Способ вертикального сейсмического профилирования Советский патент 1993 года по МПК G01V1/42 

Изобретенпе относится к скважинным сейсмическим исследованиям и может быть использовано для детального изучения геологического разреза в.околоскважинном пространстве. Целью изобретений является расширение функциональных возможностей способе в условиях несогласно залегающих пластов, имеющих различное простирание. Сущность изобретения поясняется чертежом, где обозначены: буровая вышка 1, ствол 2 скважины, пункты приема 3, источники колебаний 4 и 5, границы раздела ,6,7 и 8,пластоо горных пород, лучи прямой волны 9 и 10, земная поверхность 11. На чертеже для ясности иллюстрируется упрощенный вариант предлагаемого споcoSa; ствол 2 скважины вертикален., а простирание границ 6,7 и 8 имеет одмн и тот же азимут. Зонд содержит пять сейсмопрйемников, расположенных в точках приема 3,. Для йсследован.ия границы В.источник колебаний 4 располагают на таком удалении от буровой вышки 1, чтобы середи(а зонда и источник располагались по лучу 10 прямой волны, ортогональному к граиице:8. Для иселедования границы 7 источник колебаний 5 располагают в,другом месте, не совпадающем с кесторождением источника 4, при этом зонд устанавливают о месте с источников 5 по лучу 9 прямой волны, ортогональноМу к границе 7. ; Предполагается, что плоскости наплачстопанил слоев, слагающих пласт, гшраллельны подошве пласта, поэтому при одном ii т.рм жй неизменном положении источника ii зонда создаются условия для детального изучения по прямой и отраженной волнам упругих свойстн слоев пласта, под кровлю которого опущен зонд. Ясно, что при несовпадении простирания пластов местоположений источника в процессе отработки ск&ажины будет определяться не только разли-оным удалением от ее устья, но и различным азимутом, Способ осуидествляется следующим образом. На основании данных инклииометрии, а та(.же априорных данных о наклонах пластов рассчитывают пространственное положение лучей прямой волны, которые приходят через точки приема в скважине и в то же время являются ортогональными к тен границам, которые представляют собой по1; 10шЁы пластов, детальное расчленение кШЬрых на слои по упругим свойствам сост 5вляет задачу исследований. В точках пйресечения этих лучей с земной поверхностью намечают местоположения источника колебаний. Условия установки источника колебаний однозначно определяются пространственным положением отрезка луча прямой волны, расположенного в пределах пласта, содержащего точку приема, этот отрезок луча должен совпадать с уравнением следующей прямой: 7 Лп «П f-n С1 -Ы где Xn,Yn и Zn - координаты точки приема; Ai+i,Bi-)-i и С|+1 - направляющие косинусы нормали к подошве 1-го пласта, содержащего точку приема. ..5 Угол падения i-й границы И азимут Wi падения связаны с направляющими косинусами Ai.Bi и Cio следующим образом: Bi sinjTiSin . : С r-COS; |. ..., . Здесь принято следующее направление координатных осей: ось X направлена на север, ось Y -на восток, ось Z - вниз; азимут угла падения отсчитывается по часовой стрелке от направления на север, йектор нормали к i-й границе направлен вверх. . Уравнение 1-й плоской наклонной гракицы, являющейся кровлей i-ro пласта, имеет вид . : - . . . .;/-.sin icos 1 Х-I-sin sin - cos ; .Z.-., , . ,- (2) где Hi - расстояние от начала координат до i-й границы по нормали к ней. Пересечение прямой (1) с плоскостью (2) определяет точку пересечения луча прямой волны с кровлей пласта, содержащего точку приема. Обозначим координаты этой точки/ Xi,Yi,zi. ;.,:;:...:,-.; ; ; Направляющие косинусы ,Bi-i и Си отрезкалуча прямой волны, пересекающего 0-1)-й пласт, определяют, лрименяя закон Снеллиуса. Затем зная Х1,У| и Zt, а,также АИ,Bj-i и Ci-1 составляют уравнение прямой, аналогичное (1), и находят точку ее пересечения с кровлей (i-l)-ro пласта. Далее процесс повторяют до выхода луча на земную поверхность, где и задают местоположение источника колебаний. При заглублении источника колебаний его горизонтальные координаты определяют путем пересечения с горизонтальной плоскостью, проходящей через источник, луча прямой волны, построенного описанным выше способом. Предлагаемый способ предполагает использование методических приемов, направленных на получение пысокоразрешенных сейсмических записей.

