СПОСОБЫ ДЛЯ СОВМЕСТНОЙ НАЗЕМНОЙ ВИБРОСЕЙСМОРАЗВЕДКИ С ОДНОВРЕМЕННОЙ АКТИВАЦИЕЙ
METHODS FOR JOINT GROUND VIBRATION SEISMIC EXPLORATION WITH SIMULTANEOUS ACTIVATION

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[1] Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/561836, поданной 22 сентября 2017 г., содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[2] Настоящая заявка и варианты осуществления, приведенные в настоящем документе, относятся к нефтегазопоисковым работам и связанной с ними наземной вибросейсморазведкой для моделирования пластов и, более конкретно, к способам выполнения такой разведки с помощью группы из множества одновременно активируемых вибраторов, причем отдельные вибраторы в каждой группе создают свип-сигналы различных полос частот.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[3] Описание в разделе уровня техники предназначено для того, чтобы помочь специалистам в данной области понять некоторые варианты осуществления, описанные в настоящем документе, и никоим образом не ограничивает или иным способом не влияет на любую последующую интерпретацию настоящей или будущей формулы изобретения, относящейся к настоящей заявке.
[4] Первым этапом нефтегазопоисковых работ в целом является сейсмическая разведка. Сейсмическая разведка используется для получения информации о подземных образованиях на предлагаемой площади разведочных работ, которые могут указывать на наличие или отсутствие различных минералов и природных ресурсов, таких как углеводороды. После определения вероятного наличия углеводородов, а также характеристик этих полезных ископаемых, может планироваться и в конечном итоге осуществляться их добыча.
[5] Добыча углеводородов включает бурение в геологическом пласте для обустройства скважины, заканчивание этой скважины, а также некоторые другие подобным образом дорогостоящие этапы, прежде чем может быть начата добыча углеводородов. Это очень дорогостоящий и занимающий много времени процесс, обеспечивающий получение ценной информации, которая может способствовать повышению возможности бурения скважины, а также успешному доступу к углеводородам и их добыче.
[6] Одним из способов осуществления сейсмической разведки являются наземные вибросейсмические исследования. При наземных вибросейсмических исследованиях передвижные вибраторы (вибросейсмические установки) применяются для подачи вибрационных сигналов в поверхность земли, которые затем отражаются при встрече с образованиями в пласте и возвращаются на поверхность. Эти сигналы обнаруживаются сейсмическими датчиками, которые затем сохраняют/передают данные в память центрального компьютера. Сейсмические датчики могут определять магнитуду, движение части, направление частиц и/или давление. При проведении коммерческой наземной сейсморазведки применяют большое количество сейсмических датчиков, обеспечивающие большие объемы данных, которые после их анализа могут предоставить информацию, указывающую на различные характерные особенности геологического пласта. Данная информация может указывать на наличие или отсутствие углеводородов и других минералов, а также характерные особенности геологического пласта.
[7] Для специалистов в данной области важно понимать масштаб обычной наземной разведки. Часто для успешной наземной разведки применяются десятки, если не сотни, тысяч отдельных наземных датчиков. При стоимости 10-100 долларов США за датчик стоимость оборудования для разведки может составлять от 100 000 долларов США до более 100 000 000 долларов США
[8] Из-за такой высокой стоимости оборудования одним способов снижения общих затрат является проведение разведки на одной части области разведки с определенным участком приемника, а затем перемещение участка приемника и регистрирующего оборудования на другую часть области разведки. Это позволяет использовать меньше оборудования и при этом провести разведку для всей желаемой области.
[9] Также следует понимать, что время, необходимое на выполнение разведки, имеет большое значение, особенно при использовании вышеуказанного метода перемещения оборудования с одного места на другое.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[10] Приведенное ниже описание сущности изобретения предназначено для того, чтобы помочь специалистам в данной области понять варианты осуществления, описанные в настоящем документе, а также связанную формулу изобретения, и никоим образом не ограничивает любые пункты формулы изобретения, приведенные в настоящем документе или связанную с ним формулу изобретения.
