Способ возбуждения сейсмического сигнала Советский патент 1992 года по МПК G01V1/13 

Изобретение относится к наземной сейсморазведке со взрывными источниками и может найти применение при возбуждении сигналов из скважин и шурфов.

Известен способ возбуждения сейсмического сигнала, включающий бурение взрывной скважины, помещение в нее ли- нии детонирующего шнура, инициирование ; его от устья скважины.

Недостатки известного способа заключаются в невысокой эффективности из- за малой вертикальной направленности взрыва, а следовательно, высоком урЧщне сейсмических помех, движущихся в гори- зонтальнбм направлении. Причиной этого является высокая скорость распространения детонации (до 8000 м/с) во взрывчатых веществах относительного сигнала в горных

породах, окружающих взрывную скважину (300 - 2000 м/с), т.е. почти мгновенно.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ воз- буждения сейсмического сигнала, включающий выполнение в пределах площади исследований сейсмического каротажа в скважинах, определение пластовых скоростей сейсмических волн, бурение взрывных скважин, размещение в скважинах0 спиральных зарядов детонирующего шнура, имеющего шагмежду витками и диаметр спирали, обеспечивающие скорость распространения волн детонации вдоль ствола взрывной скважины, равную пластовой скорости сейсмических волн в окружающих горных породах, инициирование детонирующего шнура от устья скважин.

ON

4 О СО

Недостатком известного способа является низкая экономическая эффективность вследствие больших затрат на бурение взрывных скважин, глубина которых может достигать 150 - 300 м, а также значительных расходов взрывчатых материалов,

Цель изобретения - повышение эффективности способа в средах с положитель- ным градиентом скоростей за счет уменьшения расхода взрывчатых материалов, а также повышение эффекта направленного действия источника и плотности энергии возбуждения.

На фиг.1 схематически показана одна из возможностей реализации предлагаемого способа возбуждения сейсмического сиг-, нала; на фиг.2 - спиральный шнур, поперечный разрез.

На фиг.1 представлены: геологический разрез, включающий четыре толстых слоя 1, 2, 3. 4. Подошве слоя 1 соответствует уровень 5 грунтовых вод (подошва зоны малых скоростей (ЗМС).

Разрез пройден взрывной скважиной 6 со ступенчато меняющимися диаметрами 7, .8; .9. Столб воды 10 в скважине соответствует уровню 5 грунтовых вод. Каждый из четьи рех выделенных слоев имеет свои значения скоростей распространения сейсмических волн.

Заряд 11 (фиг.2) состоит из взрывчатого вещества 12 в обол очке 13. В заряде имеется кумулятивная выемка 14 с оболочкой 15. Шаг между витками спирали фиксирован.

Реализация способа осуществляется следующим образом.

На первом этапе в пределах площади исследований выполняют бурение скважин (углубленных, структурно-параметрических), проводят в них прямой или обращенный сейекокаротаж,, измеряют времена вступления прямой волны, вводят поправки за удаление пункта возбуждения (ПВ) или пункта приема (ПП) от устья скважины, рассчитывают и строят вертикальный годограф, по нему определяют значения пластовых скоростей распространения сейсмических волн. Результаты определения пластовых скоростей по группам скважин в пределах площади исследований интерполируют известными в математике приемами. Интерполированные значения пластовых скоростей кладут в основу модели поверхностных сейсмогеологических условий.

На втором этапе в пределах площади исследований выполняют сейсмические наблюдения по методике многократных перекрытий. Возбуждение сигналов осуществляют взрывным способом. По земной поверхности прокладывают сейсмические профили,намечают ПВ. Перед началом бурения взрывных скважин.состэвляют проект, в котором предусматривают глубину каждой скважины, ее первоначальный диаметр и глубины перехода на меньшие диаметры. .Скважины б бурят с промывкой глинистым раствором чтобы избежать меж- п ластовых перетоков води, в частности, за- солонения верховодки минерализованными

водами нижележащих горизонтов.

Спиральные заряды изготавливают за ранее с тем, чтобы на ПВ распаковывать его. растянуть до стандартной длины (5, 10, 20 м). Диаметры спиралей также стандартны,

так как буровой инструмент представлен нормальным рядом. Стандартные спиральные заряды стыкуют друг с другом;. Конструкция зарядов 11 предусматривает строгую фиксацию шага между витками.

