Способ скважинной сейсмической разведки
METHOD FOR BOREHOLE SEISMIC EXPLORATION

Изобретение относится к области скважинной сейсморазведки и может быть применено для поиска локальных вертикальных и субвертикальных зон нарушения сплошности массива.
Известен способ сейсмической разведки, при котором источники размещают в наблюдательной скважине, а приемники на поверхности, с другой стороны от резких преломляющих границ в осадочной толще, причем регистрируют волны в первых и последующих вступлениях [Шехтман Г.А., и др. SU 363951 A1 G01V 1/40, опубл. 25.12.1972 г.].
Недостатком способа является невозможность обнаружения вертикальных границ, кроме того, способ не предполагает получения информации, которую несут преломленные волны.
Известен также способ скважинной сейсморазведки, при котором колебания возбуждают в скважине, прием ведут группой приемников наземного профиля, проходящего через устье скважины в широком диапазоне углов выхода сейсмических лучей, определяют величину скорости прямой волны в зависимости от угла луча и строят кривую анизотропного распределения скоростей [Васильев Ю.А. и др. SU 1778726 A1 G01V 1/40, опубл. 18.09.90 г.].
Недостатком данного способа является невозможность разделения влияния анизотропии в глубинных слоях и неоднородностей в вышележащей толще, а также криволинейность сейсмических лучей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является способ сейсморазведки, при котором на поверхности размещают ряд источников, удаленных от приемной расстановки на расстояния, при которых возникают преломленные волны от целевой границы, приемники располагают в скважине пробуренной таким образом, чтобы угол ее наклона образовывал перпендикуляр с направлением распространения преломленной волны. Построение временного разреза осуществляют с учетом пересчета наблюденного волнового поля на дневную поверхность [Васильев Ю.А. RU 2009527 C1 G01V 1/00, опубл. 15.03.94 г.].
Недостатком способа - прототипа является необходимость бурения специальных наклонных скважин, улучшающих качество регистрации целевых преломленных волн, но существенно усложняющих обработку сопутствующей информации: прямых и отраженных волн.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа и расширение функциональных возможностей процесса, а именно поиск вертикальных и субвертикальных сейсмоакустических границ, природного или техногенного характера, таких как: тектонические разломы, трещины, трещиноватые зоны, зоны ослабленных физико-механических свойств
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких способ скважинной сейсмической разведки, включающий возбуждение упругих колебаний в скважине и прием на поверхности сейсмоприемниками, расположенными по профилю, проходящему через устье скважины, суммирование сейсмозаписей после введения временных поправок, и отличительных существенных признаков, таких как в качестве полезного сигнала принимают преломленные волны, образующиеся на кровле высокоскоростного пласта, вводят временные поправки за положение пункта возбуждения, суммируют сейсмозаписи от пунктов возбуждения, расположенных в скважине от кровли преломляющего пласта до поверхности, получают суммарную сейсмограмму, содержащую усиленную преломленную и подавленные прямую и отраженную волны, на которой выделяют годографы и определяют значения кажущихся скоростей преломленной волны и преломлено-отраженных волн, по положению годографов и значений кажущихся скоростей определяют положение акустических границ и угол их наклона, а также глубину распространения субвертикальной акустической границы в пределах интервала от поверхности до преломляющей границы, которая определяется с учетом найденной длины горизонтальной проекции преломлено-отраженной волны.
Согласно п. 2 формулы изобретения вычисление временных поправок для выполнения суммирования осуществляют на основании многократного прослеживания по нескольким сейсмограммам общего пункта приема на поверхности и усреднения относительных времен прихода преломленной волны.
Согласно п. 3 формулы изобретения временные поправки для выполнения суммирования определяют при межскважинном просвечивании с приемной скважиной, расположенной в створе наземного профиля приема, по годографу преломленной волны на сейсмограмме общего пункта приема в скважине.
Согласно п. 4 формулы изобретения пункты возбуждения располагают по всему интервалу скважины от кровли преломляющего пласта до поверхности с равным шагом, не превышающим половины преобладающей длины волны.
Изобретение иллюстрируется нижеприведенными схемами: (далее по тексту описания)
Фиг. 1. Схема образования преломленных и преломлено-отраженных волн.
Фиг. 2. Схема определения временных поправок за положение пункта возбуждения.
Фиг. 3. Схема к определению угла наклона субвертикальной акустической границы.
Фиг. 4. Годографы преломленной и преломлено-отраженной волн.
