ОБЪЕМНЫЕ ПЛАСТИНЧАТЫЕ МОДЕЛИ СИСТЕМ МИКРОВКЛЮЧЕНИЙ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ, КОМБИНИРОВАННАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛЕЙ
THREE-DIMENSIONAL PLATE-LIKE MODELS OF MICROINCLUSION SYSTEMS FOR ULTRASONIC MODELING, COMPOSITE MODEL FOR ULTRASONIC MODELING AND METHODS OF MAKING MODELS

Предлагаемая группа изобретений относится к области ультразвукового сейсмического физического моделирования для решения прямых и обратных задач сейсморазведки и направлена на создание объемных трещинных и порово-трещинных физических моделей.
В сейсморазведке наиболее первостепенным и сложным объектом поисков нефтяных месторождений являются трещинные и пористые коллекторы, определяющие запасы углеводородов. При этом основными источниками информации, с которыми может быть связан прогноз о положении и направлении развития трещиноватости и пористости среды с диагностикой флюидонасыщения пород коллекторов, является совокупность кинематических и динамических признаков зондирующих сигналов, включая сведения о распределении отношения скоростей, поляризации и декременте затухания продольных и поперечных волн. Не отрицая положительной роли сейсмических методов в решении проблемы поиска коллекторов, следует отметить, что нередко интерпретация данных сейсморазведки приводила к получению неоднозначных результатов. Поэтому создание объемных трещинных и порово-трещинных физических моделей и установление на их основе признаков обнаружения и диагностики типа и состава коллекторов методами сейсморазведки с тестированием на моделях применяемых на практике технологий представляет особый интерес при решении нефтепоисковых задач.
3
Известны объемные физические модели (Гик Л.Д. Физическое моделирование распространения сейсмических волн в пористых и трещиноватых средах. // Геология и геофизика, 1997. т.38, №4, с.804-815), имитирующие пористость коллекторов. Общим для известных моделей является создание пор путем распределения в эпоксидной смоле акустически контрастных материалов, как, например, пенопластовой крошки размером 4-мм, резиновых включений, легкоплавких кристаллов гипосульфита и пр. Недостатком этих моделей является возможность имитации гидравтически связанной пористости.
Наиболее близкой к предлагаемым является объемная пластинчатая физическая модель (Гик Л.Д., Брылкин Ю.А., Орлов Ю.Л., Бобров Б.Л. Изучение на физических моделях влияния трещиноватости горных пород на сейсмическое волновое поле. // Геология и геофизика, 1994, т.35, №5, с.150-160), имитирующая горные породы с направленной трещиноватостью. Модель представляет собой находящийся в состоянии сжатия пакет плексигласовых пластин, толщиной, много меньшей длины волны зондирующего сигнала (1 мм). Пустотные прослои, имитирующие трещины между пластинами, образуются при изготовлении модели путем сжатия пакета пластин при определенных режимах и обусловлены плавным изменением толщины пластин в результате технологических факторов изготовления пластинчатого материала. В зависимости от степени сжатия пластин изменяются величина и раскрытость имитируемых трещин. Исследованиями, проведенными как с сухими, так и с флюидонасыщенными трещинами при различных режимах сжатия от 0,5 до 4,0 МПа, показано, что пластинчатая модель обладает свойством трансверсально-изотропной среды со случайно распределенными трещинами. На основе экспериментальных данных исследованы волновые эффекты, формируемые вертикальной трещиноватостью, и установлены признаки ее диагностики. Отмечая достоинства предложенного способа моделирования, основанного на использовании пластинчатой модели, и полученные при этом положительные результаты исследований трещиноватых систем, следует отметить недостатки предложенной конструкции пластинчатой модели, которые заключаются в том, что геометрические параметры трещин остаются неконтролируемыми и отсутствует гидравлическая связь между трещинами. Кроме того, эта модель недостаточно адекватна реальному целевому порово-трещинному объекту изучения. Это ограничивает возможности моделирования при изучении эффекта проницаемости среды.
Ставится задача разработки объемных физических моделей с заданными варьируемыми параметрами трещиноватости и пористости имитируемых порово-трещинных систем, в том числе гидравлически связанных, и составных моделей, более соответствующих реальным геологическим объектам, а также способов изготовления моделей.
