СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ
SEISMIC PROSPECTING METHOD

Изобретение относится к способам исследования сейсмических волн и особенно связано с областями, где целевой исследуемый участок находится под отложениями или интрузиями с высокой скоростью сейсмических волн, такими как эвапориты, базальт и карбонаты. Примером такой области является бассейн Нордкап (Nordkapp) в Баренцевом море. Материалы с высокой сейсмической скоростью имеют низкие критические углы, где критический угол определяется как арксинус соотношения скоростей между двумя слоями с различными физическими свойствами (закон Снеллиуса).
В настоящий момент в морском применении сейсмический источник с постоянной заданной направленностью применяется для направленного профилирования, выполняемого в виде правильного рисунка (паттерна) на морской поверхности, такого как прямые линии с различной степенью залегания, звезда с прямыми линиями и мультиазимутом, круговые и эллиптические разведки. Угол направленности источника, больший, чем критический угол, будет генерировать сверхкритическую вторичную энергию и уменьшенную первичную энергию, тогда как при угле направленности источника ниже, чем критический угол, будет генерироваться сектор с уменьшенным облучением для более высоких углов. В идеале направленность источника проектируется таким образом, чтобы быть ближе к критическим углам для границ, расположенных на морском дне и близко к нему, чтобы избежать сверхкритической энергии и уменьшенного облучения. Обычно направленность источника регулируется для более молодых сред, имеющих относительно низкую скорость, пластов с высоким критическим углом в перекрывающих породах. Поэтому соответствующая направленность источника, оптимальная для границ с относительно высоким критическим углом в этих перекрывающих породах, относительно открыта. Во время сейсмических исследований при традиционной разведке направленность источника сохраняется постоянной, и часто одинаковая направленность источника применяется для разведки в различных геологических районах.
Благодаря поднятию и эрозионной истории в Баренцевом море более старшие среды, имеющие относительно высокую скорость и низкий критический угол пограничных слоев, расположены близко к морскому дну. Эта ситуация является экстремальной в бассейне Нордкап (Nordkapp) и характеризуется присутствием нескольких высокоскоростных диапировых соляных структур, расположенных близко к морскому дну. Более старые осадочные отложения, окружающие диапировые соляные структуры, здесь имеют тенденцию круто уходить вниз, создавая градиент высокой скорости по направлению к соляным слоям и вдоль границы несогласного залегания пород, расположенных близко к морскому дну. В этой области границы около морского дна будут, как правило, иметь очень различающиеся критические углы, между нормальным критическим углом в более молодых пластах от соли к очень низким значениям для верхней границы соляного пласта.
Применение нормальной и постоянной направленности источника, например, через базальты или соляные пласты будет поэтому генерировать сверхкритическую энергию различающейся степени и с максимумом выше слоя с самой высокой скоростью.
Эффекты, возникающие от генерирования сверхкритического шума, приводят к появлению источников областей с высоким уровнем шума и недостаточным количеством однократных волн, определяемых как теневая зона, находящихся ниже и вокруг высокоскоростного слоя.
Было сделано много попыток удалить генерируемый источником шум с помощью обработки данных, но пока они были безуспешными. Когда цель находится в теневой зоне, существует большой интерес улучшить качество данных для дальнейшей успешной эксплуатации этого бассейна.
Поэтому специфическая задача изобретения - обеспечить способ сейсмического исследования, который позволит осуществить получение новой и более надежной информации о лежащем под поверхностью слое, ниже слоя с высокой скоростью сейсмических волн.
Согласно изобретению здесь обеспечивается способ проведения сейсмической разведки зоны, включающей регион с высокой сейсмической скоростью в мелких покрывающих пластах, который содержит: определение зоны, в которой граница района с высокой сейсмической скоростью имеет, главным образом, постоянный измеренный критический угол, прокладывание курса через установленную зону, и последовательно применяемый по зонам, применение направленного сейсмического источника с углом направления, равным или близким к измеренному критическому углу. Ответный сигнал определяется с помощью одного или более приемных устройств.
Способы проведения сейсмической разведки настоящего изобретения, таким образом, особенно имеют отношение к введению новой концепции адаптации к углам направленности источника согласно изменениям в критических углах на морском дне и близко к нему. Этот новый способ проведения сейсмической разведки обещает быть более подходящим в районах, характеризующихся отложениями и интрузиями с высокой скоростью распространения сейсмических волн, такими как эвапориты, базальт и карбонаты.
В более общем плане задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить надежную сейсмическую информацию из существующих геологических объектов.
В более широком смысле изобретение рассматривает способ проведения сейсмической разведки геологического объекта, который охватывает применение направленного сейсмического источника, который предпочтительно является зонным и применяется к объекту с углом направления, равным или близким к измеренному критическому углу объекта.