Фиг. 5. а) Сейсмограмма общего пункта приема на поверхности (источники в скважине) б) сейсмограмма общего пункта возбуждения в скважине.
Фиг. 6. Снятие первых вступлений преломленной волны по высокочастотной сейсмограмме общего пункта приема в межскважинном просвечивании.
Фиг. 7. Сейсмограммы содержащие головную волну после введения поправки за положение ПВ для подготовки к суммированию.
Фиг. 8. Суммированная сейсмограмма с вступлениями преломленных волн, и преломлено-отраженных волн.
Где позициями указано:
1 - Скважина возбуждения
2 - Сейсмоприемники на поверхности
3 - Преломленная волна
4 - Кровля высокоскоростного пласта
5 - Субвертикальная граница
6 - Преломлено-отраженная волна
7 - Общий пункт приема на поверхности
8 - Приемная скважина
9 - Общий пункт приема в скважине
10 - Пункты возбуждения
11 - Годограф преломленной волны
12 - Годограф преломлено-отраженной волны
13 - Прямая волна;
14 - Волна, отраженная от кровли солей,
15 - Преломленная волна,
16, 17 - Преломлено-отраженная волна.
И конкретным примером способа, который осуществляется следующим образом.
В скважине 1 осуществляют серию возбуждений, прием ведут на поверхности сейсмоприемниками 2, расположенными по профилю, проходящему через устье скважины 1.
На поверхности регистрируется волновое поле, содержащее преломленные волны 3, возникающие на кровле высокоскоростного пласта 4. При наличии в перекрывающих отложениях вертикальных или субвертикальных акустических границ 5 образуются преломлено-отраженные волны, регистрируемые на поверхности.
Используя свойство постоянства волнового поля преломленной волны 3 в окрестностях скважины 1, введя временную поправку за положение пункта возбуждения, полученную на основании многократного прослеживания вступления преломленной волны и усреднения относительных времен прихода по нескольким сейсмограммам суммируются трассы в пределах одной сейсмограммы полученной для общего пункта приема на поверхности 7, что позволит усилить преломленную волну и получить суммарную сейсмотрассу с высоким соотношением сигнал/шум.
Временные поправки за положение пунктов возбуждения также могут быть сняты с сейсмограмм общего пункта приема 8 в скважине 9, расположенной в створе наземного профиля приема.
Для уверенной корреляции головной волны на сейсмограммах общего пункта приема 7 или 8 шаг между пунктами возбуждения 10 не должен превышать половины длины волны.
Введение временных поправок за положение пункта возбуждения позволяет привести сейсмограммы общего пункта приема к виду, когда вступления преломленной волны 3 располагаются на одном времени, что позволяет выполнить суммирование в пределах этих сейсмограмм и получить суперсейсмограмму общего пункта возбуждения, с усиленной преломленной волной 3, зарегистрированной на поверхности.
k
k.
о
0
SP
R
SP
R
На суперсейсмограмме прослеживается годограф преломленной волны 3, характеризующийся кажущейся скоростью V и преломлено-отраженной волны 6, характеризующийся кажущейся скоростью V' Начало годографа преломленной волны Х (радиус мертвой зоны) будет определяться углом i наклона лучей преломленной волны, Х=tg(i) (H+2h), где H - глубина пункта возбуждения, a h - вертикальное расстояние от пункта возбуждения до преломляющей границы.
Угол наклона субвертикальной акустической границы 5 определяется из соотношения кажущихся скоростей преломленной 3 и преломлено-отраженной волны 6.
По закону Бендорфа кажущаяся скорость преломленной волны на поверхности равна
1
где V - скорость в среде. При отражении преломленной волны от границы с наклоном α (α>0 при падении субвертикальной акустической границы 5 от скважины возбуждения 1) угол выхода преломлено-отраженной волны 6 будет равен 90 - (i+2α), а кажущаяся скорость равна
Исключая скорость среды получим соотношение
Откуда угол наклона субвертикальной акустической границы 5
эф
эф
b
b
Угол i при этом надо брать для эффективной скорости V в интервале прослеживаемости субвертикальной акустической границы 5: i=arcsin(V/V), где V - скорость в высокоскоростном пласте 4.
Глубина распространения субвертикальной акустической границы 5 может быть получена через горизонтальную длину годографа преломлено-отраженной волны:
Для пластовой модели среды
Таким образом, заявленный способ скважинной сейморазведки обеспечивает возможность поиска и локализации вертикальных и субвертикальных зон с аномальным значением акустических свойств (трещин или разломов) относительно вмещающего массива. По полученному сейсмическому изображению можно определять положение субвертикальной акустической границы, угол ее наклона и глубину распространения.