[11] Комбинация различных предложенных элементов представляет собой способ выполнения наземного вибросейсмического исследования, включающий обеспечение по меньшей мере двух вибраторов в первой группе, причем каждый вибратор в первой группе назначен соответствующей линии возбуждения и при этом линии возбуждения первой группы проходят по существу параллельно друг другу; обеспечение по меньшей мере двух вибраторов во второй группе, причем каждый вибратор во второй группе назначен соответствующей линии возбуждения, которая отличается от линий возбуждения, назначенных вибраторам из первой группы; активацию вибраторов в первой группе с одновременным использованием свип-сигналов различных полос частот и различного фазового кодирования; активацию вибраторов во второй группе одновременно с вибраторами в первой группе с одновременным использованием свип-сигналов различных полос частот и различного фазового кодирования; и обнаружение результирующих сейсмических сигналов с помощью множества сейсмических датчиков, установленных в контакте с землей и являющихся частью сейсмической расстановки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[12] Приведенное ниже краткое описание графических материалов предназначено для того, чтобы способствовать пониманию специалистами в данной области настоящего документа, а также соответствующей формулы изобретения, и никоим образом не ограничивает эту или будущую связанную формулу изобретения.
[13] На фиг. 1 показаны характеристики, относящиеся к вибросейсморазведке с одновременной активацией двух вибраторов.
[14] На фиг. 2 показана совместная сейсморазведка с помощью 2 групп вибросейсмических установок, разнесенных на заданное расстояние; причем в каждой группе вибраторы осуществляют свипирование одновременно с помощью свип-сигналов разделенных полос частот; причем каждая группа вибраторов независима друг от друга.
[15] На фиг. 3 показан составной амплитудный спектр свип-сигналов 4 разделенных полос частот, указанных в таблице 1.
[16] На фиг. 4 показаны два способа получения кодированных опорных сигналов с 4 разделенными_полосами частот и кодированной фазой: опорный сигнал1-время_прослушивания, опорный сигнал2_время_прослушивания, опорный сигнал3_время_прослушивания, опорный сигнал4_время_прослушивания ((пример: для опорного сигнала 5 с и времени_прослушивания 6 с общее время=44 с); опорный сигнал1, опорный сигнал2, опорный сигнал3, опорный сигнал4, время_прослушивания (пример: для опорного сигнала 5 с и времени_прослушивания 6 с общее время=26 с).
[17] На фиг. 5 показаны примеры сейсмограмм для стандартных сейсмических измерений (опорный сигнал 20 с, прослушивание 6 с) (слева) в сравнении с вариантами осуществления способа, описанного в настоящем документе, с использованием кодированных опорных сигналов (справа).
[18] На фиг. 6 показана совместная вибросейсморазведка с помощью 4 групп вибросейсмических установок, разнесенных на заданное расстояние; причем в каждой группе вибраторы осуществляют свипирование одновременно с помощью кодированных свип-сигналов и каждая группа вибраторов независима друг от друга.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[19] Приведенное ниже подробное описание изобретения предназначено для того, чтобы способствовать пониманию специалистами в данной области различных комбинаций предложенных элементов, описанных в настоящем документе и в формуле изобретения, а также будущей связанной формуле изобретения. Данное описание никоим образом не ограничивает существующую или будущую формулу изобретения.
[20] Проблемой, связанной со скоростью разведки, является возможность одновременной (или близкой к этому) активации вибраторов в различных местоположениях вокруг расстановки сейсмических датчиков (расстановки приемников). Если можно будет получить одновременно или почти одновременно множество точек возбуждения, расстановку приемников можно будет быстро перемещать в новое местоположение, что позволит уменьшить общую продолжительность разведки. К сожалению, когда вибраторы активируют слишком близко друг к другу и одновременно или почти одновременно, сигналы могут налагаться друг на друга при обнаружении датчиком, что может ухудшить полученные данные.
[21] В настоящей заявке описаны варианты осуществления, относящиеся к новому и инновационному способу (способам) активации наземных сейсмических вибраторов и выполнения сейсморазведки, который обеспечивает высокую эффективность для существенного улучшения коммерческих результатов в части затрат, времени и эффективности, связанных с наземной сейсморазведкой.
[22] Настоящая заявка относится к способам проведения наземной сейсморазведки с помощью множества наземных сейсмических датчиков совместно с множеством наземных вибросейсмических установок.
