Результат интеллектуальной деятельности: Способ регистрации сейсмических сигналов с целью поиска и разведки углеводородов в структурах подводных геологических массивов

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для поиска углеводородов (нефти и газа), для активного и пассивного мониторинга углеводородных месторождений при их разработке на акваториях с широким диапазоном глубин, в переходных зонах море-суша, в ходе морской сейсморазведки, в ходе шельфовой сейсморазведки, в том числе в Северных морях, и для исследований земной коры.

В известном способе регистрации сейсмических сигналов на акватории моря при поиске подводных залежей углеводородов [1] датчики заглубляют в морское дно на глубину 20-150 м. Данный способ расстановки датчиков позволяет повысить информативность и достоверность сейсмических исследований, в том числе регистрировать обменные отраженные PS волны и SS волны.

Недостатки известного способа - высокая трудоемкость, повышенная опасность для людей, проводящих работы, высокая стоимость используемой аппаратуры и проводимых работ, низкое распространение используемой аппаратуры по сравнению с предложенным способом.

В известном способе поиска месторождений углеводородов на морском шельфе [2] регистрация данных производится посредством подводного приемного акустического блока.

Недостатки известного способа - невозможность определения конкретных геометрических характеристик обнаруженного нефтесодержащего пласта, невозможность определения нефтенасыщенности обнаруженного нефтесодержащего пласта, невозможность проведения активного и пассивного мониторинга углеводородных месторождений при их разработке, невозможность проведения данным способом исследований земной коры, высокая стоимость и низкое распространение используемой аппаратуры по сравнению с предложенным способом.

В известном способе поиска углеводородов на шельфе северных морей [3] применяют сейсмогидроакустические приемные системы с нулевой плавучестью, которые размещают не на дне, а в водном слое над поверхностью дна. Технический результат этого известного способа осуществляется за счет регистрации откликов в водном слое от обменных отраженных PS-волн и отраженных SS-волн, и в связи с этим данный известный способ является наиболее близким к предложенному способу.

Недостатки известного способа - высокая трудоемкость, техническая и технологическая сложность реализации, снижение надежности используемой аппаратуры, уменьшение срока эксплуатации используемой аппаратуры, высокая стоимость используемой аппаратуры и проведения работ, в некоторых случаях повышенная опасность для людей, проводящих работы, невозможность использования данного способа при небольших глубинах водоемов, низкое распространение используемой аппаратуры по сравнению с предложенным способом.

В известном способе площадной морской сейсмической разведки [4] предлагается использование автономных самовсплывающих многокомпонентных донных регистраторов.

Недостатки известного способа - высокая трудоемкость, техническая и технологическая сложность реализации, снижение надежности используемой аппаратуры, высокая стоимость используемой аппаратуры, уменьшение срока эксплуатации используемой аппаратуры, низкое распространение используемой аппаратуры, по сравнению с предложенным способом.

В известном способе поиска и разведки залежей углеводородов в структурах морского дна [5] приемники и источники размещают в полостях скважин глубиной от 100 до 200 м.

Недостатки известного способа - высокая трудоемкость, техническая и технологическая сложность реализации, повышенная опасность для людей, проводящих работы, высокая стоимость используемой аппаратуры и проведения работ, низкое распространение используемой аппаратуры по сравнению с предложенным способом.

Задачей изобретения является создание высокоэффективного способа регистрации сейсмических сигналов с целью поиска и разведки углеводородов в структурах подводных геологических массивов.

Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение способа регистрации сейсмических сигналов, а именно откликов в водном слое от обменных PS- и SS-волн, отраженных от неоднородностей подводного геологического массива и дающих дополнительную информацию о подводном геологическом массиве, уменьшении трудоемкости, технической и технологической сложности проведения работ при реализации способа, при сохранении высокой информативности сейсмических исследований подводных геологических массивов на акваториях с широким диапазонам глубин, а также обеспечение возможности применения при реализации способа более простой и надежной аппаратуры, уменьшение финансовых затрат на проведение работ, увеличение безопасности проведения работ.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что предлагается способ регистрации сейсмических сигналов с целью поиска и разведки углеводородов в структурах подводных геологических массивов, заключающийся в том, что осуществляют регистрацию сейсмических волн, в том числе откликов в воде от PS- и SS-волн, отраженных от неоднородностей подводного геологического массива и генерируемых источником сейсмических волн, посредством приемников, расположенных в водном слое, и проводят анализ временных записей сигналов, по результатам которого судят об исследуемом подводном геологическом массиве, при этом приемники располагают вблизи поверхности воды, приемники удаляют от источника на минимальное заданное расстояние, обеспечивающее возможность регистрации откликов в воде от PS- и SS-волн, которое определяют путем полноволнового численного моделирования на основе известных данных о рельефе дна, и/или о толщине водного слоя, и/или об исследуемом подводном геологическом массиве.

