Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения границ ВЧР методом прямого МСК в комплексе с методом преломленных волн

Область применения - изобретение относится к сейсмической разведке, в частности - для определения границ зон малых и пониженных скоростей распространения сейсмических волн в разрезе скважины

Из истории вопроса

Методика полевых наблюдений при изучении параметров верхней части разреза (ВЧР) включает приемы обработки полученных материалов и расчета статических поправок результатов микросейсмокаротажных исследований (МСК). Однако на сейсмогеологические условия для определения параметров ВЧР существенно влияют неоднородности верхней части разреза: наличие зон малых и пониженных скоростей (ЗМС, ЗПС) и отклонение рельефа дневной поверхности от плоскости, что приводят к значительным искажениям годографов отраженных и преломленных волн за счет разной высоты пунктов возбуждения и приема, изменения мощности ЗМС и ЗПС, малых значений и непостоянства скорости распространения сейсмических волн в них. Кроме того, зона малых скоростей является неблагоприятной средой для возбуждения упругих колебаний в связи с возникновением интенсивных поверхностных волн-помех, поглощением энергии, особенно высокочастотных составляющих.

Во избежание этих факторов возбуждение упругих колебаний, как правило, производят ниже ЗМС, в так называемых подстилающих породах. А чтобы снять влияние неоднородности ЗМС, ЗПС и рельефа, в годографы отраженных и преломленных волн вносят статические поправки, благодаря которым приводят наблюдения к некоторой поверхности приведения, выбираемой под верхней неоднородной частью разреза.

При этом от точности учета неоднородностей зависит степень детальности и точности изучения строения ВЧР. Изучение ЗМС проводится для определения глубины взрывной скважины (т.к. глубина взрыва должна быть ниже подошвы ЗМС, т.е. Н_взр>Н_змс) и, соответственно, уменьшения потерь энергии волны ввиду того, что зона малых скоростей обладает интенсивными поглощающими свойствами; а также для расчета статических поправок.

На практике МСК осуществляют известными методами прямого и обращенного сейсмокаротажа. При этом каждый из методов имеет свои недостатки.

Так, при обращенном МСК по окончании бурения буровая колонна извлекается и в скважину помещается косичка с источниками сейсмовозбуждения - детонаторами. Метод очень затратный и малоэффективный, поскольку косичка не всегда опускается в натянутом виде, шаговое расстояние между детонаторами, соответственно, является непостоянным, что приводит в погрешности в измерениях. Обвал стенок скважины при возбуждении колебаний (детонации источников сейсмовозбуждения) приводит к аварийным ситуациям, потере дорогостоящего оборудования, задалживания времени на буровой.

Аналогично, при прямом МСК - спуск в пробуренную скважину косички с сейсмоприемниками также требует определенных усилий для соблюдения шагового интервала между сейсмоприемниками и обеспечения необходимой точности измерений. При этом косичка заплывает скважинным шламом и горной породой, после чего извлечение ее на поверхность оказывается невозможным - соответственно происходит потеря приборов на каждой из скважин.

Для устранения этих недостатков возможно использование обсадных труб, для чего требуется применение дорогостоящего оборудования, больших временных и материальных затрат. При этом уже через сутки обсадную колонну извлечь из скважины невозможно - она прихватывается давлением плывуна и горной породой, окружающей скважину.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения зоны малых скоростей (ЗМС) исследуемого пласта, а также повышение эффективности, экономичности и безопасности проводимых исследований.

Поставленная задача решается следующим образом.

В соответствии со способом определения границ ВЧР методом прямого МСК в комплексе с методом преломленных волн, включающем установку источника возбуждении на заданном удалении от устья скважины, бурение скважины заведомо ниже зоны малых скоростей, спуск в скважину сейсмоприемников, детонацию источника возбуждения и регистрацию сейсмоприемниками времени t_i - первых вступлений упругих волн от каждого из источников возбуждения, согласно изобретению, источник возбуждения устанавливают от устья скважины на расстоянии, достаточном для образования преломленной волны на данном участке исследований, производят бурение скважины, по окончании которого в полость буровой колонны спускают скважинный прижимной зонд, содержащий как минимум один трехкомпонентный сейсмоприемник, посредством которого осуществляют регистрацию времени t_i - первых вступлений упругих волн от источника возбуждений, при этом регистрацию осуществляют методом МСК в комплексе с методом преломленных волн с выявлением головной волны по формуле:

α=arcsin(V₁/V₂),

где α - угол падения волны между источником возбуждения и подошвой ЗМС;

V₁ - скорость отраженной волны; V₂ - скорость преломленной волны

Предложенный способ определения границ ВЧР методом прямого МСК в комплексе с методом преломленных волн (далее - Способ) имеет следующие преимущества

1. повышение точности измерений

- размещение скважинного прижимного зонда с сейсмоприемником в полости буровой колонны, выполняющей в данном случае функцию обсадной колонны, повышает достоверность измерений, поскольку выдвижной рычажной системой зонда обеспечивается возможность плотного прижатия сейсмоприемника к стенке буровой колонны, что позволяет снизить влияние шумов на работу сейсмоприемника и обеспечивает повторяемость формы записи регистрируемых параметров при сохранении условий возбуждения,

- удаление источника возбуждения от устья скважины на расстояние, достаточное для формирования отраженных волн на данном участке исследований, обеспечивает возможность проведения микросейсмокаротажных исследований (МСК) с применением метода преломленных волн (МПВ), что в комплексе существенно повышает точность выявления подошвы зоны малых скоростей (ЗМС). Это объясняется тем, что скорость распространения волн под ЗМС намного ниже скорости непосредственно в самой ЗМС, очевидно, что первой достигнет сейсмоприемника в скважине преломленная волна, скользящая по границе раздела сред - так называемая головная волна, угол падения которой зависит от расстояния удаления источника возбуждения от устья скважины и определяется по формуле:

α=arcsin(V₁/V₂),

где α - угол падения волны между источником возбуждения и подошвой ЗМС;

V₁ - скорость отраженной волны; V₂ - скорость преломленной волны.