Это может быть достигнуто, как описывалось выше, в соответствии со специфическим применением, определенным изобретением, или другими способами. Таким образом, общий аспект изобретения распространяется на использование сейсмического источника, включая комплект сейсмических источников или установок сейсмических источников, с различными направлениями, настроенными на различные критические углы, излучающие выборочно вдоль курса, так чтобы направленность сейсмических источников/установок сейсмических источников была всегда оптимизированной по отношению к рассматриваемым геологическим объектам. Курс, которому следует судно, буксирующее источник излучения, может быть постоянным, предпочтительно прямым.
Эта концепция может быть применена к специфической задаче изобретения. Таким образом, может быть рассмотрено, чтобы изобретение распространялось также на способ, согласно которому судно следует вдоль постоянного курса, такого как прямая линия, который пересекает зоны с различным критическим углом. Источник имеет определенное количество излучателей или установок излучателей, и каждый из этих излучателей имеет общую направленность, которая настраивается по отношению к специфическому критическому углу. Затем, когда источник проходит через зону, включаются излучатели/установки излучателей с направленностью, соответствующей критическому углу зоны. Этот процесс повторяется в различных зонах, запуская различные излучатели/установки излучателей, которые подходят для определенной зоны.
Предпочтительно, обращаясь к специфической задаче изобретения, чтобы было определено множество зон, в каждой из которых граница высокосейсмичного района имела бы, главным образом, постоянный измеренный критический угол, и процедура повторялась бы в каждой зоне.
Отложения с высокой сейсмической скоростью, перекрывающие целевой участок исследования, могут включать соль и солесодержащие горные породы, базальты, карбонаты и старые осадочные горные породы. Угол направленности может составлять +/-20° от критического угла, более предпочтительно +/-5°, наиболее предпочтительно +/-3°. Угол направленности будет изменяться для разведки в различных геологических провинциях, чтобы соответствовать значению, которое более всего настроено к критическому углу в данной провинции. Сейсмический источник и стример(ы), состоящий из нескольких приемных устройств, буксируются и следуют за судном.
Собранные сейсмические данные могут быть обработаны традиционным способом. Это обеспечит получение расширенной информации в тех зонах, которые ранее характеризовались как теневые зоны.
В настоящем изобретении направленность источника может быть откорректирована в соответствии с изменяющимися критическими углами в перекрывающих породах, находящихся выше исследуемого участка, и, таким образом, может быть уменьшен генерируемый сверхкритический шум, и может быть оптимизировано полное излучение отражающей границы главного исследуемого участка в подповерхностных слоях. В районах, имеющих солевой тип пород, таких как бассейн Нордкап (Nordkapp), критический угол может варьироваться в основном от почти 20° выше соляных пород до 50° выше самых молодых пластов.
Чтобы получить оптимальную настройку между направленностью источника и критическим углом, и установленный на судне источник излучения, и стримеры с установленными приемными устройствами должны следовать заданным постоянным зонам критического угла (+/- несколько градусов). Карта критических углов может быть сгенерирована из анализов скорости рефракции на основе сейсмических данных, уже принадлежащих существующей базе данных, и это может быть введено в систему управления, определяющую направление сейсмической разведки.
Предпочтительно, чтобы стримеры управлялись таким образом, чтобы они оставались внутри зон, определяемых теми же наблюдаемыми критическими углами.
В районах со значительными изменениями критического угла в перекрывающих породах главная цель - это уменьшить генерируемую сверхкритическую энергию и свести ее к минимуму. Оптимальным решением является настроить направленность источника и направленность стримеров к пространственным вариациям действительного критического угла в перекрывающих породах.
Поэтому предпочтительно, чтобы изобретение распространялось на устройство для осуществления способа согласно изобретению, при этом устройство включает в себя источник, имеющий возможность для изменения направленности. Устройство предпочтительно содержит систему трехмерного исследования, использующую источник с переменной направленностью, настраиваемый в соответствии с изменяющимся критическим углом в перекрывающих породах. Эта система исследования может использовать стримеры с оборудованием управления и навигационного позиционирования для поддержки нахождения внутри заданных зон.
Характерные теневые зоны с недостаточным количеством однократных волн, находящихся ниже и окружающих любой высокоскоростной слой, наиболее вероятно появляются в результате применения традиционных методик разведки, работающих с источником постоянной направленности и генерирующих сверхкритическую энергию и шум. Многочисленные попытки удалить сверхкритическую энергию и генерируемый шум с помощью обработки данных пока были безуспешными, и думается, что они являются невозможными. Настоящее изобретение может обеспечить дополнительное изображение отображающей границы исследуемого целевого участка ниже солевой породы, таким образом, улучшая качество данных для дальнейшей успешной разведки.
Во многих районах исследуемые участки находятся ниже региональных слоев с высокой сейсмической скоростью, таких как базальты или карбонаты, и источник с постоянной направленностью может быть адаптирован к этому региональному слою и, таким образом, может применяться. Другая ситуация будет возникать там, где зона с высокой сейсмической скоростью находится выше исследуемой целевой зоны и имеет ограниченную протяженность в горизонтальном направлении, как единичный объект или несколько объектов. При традиционной прямолинейной трехмерной сейсмической разведке большая часть непродуктивного времени тратится на развороты судна для перемещения на новую линию. Эта процедура является сложной из-за наличия стримеров, которые буксируются судном и находятся за ним.
