СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫЙ КОМПЛЕКС
SEISMIC EXPLORATION SYSTEM

Изобретение относится к технике геофизических методов исследования геологической среды, в частности к технике сейсморазведки, и предназначено, главным образом, для поисков и разведки месторождений нефти и газа.
Известен сейсморазведочный комплекс (сейсмокомплекс), включающий вибратор с системой формирования управляющих сигналов, системой контроля возбуждаемых вибратором зондирующих сигналов и системой коррекции управляющих сигналов, сейсмостанцию с возможностью корреляции виброграмм с системой формирования коррелирующих сигналов и средства обмена информацией между сейсмостанцией и вибратором (Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка, учебник для вузов. 3-е изд., переработ., М.: Недра, 1980, с.306-307. Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки. Под ред. М.Б.Шнеерсона, М., ОАО «Издательство «Недра», 1998, с.84-189).
Основой функционирования вибрационного сейсмокомплекса является опорный сигнал, который используют в качестве управляющего сигнала вибратора и коррелирующего сигнала сейсмостанции.
Недостатком известного вибрационного сейсмокомплекса является использование усредненных параметров опорных сигналов в связи с отсутствием в нем средств оперативного их определения для каждого конкретного физического наблюдения (физнаблюдения), следствием чего являются недостаточные качество и геологическая эффективность сейсмических исследований.
Известен вибрационный сейсмокомплекс, включающий сейсмический вибратор (группу вибраторов) с системой формирования управляющих сигналов, системой контроля и системой коррекции возбуждаемых вибратором зондирующих сигналов, сейсмостанцию с возможностью корреляции виброграмм с системой определения параметров опорных сигналов и системой формирования коррелирующих сигналов и средства обмена информацией между сейсмостанцией и вибратором (вибраторами) (Кострыгин Ю.П. Сейсморазведка на сложных сигналах. Тверь, Издательство ГЕРС, 2002, с.56-58).
Недостатком известного вибрационного сейсмокомплекса является неучет помех при определении параметров опорных сигналов физнаблюдений и необратимое формирование выбранного целевого сигнала на результирующих коррелограммах физнаблюдений (при этом естественная форма выбранного целевого сигнала и прочие целевые сигналы искажаются), следствием чего является недостаточное качество и геологическая эффективность сейсмических исследований.
Наиболее близким к изобретению по сущности и назначению является сейсморазведочный комплекс (прототип), включающий сейсмический вибратор (группу вибраторов) с системой формирования управляющих сигналов, системой контроля и системой коррекции возбуждаемых вибратором (вибраторами) зондирующих сигналов, сейсмостанцию с возможностью корреляции виброграмм, оснащенную системой преобразования коррелограмм в импульсные сейсмограммы, с системой определения параметров опорных сигналов, оснащенной средствами вычисления спектров отношения сигнал-помеха, и системой формирования коррелирующих сигналов и средства обмена информацией между сейсмостанцией и вибратором (вибраторами), при этом выход системы контроля возбуждаемых вибратором зондирующих сигналов соединен с первым входом системы коррекции управляющих сигналов вибратора, выход сейсмостанции соединен с входом системы преобразования коррелограмм в импульсные сейсмограммы и первым входом системы определения параметров опорных сигналов, выход системы преобразования коррелограмм в импульсные сейсмограммы соединен со вторым входом системы определения параметров опорных сигналов, выход которой соединен со входом системы формирования коррелирующих сигналов и через средства обмена информацией между сейсмостанцией и вибратором (вибраторами) - со входом системы формирования управляющих сигналов вибратора, выход которой соединен со вторым входом системы коррекции управляющих сигналов вибратора (патент Украины на полезную модель №41470, МПК G01V 1/00, 2009).
Качество и геологическая эффективность исследований с использованием сейсмокомплекса-прототипа регламентируется заданными эталонными спектрами отношения сигнал-помеха и гарантируется затратами энергии возбуждения зондирующих сигналов, необходимыми для достижения заданных эталонных спектров фактически полученными спектрами отношения сигнал-помеха.
Недостатком известного сейсмокомплекса-прототипа является ограничение области его применения преимущественно наземной сейсморазведкой вследствие технической сложности и эксплуатационной требовательности сейсмических вибраторов.
Задачей настоящего изобретения является расширение области применения сейсмокомплекса и упрощение и снижение стоимости используемых в его составе сейсмоисточников.
Поставленная задача решается тем, что в сейсморазведочном комплексе, включающем сейсмоисточник с возможностью возбуждения различных по своему спектральному составу сигналов с системой формирования управляющих сигналов и системой контроля возбуждаемых зондирующих сигналов, сейсмостанцию с возможностью корреляции виброграмм и преобразования коррелограмм в импульсные сейсмограммы с системой формирования коррелирующих сигналов и системой определения параметров управляющих сигналов и средства обмена информацией между сейсмостанцией (сейсмоисточником) и сейсмоисточником (сейсмостанцией), согласно изобретению выход системы контроля возбуждаемых зондирующих сигналов через средства обмена информацией между сейсмоисточником и сейсмостанцией соединен со входом системы формирования коррелирующих сигналов, а выход системы определения параметров управляющих сигналов через средства обмена информацией между сейсмостанцией и сейсмоисточником соединен со входом системы формирования управляющих сигналов.