Поскольку волна, отраженная от границы раздела сред, подходит к сейсмоприемнику снизу, а преломленная волна подходит к сейсмоприемнику сверху, на границе раздела сред фазы первого вступления прямой и отраженной волн меняются на противоположные, что на сейсмограмме МСК выражается как трасса с минимальным временем вступления, определяющая границу ЗМС.

При этом преломленные волны, проходящие часть пути вдоль границы раздела сред со скоростью волн в подстилающих эту границу породах, дают информацию о скоростях в породах, подстилающих соответствующую преломляющую границу, что повышает информативность полученных данных и, соответственно, повышает точность определения границ ЗМС.

2. повышение экономической эффективности

- возможность размещения скважинного прижимного зонда с сейсмоприемником в полости буровой колонны сразу же по окончании бурения значительно сокращает время работ на скважине, в отличие от известных способов, где по окончании бурения включаются этапы извлечения буровой колонны, последующий спуска сейсмоприемников в скважину,ожидания специальной техники с оператором МСК и возбуждения детонаторов, что занимает довольно продолжительное время - от одного дня до нескольких дней.

- возможность использования буровой колонны в качестве обсадных труб при МСК сокращает затраты по проведению предварительных специальных работ на скважине - геологическое исследование керна на данной площади и т.д., поскольку позволяет быстро и качественно проводить измерения в скважине независимо от литологического состава площади сейсмического исследования.

Поскольку на площадях сейсмических исследований бурится довольно большое количество скважин (до 500 штук и более), экономический эффект от применения предложенного Способа будет достаточно ощутимым.

Предложенный Способ также дает возможность использования альтернативных источников сейсмических возбуждений без применения взрывных источников, что повышает технику безопасности работ на скважине и обеспечивает экологическую защиту окружающей среды.

Для реализации предложенного способа на практике не требуется применения специальных материалов и оборудования, что соответствует критерию изобретения «промышленная применимость»

На практике предложенный Способ реализуется следующим образом.

По заранее намеченной площади сейсмических исследований разбуривается заданное количество скважин. При этом, по мере исследования площади, у каждой последующей скважины на заданном расстоянии от устья устанавливают источник возбуждения упругих волн. Сразу же по окончании бурения скважины в полость буровой колонны (или полых шнеков) на забой на кабеле спускают скважинный прижимной зонд, содержащий сейсмоприемник. Наземным источником возбуждения производят последовательное возбуждение упругих волн. В процессе постепенного подъема скважинного прижимного зонда, последний с заданным интервалом (например, через каждые два метра), фиксируют в полости колонны, а с сейсмоприемника снимают наблюденные времена t_H первых вступлений отраженных упругих волн от источника возбуждения. По параметрам времени распространения возбужденных упругих волн в породе от источника возбуждения, с учетом глубины расположения сейсмоприемника в стволе скважины, наземной аппаратурой строится вертикальный скоростной годограф, по которому определяются пластовые скорости отраженных упругих волн. Одновременно с этим, с учетом расстояния от источника возбуждения до сейсмоприемника, строится годограф преломленных волн.

Найденные данные для одних и тех же глубин всех исследованных скважин намеченной сети на данной площади исследований усредняются. По взломам скоростных годографов и Годографов преломленных волн каждой из скважин в совокупности определяются ЗМС.

По окончании измерений скважинный зонд, а затем и буровую колонну извлекают из скважины.

На практике предложенным Способом бьщцобработана площадка на 16 скважин. Бурение осуществлялось при помощи буровой установки УРБ-2А-2, применялся источник возбуждений КЭМ-4 (колесный электромагнит), измерения проводились с применением скважинного зонда с трехкомпонентным сейсмоприемником «Волна - ТБМ»,

В целом на проведение исследований одной скважины предложенным Способом затрачивалось порядка 1 часа времени, из которого на проведение непосредственно измерений оператором МСК тратилось до 15 минут. Что очень эффективно при исследованиях скважин в зонах со сложным рельефом и строением пластов, например, в районах Западной Сибири, где есть опасность «прихвата» буровых труб в оплывающей породе и невозможности их извлечения из скважины.

Таким образом, предложенный Способ для определения границ ВЧР методом прямого МСК в комплексе с методом преломленных волн обеспечивает возможность с минимальными материальными и временными затратами получить точные данные, по результатам обработки которых определяется реальная мощность и скорость верхней низкоскоростной части разреза (ВЧР). Это позволяет, в свою очередь, производить своевременный анализ полученных данных и корректировку оптимальных условий возбуждения при определении границ ВЧР. Предложенный способ позволяет использовать в качестве источника возбуждения пневмоударные или электромагнитные установки, не применяя взрывчатых веществ, обеспечивая тем самым сохранность окружающей среды и безопасность обслуживающего персонала на скважине.

На основании изложенного считаем, что поставленная задача изобретения решена в полном объеме.