При этом целесообразно в качестве источника сейсмических волн использовать широко применяющиеся на практике пневмопушки.

Кроме того, целесообразно в качестве приемников использовать широко применяющиеся на практике гидрофоны, закрепленные на плавающих косах.

Пример осуществления изобретения

Пусть источником сейсмических сигналов является, к примеру, пневмопушка, находящаяся на глубине 6 м от поверхности воды и фиксируемая на первом корабле, а приемниками являются, к примеру, гидрофоны, закрепленные на плавающей косе, заглубленные менее чем на 6 м от поверхности воды, регистрирующие давление и перемещаемые вторым кораблем.

Рассмотрим подробнее процесс определения расстояния удаления приемников от источника путем полноволнового численного моделирования на основе известных данных о рельефе дна, и/или о толщине водного слоя, и/или об исследуемом подводном геологическом массиве, обеспечивающего возможность регистрации откликов в воде от PS- и SS-волн приемниками, расположенными в водном слое вблизи поверхности воды.

1. Принимается решение о том, какое моделирование проводить - в трехмерном случае, или в двумерном случае.

2.1. В случае, когда есть данные и о рельефе дна, и о толщине водного слоя, строится изначальная гипотеза о форме и положении области D_w и подбирается необходимый диапазон варьирования формы и положения области D_w на основе данных о толщине водного слоя, о рельефе дна, и результатов многократного определения расстояния удаления приемников от источника путем полноволнового численного моделирования для различных D_w.

2.2. В случае, когда данные о рельефе дна отсутствуют, а данные о толщине водного слоя есть, строится изначальная гипотеза о форме и положении области D_w и подбирается необходимый диапазон варьирования формы и положения области D_w на основе данных о толщине водного слоя и результатов многократного определения расстояния удаления приемников от источника путем полноволнового численного моделирования для различных D_w.

2.3. В случае, когда данные о толщине водного слоя отсутствуют, а данные о рельефе дна есть, строится изначальная гипотеза о форме и положении области D_w и подбирается необходимый диапазон варьирования формы и положения области D_w на основе данных о рельефе дна и результатов многократного определения расстояния удаления приемников от источника путем полноволнового численного моделирования для различных D_w.

2.4. В случае, когда данные и о рельефе дна, и о толщине водного слоя отсутствуют, строится изначальная гипотеза о форме и положении области D_w и подбирается необходимый диапазон варьирования формы и положения области D_w на основе результатов многократного определения расстояния удаления приемников от источника путем полноволнового численного моделирования для различных D_w.

3.1. Если выбрано проведение трехмерного моделирования, и в случае, когда есть данные о подводном геологическом массиве, выбираются функции зависимости сейсмических параметров геологических сред от координат с_р(x,y,z), c_s(x,y,z), ρ(x,y,z) и зависимость параметров воды от координат c(x,y,z), ρ(x,y,z) в области D_w на основе известных данных о подводном геологическом массиве и результатов многократного определения расстояния удаления приемников от источника путем полноволнового численного моделирования для различных зависимостей сейсмических параметров геологических сред от координат c_p(x,y,z), c_s(x,y,z), ρ(x,y,z) и зависимостей параметров воды от координат с(х,у,z), ρ(х,у,z) в области D_w.

3.2. Если выбрано проведение трехмерного моделирования, и в случае, когда данные о подводном геологическом массиве отсутствуют, выбираются функции зависимости сейсмических параметров геологических сред от координат с_р(x,y,z), c_s(x,y,z), ρ(x,y,z) и зависимость параметров воды от координат c(x,y,z), ρ(x,y,z) в области D_w на основе результатов многократного определения расстояния удаления приемников от источника путем полноволнового численного моделирования для различных зависимостей сейсмических параметров геологических сред от координат с_р(x,y,z), c_s(x,y,z), ρ(x,y,z) и зависимостей параметров воды от координат c(x,y,z), ρ(x,y,z) в области D_w.