[23] При проведении наземной вибросейсморазведки и в соответствии с вариантами осуществления, представленными в настоящем документе, распределяют большое количество датчиков для сейсморазведки, находящихся в контакте с землей. Единовременно в ходе разведки можно использовать 10 000, 20 000, 50 000, 100 000 и даже до 200 000 и более отдельных наземных датчиков. Кроме того, можно перемещать расстановку наземной разведки, включающую указанные количества датчиков, из одной области в соседнюю область для завершения в конечном итоге разведки всей области.
[24] В рамках сейсмической разведки вибрационный импульс подают в землю. Простым способом импульс может быть активирован в любой момент времени. Однако при использовании этого простого способа разведка занимает очень много времени и будет коммерчески менее эффективной и успешной. Для повышения эффективности желательно одновременно эксплуатировать множество вибраторов. Однако при этом сценарии могут возникнуть трудности, если сигналы налагаются друг на друга при обнаружении датчиком. Существует ряд способов для решения этой проблемы, таких как кодирование сигналов и/или другие методы их разделения.
[25] При обработке данных, полученных при одновременном возбуждении, сейсмические помехи рассматриваются как шум и для активного разделения источников применяют методы подавления шума. Для получения успешных результатов одновременно работающие вибрационные установки должны быть разнесены на большое расстояние, что требует использования большой расстановки приемников.
[26] В настоящей заявке описаны различные варианты осуществления, позволяющие уменьшить интервалы между вибрационными установками, а также использовать меньшую расстановку приемников.
[27] В соответствии с различными вариантами осуществления эффективность вибросейсморазведки можно повысить, если одна или более групп вибраторов работают совместно по расстановке приемников (датчиков). Каждая группа вибраторов может включать в себя по меньшей мере 2, 3 или 4 вибросейсмических установки, и каждая вибросейсмическая установка в группе может выполнять свипирование в различном диапазоне частот. В каждой вибросейсмической установке может быть 1, 2 или более вибраторов. Существуют различные механические конфигурации вибросейсмических установок.
[28] Как показано на фиг. 1, различные характеристики разведки с одновременным возбуждением представлены для наземной вибросейсмической разведки, где источники (вибросейсмические установки, обозначенные как V1 и V2) активируются одновременно и разнесены на определенное расстояние в пространстве или могут быть разделены временным интервалом возбуждения. При надлежащем использовании временного разнесения (перекрывающиеся свип-сигналы) или пространственного разнесения сигналы в определенной целевой области не будут нежелательным образом налагаться друг на друга.
[29] На фиг. 2 показана группа из 4 вибросейсмических установок (V1, V2, V3 и V4), работающих как группа и в ее составе. Четыре вибросейсмические установки (V1, V2, V3 и V4) расположены на четырех смежных и по существу параллельных линиях 1 возбуждения. Линия возбуждения представляет собой траекторию (воображаемую линию), вдоль которой должна перемещаться вибросейсмическая установка и периодически активироваться в заданных местоположениях и заданным образом. Приемные линии 2 перпендикулярны линиям 1 возбуждения. Как показано на фиг. 2, одно из вибросейсмических устройств (V1, V2, V3 и V4) представляет собой вибросейсмическую установку (в некоторых случаях грузовик). В каждой группе вибросейсмическая установка расположена на соответствующей траектории, как показано, и каждая вибросейсмическая установка активируется, одновременно создавая свип-сигнал различных полос частот с различным фазовым кодированием. Если для традиционной вибросейсмической разведки диапазон частот свип-сигнала составляет 2-90 Гц и длительность свип-сигнала составляет 20 с, при использовании одного свип-сигнала для точки возбуждения одним из вариантов реализации является разделение диапазона частот свип-сигнала 2-90 Гц на четыре части, причем каждая часть имеет различную полосу частот и различную фазу. Длительность каждого свип-сигнала может составлять 5 секунд. Такой вариант осуществления может быть следующим: V1: =2-27 Гц, фаза=0°; V2=24-48 Гц, фаза=90°; V3=45-69 Гц, фаза=180°, V4=66-90 Гц, фаза=270°. В этом случае каждое вибросейсмическое устройство остается на одной точке возбуждения и выполняет свипирование четыре раза, каждый раз с использованием различной полосы частот. Этот сценарий представлен и описан в таблице 1. В таблице 1 свип-сигналы разделенных полос частот для группы из четырех вибросейсмических устройств расположены на четырех различных линиях 1 возбуждения, причем каждое вибросейсмическое устройство выполняет свипирование четыре раза в одном местоположении.
