Способ вертикального сейсмического профилирования
METHOD OF VERTICAL SEISMIC PROFILING

Изобретение относится к геофизическим методам исследования геологической среды и предназначено для регистрации сейсмических колебаний в обсаженных скважинах.
Обязательным условием получения качественных сейсмических записей внутри среды является надежный контакт скважинных приборов со стенкой скважины. Именно с обеспечения такого контакта начался переход от сейсмокаротажа на продольных волнах, при котором определяли лишь время прихода прямой продольной волны, к вертикальному сейсмическому профилированию (ВСП), объектом изучения которого является все волновое поле, формирующееся внутри среды. Конструировать скважинные сейсмические приборы, снабженные различными прижимными устройствами, начали гораздо раньше. С их внедрением появилась возможность регистрировать внутри среды неискаженные импульсы прямой волны и отраженных волн.
Известны способы регистрации сейсмических колебаний в скважинах, при которых контакт со стенкой скважины осуществляют посредством прижимных устройств, жестко прикрепленных к скважинным приборам (Воронин Ю.А., Жадин В.В. О частотных искажениях сейсмического сигнала при регистрации трехкомпонентным скважинным сейсмоприемником // Геология и геофизика, 1964, №3, С. 154-156; Шехтман Г.А., Каплунов А.И. О влиянии силы прижима скважинных приборов на характер регистрируемых сигналов при вертикальном сейсмическом профилировании (ВСП) // Прикладная геофизика, 1974. Вып. 73, С. 95-101; Шехтман Г.А., Касимов А.Н. Скважинный сейсмический прибор: Патент РФ №2503978 от 16.08.2012; Шехтман Г.А., Коробов В.И., Курасов М.И. Скважинный сейсмический прибор: А.с. СССР №1073725, кл. G01V 1/40, 1984; Gaiser J.Е, Fulp T.J., Petermann S.G., Karner G.M. Vertical seismic profile sonde coupling // Geophysics, 1988. Vol. 53. No. 2, P. 206-214).
Общим недостатком всех известных прижимных устройств, крепящихся к скважинным приборам, является их неспособность предотвратить колебания обсадной колонны, в которой проводят исследования. Если обсадная колонна не содержит цемента в ее затрубном пространстве, то никакие прижимные устройства, прикрепленные непосредственно к скважинным приборам, не предотвратят возникновения трубных и вибрационных трубных волн непосредственно обсадной колонны. В таких случаях низкое качество сейсмических записей практически исключает возможность извлечения из них какой-либо полезной информации.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является «Способ определения границ ВЧР методом прямого МСК в комплексе с методом преломленных волн» (патент РФ №2690068 от 14.05.2018, авторы: Сираев И.А. и Гафаров P.M.). В этом способе регистрацию сейсмических колебаний проводят в буровых трубах, входящих в комплект бурового инструмента. Эти трубы играют роль обсадных труб, в которых обычно регистрируют сейсмические колебания в методе ВСП. Однако в отличие от обсадных труб, буровые трубы извлекают из скважины после регистрации в них сейсмических колебаний зондом, состоящим из скважинных сейсмических приборов, содержащих прижимные устройства.
Основным недостатком прототипа является регистрация в нем сейсмических колебаний в буровых трубах, не контактирующих надежно с окружающей средой. Именно поэтому в данном способе регистрируют лишь первые вступления преломленных (головных) волн, удаляя для этого источник колебаний на достаточно большое расстояние от исследуемой скважины. Если же возбуждать колебания вблизи скважины, то по буровой колонне будут в первых вступлениях регистрироваться трубные волны, а не волны по окружающим скважину горным породам. Более того, регистрация обменных и поперечных волн, приходящих к зонду в последующих вступлениях, исключена из-за ненадежного контакта буровой трубы с горными породами.
Цель предлагаемого изобретения состоит в расширении функциональных возможностей способа путем обеспечения надежного контакта буровой трубы с окружающими горными породами.
Поставленная цель достигается тем, что в способе вертикального сейсмического профилирования, включающем трехкомпонентную регистрацию с принятым шагом наблюдений сейсмических колебаний скважинным зондом, снабженным прижимными устройствами, к буровой трубе прикрепляют снаружи прижимные устройства с возможностью обеспечения надежного контакта трубы со стенкой скважины, при этом шаг между прижимными устройствами берут соизмеримым с шагом сейсмических наблюдений по стволу скважины.
По сравнению с аналогами и прототипом предлагаемый способ вертикального сейсмического профилирования характеризуется следующими существенными отличиями:
• Кроме контакта с буровой трубой, внутрь которой погружают сейсмоприемники с прижимными устройствами, сама труба прижимается к стенке скважины посредством прикрепленных к ней прижимных устройств.
• Надежность контакта буровой (или обсадной) трубы с окружающими горными породами повышается благодаря тому, что прижимные устройства прикреплены снаружи к трубе с шагом, соизмеримым с шагом наблюдений.
• По сравнению с известными способами обеспечения контакта обсадной колонны со стенкой скважины путем закачки в затрубное пространство обсадной колонны цемента, предлагаемый способ позволяет извлекать буровую трубу из скважины после проведения в ней сейсмических наблюдений.
Рассмотрим детальнее суть предлагаемого способа.