По сравнению с прототипом сейсморазведочный комплекс в соответствии с изобретением характеризуется такими отличиями:
- способом использования выходной информации системы контроля возбуждаемых сейсмоисточником зондирующих сигналов;
- обусловленными способом использования выходной информации системы контроля связями между элементами сейсмокомплекса;
- возможностью использования в сейсмокомплексе отличающихся от сейсмических вибраторов конструктивно простых и менее затратных в изготовлении и эксплуатации сейсмоисточников.
В соответствии с изобретением выходная информация системы контроля возбуждаемых сейсмоисточником зондирующих сигналов используется для корреляции виброграмм и преобразования коррелограмм в импульсные сейсмограммы соответствующими системами сейсмостанции в отличие от прототипа, в котором сигналы контрольных датчиков используются для коррекции управляющих сигналов сейсмоисточника.
Соответственно выходные сигналы системы контроля возбуждаемых сейсмоисточником колебаний через средства обмена информацией передаются на сейсмостанцию в отличие от прототипа, в котором они с помощью местных связей подаются на вход системы коррекции управляющих сигналов сейсмоисточника.
Возможность использования отличающихся от сейсмических вибраторов сейсмоисточников обусловливается использованием выходных сигналов системы контроля возбуждаемых сейсмоисточником сигналов для корреляции виброграмм и преобразования коррелограмм в импульсные сейсмограммы, что исключает необходимость точного силового копирования, как это имеет место в прототипе, заданых опорных сигналов с целью обеспечения требуемого качества коррелограмм. Вследствие этого в сейсмокомплексе в соответствии с изобретением могут использоваться сейсмоисточники, использование которых в составе сейсмокомплекса-прототипа невозможно. Это позволяет расширить круг принципов и устройств, которые могут быть использованы для возбуждения сейсмических колебаний, осуществить упрощение и удешевление сейсмоисточников, адаптировать их к условиям применения и в итоге расширить область применения сейсмокомплекса в соответствии с изобретением в наземной, морской и скважинной сейсморазведке.
Структурная схема предлагаемого сейсморазведочного комплекса приведена на чертеже, на котором обозначены: 1 - сейсмоисточник, 2 - система формирования управляющих сигналов, 3 - система контроля возбуждаемых сейсмоисточником зондирующих сигналов, 4 - сейсмостанция, 5 - система формирования коррелирующих сигналов, 6 - система определения параметров управляющих сигналов, 7 - средства обмена информацией между сейсмостанцией (сейсмоисточником) и сейсмоисточником (сейсмостанцией), 8 - геологическая среда.
В состав сейсмостанции 4 на чертеже включены сейсмоприемники и средства их электрического и информационного соединения с сейсмостанцией, коррелятор, система преобразования коррелограмм в импульсные сейсмограммы.
На чертеже заключенные в общую штриховую рамку системы 2 и 3 являются элементами комплектации сейсмоисточника 1, соответственно заключенные в общую штриховую рамку системы 5 и 6 являются элементами комплектации сейсмостанции 4.
Работа предлагаемого сейсмокомплекса демонстрируется на примере использования секционированного вибрационного сейсмоисточника с узкополосными частотными характеристиками секций. В совокупности частотные характеристики секций должны обеспечивать требуемый частотный диапазон исследований. Секции сейсмоисточника могут размещаться на общем носителе (транспортном средстве) или на отдельных носителях (транспортных средствах).
После размещения на местности системы наблюдений в соответствии с принятой методикой работ и выполнения подготовительных операций по команде запуска сейсмокомплекса система определения параметров управляющих сигналов 6 посылает по линии 6-7-2 параметры управляющих сигналов сейсмоисточника (код секции, амплитуда, начальная и конечная частоты вибрации, общая длительность и длительность начального и конечного участков увеличения и уменьшения амплитуды) на вход системы формирования управляющих сигналов 2 сейсмоисточника.
На начальном этапе отработки физнаблюдения параметры управляющих сигналов секций в совокупности должны обеспечивать по возможности равномерный спектр зондирующих сигналов в диапазоне частот исследований. В соответствии с полученными параметрами система 2 формирует управляющие сигналы и выдает их для силового копирования секциями сейсмоисточника 1. Воспринятые датчиками системы контроля возбуждаемых сейсмоисточником зондирующих сигналов 3 колебания после надлежащей обработки (с целью уменьшения передаваемой информации) по линии 3-7-5 поступают в систему формирования коррелирующих сигналов 5, которой они восстанавливаются к виду, пригодному для корреляции соответствующих виброграмм, и подаются на вход коррелятора сейсмостанции 4. Коррелограммы из сейсмостанции 4 поступают в систему определения параметров управляющих 6, которая в соответствии с известными из прототипа алгоритмами определяет отношение сигнал-помеха для целевых сигналов.
