Обработка материалов вертикального сейсмического профилирования. Вычисление средних и пластовых скоростей

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

«ПЕТРАЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КОЛЬСКИЙ ФИЛИАЛ

ГОРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

Курсовая работа

по дисциплине «Сейсмические исследования скважин»

Пояснительная записка

Тема работы: Обработка материалов вертикального сейсмического профилирования.

Вычисление средних и пластовых скоростей

Апатиты

2012 г.



Содержание

Введение

1. Методика наблюдений

1.1 Геолого-геофизические задачи

1.2 Основные особенности ВСП

1.3 Методика работ ВСП

1.4 Волны-помехи при ВСП

1.5 Особенности кинематики волн на вертикальном профиле

1.6 Аппаратура для производства работ ВСП

2. Обработка материалов скважинных наблюдений методом ВСП

2.1 Определение средней и пластовой скоростей

2.2 Интерпретация динамических особенностей волн

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Сейсмическая разведка является ведущим методом геофизических исследований земной коры. Сейсморазведка основана на изучении распространения в горных породах искусственно возбуждаемых упругих волн. Вызванные взрывом, ударом или вибрацией сейсмического источника, упругие колебания распространяются во все стороны и проходят в толщу земной коры. Здесь они претерпевают преломление и отражение на границах горных пород с различными упругими свойствами и частично возвращаются к дневной поверхности, где во множестве точек наблюдения регистрируются высокоточной аппаратурой. По записям этих волн строят сейсмические изображения геологических объектов, что позволяет определить их глубины и формы, а также прогнозировать их литологический состав.

Скважинная сейсморазведка объединяет несколько методов, в которых приём или возбуждение волн осуществляют в скважинах. Наряду с прямыми проходящими волнами используют волны отражённые и преломлённые с путями, укороченными со стороны приёмников или источников, расположенных в скважинах. Скважинная сейсморазведка применяется для решения структурных геологических задач, в частности для определения элементов залегания крутопадающих границ на участке, примыкающем к скважине, чаще всего при изучении боковых стенок соляных куполов. Во всех этих работах используются, как правило, только первые вступления продольных волн.

Метод, положивший начало скважинной сейсморазведке, называется сейсмокаротаж. Сейсмокаротаж - способ сейсморазведки, заключающийся в наблюдениях в скважинах с целью определения скоростного разреза, стратиграфической привязки сейсмических границ, а также для распознавания и изучения сейсмических волн. Его единственная задача - измерение времени пробега упругой волны по вертикали от поверхности до точек стоянки зонда в скважине.

Около двадцати лет назад метод вертикального сейсмического профилирования (ВСП) стал главным методом сейсмических наблюдений в скважинах и включил в себя существовавшие ранее самостоятельно скважинные наблюдения в сейсморазведочном диапазоне частот: сейсмический каротаж и скважинную сейсморазведку. Высокая эффективность ВСП, большое практическое значение, оперативность и наглядность получаемых результатов объясняют его широкое применение. ВСП является основным методом экспериментального изучения сейсмических волн в реальных средах.

Поляризационный метод ВСП (ПМ ВСП) существенно увеличил возможности решения литолого-стратиграфических задач и изучение околоскважинного пространства, и это явилось основой расширения области применения сейсмических исследований и позволило не ограничивать их традиционными этапами поиска и подготовки структур к глубокому бурению, но применять их также на этапах разведки и эксплуатации месторождений. ПМ ВСП явился основой развития принципиально нового направления -промысловой сейсмики - сейсмических на этапе разведки и эксплуатации месторождений. Промысловая сейсмика, или сейсмика околоскважинного пространства, является основой существенного повышения эффективности всего комплекса геологоразведочных и эксплуатационных работ, сокращения объемов очень дорогого глубокого бурения.

Цель данной работы - расширение и закрепление знаний по дисциплине сейсмические методы исследования скважин, а также получение базовых представлений о методиках обработки данных, полученных в результате исследования, и интерпретации полученной информации.



1. Методика наблюдений

1.1 Геолого-геофизические задачи

Любая производственная деятельность имеет свою цель. Для геофизических работ такая цель формализуется в геологической задаче. Сейсмические исследования нацелены на поиск новых месторождений или уточнение геологического строения уже разведанных залежей. Скважинная сейсморазведка имеет преимущества и ограничения. Главная проблема скважинной сейсморазведки - это ограничение области исследования вокруг глубокой скважины. Однако уточнение геологического строения вокруг скважины - задача актуальная на этапе разработки месторождения, когда оперативный прогноз строения пласта коллектора на расстояние 300-400 метров от пробуренной скважины может повлиять на заложение кустовых эксплуатационных скважин. Решение любой геологической задачи должно быть оформлено в виде карт, схем и других графических приложений, подтверждающих ту или иную геологическую гипотезу. Для скважинной сейсморазведки окончательная геологическая информация представляется в виде [1]:

- карт: глубин, мощностей, разломов, литологических замещений, развития коллекторов;

- карты физических свойств коллекторов;

- карты или схемы преимущественного направление трещиноватости пласта коллектора;

- карты изменения во времени контура залежи.