Для решения поставленной задачи разработано четыре вида объемных пластинчатых моделей систем микровключений для ультразвукового моделирования, каждая из которых представляет собой находящийся в состоянии сжатия газо- или флюидонасыщенный пакет сверхтонких сплошных упругих пластин одинакового размера, толщина которых по крайней мере на порядок меньше длины волны зондирующею сигнала. Модели могут быть использованы самостоятельно или в различных сочетаниях включены в состав комбинированной (составной) модели. Разработаны также способы изготовления моделей.
В первой модели между пластинами помещены прослои из акустически прозрачного материала. В прослоях сделаны вырезы с заданной геометрией, имитирующей ориентированную вдоль пластин закрытую микротрещиноватость. Толщина прослоев определяется заданной раскрытостью имитируемых трещин горных пород.
Во второй модели в пластинах высверлены микроотверстия, расположенные в произвольном порядке, но различно в разных пластинах. Поверхности пластин отшлифованы. При достаточной степени сжатия пакета пластин отверстия имитируют изолированную пористость горных пород.
В третьей модели в пластинах также высверлены микроотверстия, расположенные в произвольном порядке, но различно в разных пластинах. На поверхности пластин сохранены образующиеся в результате сверления вокруг каждой поры наплывы, так что между соседними пластинами остается зазор, имитирующий протяженные трещины с шероховатыми стенками. Отверстия в пластинах и зазоры между ними имитируют открытую (гидравлически связанную) систему пор и трещин в горных породах. Путем сошлифовывания наплывов возможно изменение величины зазора между пластинами.
В четвертой модели между пластинами помещены прослои из акустически прозрачного материала, в которых сделаны вырезы, имитирующие микротрещиноватость. Толщина прослоев определяется степенью раскрытости трещин, имитируемых вырезами. В пластинах высверлены микроотверстия, расположенные в произвольном порядке, но различно в разных пластинах. Поверхность пластин отшлифована, так что система отверстий и вырезов имитирует открытую (гидравлически связанную) систему пор и микротрещин в горных породах.
Предложенные модели с заданными параметрами и в различных сочетаниях и положениях могут быть включены в состав комбинированной модели. Пространство между моделями заполнено блоками материала с однородными упругими параметрами. Параметры и положение моделей в составе комбинированной модели имитируют различные типы и параметры микротрещиноватости и пористости горных пород. Типы и параметры микротрещиноватости, имитируемые выбранными конкретными моделями, и пористости и заполнение пространства между моделями определяются условиями подобия строению коллекторов углеводородов в реальных средах.
Способы изготовления объемных моделей систем микровключений для ультразвукового моделирования включают сборку пакета сверхтонких сплошных упругих пластин одинакового размера, толщина которых по крайней мере на порядок меньше длины волны зондирующего сигнала, сжатие этого пакета в направлении, перпендикулярном плоскости пластин, и заполнение его газом или флюидом.
При изготовлении первой модели между пластинами помещают прослои из акустически прозрачного материала с вырезами, имитирующими ориентированную вдоль пластин закрытую микротрещиноватость, и толщиной, определяемой раскрытостью имитируемых трещин горных пород.
При изготовлении второй модели в пластинах высверливают микроотверстия, расположенные произвольно, но различно в разных пластинах, так что отверстия имитируют изолированную пористость горных пород. Поверхность пластин шлифуют до полного снятия наплывов, образовавшихся в процессе сверления.
При изготовлении третьей модели в пластинах высверливают микроотверстия, расположенные произвольно, но различно в разных пластинах. На поверхности пластин сохраняют образующиеся в результате сверления вокруг каждой поры наплывы, так что между соседними пластинами остается зазор, имитирующий протяженные трещины с шероховатыми стенками. Отверстия в пластинах и зазоры между ними имитируют открытую (гидравлически связанную) систему пор и трещин в горных породах, причем высоту наплывов уменьшают путем шлифования до уровня заданной трещинной пористости.
