сигнала на данной регистрирую- щей аппаратуре. Меняют частоту излучающего сигнала в зависимости от 55 конкретной геофизической задачи и повторяют регистрацию волнового поля на вертикальном профиле. Проводят обработку полученных материалов путем нахожде11ия амплитудных и фазовых спектров. По разности фаз сигналов между двумя точками регистрации определяется скорость распростр нения продольной волны на базе наблюдения . По изменению амплитуды волны на данной частоте определяют поглощающие свойства среды.

Для детального исследования скоростного разреза по скважине применется методика вибрационных просвечиваний с использованием монохроматических посьшок. В качестве источника применяют сейсморазв€1дочный вибратор СВ-10/100. Регистрация осуществляется с помощью четырехточечного зонда типа ССЗ-3/4. Сейсмические колебания регистрируются при. прмощи ц ифровой се: ;смической станции Прогресс-2. Средняя скорость, необходимая для расчетоЬ, равна 3000 м/с, требуемая точность 5V/V 2%; щирина полосы пропускания с/с Прогресс-2 Af 100 Гц,

Частота вибрационного монохроматического сигнала F 50 Гц, Длительность сигнала Т выбирают из сооражений возможностей обработки материалов на ЭВМ с использованием стандартного графа. Если учесть, , что объем вводимой в ЭВМ ЕС информации на канал составляет порядка 8 тыс.отсчетов, а щаг квантования 2 мс, то максимальная длительность сигнала не должна превышать 16 с. И этих соображений ограничивают длительность сигнала возбуждения Т 10 с.

Отношение S сигна.л-помеха равно 10. Если контроль этого отношения в реальных условиях покажет, что S 10, увеличивают число накапливаний .

Теперь можно определить базу наблюдений:

ЛХ--- Ъм.

Таким образом, проведено изучение скоростного разреза на сейсмических частотах с детальностью около 3 м и относительной точностью порядка 2%, Для повьппения точности при сохранении той же детальности можно повысить частоту или увеличить соотношение сигнал-помеха.

На фиг.2 приведены результаты измерения разности фаз между сейсмо приемниками: кривая 5 - на устье , скважины и на плите вибрационного источника I, кривая 6 - скважинного зонда 4 (глубина. 500 м) и на плите вибрационного источника 1, кривая 7 скважинного зонда 4 на глубинах 500 и 520 м и кривая 8 - скважинного зонда 4 на глубинах 500 и 560 м.

Частота монохроматического сигнала 60 Гц, длительность 2,5 с. Здесь же, на фиг,2, приведена приливная кривая dg 9. Характерньй скачок кривых, отмеченный на времени 15ЬЗО , визуально соответствует ходу приливной кривой Дg 9, что подтверждает весьма высокую точность измерения скоростей,

Полученные экспериментальные данные позволяют определить пластовые скорости продольных волн на базе 20 м по величинам разности фаз между соседними приборами зонда (табп,)

Точность определения фазового угла в эксперименте составляет |5(пЧ ) Г .Тогда относительная погрешность определения скорости продольной волны при соотношении сигнал/помеха S 10 составляет

S V

V дх.тт . .

4,2-10 .

Повышение точности определения скорости продольных волн возможно на основе увеличения длительности излучения и повьпиения соотношения сигнал /помеха, что при использовании вибрационных источников является делом техники и не составляет принципиаль- шлх трудностей.

Из приведенной формулы б V/V следует, что при увеличении Т и 5 точ

j 0

5 0

5

0

5

ность определения скорости не имеет ограничений. На практике получают точность, на порядок превышающую точность, реализуемую согласно известному способу.

Использование предлагаемого способа позволяет изучить константы поглощения и дисперсию скорости с более высокой степенью надежности по сравнению с импульсным методом, поскольку в данном случае не требуется учитьгоать изменение формы исследуемого сигнала за счет поглощения высокочастотных составляющих сигнала..

Формула изобретения

Способ сейсмического каротажа скважинS заключающийся в возбуждении упругих колебаний на поверхности Земли, регистрации волнового поля но внутренних точках среды на верти- -кальном профиле с помощью каротажного зонда, отличающийся TeMj что, с целью повьшения точности определения скоростей и констант поглощения упругих волн при одновременном увеличении детальности изучения среды, возбуждают монохроматические колебания и регистрируют их в скважине многоприборньм зондом, при этом базу наблюдения их, частоту f и длительность Т монохроматических колебаний выбирают из

соотношения

V а X f | Г (1

ТГ SI

где S - соотноЕтение сигнал-помеха;

V &v|vскорость продольных волн; относительная ощибка измерения скорости; Af - ширина полось пропускания

канала регистрации,

измеряют амплитудные, фазовые спектры зарегистрированных колебаний в каждой точке регистрации и по разности фаз определяют скорость распространения продольных волн, а по изменеирда амплитуд судят о поглощающих; свойствах разреза, повторяют перечисленные операции при других значениях частот монохроматических колебаний и по изменению скорости от частоты судят о дисперсии скоростей, а по изменению амплитуд от частоты - .о спектре коэффициента поглощения.

скв it

Q

a-vim

, H-saoM

(3tHS Ч «« SSOn

изобретение относится к сейсморазведке, в частности к изучению скоростного строения среды с помощью каротажа скважины. Способ сейсмического каротажа скважины состоит в возбуждении упругих колебаний на поверхности Земли, регистрации волнового поля во внутренних точках среды на вертикальном профиле с помощью каротажного зонда для повышения точности определения скоростей и констант поглощения упругих волн при одновременном увеличении детальности изучения среды, возбуждением монохроматических колебаний и регистрации их в скважине много- приборным зондом, при этом базу наблюдения Лх . частоту f и длительность Т монохроматических колебаний выбирают из соотношения дх TS().VAf где S - соотношение сигнал-помеха; V - скорость продольньгх волн; (5 V/V- относительная ошибка измерения скорости; Д - ширина полосы пропускания канала регистрации. Измеряют амплитудные и фазовые спектры зарегистрированных колебаний в каждой точке регистрации и по разности фаз определяют скорость распространения продольных волн, а по изменению амплитуд судят о поглощающих свойствах разреза. Повторяют перечисленные операции при других значениях частот монохроматических колебаний и по изменению скорости от частоты судят о дисперсии скоростей, а по изменению амплитуд от частоты - о спектре коэффициента поглощения. 2 ил.,1 табл. i (Л tsD N9 Од СО ч1

g,M Гал

0.11

0.1Q 0.03

т

0.07

ремя с у/7ю« vacax

№ Г Время сцток 6 часах,

Фиг 2

18

Составитель Н.Журавлева Редактор Н.Яцола Техред И.Попович Корректор И.Муска

Заказ 2128/45 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная, 4