Конечно, представленный список неполный и приведен здесь, чтобы еще раз обратить внимание на то, что результатом работ ВСП, как и любой другой методики наземной или скважинной сейсморазведки должна быть геологическая информация. Скважинный сейсмический материал дает возможность определить различные параметры волнового поля, что само по себе является ценной информацией [1]. Полученная геофизическая информация может быть использована для переинтерпретации данных наземной сейсморазведки. Основные геофизические задачи, которые можно решить с помощью методики ВСП это:

- изучение сейсмического волнового поля;

- изучение формы сейсмического сигнала;

- определение скоростной модели среды;

- согласование каротажных и наземных сейсмических данных.

Качество решения геологических и геофизических задач в первую очередь зависит от технологии проведения полевых работ. Современная цифровая скважинная сейсмическая аппаратура позволяет выполнять исследования с хорошим качеством и низким уровнем помех. Развитие технических средств - это непрерывный процесс. Появление новой аппаратуры приводит к повышению качества результатов сейсморазведки и дает возможность задумываться над решением более сложных геолого-геофизических задач. Новые задачи в свою очередь стимулируют развитие технических средств.

1.2 Основные особенности ВСП

При решении различных задач возможности сейсмических наблюдений зависят от ориентирования линии наблюдений по отношению к исследуемым неоднородное ям разреза. Наблюдения по линии, параллельной границе, позволяют построить наиболее протяженный участок границы, при ее картировании. С этой точки зрения при изучении горизонтально или пологозалегающих границ наземные наблюдения наиболее эффективны. Однако для изучения процесса распространения сейсмических волн, определения их природы, стратиграфической привязки, изучения отражающих и поглощающих свойств разреза, а также решения других задач физики распространения сейсмических волн наиболее благоприятными являются наблюдения по линии, пересекающей неоднородности разреза. Для горизонтально или полого залегающих сред такой линией является вертикаль [2].

В отличие от наземных наблюдений, при которых изучается уже сформировавшаяся волновая картина, ВСП позволяет наблюдать и изучать сам процесс образования и распространения сейсмических волн в реальной среде и формирования волнового поля. Наблюдая развитие волнового процесса, все волновое поле расчленяется на поля отдельных волн. Это позволяет определять области образования волн различных типов, изучать их кинематические и динамические параметры и получать более полные сведения о среде.

ВСП позволяет изучать процессы отражения и преломления на каждой границе и всю совокупность образующихся вторичных волн, распределение энергии между вторичными волнами, каждая из которых, в свою очередь, может явиться источником новых волн. ВСП дает возможность оценить роль различных типов волн в формировании волнового поля.

При наземных наблюдениях для горизонтально-слоистых сред характеристики волн меняются вдоль профиля, как правило, очень медленно и плавно. При наблюдениях по вертикали линия профиля пересекает различные элементы разреза, с которыми связаны волны. При этом кинематические и динамические характеристики резко отличаются для различных типов волн, и для каждой отдельной волны они меняются вдоль вертикального профиля. Отличаются также области существования волн. Поэтому кинематические и динамические характеристики волн при ВСП во многих случаях являются надежным критерием распознавания типов воли, даже без предварительного определения скоростей.

Особое значение в ВСП имеет возможность изучения волн в непосредственной близости от границ раздела в условиях, когда образовавшиеся волны еще не сильно искажены наложением других волн и когда природа волн, их стратиграфическая приуроченность определяются наиболее уверенно. Этим обусловливается детальность и точность исследований [2].

При ВСП границы раздела находятся как ниже, так и выше точек наблюдений, и на вертикальном профиле могут регистрироваться не только восходящие волны, подходящие к сейсмоприемнику снизу, но и различные падающие волны, претерпевшие отражение и обмен на границах, расположенных выше точек наблюдений и, в первую очередь, на земной поверхности, или на границах в верхней части разреза. Следует особо подчеркнуть, что ВСП позволяет разделить волны, которые на значительных интервалах наземных профилей интерферируют между собой.

При наблюдениях во внутренних точках среды уровень сейсмических помех существенно ниже, чем на земной поверхности, и полезная чувствительность аппаратуры ограничивается в основном электрическими шумами аппаратуры и существенно выше, чем при наземных наблюдениях. Это позволяет изучать волны в более широком динамическом диапазоне, чем при наземных наблюдениях, и в первую очередь волны, отличающиеся очень малой интенсивностью (например, головные волны, связанные с тонкими слоями).