При изготовлении четвертой модели в пластинах высверливают микроотверстия, расположенные произвольно, но различно в разных пластинах. Поверхность пластин шлифуют до полного снятия наплывов, образовавшихся в процессе сверления. Между пластинами помещают прослои из акустически прозрачного материала с вырезами, имитирующими ориентированную вдоль пластин микротрещиноватость, и толщиной, определяемой раскрытостью имитируемых трещин горных пород. Система отверстий и вырезов имитирует открытую (гидравлически связанную) систему пор и микротрещин в горных породах.
При изготовлении комбинированной модели входящие в нее объемные модели систем микровключений и заполнение пустотного пространства выбирают из условий подобия строению коллекторов углеводородов в реальных средах. Пакеты пластин объемных моделей сжимают в направлении, перпендикулярном плоскости пластин, через блоки материала с однородными упругими параметрами, которые контактируют с поверхностями крайних пластин. Размеры контактирующих поверхностен блоков должны быть равны размерам пластин. К образовавшимся в результате составным блокам, находящимся в сжатом состоянии, приклеивают плоские блоки из материала с однородными упругими параметрами. Вновь приклеиваемые блоки контактируют с поверхностями составных блоков, на которые выходят ребра пластин. Из полученных фрагментов составляют слой комбинированной модели. Комбинированная модель может состоять из нескольких слоев. Параметры моделей и их положение в комбинированной модели определяются положением конкретного имитируемого коллектора в реальной среде.
На фиг.1 представлена первая объемная пластинчатая модель, имитирующая вертикальную трещиноватость, и схематическое изображение конической системы наблюдений при просвечивании трещиноватых и порово-трещинных блоков:
(а) - пакет тонких пластин в сборе со схематическим изображением конической системы наблюдений, при которой пункты приема акустических сигналов (ПП) расположены на поверхности блока в основании конуса (круговой профиль), а источник возбуждения (ПВ) совмещен с его вершиной;
(б) - схематическое изображение фрагмента сборки пакета тонких (0,8 мм) пластин (П) и прослоев фольги (0,02 мм) (Ф) с вырезами, имитирующими трещины.
Стрелками с индексом Р указано направление одноосного сжатия пластин.
На фиг.2 приведено сопоставление записей продольной волны в системе Fz-Uz на круговом профиле с угловым интервалом 5° при просвечивании трещиноватых блоков с сухими (а) и флюндонасыщенными (б) дисковыми трещинами. Блоки 1 и 2 различаются плотностью вырезов, имитирующих трещиноватость.
На фиг.3 представлена запись продольной и поперечной волн в системе Fz-Uz, полученная на дуге кругового профиля с угловым интервалом 5° при просвечивании двух контактирующих блоков, отличающихся формой вырезов, имитирующих трещины при одинаковой плотности трещиноватости. Блок 1 с дисковыми трещинами ⌀=4 мм, опок 2 с прямоугольными трещинами.
На фиг.4 дано схематическое изображение второй объемной пластинчатой модели, имитирующей пористый объект (а). На рисунке приведено укрупненное изображение цилиндрического отверстия (б) в пластине, имитирующего пору, а множество черных точек блока условно изображают разрез пористой среды.
На фиг.5 - схематическое изображение третьей объемной пластинчатой модели, имитирующей гидравлически связанный порово-трещинный объект (а), и укрупненное изображение фрагмента боковой поверхности с наплывами (б), образовавшимися в результате высверливания отверстий в пластинах. Контакты между пластинами имитируют гидравлически связанную трещиноватость.
Приведено фото (в) с увеличением в 10 раз фрагмента пластины после лазерного высверливания отверстий (⌀=0,2 мм) Наблюдаемые на рисунке наплывы вокруг отверстий высотой 0,04 мм после сбора пакета пластин и их сжатия имитируют шероховатую трещиноватость.
На фиг.6 приведена запись продольной волны, полученная на дуге кругового профиля с угловым интервалом 5° при просвечивании двух контактирующих блоков - слева трещинного (блок 1) с дисковыми трещинами (первая модель) и справа порово-трещинного (блок 2) с гидравлически связанными трещинами и порами (третья модель).
На фиг.7 - записи SH- и SV-волн, полученные на линейном профиле с интервалом 5 мм при пересечении двух контактирующих блоков (трещинного и порово-трещинного) в направлении оси симметрии трещиноватости: слева запись при просвечивании трещинного блока 1, справа - порово-трещинного блока 2.