Для этого целесообразно использовать источники колебаний, обеспечиоающие максимально возможное отношение сигнал/помеха высокочастотной части спектра возбуждаемых колебаний. Скважинные приборы следует снабдить достаточно жесткими прижимными устройствами, обеспечивающими неискаженный, прием колебаний в требуемом диапазоне частот. При регистрации и обработке цифровых сейсмозаписей целесообразно применять минимально возможный щаг дискретизации (0,005-0.001 с). В сейсмокаротажных зондах необходимо использовать сейсмоприемники. способные работать в наклонном положении. Предпочтительно про;водить трехкомпонентные наблюдения даже работах на продольных волнах, так как при этом можно выделять компоненту волнового поля, направленную вдоль луча, ортогонального к исследуемым отражающим границам.

В ооответствии с предлагаемым способом для изучения упругих свойств пластов используют падающие волны и волны, отраженные от расположенных ниже зонда границ, к которым лучи падающих волн ортогональны. Поэтому для получения информации о детальных свойствах пластав в пределах всей покрывающейтолщинеобходимо регистрировать упругие колебания в каждом из«несогласно залегающих пластов, помещая зонд в верхней его части подкровЛю. Для уверенного разделения падающих и восходящих волк при каждом неизменном положении источника колебаний достаточно отработать 5-6 точек приема, рассредоточенных в пределах однородного по физическим свойствам участка плйста с шагом 20-30 м между соседними точками приема. Луч прямой волны, рассчитываемый так, как описано выше, берут проходящим через середины интерваласкважины, занимаемого соответствующим 5-6-точечным зондом, либо через середину того же самого интервала, последовательно отрабатываемого зондом, содержащим меньшее число скважинных приборов, апример трехкомпонентным одноточечным зондом.

Пример. Скважина пробурена без искривления, пересекает три пласта, залегающих с угловым несогласием, но имеющих одинаковый азимут простирания (см.чертеж). Глубина по нормали от устья скважины границ 6,7 и 8 соста1зляет 300 м, 800 ми 1200 м соответственно. Углы наклона границ 6,7 и 8 равны 5°, 10° и 25° соответственно (угол наклона Принят положительным, если падение границы направлено в сторону положительного направления оси X). Пластовые скорости сверху вниз равны 3500 м/с, 2500 м/с. 3200 м/с. ;3адача исследования - изучение упругих свойств слоев, залегающих в пределах пластов без углового несогласия с их подошвами, . . .

Для изучения слоев, залегающих в нижней части второго пласта, в скважину поместили с шагом 30 м 5 сейсмоприемников З; середина 120-метрового интервала, занятого сейсмоприемниками (зондом) соответствует глубине 500 м. Расчет луча 9 прямой волны, проходящего через точку приема, расположенную на этой глубине, ортогонально k границе 7, определяет в соответствии с предлагаемым способом удаление источника колебаний 5 от устья скв;ажины, равное 120 MB отрицательном направлении оси X. .

Для изучения слоев, залегающих в нижней части третьего пласта, аналогичная расстановка сейсмоприемников помещена в этот, пласт, середина зонда - на глубине 1100 м. Пересечение с земной поверхностью 11 луча to прямой волны, проходящего через сарединузонда ортогонально к границе 8, дает дпя источника 4 удаление 4 tO м от устья скважины в положительном направлении оси X,

Возбуждение колебаний с источником 5 и источником 4 при указанном местоположении точек приема обеспечивает распространение прямой и отраженной воли по нормали к слоям, залегающим во втором и третьем пластах соответственно. Это дает возможность более TOMHOii надежно исследовать упругие свойства слоев, слагающих данные пласты, использу для этого совместно прямую вйлну и порожденные ею отраженные волны.

На этапе обработки получают сейсмозаписи восходжцих и падающих волн любым из известных способов, например, при помощи многоканальной когерентной.фильтрации. Важным моментом обработки следует считйть выделение волн, распространяющихся вдоль направления, ортогонального изучаемым отражающим границам: от тщательности выделения этих волн зависит степень искажающего влияния воли иных типов и классов (например, кратноотражевных и обменных волн), имеющих в общем случае иное направление распространения,

Последующая обработка сейсмозаписей, направленная на определение упругих свойств пород (коэффициентов отражения, интервальных скоростей распространения воли), пересеченных скважиной, может быть выполнена различными приемами, на