Предпочтительные внешние диаметры, зарядов в сборе: 40, 65, 90, 140, 190. 240 мм. Такие диаметры обеспечивают свободное погружение их в 2-х:, 3-х, 4-х, 6-ти, 8-ми и 10-ти дюймовые скважины,

, Выбор диаметра ступени скважины, исходя из длины спирального заряда, минимального шага между витками спирали скорости детонации и пластовой скорост для каждой ступени, позволяет исключить не

производительные затраты на бурение скважины. Поскольку основным требованием эффективного возбуждения сигнала является придание вертикальной направленности сейсмическому сигналу. При постоянном диаметре скважины этого можно добиться различными путями, которые имеют те или иные недостатки.

Так, уменьшение диаметра скважины при том же шаге между спиралями приводит

к возрастанию скорости распространения волны детонации вдоль скважины (т.е. к опережению волной детонации сейсмического сигнала в горных породах),

В этом случае снижается эффект направленноети..,-:

Уменьшение шага между витками для сохранения скорости распространения детонации вдоль ствола скважины приводит к неработоспособности способа, так как детонация начинает передаваться от витка к витку, а не вдоль заряда.

Увеличение диаметра скважины при сохранении шага между витками спирали и увеличении диаметра спирали до внутреннего диаметра скважины приводит к отста ванию распространения детонации относительно сейсмического сигнала в горных породах. В результате сигнал после возбуждения становится растянутым во

времени и плохо пригодным для обработки. .

Соответствующее увеличение шага между витками при увеличении диаметра спирали приводит к уменьшению плотности потока энергии.

Перед погружением готового заряда 11 в скважину б к нижнему концу навешивают пригруз, а к верхнему подсоединяют электродетонатор. В этом случае кумулятивная выемка 14, выполненная вдоль спирали, обращена вниз.

При этом излучается сигнал с резким передним фронтом. За координаты точки излучёния.принимают нижний конец спирали. Когда глубина точки излучения велика, статические поправки в пункте возбужден ния зависят от расстояния между пунктом возбуждения и пунктом приема, а также от глубины отражающей границы, поскольку направление выхода луча к поверхности отличается от вертикального. Если трчкаизлу- чения находится выше уровня приведения (УП), то статические поправки за ПВ положительны. Если точка излучения находится ниже У П, статические поп р а в к и за JFVB отрицательны. В обоих случаях ввод статических поправок предполагает их вычита: ние из наблюденных значений времен пробега.. .-;

Наличие кумулятивной выемки, повышая вертикальную направленность взрыва, создает также условия для сокращения расхода ВМ.;

Дополнительное снижение расхода ВМ и затрат на бурение обеспечено тем, что весь спиральный заряд находится ниже уровня грунтовых вод, а верхний его. конец - на уровне..

Это вызвано тем. что ниже уровня грунтовых вод скорости сейсмических, волн составляет 1500 - м/с и более, а выше - 100-900 м/с. Поэтому для обеспечения условия равенства скорости детонации заряда вдоль ствола взрывной скважины vt сейсмического сигнала в окружающих гор- иых породах при сохранении минимально возможного расстояния между.витками (Для предотвращения передачи детонации между ними) требуется значительно увеличить диаметр скважины, что влечет непроизводи тельные затраты. Кроме того, выше уровня грунтовых вод скважин- обычно сухие и условия передачи взрывного действия на стенки и в среду плохие. Укупорка же скважины водой до устья не изменит низких скоростей распространения сигналов в окружающих горных породах, а в водяном столбе сигнал будет распространяться быстрее требуемой скорости распространения детонации по стволу .скважины.

В случае больших удалений между ПВ и ПП, когда статические поправки зависят от

этого расстояния и глубины до отражающей границы, обработка сейсмических данных требует дополнительных, процедур, повышающих трудоемкость сейсмической разведки,

Поэтому (заряд помещают в скважину кумулятивной выемкой вверх, а инициирование выполняют от нижнего конца заряда.