На фиг.8 - схематическое изображение четвертой объемной пластинчатой модели, имитирующей гидравлически связанный порово-трещинный объект (а) и укрупненное изображение схемы сборки (б) фрагмента пакета пластин после шлифовки с отверстиями, имитирующими поры, и прослоев фольги с вырезами, имитирующими плоские трещины.
На фиг.9 - запись волнового поля в системе Fz-Uz, полученная на дуге кругового профиля с угловым интервалом 5° при просвечивании двух контактирующих блоков -слева однородного и справа порово-трещинного (четвертая модель) блоков.
На фиг.10 - схематическое изображение комбинированной модели с включением фрагментарных моделей порово-трещинных блоков и положение профилей ОГТ. Блок 1 - третья модель, блок 2 - четвертая модель:
(а) - вид сверху, (б) - разрез вдоль профиля наблюдения.
На фиг.11 приведены временные разрезы ОГТ, полученные на комбинированной модели, изображенной на фиг.10, при пересечении профилем порово-трещинных блоков, соответствующих третьей (блок 1, справа) и четвертой (блок 2, слева):
(а) - Fz-Uz - компонента, (б) - Fx-Ux - компонента, (в) - Fy-Uy - компонента.
Приведем конкретные примеры моделей и полученные на них результаты наблюдений волнового поля.
Первая модель (фиг.1) собрана из тонких пластин плексигласа, толщиной, существенно меньшей длины волны зондирующего сигнала (λ=40 мм), в промежутке между которыми помещены тонкие прослои акустически прозрачной фольги. Пакет пластин размером 120×160×60 мм находится в сжатом состоянии в направлении, перпендикулярном плоскости пластин. При величине сжимающего давления свыше 5,0 МПа акустические характеристики пакета пластин практически не отличаются от характеристик монолитного блока плексигласа. Вырезы в фольге в условиях сжатия пластин имитируют трещины заданной формы (круги, прямоугольники) с раскрытием, определяемым толщиной фольги. В полном соответствии с теоретическим положением о модели трансверсально-изотропной среды на записях «круговых» сейсмограмм при просвечивании блоков (фиг.2) четко проявилась угловая зависимость кинематических и динамических характеристик волнового поля по отношению к оси симметрии трещиноватости. Первая модель имитирует чисто трещинные среды с закрытой (трещинной) пористостью, т.е. трещины являются изолированными и представляют собой гидравлически не связанную среду. Модель предназначена для проведения исследований волновых эффектов, формируемых разной геометрией и размерами трещин при диагностике трещиноватости среды. Экспериментальными исследованиями на первой модели, раскрытость трещин которой определяется толщиной фольги, а размеры трещин существенно меньше сечения первой зоны Френеля, установлено значительное влияние на динамические характеристики волнового поля размера, формы (дисковые и прямоугольные) трещин (фиг.3) и микроструктуры трещиноватости.
Вторая модель (фиг.4) собрана из пластин плексигласа, в каждой из которых просверлены цилиндрические отверстия, имитирующие поры. После высверливания в пластинах плексигласа отверстий и последующей шлифовки пластин, собранных в пакет при одноосном сжатии (свыше 5 МПа), пластинчатая модель имитирует изометрично-пористую среду с заданным сечением пор и заданной плотностью их расположения. Геометрия расположения пор может быть произвольной. Поры могут иметь различное газо- и флюидное заполнение. Гидравлическая связь между порами может быть только частичной между отдельными пластинами. Модель может быть использована при изучении зависимости волновых эффектов в пористых средах от размеров пор, пористости объекта, флюидонасыщения пор.