3.3. Если выбрано проведение двумерного моделирования, и в случае, когда есть данные о подводном геологическом массиве, выбираются функции зависимости сейсмических параметров геологических сред от координат с_р(х,у), c_s(x,y), ρ(х,у) и зависимость параметров воды от координат с(х,у), ρ(х,у) в области D_w на основе известных данных о подводном геологическом массиве и результатов многократного определения расстояния удаления приемников от источника путем полноволнового численного моделирования для различных зависимостей сейсмических параметров геологических сред от координат с_р(х,у), c_s(x,y), ρ(х,у) и зависимостей параметров воды от координат с(х,у), ρ(х,у) в области D_w.

3.4. Если выбрано проведение двумерного моделирования, и в случае, когда данные о подводном геологическом массиве отсутствуют, выбираются функции зависимости сейсмических параметров геологических сред от координат с_р(х,у), c_s(x,y), ρ(х,у) и зависимость параметров воды от координат с(х,у), ρ(х,у) в области D_w на основе результатов многократного определения расстояния удаления приемников от источника путем полноволнового численного моделирования для различных зависимостей сейсмических параметров геологических сред от координат с_р(х,у), c_s(x,y), ρ(х,у) и зависимостей параметров воды от координат с(х,у), ρ(х,у) в области D_w.

4.1. Если выбрано проведение трехмерного моделирования, то для некоторых конкретных D_w, зависимости сейсмических параметров геологических сред от координат с(x,y,z), c_s(x,y,z), ρ(x,y,z) и зависимости параметров воды от координат c(x,y,z), ρ(x,y,z) в области D_w полноволновое численное моделирование проводится следующим образом.

В области D_w решается система уравнений

А в остальной области система уравнений

На нижней границе области D_w ставится граничное условие

- единичный вектор нормали, внешний по отношению к геологической породе (1),

- скорости в геологических породах (1) и (2), или в геологической породе и воде,

σ₁, σ₂ - тензоры напряжений в геологических породах (1) и (2).

4.2. Если выбрано проведение двумерного моделирования, то для некоторых конкретных D_w, зависимости сейсмических параметров геологических сред от координат с_р(х,у), c_s(x,y), ρ(х,у) и зависимости параметров воды от координат c(x,y,z), ρ(x,y,z) в области D_w полноводное численное моделирование проводится следующим образом.

В области D_w решается система уравнений

А в остальной области система уравнений

На нижней границе области D_w ставится граничное условие

- единичный вектор нормали, внешний по отношению к геологической породе (1),

- скорости в геологической породе и воде,

σ₁, σ₂ - тензоры напряжений в геологических породах (1) и (2).

5.1. Если выбрано проведение трехмерного моделирования, то в результате полноволнового численного моделирования получаются известными функции и p(x,y,z,t) в области D_w, и функции и σ(x,y,z,t) в остальной области.

5.2. Если выбрано проведение двумерного моделирования, то в результате полноволнового численного моделирования получаются известными функции и p(x,y,t) в области D_w, и функции и σ(x,y,t) в остальной области.

6.1. Если выбрано проведение трехмерного моделирования, то на основании известных и p(x,y,z,t) в области D_w определяется расстояние, на котором амплитуды этих функций вблизи верхней границы Dw, соответствующие откликам в воде от PS- и SS-волн, достаточны для регистрации приемниками. Это расстояние и является расстоянием удаления приемников от источника, обеспечивающим возможность регистрации откликов в воде от PS- и SS-волн приемниками, расположенными в водном слое вблизи поверхности воды.

6.2. Если выбрано проведение двумерного моделирования, то на основании известных и p(x,y,t) в области D_w определяется расстояние, на котором амплитуды этих функций вблизи верхней границы Dw, соответствующие откликам в воде от PS- и SS-волн, достаточны для регистрации приемниками. Это расстояние и является расстоянием удаления приемников от источника, обеспечивающим возможность регистрации откликов в воде от PS- и SS-волн приемниками, расположенными в водном слое вблизи поверхности воды.

Для определения минимального расстояния между кораблями, обеспечивающего возможность регистрации откликов в воде от PS- и SS-волн приемниками, расположенными в водном слое вблизи поверхности воды используем, например, следующие данные о толщине водного слоя и подводном геологическом массиве, представляющие собой данные о структуре из 10 горизонтальных слоев, первый из которых является водным слоем, причем предполагается, что 7-й слой является нефтесодержащим резервуаром, имеет горизонтальную протяженность 3 км и расположен симметрично относительно источника. Сейсмические характеристики данных слоев и их мощности даны в таблице 1. Первый слой соответствует воде и представляет из себя область D_w.