В случае недостижения заданного значения сигнал-помеха начальный этап отработки физнаблюдения (и формирования по возможности равномерного в диапазоне частот исследований спектра зондирующих сигналов) продолжается путем соответствующей повторной активизации секций сейсмоисточника. Визуально обнаружение и идентификация целевых сигналов может осуществляться оператором сейсмостанции на экране монитора.
Начальный этап отработки физнаблюдения завершается достижением на коррелограммах заданного значения отношения сигнал-помеха (больше трех) для целевых сигналов.
После завершения начального этапа отработки физнаблюдения соответствующей системой сейсмостанции полученные коррелограммы преобразуются в импульсные сейсмограммы и дальнейшая работа сейсмокомплекса осуществляется в соответствии с результатами выполняемого системой 6 сопоставления фактически полученных и заданных эталонных спектров отношения сигнал-помеха. На всех этапах отработки физнаблюдения импульсные сейсмограммы получают путем преобразования коррелограмм, накопленных с учетом всех возбужденных и зарегистрированных с начала отработки физнаблюдения зондирующих сигналов и виброграмм. Фактически полученные спектры отношения сигнал-помеха вычисляют на основании анализа имеющихся на данный момент импульсных сейсмограмм, а заданные эталонные спектры отношения сигнал-помеха формируют исходя из геологического задания сейсмических исследований, и во время отработки физнаблюдений они являются известными.
Если значения фактически полученного спектра отношения сигнал-помеха меньше значений заданного эталонного спектра, система 6 инициирует продолжение возбуждения и регистрации узкополосных виброграмм с целью пополнения имеющейся информации и получения более качественной импульсной сейсмограммы в диапазоне частот исследований.
Если фактически полученный спектр отношения сигнал-помеха пересекается с заданным эталонным спектром, система 6 определяет границы областей частот, в которых фактически полученный спектр не достигает заданного эталонного спектра, и по линии 6-7-2 посылает в систему 2 коды секций сейсмоисточника и параметры управляющих сигналов, обеспечивающих на последующем этапе отработки физнаблюдения увеличение значений фактически получаемого спектра в его дефицитных областях.
Если фактически полученный спектр отношения сигнал-помеха достигает равенства с заданным эталонным спектром или превышает его в диапазоне частот исследований, система 6 вырабатывает команду завершения отработки физнаблюдения и прекращения работы сейсмокомплекса. При этом достигается качество наблюдений (требуемые амплитудная и временная разрешенность сигналов), регламентированное заданным эталонным спектром отношения сигнал-помеха.
В случае работы со многими целевыми сигналами (для каждого из них задают соответствующий эталонный спектр отношения сигнал-помеха) отработка физнаблюдения продолжается, если имеется хотя бы одна дефицитная область фактически полученного спектра хотя бы одного из целевых сигналов, и прекращается, если необходимое соотношение фактически полученных и заданных эталонных спектров отношения сигнал-помеха достигнуто для всех целевых сигналов.
Свойственные адаптивным сейсмокомплексам контроль и корректирование процесса отработки физнаблюдений обеспечивают достижение показателей заданных эталонных спектров отношения сигнал-помеха в случае использования любых сейсмоисточников. Выбор тех или других определяется экономической целесообразностью их применения. Работа сейсмоисточников в режимах собственных и вынужденных колебаний обусловливает возможность их эффективного применения в средах и на грунтах или породах различной консистенции и консолидации (суша, акватории, переходные суша-акваториальные зоны, сыпучие пески пустынь, мерзлые грунты и так далее). Наиболее универсальным и эффективным является использование частотно-управляемых вибрационных сейсмоисточников, которые обеспечивают адаптивное реагирование не только на изменчивость сейсмики геологической среды, но и на временную и пространственную изменчивость помех окружения пунктов наблюдения сейсмических сигналов. В то же время работа на мягких грунтах ограниченно управляемых импульсных сейсмоисточников требует значительных затрат энергии для расширения спектра наблюденных сигналов в область высоких частот, сопровождающегося чрезмерной избыточностью спектра отношения сигнал-помеха на низких частотах. Однако в случае работы на скальных породах или в консолидированной среде в скважинах, когда спектр возбуждаемых колебаний может достаточно эффективно регулироваться изменением длительности импульсного действия сейсмоисточника, целесообразным может быть использование импульсных сейсмоисточников. В полиимпульсных сейсмокомплексах (в которых интервалы времени между последовательными импульсными воздействиями сейсмоисточника меньше длительности отклика среды на одиночное воздействие) актуальной является характерная для адаптивных сейсмокомплексов возможность устранения корреляционных помех на результирующих сейсмограммах, обусловленных обычно несовершенными в этом отношении управляющими последовательностями моментов и амплитуд воздействий.