Третья модель (фиг.5) собрана из пластин, в каждой из которых с помощью лазерной технологии «высверливается» множество отверстий, имитирующих изометричные поры. При лазерном «сверлении» вокруг каждой «поры» на каждой поверхности пластин образуются наплывы, так что при сборке пластин в пачке между пластинами остается промежуток, определяемый высотой наплыва. Этот промежуток имитирует шероховатую «трещину» с раскрытием, близким к высоте наплыва. Такой подход применяется для имитации порово-трещинных сред. В этом случае имитируется открытая пористость: отдельные изометричные поры оказываются гидравлически связанными друг с другом через посредство трещин, а трещины, т.е. шероховатые поверхности отдельных пластин, оказываются гидравлически связанными друг с другом через посредство пор. Важно, что при заданных параметрах изометричной пористости можно изменять как величину трещинной пористости, так и период шероховатости путем варьирования класса шлифовки поверхностей пластин и густоты пор. Среда оказывается дренированной, что позволяет менять характер насыщения от одного цикла экспериментов к другому и тем самым имитировать сейсмический мониторинг эксплуатируемого месторождения (так называемая «4D сейсморазведка»).
тр
п
На фиг.6 сопоставлены волновые поля, зарегистрированные после прохождения расположенных рядом двух блоков. Первый блок - это пример первой модели вертикальной трещиноватости, составленной из дискообразных одинакового размера (⌀=8 мм), ориентированных вертикально трещин, при этом К=4,5%. С учетом величины раскрытия трещин (до 10 микрон) трещинная пористость не превышала 3%. Второй блок - пачка пластин, в каждой из которых высверлены цилиндрические «поры» сечением 0,8 мм (третья модель). Расчетный коэффициент пористости второго блока К=11%.
На приведенной записи, полученной на дуговом профиле, проходящем через два описанных блока, наблюдаемые различия полей весьма существенны. Так, при просвечивании второго (пористого) блока Р-волна характеризуется низкочастотной записью и значительными изменениями времени прихода и амплитуды с изменением угла между направлениями луча и «трещин». Следовательно, ненулевая изометричная пористость и протяженные «шероховатые» трещины больше сказываются на характеристиках поля, нежели изолированные монетообразные трещины - при близких значениях трещинной пористости. Анализ полученных записей позволяет придти к выводу, что второй блок соответствует модели третьего типа и адекватен порово-трещинной модели с гидравлически связанными трещинами и порами, при этом ненулевая изометричная пористость и протяженные «шероховатые» трещины больше сказываются на характеристиках поля, нежели изолированные монетообразные трещины - при близких значениях трещинной пористости. Основной вклад в волновое поле вносит шероховатость контактов пластин, параметры которой зависят от совокупности факторов и могут быть оценены статистически. Возможность аппроксимации второго блока трансверсально-изотропной моделью подтверждена отчетливым эффектом «расщепления» поля поперечных волн, наблюдаемых на линейных профилях, пересекших оба блока (фиг.7).
Четвертая модель (фиг.8) собрана из тонких пластин плексигласа после лазерного «высверливания» отверстий, имитирующих поры, и последующей шлифовки наплывов. В промежутках между пластинами помещены тонкие прослои акустически прозрачной фольги с вырезами, которые в условиях сжатия пластин имитируют трещины заданной формы (круги, прямоугольники). Таким образом, имеет место совмещение вышеописанных первой и второй моделей, в отличие от которых эта модель имитирует порово-трещинную среду с взаимно параллельными плоскими трещинами, гидравлически связанными с изометричной пористостью. Путем изменения толщины прослоев и вырезов в фольге можно варьировать параметры трещиноватости, так и величину «трещинной» пористости при различных значениях коэффициента изометричной пористости. С учетом того, что моделирование можно проводить при различных видах наполнителя пор и трещин, предложенная модель дает возможность имитации широкого набора реальных порово-трещинных объектов.