Таблица 1
SP-11 (линия-1)
SP-21(линия-2)
SP-31(линия-3)
SP-41(линия-4)
Номер возбуждения
Длительность свип-сигнала
Время прослушивания
V1: 2-27 ГцФаза=0°
V2=24-48 ГцФаза=90°
V3=45-69 ГцФаза=180°
V4=66-90 ГцФаза=270°
Возбуждение-1
5 с
6 с
V1=24-48 ГцФаза=90°
V2=45-69 ГцФаза=180°
V3=66-90 ГцФаза=270°
V4=2-27 ГцФаза=0°
Возбуждение-2
5 с
6 с
V1=45-69 ГцФаза=180°
V2=66-90 ГцФаза=270°
V3=2-27 ГцФаза=0°
V4=24-48 ГцФаза=90°
Возбуждение-3
5 с
6 с
V1=66-90 ГцФаза=270°
V2=2-27 ГцФаза=0°
V3=24-48 ГцФаза=90°
V4=45-90 ГцФаза=180°
Возбуждение-4
5 с
6 с
[30] В соответствии с вариантами осуществления, показанными на фиг. 1 и описанными в таблице 1, для получения обратно полной полосы частот 2-90 Гц каждое возбуждение можно коррелировать с соответствующим свип-сигналом для каждого вибросейсмического устройства, а суммирование значений четырех возбуждений в одном местоположении выполняется после корреляции. Результирующее небольшое наложение между последовательной полосой частот и переходом, применяемым для каждого свип-сигнала, предназначено для обеспечения непрерывного составного спектра, как показано на фиг. 3.
[31] В соответствии с комбинацией различных предложенных элементов вибросейсмические установки могут размещаться на определенном расстоянии друг от друга и могут генерировать свип-сигналы, как описано в таблице 1. В этом сценарии фаза для каждого свип-сигнала в группе-2 может быть закодирована, например: 45°, 135°, 225° и 315°. В этом сценарии расстояние между группами может быть основано на проектировании и моделировании разведки для минимизации влияния сейсмических помех в целевой зоне до приемлемого уровня. Вторая группа вибросейсмических установок может работать независимо от первой группы вибросейсмических установок.
[32] В сценариях, описанных в настоящем документе, количество групп вибросейсмических установок может быть больше двух в зависимости от масштаба разведки. Каждая группа вибраторов может иметь различное количество вибросейсмических установок, например, 2, 3, 4 или более. Сравнение времени свипирования с помощью предложенного способа с традиционным возбуждением (без одновременного возбуждения) представлено в таблице 2 ниже. В таблице 2 представлено сравнение времени свипирования для традиционной вибросейсморазведки (без одновременного возбуждения) и одновременного возбуждения с разделенными полосами частот при использовании одной группы и двух групп из четырех вибросейсмических установок.
Таблица 2
Параметры вибросейсморазведки
Традиционное возбуждение с помощью отдельного свип-сигнала и вибросейсмической установки на 1 линии возбуждения
Одновременное возбуждение по разделенным полосам частот с помощью 4 вибросейсмических установок на 4 линиях возбуждения
Одновременное возбуждение по разделенным полосам частот с помощью 8 вибросейсмических установок на 8 линиях возбуждения
s+l+s+l+s+l+s+ls=время свипированияl=время прослушивания
s+s+s+s+l
s+l+s+l+s+l+s+l
s+s+s+s+l
Длительность свип-сигнала
20 с
5 с
5 с
5 с
5 с
Время прослушивания
6 с
6 с
6 с
6 с
6 с
Количество активных линий возбуждения
1
4
4
8
8
Количество свип-сигналов на точку вибросейсмических измерений
1
4
4
4
4
Общее время на точку вибросейсмических измерений для линии возбуждения
26 с
11 с
6,5 с
11 с
6,5 с
Общее время на точку вибросейсмических измерений для 4 линий возбуждения
26*4=104 с
44 с
26 с
44 с
26 с
Общее время на точку вибросейсмических измерений для 8 линий возбуждения
26*8=208 с
44 с
26 с
44 с
26 с
[33] В соответствии с вариантами осуществления, описанными в настоящем документе, для снижения общего времени, затрачиваемого на точки вибросейсмических измерений, четыре свип-сигнала V1, V2, V3, V4 могут быть последовательно объединены для устранения времени прослушивания для V1, V2 и V3. В этом сценарии общее время для свипирования в четырех точках возбуждения составляет 26 секунд вместо 44 секунд. Это проиллюстрировано на фиг. 4. Следует понимать, что экономия в 16 секунд на точку возбуждения в контексте масштабной наземной сейсморазведки увеличивается во много тысяч раз и обеспечивает значительное улучшение в плане эффективности использования времени, рентабельности и успешности наземной вибросейсморазведки.