Тогда координаты точки излучения бу

дут совпадать с положением верхнего конца заряда, т.е. на уровне (или несколько ниже) грунтовых вод. Положение точки излучения под ЗМС или ниже уровня грунтовых вод отвечает условиям наиболее эффективного

излучения сигнала,

Если горные породы вблизи ствола t скважины трещинрвэты, то условия передачи возмущения на стенки скважины неудов- летворительные. В этом случае

кумулятивную выемку выполняют с внешней стороны заряда. Таким образом, обес- ( печивают передачу давления сжатого газа на плотные горные породы, а рыхлые (трещиноватые, слвбосвязные)пробивают кумулятивной струей. Тем самым, сокращается расход взрывчатых материалов, поскольку улучшается условие передачи динамического напряжения массиву горных пород за счет кумуляции струи газов. Повышается

также плотность потока энергии сейсмической волны в её фронте за счет согласования скорости передачи воздействия на массив горных пород:черезтрещиноватую присква- жинную зону со скоростью сейсмических

сигналов в массиве.Способ:был опробован в условиях Соликамской впадины,

Верхняя часть геологического разреза представлена тремя слоями толщиной 4 и

17 м со скоростями распространения в них сейсмических волн 300,1700,2900 м/с. Принятая система наблюдений предполагала базу расстановки 2350 м, вследствие чего глубокое расположение точки излучения

приводит к значительным (более 0.003 с) отличиям статических поправок за ПВ для разных целевых отражающих горизонтов и удалений между ПВ и ПП.

Поэтому инициирование производилось снизу, а заряд помещался в скважину кумулятивной выемкой вверх. Верхний конец заряда располагался на глубине 4 м (уровень грунтовых вод).

Параметры скважины и заряда следующие: минимальный расчетный диаметр

скважины в верхней части 88 м, в нижней-49 мм; фактически диаметр 100,8 мм до глубины 21 м, 50,4 мм - до забоя на глубине 50 м; диаметр заряда в верхней части 90 мм, в нижней части - 40 мм; шаг между витками 50 мм; полная длина заряда в верхней части 83 м, в нижней части -- 83 м.

В результате работ получены полевые материалы со значительно более низким уровнем низко- и среднескоростных помех, чем в случае с обычно применяемой методикой сосредоточенных взрывов из одиночных скважин глубиной 50 м. .Увеличение уровня отношения сигнал - помеха в 2 раза достигнуто за счет высокой степени направ- ленности взрыва.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1, Способ возбуждения сейсмического сигнала, включающий проведение в пределах площади исследований сейсмического каротажа, определение пластовых скоростей сейсмических волн, бурение взрывных скважин, размещение в скважинах спиральных зарядов взрывчатого вещества с шагом между витками и диаметром спирали, вы- бранными исходя из равенства скорости распространения волны детонации вдоль ствола взрывной скважины и пластовой скорости сейсмических волн в окружающих горных породах, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа в средах с положительным градиентом скоростей за счет уменьшения расхода взрывчатых материалов, а также повышения эффекта направленного действия мсточ-

ника и плотности энергии возбуждения, взрывную скважину выполняют ступенчатой с диаметром ступени, выбираемым исходя из соотношения

н -. L-AI-V

01 л( +A1V),

где di - диаметр 1-й ступени взрывной скважины;

L- полная длина спирального заряда;

А - минимальный шаг между витками заряда, исключающий передачу детонации на соседний, виток;

V - скорость детонации взрывчатого.вещества;

У - пластовая скорость сейсмического сигнала в горных породах на уровне i-й ступени взрывной скважины.

2.Способ по п.1, от л и ч а ю щм и е я тем, что спиральный заряд взрывчатого вещества выполняют с продольной кумулятивной выемкой,

3.Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что заряд размещают в скважину кумулятивной выемкой в направлении стенок скважины.

4.Способ по пп.1 и 2, отличают. и; й- с я тем; что заряд размещают в скважину кумулятивной выемкой вниз, и {..жчцшроБа- нме заряда производят сверху от уровня грунтовых вод.

5.Способ по пп.1 и 2. о-т.л и ч а ю щ и- й с я тем, что заряд размещают в скважину ниже уровня грунтовых вод кумулятивной выемкой вверх, а инициирование заряда производят со стороны забоя скважины.

Изобретение относится к наземной сейсморазведке с взрывными источниками и может найти применение при возбуждении сигналов из скважин и шурфа. Целью изобретения является повышение эффективности способа в средах с положительным градиентом скоростей за счет уменьшения расхода взрывчатых материалов, а также повышение эффекта направленного действия источника и плотности энергии .возбуждения. Это достигается за счет выполнения взрывной скважины ступенчатой с диаметрами ступеней, выбираемыми исходя из длины спирального заряда, минимального .шага между витками, скорости детонации и пластовой скорости сейсмического сигнала в горных породах на уровне каждой ступени. 4 з.п, ф-лы, 2 ил. СП с

Ш.1