п
т
п
На фиг.9 приведена запись волнового поля, зарегистрированного на дуге кругового профиля при пересечении однородного блока (блок 1, слева) и блока четвертой модели (блок 2, справа). Блок 2 представляет собой пакет тонких пластин, в которых высверлены цилиндрические «поры» сечением 0,8 мм. Расчетный коэффициент изометричной пористости модели менее К=2%. Между пластинами помещена фольга толщиной 0,02 мм с вырезами, имитирующими трещины, при значениях коэффициента трещиноватости К=30% и трещинной пористости К=1,2% Наблюдения проведены в сопоставлении с записью контактирующего с этой моделью однородного блока (капролон). Угловое возрастание времени регистрации Р-волны при существенном ослаблении амплитуды в порово-трещинном блоке относительно однородного блока характеризует его как анизотропный (конкретно, трансверсально-изотропный) объект с повышенными поглощающими свойствами. Коэффициент анизотропии скорости Р-волны составляет 6%, а угловые значения декремента поглощения достигают η=05. Наблюдаемые амплитудные характеристики волнового поля указывают на наличие не только эффекта поглощения, непосредственно связанного с изометричной и трещинной пористостью, но и эффекта рассеяния, который обусловлен наличием между пластинами вырезов в фольге, имитирующих трещины. Анализ полученных записей с учетом заданных параметров изометричной и трещинной пористости позволяет придти к выводу, что основной вклад в волновое поле связан с эффектом рассеяния волнового ноля на трещинах. Об этом свидетельствует малый суммарный коэффициент пористости модели при высоком значении коэффициента трещиноватости. Важно отметить, что это подтверждается относительно незначительными угловыми изменениями времени распространения Р-волны при существенном уменьшении амплитуды проходящей волны в направлении оси симметрии трещиноватости.
Комбинированная модель может включать серию трещинных и порово-трещинных моделей с разнообразными заданными параметрами трещиноватости и пористости при различных режимах насыщения и достаточно высоких значениях одноосного сжатия. Комбинированная модель собирается из серии однородных по упругим характеристикам блоков, собранных в один или в несколько слоев. Параметры целевых моделей, включенных в слои, и их положение в комбинированной модели определяется заданным положением конкретного коллектора в реальной среде. Общую мощность и параметры слоев комбинированной модели можно варьировать. Размеры комбинированной модели с учетом коэффициента подобия должны быть достаточными для реализации современных сейсмических технологий 3D наблюдений.
p
s
p
s
Приведем пример комбинированной модели (фиг.10) и результаты наблюдений (фиг.11) на профиле методом общей глубинной точки при пересечении двух порово-трещинных объектов. Размеры модели - 900×600×300 мм (уменьшенная площадь горизонтального сечения по сравнению с запланированной базовой моделью). Нижний слой (ΔH=90 мм) - капролон (V=2,5 км/c,V=1,1 км/с), а промежуточный и покрывающий слои из плексигласа (V=2,6 км/с, V=1,25 км/с).
п
т
п
Пластинчатые модели в виде прямоугольных включений размером 125×125×60 мм включены в составе слоя комбинированной модели, различаются по структуре трещиноватости, а также по упругим и поглощающим характеристикам. Первый блок (справа) - порово-трещинная модель третьего типа с шероховатой трещиноватостью (блок 1) - характеризуется коэффициентом пористости К=6%, при диаметре пор ⌀=0,8 мм Второй блок (слева) - порово-трещинный (четвертая модель) - вертикальная трещиноватость (К=4,5%), представленная монетообразными трещинами диаметром ⌀=8 мм и изометричной пористостью К=2%, при диаметре пор ⌀=0,2 мм. Оба блока моделей насыщены масляным порозаполнителем. Различия по значению скорости Р- и S-волн между порово-трещинной моделью (блок 1) и вмещающей средой составляют 10-12%, в то время как для порово-трещинного блока (блок 2) эти различия не превышают 3-4%. Подобным же образом модели различаются и по значению декременга поглощения Р-волны: повышенным значением декремента поглощения характеризуется порово-трещинный блок 2. В целом оба блока в составе комбинированной модели можно отнести к числу слабоконтрастных сейсмических объектов, ниже которых на удалении 2,5 λ расположена контрастная граница - «свободная» поверхность. Задача эксперимента - наблюдениями на поверхности модели исследовать волновые поля, формируемые при отражении (рассеянии) как непосредственно от блоков, так и при их просвечивании волной, отраженной от нижней границы, и оценить, насколько наблюдаемые волновые эффекты могут быть существенными при диагностике слабоконтрастных аномалий по упругим параметрам сменных блоков.
Использовалась многократная система наблюдении при расстоянии между источниками 20 мм и между приемниками 10 мм. Размер базы наблюдении (270 мм) соответствует глубине залегания отражающей границы. Наблюдения проведены при различных сочетаниях направленности источника возбуждения и приема колебаний в системах Fz-Uz, Fx-Ux, Fy-Uy.