В сейсмических породах решается система уравнений

- скорость, σ - тензор напряжений Копти, ρ - плотность, с_р, c_s - скорости продольных и поперечных волн соответственно, - тензорное произведение векторов и , .

В воде решается система уравнений

р - давление, с - скорость звука в морской воде.

На поверхности раздела между породами с различными сейсмическими характеристиками (1 и 2) ставится следующее граничное условие

На поверхности раздела между водой и дном ставится следующее граничное условие

- единичный вектор нормали, внешний по отношению к геологической породе (1),

- скорости в геологической породе и воде,

σ₁, σ₂ - тензоры напряжений в геологических породах (1) и (2).

По данной базовой модели выполняется полноволновое численное моделирование, например, сеточно-характеристическим методом. На рис. 1, 2, слева приведены результаты по модели без нефтесодержащего резервуара (слой 7), а справа - при наличии нефтесодержащего резервуара.

Изобретение может быть пояснено с помощью рисунков.

На рис. 1 отмечены отклики в толще воды от PS-обменных волн, отраженных от кровли (rPS1) и подошвы (rPS2) резервуара. Необходимое удаление приемников, расположенных вблизи поверхности воды, от источника, расположенного вблизи поверхности воды, для их регистрации составляет от 1 км для рассмотренной базовой модели шельфового месторождения.

На рис. 2 отмечены отклики в толще воды от SS волн, отраженных от кровли (rSS1) и подошвы (rSS2) резервуара. Необходимое удаление приемников, расположенных вблизи поверхности воды, от источника, расположенного вблизи поверхности воды, для их регистрации составляет от 2 км для рассмотренной базовой модели шельфового месторождения.

На рис. 3 приведены сейсмограммы после устранения кратных волн, построенные по данным с приемников, расположенных левее источника для постановки без резервуара, на рис. 4 - с приемников, расположенных правее для постановки с нефтесодержащим резервуаром. Приемники удалены от источника на расстояние от 0 до 4500 м соответственно и расположены на поверхности воды.

Проведенные исследования (рис. 1-4) подтверждают возможность регистрации откликов в воде от PS- и SS-волн приемниками, расположенными вблизи поверхности воды. Рис. 3-4 наглядно демонстрирует наличие дополнительной информации о нефтесодержащем резервуаре, полученной с приемников, расположенных вблизи поверхности воды, и удаленных от источника на 1-4.5 км.

Далее одним из известных способов проводится обработка данных сейсмических сигналов, в том числе откликов в воде от PS- и SS-волн, отраженных от неоднородностей подводного геологического массива, проводят анализ временных записей сигналов, полученных с приемников, позволяющий судить об исследуемом подводном геологическом массиве, в том числе о наличии в нем углеводородов и об их характеристиках.

Следует отметить, что для численного моделирования возможно использование всех данных, которые являются известными до проведения сейсмической разведки: например, данные о толщине водного слоя или данные о толщине водного слоя и рельефе дна и т.д.

Также следует отметить, что аналогичным образом можно определить диапазон расстояний, то есть не только минимальное, но и максимальное расстояние между приемником и источником, и не только для регистрации откликов в воде от PS- и SS-волн, но и для регистрации РР-волн и SP-волн, отраженных от интересующих неоднородностей подводного геологического массива, на которые целесообразно удалять приемники от источника, для проведения максимально информативной и эффективной регистрации сейсмических волн.

Источники информации

1. Патент РФ №2483330. Способ регистрации сейсмических сигналов на акватории моря при поиске подводных залежей углеводородов, Жуков Ю.Н., Чернявец В.В., Аносов B.C., Жильцов Н.Н., Чернявец А.В.

2. Патент РФ №2503036. Способ поиска месторождений углеводородов на морском шельфе, Мироненко М.В., Малашенко А.Е., Карачун Л.Э., Василенко A.M.

3. Патент РФ №2517780. Способ поиска углеводородов на шельфе северных морей, Груздев П.Д., Дмитриченко В.П., Жостков Р.А., Кочедыков В.Н., Руденко О.В., Собисевич А.Л., Собисевич Л.Е., Сухопаров П.Д.

4. Патент РФ №2393507. Способ площадной морской сейсмической разведки, Ильинский Д.А., Ильинская Е.А.

5. Патент РФ №2180448. Способ поиска и разведки залежей углеводородов в структурах морского дна, Азизов A.M., Асланов И.М., Курицын А.Г., Плугин А.И.