СПОСОБ ВИБРАЦИОННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ
METHOD FOR VIBRATION SEISMIC SURVEY

Изобретение относится к геофизическим методам исследования геологической среды и предназначено, главным образом, для поисков и разведки месторождений нефти и газа.
В вибрационной сейсморазведке корреляционную обработку с использованием опорных электрических сигналов проводят либо непосредственно в поле, либо на вычислительном центре. При этом полагают, что полученные в результате этой обработки коррелограммы являются результатом оптимальной фильтрации, поскольку используемый для корреляции опорный сигнал в первом приближении считают сигналом, воздействующим на глубинный целевой объект. Однако электрический сигнал, воздействующий на электромеханические узлы виброисточника, может существенно отличаться от сигнала, распространяющегося непосредственно в среду, и тем более - от сигнала, воздействующего на исследуемый целевой объект. Причины различий опорного электрического и реального упругого сигналов состоят в следующем:
- Виброисточник является нелинейным устройством и не может излучать идеальный сигнал, идентичный управляющему электрическому сигналу. Первичными источниками гармоник наиболее часто используемого гидравлического вибратора являются (Циммерман, 2004): силовой электрогидравлический привод возбудителя вибрации, несимметричность силового взаимодействия опорной плиты с поверхностью грунта и одностороннее действие силы веса. В каждом конкретном случае виброисточником возбуждается свой характерный спектр гармоник за счет преобразования первичного уровня гармоник резонансной характеристикой конструкции возбудителя вибрации и излучающей системы «вибратор-грунт» в целом. При этом первичный уровень гармоник и интенсивность резонансных проявлений зависят от мощности излучения, нагрузочных характеристик грунта и качества контакта плиты с грунтом. В целом процесс преобразования механической энергии виброисточника в сейсмическую энергию носит частотно-зависимый характер с резонансом на определенной частоте, расположенной в интервале 20-50 Гц.
- Сигнал, сформировавшийся в системе «вибратор-грунт», последующие изменения претерпевает в соответствии со следующими факторами: характеристиками интерференционной группы вибраторов; характеристиками ВЧР; фильтрующим влиянием среды, расположенной под ВЧР, и нелинейным частотно-зависимым затуханием сейсмической энергии в этой среде; характеристиками тракта регистрации, включающего кабель и сейсмостанцию.
- Тонкие слои, от которых происходят отражения, различаются частотными характеристиками. Тонкий слой, акустический импеданс которого имеет промежуточное значение между импедансами выше и ниже залегающих горных пород, характеризуется низкочастотным спектром импульсов отраженной волны (такой слой называют переходным слоем). Тонкий слой, акустический импеданс которого отличается в ту или другую сторону от импеданса вмещающих пород, характеризуется высокочастотным спектром импульсов отраженной волны (такой слой называют контрастным слоем).
Наибольшую трудность представляет выделение отражений от контрастных слоев, поскольку они расположены в верхнечастотной части рабочего диапазона частот, в которой интенсивность волнового поля резко ослаблена из-за частотно-зависимого затухания возбуждаемых волн. В наибольшей степени это ощущается при сейсморазведке, нацеленной на выявление слабо контрастных коллекторов углеводородов. Отражения от слабоконтрастных слоев проявляются лишь после специальной обработки полученных данных, поскольку на исходной сейсмической записи, по которой обычно оценивают качество получаемых данных, они часто вообще не видны на фоне более сильных регулярных и нерегулярных помех.
Известен способ вибрационной сейсморазведки, основанный на возбуждении и регистрации вибрационных сейсмических колебаний и включающий в себя коррекцию возбуждаемых сигналов путем уменьшения относительной интенсивности компонент спектра для колебаний, не представляющих разведочного интереса (Колесов С.В., Жуков А.П., Шехтман Г.А. Способ вибрационной сейсморазведки // Патент РФ №2593782, опубл. 10.08.2016).
В этом способе предлагается дополнительно возбуждать и регистрировать колебания после того, как определена резонансная частота по меньшей мере одной из помех, которую требуется подавить. Подавление помех можно достичь непосредственно путем исключения их из спектра возбуждаемых частот, например, путем возбуждения колебаний при помощи различных опорных сигналов (свип-сигналов), не содержащих резонансных частот. Другой, альтернативный, путь, предлагаемый в одном из воплощений изобретения, состоит в том, что при возбуждении колебаний повышают скорость изменения частоты возбуждаемого сигнала в диапазоне частот, содержащем каждую из резонансных частот.
Основным недостатком известного способа является его нацеленность на подавление резонансных помех, а не усиление слабых сигналов, которые могут представлять разведочный интерес. При подавлении резонансных помех уровень слабых сигналов остается практически неизменным, и из-за ограниченности разрядной сетки сейсмической аппаратуры они могут быть вообще не зарегистрированными, несмотря на то что относительная интенсивность их при подавлении помех возрастает. В наибольшей степени это относится к регистрации высокочастотных отражений от слабоконтрастных тонких слоев, являющихся коллекторами углеводородов.