На фиг.11 приведены временные разрезы, полученные после предварительного этапа суммирования методом общей глубинной точки. На временном разрезе (Fz-Uz) прослежена продольная отраженная волна, связанная с нижней границей комбинированной модели (фиг.11а). На временном разрезе достаточно уверенно в поле отраженных волн проявился первый блок. В области пересечения профилем этого блока наблюдается аномальное увеличение времени регистрации и уменьшение амплитуды отражений от нижней границы при просвечивании блока, связанное со скоростной контрастностью и рассеянием отраженной волны при распространении сквозь блок. Второй блок не проявился даже в поле отраженных волн от подстилающей границы - на временном разрезе в окрестности блока наблюдаются лишь слабые флуктуации амплитуды отражений. Продольные отраженные (рассеянные) волны, которые могли быть непосредственно сформированы на сменных блоках, на временных разрезах не установлены.
На временных разрезах компоненты Fx-Ux (горизонтальная компонента вдоль профиля) и Fy-Uy (горизонтальная компонента поперек профиля) в наблюдаемом поле поперечных волн достаточно четко проявился важнейший волновой диагностический признак трещиноватости - различие скоростей поперечных SH- и SV-волн. С учетом положения линии профиля относительно оси симметрии трещиноватости и слабой скоростной контрастности искомых трещиноватых объектов наблюдаемые на временных разрезах особенности поперечных волн отвечают известным теоретическим представлениям о волновом поле анизотропных сред.
На временном разрезе на компоненте Fx-Ux (фиг.11б), ориентированной в направлении, близком к направлению трещиноватости, наблюдается отраженная поперечная SH-волна с небольшими флуктуациями амплитуд в окрестности блоков без видимых осложнений формы отражающей границы. Существенно иная картина наблюдается на временном разрезе Fу-Uу - компоненты (фиг.11в). В области развития трещиноватых блоков четко фиксируется эффект запаздывания поперечной SV-волны по отношению к SH-волне. Это запаздывание оказывает на реальность эффекта расщепления поперечной волны, распространяющейся почти вертикально при прохождении слоя с субвертикальной, однообразно ориентированной трещиноватостью, создающей анизотропию с горизонтальной осью симметрии, азимут которой заранее не известен. Эффект расщепления в этом случае состоит в том, что поперечная полна с произвольно ориентированной поляризацией при падении из изотропной среды в анизотропный слой расщепляется в этом слое на две поперечные волны, одна из которых поляризована параллельно трещинам, а вторая - перпендикулярно им, причем первая распространяется быстрее второй, так как в направлении по нормали к трещинам скорость в среде меньше, чем в направлении, параллельном трещинам.
При эксперименте с комбинированной моделью разница в скоростях волн, поляризованных параллельно и перпендикулярно трещиноватости, оказалась единственным четко фиксируемым признаком, позволяющим выделить порово-трещинный блок 2.
Что касается первого порово-трещинного блока, то в соответствии с его более высокой скоростной контрастностью ему на временном разрезе соответствуют более контрастные кинематическая и динамическая аномалии поперечной SV-волны, направление поляризации которой соответствует оси симметрии трещиноватости. Кроме того, на временном разрезе Fу-Uу - компоненты отчетливо наблюдаются волны, отраженные (рассеянные) непосредственно на кровле и подошве блока.
Для всех рассмотренных трещиноватых и порово-трещинных моделей, созданных на основе предложенной технологии, независимо от параметров трещин и структуры трещиноватости, наблюдаемые характеристики волнового поля адекватны условиям трансверсально-изотропной среды. Предложенные конструкции моделей раскрывают новые возможности физического моделирования полей Р- и S-волн в пористых, трещинных и порово-трещинных средах с параметрами, произвольно варьируемыми в заданных пределах.
Для изготовления объемных пластинчатых моделей необходимо произвести операции, которые являются общими для всех четырех видов:
1. Собирают пакет из сверхтонких сплошных упругих пластин одинакового размера, толщина которых, по крайней мере, на порядок меньше длины волны зондирующего сигнала.
2. Заполняют его газом или флюидом (заполняющим газом может быть и воздух).
3. Сжимают этот пакет в направлении, перпендикулярном плоскости пластин.
Последующие операции различаются для разных моделей.