Однако в районах, где слой с высокой сейсмической скоростью имеет ограниченное горизонтальное распространение, с помощью способа согласно изобретению сейсмические данные собираются постоянно и по всему региону с высокой сейсмической скоростью без необходимости сдвига линий (прохода судна). Предпочтительно существует множество последовательных линий, по которым проходит судно (или проложенных курсов) вокруг региона, и дополнительно на изменяющихся расстояниях от региона. Каждая линия прохода может иметь слегка отличающийся критический угол. Примером такого района служит бассейн Нордкап (Nordkapp).
Как правило, контур постоянного критического угла будет приблизительно следовать общей линии прерывания пласта. Для бассейна Нордкап (Nordkapp) применяется следующее: оптимальное направление сейсмической разведки определяется общей направленностью источника и критический угол будет тогда близок к направлению простирания всех пород, окружающих имеющие отношение к соли структуры. Чтобы гарантировать выборочное исследование плотных пород в направлении линии падения пластов, разделение стримера является предпочтительно маленьким. Так как общая вырезанная область будет иметь отличия в районе вокруг соляных пород, то количество линий прохода будет определяться там, где вырезанная область имеет наибольшую ширину. Это означает, что в самой узкой части вырезанной области, точки отражения будут накладываться одна на другую и автоматически вводить исследование сверхплотных пород в направлении линии падения пластов. Это описание является полезным, поскольку эти области, как правило, также имеют самую большую глубину и нуждаются в более плотном исследовании. Эти три позитивных эффекта (нет сдвига линий, оптимальное покрытие и переменное пространственное исследование) используются настоящим изобретением в отличие от традиционных методов разведки.
Посредством уменьшения сверхкритической энергии до минимума, вторичная энергия и шум, вызывающий увеличение теневой зоны ниже и вокруг диапировых соляных структур, будут также уменьшены до минимума. Это в свою очередь приведет к улучшению сейсмического изображения в тех зонах, в которых в настоящий момент существует маленькая надежда получить хорошую интерпретацию сейсмических данных с помощью стандартных способов разведки; следовательно, в этом случае можно достигнуть улучшения сейсмического исследования и хорошего планирования.
В случае нового открытия набор трехмерных данных, полученных с помощью этого способа, может рассматриваться как базовая разведка для будущего 4D сбора данных. В районах, имеющих солевой тип пород в бассейне Нордкап (Nordkapp), качество сейсмических данных в настоящий момент слишком низкое, чтобы можно было планировать промышленное использование. Улучшенные сейсмические данные, появление которых ожидается в результате применения настоящего изобретения, могут открыть путь для оптимального позиционирования будущих производственных буровых скважин.
Изобретение может быть переведено в практическое русло различными путями, и вариант осуществления изобретения проиллюстрирован на прилагаемом чертеже, который схематически показывает солевое образование на виде сверху.
Чертеж показывает солевое образование 11, находящееся ниже уровня морского дна. Солевое образование 11, которое обозначено как зона 5, окружено четырьмя отдаленными от центра зонами, т.е. зонами 4, 3, 2 и 1 соответственно, двигаясь, главным образом, радиально наружу от зоны 5. Каждая зона определяется измерением постоянного критического угла +/-3°С. Чем больше зоны отдаляются от солевого образования, тем больше будет их постоянный критический угол.
Когда производится разведка, внутри зоны прокладывается курс для судна 13 сейсмической разведки. Часть такого курса показана как линия 12 в зоне 3 на чертеже. Второй подобный маршрут обозначен (частично) линией 14, которая расположена ближе к солевому образованию 11 и которая поэтому проходит через точки с меньшим критическим углом, чем угол для линии 12. Дальнейшие подобные маршруты прокладывается в других зонах. Для каждой зоны направленность источника будет постоянной и настроенной по отношению к критическому углу, а также будет ступенчато уменьшаться от зоны к зоне по направлению к солевому образованию 11. Каждая зона определена с использованием карты критического угла, которая сделана на основе анализа скорости рефракции существующих двухмерных сейсмических данных, при этом прокладка производимых маршрутов может программироваться в навигационной системе судна.
На практике судно 13 буксирует сейсмический источник 16 и несколько приемных стримеров 15. В определенных позициях вдоль маршрута сейсмический источник будет включаться, и сейсмический ответный сигнал будет отслеживаться приемными устройствами. Такая процедура повторяется постоянно на протяжении маршрута вокруг соляного образования и затем снова, с небольшим поперечным сдвигом, вдоль нового маршрута. Для всех маршрутов внутри данной зоны применяется данная и постоянная направленность источника.