Наиболее близким к изобретению по сущности и назначению (прототип) является способ вибрационной сейсморазведки, получивший название адаптивной вибрационной сейсморазведки, в котором по тем или иным установленным критериям (например, достижение наиболее широкополосного амплитудно-частотного спектра полезных отраженных волн в целевом интервале времен) на основе анализа отклика среды на предварительно посланный сигнал осуществляют выбор оптимальных рабочих нелинейных вибросигналов, оптимизирующих заданные параметры сейсмической записи, причем процесс выбора происходит в реальном времени и в автоматическом режиме (Жуков, Шнеерсон, 2000. С. 25-50; Жуков и др., 2011, с. 225-231; Жуков и др., патент РФ №2482526).
Недостатком известного способа является анализ и расчет в нем параметров адаптивных свип-сигналов (опорных сигналов) непосредственно по виброграммам без диагностики природы и параметров конкретных полезных сигналов. Дело в том, что в исходной вибросейсмической записи или в ее спектре слабые по интенсивности отражения от слабоконтрастных коллекторов, расположенные в верхнечастотной части рабочей полосы частот, на исходной виброграмме могут вообще никак не проявляться, поскольку их интенсивность сопоставима с интенсивностью регулярных и нерегулярных помех. Эти слабые по интенсивности полезные волны остаются практически незамеченными при настройке адаптивной системы на возбуждение широкополосных колебаний. Поэтому эффективность адаптивной сейсморазведки без ее настройки на слабые отражения от целевых горизонтов, расположенные в верхнечастотном диапазоне, может быть невысокой.
Цель настоящего изобретения - улучшение выделения отражений от слабоконтрастных коллекторов углеводородов путем более обоснованной коррекции спектра возбуждаемых колебаний.
Поставленная цель достигается тем, что в способе вибрационной сейсморазведки, включающем возбуждение и регистрацию вибрационных колебаний и коррекцию опорного сигнала по спектрам возбуждаемых или регистрируемых сигналов, согласно предлагаемому изобретению предварительно определяют в спектре целевых отражений, по меньшей мере, одну максимальную по интенсивности (пиковую) частоту, при этом в диапазоне частот возбуждаемых колебаний, содержащем эту частоту, увеличивают относительную интенсивность соответствующих компонент спектра путем понижения скорости изменения частоты опорного сигнала в диапазоне, содержащем пиковую частоту. В одном из конкретных воплощений изобретения пиковую частоту спектра импульса целевого отражения определяют по импульсу этого отражения, зарегистрированного внутри среды путем проведения вертикального сейсмического профилирования. В другом воплощении изобретения частотную характеристику слабоконтрастного слоя рассчитывают по модели среды, полученной в результате обработки и интерпретации промыслово-геофизических данных.
По сравнению с прототипом предлагаемый способ вибрационной сейсморазведки в соответствии с изобретением характеризуется такими существенными отличиями:
- способом получения входной информации, целенаправленно включающим процедуру повышения относительной интенсивности верхнечастотных компонент спектра, соответствующего отражению от слабоконтрастного слоя, путем снижения скорости изменения частоты опорного сигнала;
- большей достоверностью сигнала, используемого для взаимной корреляции или деконволюции виброграмм;
- формированием свип-сигнала по априорной информации об отражениях от слабоконтрастных слоев, а не по пробным виброграммам, на которых слабые целевые отражения могут быть не видны.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.
На относительную интенсивность и спектральный состав сейсмических колебаний оказывает влияние множество факторов. Слабоконтрастные коллектора углеводородов отличаются тем, что частотные характеристики тонких контрастных слоев, соответствующих таким коллекторам, расположены в верхнечастотной части рабочего диапазона сейсмических частот. Именно в этой части диапазона наблюдается общее ослабление волн, обусловленное, главным образом, частотно-зависимым неупругим затуханием сейсмической энергии. Спектры коэффициентов отражений, связанных с тонкими слоями, можно прогнозировать, зная модель среды по результатам обработки и интерпретации промыслово-геофизических данных (главным образом, по данным акустического и плотностного каротажей). Зная частотную характеристику тонкого слоя и, соответственно, спектр отраженного от него сейсмического импульса, можно целенаправленно усиливать именно ту часть спектра возбуждаемых колебаний, в которой расположен спектр целевого отражения. Проще всего усиление компонент спектра возбуждаемого сигнала можно осуществить путем такой трансформации посылаемого в среду свип-сигнала, при которой в диапазоне регистрации целевых отражений скорость изменения частоты сигнала уменьшается по сравнению с соседними диапазонами частот.
Спектр целевого отражения, по которому будет проводиться настройка возбуждаемых свип-сигналов, можно получить непосредственно, путем регистрации отражений внутри среды при проведении вертикального сейсмического профилирования.