При изготовлении первой модели
4. Между пластинами помещают прослои из акустически прозрачного материала с вырезами, имитирующими ориентированную вдоль пластин закрытую микротрещиноватость. Толщина прослоев определяется раскрытостью имитируемых трещин горных пород.
При изготовлении второй модели
4. В пластинах высверливают микроотверстия, расположенные произвольно, но различно в разных пластинах, так что отверстия имитируют изолированную пористость горных пород.
5. Поверхность пластин шлифуют до полного снятия наплывов, образовавшихся в процессе сверления.
При изготовлении третьей модели
4. В пластинах высверливают микроотверстия, расположенные произвольно, но различно в разных пластинах. При этом на поверхности пластин сохраняют образующиеся в результате сверления вокруг каждой поры наплывы, так что между соседними пластинами остается зазор, имитирующий протяженные трещины с шероховатыми стенками. Отверстия в пластинах и зазоры между ними имитируют открытую (гидравлически связанную) систему пор и трещин в горных породах.
5. В случае необходимости высоту наплывов уменьшают путем шлифования до уровня заданной трещинной пористости.
При изготовлении четвертой модели
4. В пластинах высверливают микроотверстия, расположенные произвольно, но различно в разных пластинах.
5. Поверхность пластин шлифуют до полного снятия наплывов, образовавшихся в процессе сверления.
6. Между пластинами помещают прослои из акустически прозрачного материала с вырезами, имитирующими ориентированную вдоль пластин микротрещиноватость, и толщиной, определяемой раскрытостью имитируемых трещин горных пород.
Система отверстий и вырезов имитирует открытую (гидравлически связанную) систему пор и микротрещин в горных породах.
Для изготовления комбинированной модели необходимо произвести следующие операции:
1. Входящие в нее пластинчатые модели систем микровключении и заполнение пустотного пространства выбирают из условий подобия строению коллекторов углеводородов в реальных средах.
2. Пластинчатые модели сжимают в направлении, перпендикулярном плоскости пластин, через блоки материала с однородными упругими параметрами. Контактирующие с моделями поверхности блоков соприкасаются с поверхностями крайних пластин. Размеры контактирующей поверхности блоков должны быть равны размерам пластин для того, чтобы боковая поверхность образовавшегося составного блока была плоской.
3. К образовавшимся в результате составным блокам, находящимся в сжатом состоянии, приклеивают плоские блоки из материала с однородными упругими параметрами. При этом вновь приклеиваемые плоские блоки контактируют с поверхностями составных блоков, на которые выходят ребра пластин. Тем самым обеспечивается сохранение сжатого состояния пакета пластин. Из полученных таким образом фрагментов составляют слой комбинированной модели, включающий различные пластинчатые модели. Положение слоя в комбинированной модели определяется положением конкретного коллектора в реальной среде. Комбинированная модель может состоять из нескольких слоев.
Предложенные ультразвуковые физические модели наиболее реалистично обеспечивают подобие геологическим моделям нефтегазовых коллекторов и отличаются от известных моделей возможностью:
- имитации систем вертикальной трещиноватости с заданными геометрическими параметрами микротрещин при различном их наполнении,
- имитации пористых систем с заданными параметрами пор и гидравлически связанной пористостью;
- имитации порово-трещинных систем с заданными параметрами шероховатой трещиноватости и возможностью управления параметрами связанной трещинной пористости при различных режимах насыщения порового и межпорового пустотного пространства.
Предложенные третья и четвертая порово-трещинные модели имитируют гидравлически связанное пустотное пространство с произвольно меняемым типом насыщения.
Включение фрагментарных моделей трещиноватых и порово-трещинных систем с заданными параметрами в виде сменных блоков в комбинированную базовую модель открывает перед моделированием перспективы в решении методологических задач при тестировании разнообразных многокомпонентных 2D и 3D наземных и скважинных сейсмических технологий, применяемых в реальных средах.
Предложенные способы изготовления моделей достаточно просты в осуществлении и предоставляют возможности широкого варьирования параметрами трещиноватости и пористости реальных сред, которые имитируют модели для широкого использования при решении как научно-исследовательских, так и прикладных методических задач на этапе проектирования и выполнения сейсморазведочных paбот.