При проведении сейсмических наблюдений в буровых скважинах основным видом помех являются технические помехи, обусловленных существованием скважины и ее конструкцией (Шехтман Г А. Вертикальное сейсмическое профилирование. - М: ООО «ЕАГЕ Геомодель», 2017, - 284 с).
При отсутствии контакта буровой трубы с окружающими породами в ней возникают слабо затухающие стоячие волны, препятствующие регистрации полезных продольных, обменных и поперечных волн. А в первых вступлениях регистрируется трубная волна, скорость которой на порядок может превышать скорость в горных породах, расположенных в верхней части геологического разреза. При этом наличие надежных прижимных устройств у сейсмических приборов, расположенных внутри трубы, перестает иметь существенного значения, поскольку сама буровая труба не контактирует надежно со стенкой скважины. Прикрепление прижимных устройств к буровой трубе перед ее спуском в скважину, осуществляемое в соответствии с предлагаемым изобретением, позволяет прижать трубу к стенке скважины и осуществить тем самым требуемый надежный контакт расположенных в трубе сейсмоприемников, прижатых к ней изнутри, с окружающими горными породами. Надежность такого контакта повышается вследствие того, что шаг между прижимными устройствами, прикрепленными снаружи к буровой трубе, берут соизмеримым с шагом между соседними скважинными сейсмоприемниками, расположенными в трубе в зафиксированном положении или перемещаемых внутри нее в процессе отработки скважины.
Последовательность процедур в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в следующем:
1. К буровой трубе или к отрезкам буровых труб, стыкуемых в процессе их опускания в скважину между собой, прикрепляют снаружи прижимные устройства, создающие силу трения на контакте трубы со стенкой скважины вполне допустимую для мощности бурового станка, вдавливающего трубу в скважину. При этом шаг между прижимными устройствами, прикрепляемыми снаружи к трубе, берут соизмеримым с шагом между сейсмоприемниками, который определяется методикой работ.
2. Буровую трубу, снабженную прижимными устройствами, вдавливают в пробуренную скважину на нужную глубину.
3. В буровую трубу опускают зонд с прижимными устройствами к каждому прибору.
4. После проведения наблюдений в скважине зонд извлекают из буровой трубы, а буровую трубу - из скважины.
В качестве прижимных устройств, прикрепленных к буровым трубам, можно использовать центраторы пружинные неразборные типа ЦПН, хорошо знакомые буровикам. Они предназначены для центрирования обсадной колонны при спуске и цементировании их в скважине, равномерного образования цементного камня в кольцевом затрубном пространстве в целях исключения перетоков газов и флюидов. Закрепляется центратор на трубе при помощи специального ключа, входящего в комплект поставки. В предлагаемом изобретении центраторы данного типа целесообразно изменить таким образом, чтобы содержащиеся в них пружины были прикреплены асимметрично. Тем самым буровая труба будет лучше прилегать к стенке скважины, а положения ее по центру скважины не требуется.
Технология, включающая предлагаемое изобретение, позволяет:
1. Проводить регистрацию колебаний внутри буровых труб или обсадных труб, погружаемых в исследуемую скважину без последующего цементирования затрубного пространства.
2. Проводить микро-ВСП непосредственно в процессе бурения мелких скважин, пробуренных с целью изучения верхней части разреза (ВЧР).
3. Проводить наблюдения на различных типах волн при разных удалениях пункта возбуждения от исследуемой скважины.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Воронин Ю.А., Жадин В.В. О частотных искажениях сейсмического сигнала при регистрации трехкомпонентным скважинным сейсмоприемником. - «Геология и геофизика», 1964, №3, с. 154-156.
2. Куповых П.Н., Гогоненков Г.Н., Рябков В.В., Благов В.В. Скважинный сейсмический прибор. Авторское свидетельство СССР №254803, кл. G01V 1/16, 1967 (прототип).
3. Шехтман Г.А., Каплунов А.И. О влиянии силы прижима скважинных приборов на характер регистрируемых сигналов при вертикальном сейсмическом профилировании (ВСП). - Сб «Прикладная геофизика», вып. 73, 1974.
4. Шехтман Г.А., Коробов В.И., Курасов М.И. Скважинный сейсмический прибор. Авторское свидетельство СССР №1073725, кл. G01V 1/40, 1984.
5. Шехтман Г.А., Касимов АН. Скважинный сейсмический прибор. Патент РФ №2503978 от 16.08.2012.
6. Шехтман Г.А. Вертикальное сейсмическое профилирование. - М: ООО «ЕАГЕ Геомодель», 2017, - 284 с.
7. Gaiser J.E., Fulp Т.J., Petermann S.G., and Karner G.M., 1988, Vertical seismic profile sonde coupling. - Geophysics, vol. 53, NO. 2, P. 206-214.
8. Beydoun W.B., 1984, Seismic tool-formation coupling in boreholes, in , M.N., and Stewart, R.R., Eds., Vertical seismic profiling, Part B: Advanced concepts: Geophysical Press, 177-188.
9. Сираев И.А., Гафаров P.M. Способ определения границ ВЧР методом прямого МСК в комплексе с методом преломленных волн // Патент РФ №2690068 от 14.05.2018, опубликован 30.05.2019, Бюл. №16.