Обоснование усиления слабых сигналов, расположенных в определенном диапазоне частот, состоит в следующем. При вибрационной сейсморазведке скорость изменения частоты в свип-сигнале равна производной от частотной развертки по времени. Понижая эту скорость, мы можем «затормозиться» на требуемых частотах со скоростью, при которой уровень возникающих на сейсмической записи слабых отражений превысит требуемый для их выявления порог. Снижение скорости изменения частоты в определенном диапазоне частот приводит к увеличению продолжительности излучения колебаний на этих частотах, а значит, и к повышению закачиваемой в среду энергии сигнала на этих частотах. Соответствующим образом повышается уровень полезных сигналов, регистрируемых в диапазоне частот, в котором осуществляли снижение скорости изменения частоты.
Способ осуществляют следующим образом.
Район, предназначенный для изучения вибросейсмическим методом, известными способами разделяют на участки, каждый из которых характеризуется однородными поверхностными условиями. Выходы сейсмоприемников, расположенных в пределах выбранного участка (или в пределах расстановки), подают на вход сейсморазведочного комплекса, реализующего технологию адаптивной вибросейсморазведки. В качестве такого сейсморазведочного комплекса может быть использована система управления виброисточниками GDS-1, разработанная в ООО «Геофизические системы данных» (Жуков и др., 2011, с. 226-227). На блоке GDS-1 могут сохраняться параметры достаточно большого количества оптимальных свип-сигналов, полученных на различных пунктах возбуждения (ПВ). Последовательность процедур в соответствии с предлагаемым изобретением является следующей:
- по данным вертикального сейсмического профилирования или путем расчетов по модели среды, построенной по акустическому каротажу и другим промыслово-геофизическим методам, формируют спектр импульсов целевых отражений, приуроченных к слабоконтрастным тонким слоям, соответствующим коллекторам углеводородов;
- в спектре импульсов целевых отражений, приуроченных к коллекторам углеводородов, выделяют максимальные (пиковые) частоты, для которых рассчитывают соответствующие свип-сигналы, требующие усиления этих компонент, и рассчитывают коэффициенты, позволяющие снизить скорость изменения частоты в диапазонах соответствующих пиковых значений;
- рассчитанные коэффициенты передают в шифратор блока GDS-1 сейсмостанции для расчета временной развертки свип-сигнала на базе полученных коэффициентов;
- данный нелинейный адаптированный свип-сигнал по радиоканалу передается в дешифраторы вибрационных источников для генерации последующих накоплений на данном пункте возбуждения (ПВ).
Сжатие виброграмм в импульсную форму можно осуществлять двумя способами: путем формирования функции взаимной корреляции виброграмм со свип-сигналом после его коррекции или путем деконволюции виброграмм при помощи обратного фильтра, который рассчитывают по свип-сигналу, в качестве которого в предлагаемом способе берут сигнал, регистрируемый после его коррекции, выполненной с учетом изучения спектрального состава целевых отражений. Использование деконволюции, а не корреляции со свип-сигналом предпочтительнее, поскольку при этом в большей степени увеличивается относительная интенсивность высокочастотных компонент спектра, а следовательно, и разрешающая способность способа. Убедительные примеры, иллюстрирующие это утверждение, приведены в книге (Жуков и др., 2011, с. 378-383).
Внедрение предлагаемого изобретения в практику вибрационной сейсморазведки не требует создания новых технических средств и может быть начато уже в настоящее время. Его использование позволит более обоснованно управлять спектром возбуждаемых сейсмических колебаний, добиваясь тем самым повышения достоверности изучения продуктивных отложений. Технический результат - повышение качества данных вибрационной сейсморазведки.
Предлагаемый способ, детально рассмотренный в приложении к наземной сейсморазведке, без существенного изменения его сущности может вполне применяться при проведении морских и скважинных сейсмических исследований, которые в значительных объемах проводят с использованием виброисточников.
В методе вертикального сейсмического профилирования (ВСП) предлагаемый способ можно использовать в самых различных современных модификациях метода (Шехтман и др., 2004).
Источники информации
1. Жуков А.П., Шнеерсон М.Б. Адаптивные и нелинейные методы вибрационной сейсморазведки. // М.: ООО «Недра - Бизнесцентр», 2000.
2. Жуков А.П., Колесов С.В., Шехтман Г.А., Шнеерсон М.Б. Сейсморазведка с вибрационными источниками. // Тверь, ООО «Изд-во ГЕРС», 2011.
3. Жуков А.П., Жуков А.А., Тищенко И.В., Галикеев Т.Э. Способ вибрационной сейсморазведки геологического объекта и система для его осуществления // Патент РФ №2482526, опубл. 20.05.2013.
4. Колесов С.В., Жуков А.П., Шехтман Г.А. Способ вибрационной сейсморазведки // Патент РФ №2593782, опубл. 10.08.2016.
5. Циммерман В.В. Качество вибрационного излучения // Приборы и системы разведочной геофизики, 2004, №3, Саратовское отделение ЕАГО.
6. Шехтман Г.А., Кузнецов В.М., Попов В.В. Модификации метода ВСП: какую предпочесть? // Технологии сейсморазведки, 2004, 1, 75-79.