Пример практического применения предложенного способа.
При выполнении скважинных сейсморазведочных работ способом вертикального сейсмического профилирования (ВСП) на Верхнекамском месторождении калийных солей регистрируются преломленные (головные) волны, образующиеся на жесткой акустической границе, отделяющей соляную толщу, представленную галититом, от терригенных пород, преимущественно сложенных мергелями.
Система наблюдений представляет собой обращенное вертикальное сейсмопрофилирование, с источником, расположенным в скважине и приемниками на поверхности. Скважина водонаполненная, в качестве источника применяется электроискровой излучатель, мощностью 2500 Дж. На одной точке выполняется 4 накопления. Шаг между пунктами возбуждения (ПВ) в скважине 1 м, между пунктами приема (ПП) на поверхности - 8 м, максимальное удаление - 256 м.
На сейсмограммах общего пункт приема (ОПП), помимо первых вступлений прямой продольной волны регистрируются головные волны по интенсивности сравнимые с первыми вступлениями (фиг. 5).
Используя свойство постоянства волнового поля преломленной волны в окрестностях скважины, введя поправку за положение пункта взрыва можно просуммировать трассы в пределах одной сейсмограммы ОПП, что позволит усилить сигнал и получить суммарную сейсмотрассу с высоким соотношением сигнал/шум. Выполняя данную операцию для всех сейсмограмм ОПП получим сейсмограмму ОПВ по всему профилю приема.
Получение временных поправок можно осуществить двумя способами.
1-й способ: снять напрямую с сейсмограмм ОПП (фиг. 5а). Для улучшения надежности выделенных вступлений, можно выполнить многократное прослеживание по нескольким сейсмограммам и усреднение относительных времен прихода головной волны.
2-й способ: для ввода статических поправок можно воспользоваться временами первых вступлений преломленной волны, зарегистрированной при межскважинном просвечивании. Устье приемной скважины расположено на одной линии с наземной расстановкой датчиков. Регистрируемый сигнал при этих наблюдениях более высокочастотный и свободный от помех, соответственно первые вступления выделяются гораздо точнее, чем при наземной регистрации преломленной волны (фиг. 6).
Сейсмограммы ОПП после ввода статической поправки приведены на фиг. 7. При суммировании сигнал головной волны усиливается, а прямая волна подавляется.
В результате суммирования строится сейсмограмма, содержащая годограф преломленной волны, зарегистрированной на поверхности, (фиг. 8, волна 15). Помимо головной волны, на сейсмограмме также присутствуют прямая (13) и отраженная (14) волны, не полностью подавленные в результате суммирования.
Годограф первых вступлений преломленной волны начинается с удаления Х=104 м. На пикетах 152-160 и 208-224 наблюдаются резкие понижения скоростей.
Поскольку преломляющая граница близка к плоскости, то лучи головной волны сканируют вышележащий массив, распространяясь параллельно друг другу. При наличии вертикальных границ, будут образовываться отражения, которые имеют наклон годографа, близкий к противоположенному от прямой волны (фиг. 8.). Так, от точек на поверхности, указанных выше, характеризующихся понижением кажущейся скорости, берут начало годографы преломлено-отраженной волны (годографы 16, 17 на фиг. 8).
Скорость в терригенной толще составляет порядка 2000 м/с, в кровле солей - 4400 м/с, следовательно, критический угол i равен 27°. Кажущаяся скорость преломленной волны 15 на участке пикетов 100-160 составляет 4400 м/с. Кажущаяся скорость преломлено-отраженной волны противоположна по знаку, а по модулю составляет 3100 м/с. По формуле (4) угол отклонения от вертикали акустической границы соответствующей годографу 16, равен 6.5°. Глубина видимой части нарушения по формуле (6) составляет 104 м.
Кажущаяся скорость преломленной волны 15 на участке пикетов 160-210 составляет 3170 м/с Кажущаяся скорость преломлено-отраженной волны 17 по модулю составляет 1520 м/с. Угол отклонения от вертикали акустической границы соответствующей годографу 17, составляет 22°. Вертикальная глубина видимой части нарушения по формуле (6) составляет 31 м. Таким образом, по полученному сейсмическому изображению с помощью преломленных и преломлено-отраженных волн определены положение субвертикальных акустических границ, углы наклона и глубины распространения.
Данное описание и чертежи рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.