[34] Другая группа из 4 вибросейсмических установок может быть расположена на определенном расстоянии и будет генерировать такие же свип-сигналы, как описано в таблице 1. Фаза для каждого свип-сигнала в группе-2 также будет кодироваться, например: 45°, 135°, 225° и 315°. Расстояние между группами может быть основано на проектировании и моделировании разведки для минимизации влияния сейсмических помех в целевой зоне. Вторая группа вибросейсмических установок будет работать независимо от первой группы вибросейсмических установок.
[35] Количество групп вибросейсмических установок может быть больше двух в зависимости от масштаба разведки. На фиг. 6 показаны четыре группы вибраторов, при этом каждая группа содержит четыре вибрационные установки и работает независимо от других групп вибраторов.
[36] На фиг. 6 показана совместная вибросейсморазведка с помощью 4 групп вибросейсмических установок, разнесенных на заданное расстояние; причем в каждой группе вибраторы осуществляют свипирование одновременно с помощью кодированных свип-сигналов и каждая группа вибраторов независима друг от друга.
[37] Каждая группа вибраторов может иметь различное количество вибросейсмических установок, обычно 2, 3 или 4.
[38] Во время работы количество установок в группе может быть изменено в зависимости от рабочих условий. Изменения могут быть внесены в план возбуждения, подготовленный во время планирования разведки.
[39] Как показано на фиг. 6, две группы вибрационных установок (V1, V2, V3 и V4) могут совместно использовать линии возбуждения, причем линии возбуждения каждой группы коллинеарны, или такие же, как линии возбуждения другой группы.
[40] Если одна или более вибрационных установок не находятся в требуемом местоположении из-за различных полевых условий (например, препятствий), вибраторы могут применять одинаковую последовательность свип-частот в различных местоположениях при условии, что координаты x, y, z зарегистрированы на основе глобальной системы позиционирования (GPS) и результатов измерения высоты. Этот способ активации обеспечивает гибкость при выполнении работ и может способствовать минимизации непродуктивного времени.
[41] В соответствии с настоящими вариантами осуществления описаны новые способы и системы для выполнения наземной вибросейсмической разведки. Однако независимо от того, насколько эффективным является такой способ и какие экономические улучшения реализуются, это не имеет значения, если фактические сейсмические данные являются недостаточными. В соответствии с настоящим изобретением и в соответствии с экспериментальными исследованиями было установлено, что результаты разведки, полученные с помощью настоящих вариантов осуществления, являются аналогичными традиционным более эффективным способам и даже превосходят их. Это показано на фиг. 5. На фиг. 5 показано сравнение данных, полученных с помощью традиционной вибросейсморазведки (длительность свип-сигнала 20 секунд и время прослушивания 6 секунд, одна точка возбуждения за раз) с одновременным возбуждением с помощью четырех вибраторов, расположенных на четырех разных линиях, когда каждый вибратор генерирует свип-сигнал различных разделенных полос частот (длительность свип-сигнала 5 секунд и время прослушивания 6 секунд).
[42] Хотя настоящее описание относится к ограниченному количеству вариантов осуществления, специалистам в данной области техники, ознакомленных с преимуществами данного изобретения, будет понятно, что могут быть выполнены многочисленные модификации и вариации без отступления от объема настоящего изобретения. Прилагаемая формула изобретения охватывает такие модификации и вариации как подпадающие под сущность и объем изобретения, описанного в настоящем документе.