Следует отметить, что значительная часть перечисленных выше преимуществ наблюдений по вертикальному профилю в полной мере реализуются в средах с горизонтальными или слабонаклонными границами, когда линия профиля пересекает границы. При изучении сложно построенных сред с крутыми или даже вертикальными границами, когда линия профиля не пересекает границы, а иногда даже и параллельна им, эффективность некоторых из указанных особенностей снижается. В нефтяной геологии это частично относится к районам солянокупольной или диапировой тектоникой, но чаще всего это встречается в рудной сейсморазведке, которая изучает сильно дислоцированные, метаморфизированные толщи с очень крутыми границами. В этих условиях вертикальный профиль позволяет в основном картировать границы, которые нельзя проследить
при наземных наблюдениях, а для изучения природы волн могут быть эффективными наблюдения по горизонтальному(наземному) профилю, пересекающему границы. Однако во всех случаях наземные наблюдения чреваты определенными специфическими трудностями, связанными с тем, что земная поверхность сама является очень резкой границей раздела [2].

волна сейсмическое профилирование скорость

1.3 Методика работ ВСП

Вертикальное Сейсмическое Профилирование (ВСП) - это тот метод, который объединяет и связывает каротаж, сейсморазведку и геологию.

При проведении наземной сейсморазведки строятся временные или глубинные разрезы. Сейсмический разрез является некоторым отображением геологического разреза. Установление соответствия между геологическими пластами и их сейсмическими образами является основной задачей метода ВСП [1].

Схема наблюдения в методе ВСП показана на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 - Расположение пункта взрыва и пунктов приема в методе ВСП



Расстояние между приборами в скважине может быть различным и определяется требуемой точностью и детальностью работ. Наиболее часто используется шаг 10 или 20 метров. Шаг между приборами может не быть постоянным. Например, при работе в интервалах глубин, где встречаются коллектора, шаг измерений может быть 10 метров, а верхней части скважины шаг увеличивается до 20 метров. Увеличение шага наблюдений по глубине может происходить по техническим причинам: при большом уровне помех, связанных со звоном колонны или при работе в открытом стволе скважины. Расстояние между пунктом взрыва и устьем скважины, в которой проводятся работы ВСП, не должно быть большим по сравнению с глубиной залегания исследуемых геологических объектов. Обычно при глубинах исследований 2 - 3 км, вынос пункта взрыва выбирается в диапазоне 50 - 200 метров.

Неравномерность системы наблюдений часто связана с криволинейностью ствола скважины, в которой проводятся работы ВСП. Для криволинейной скважины вынос пункта взрыва и шаг по глубине между приемниками меняется с глубиной и зависит от геометрии ствола скважины. При небольших (по сравнению с глубиной исследования) смещениях забоя скважины методика обработки данных ВСП практически не отличается от стандартной. Смещение и удлинение скважины приводит к изменению наклонов годографов падающей и отраженных волн. Обычно набор кривизны в наклонной скважине происходит плавно, поэтому визуально по полю ВСП сложно определить вертикальная скважина или нет. Однако при обработке данных, кривизну ствола скважины необходимо учитывать как при расчете скоростной характеристики среды, так и при построении трассы коридорного суммирования [1].

Результаты обработки данных ВСП дают возможность определить скоростную характеристику разреза. Скорости распространения сейсмических волн в среде определяются по годографу падающей волны. Годограф падающей волны - это график времен вступления прямой волны. Он определяет вертикальное время пробега сейсмической волны от поверхности до заданной глубины. Наклон годографа в каждой точке определяется значением скорости в среде. На рисунке 1.2 приведены годографы падающих волн для различных распределений скорости с глубиной. Средняя скорость определяет осредненную характеристику среды от поверхности наблюдений до заданной глубины. Значение средней скорости определяется по годографу как:

Обычно начальная точка измерения глубин ВСП располагается выше уровня Земли. Для корректной привязки с данными ГИС шкала глубин может иметь нулевое значение на уровне ротора (т.е. быть выше уровня Земли на 7-8 метров). В этом случае глубина H в формуле (1.1), должна быть скорректирована и ноль глубины должен совпадать с уровнем наблюдения, от которого измеряется время.

Работы ВСП проводятся на скважине после работ геолого-физических исследований скважин (ГИС). Стандартный комплекс кривых ГИС позволяет разбить разрез скважины на пласты. Точность разбивки на пласты с одинаковыми физическими свойствами существенно выше точности работ ВСП. Поэтому по данным стандартного комплекса ГИС можно осуществить разбивку на пласты, загрубив ее до точности измерений пластов в методе ВСП. Даже если на скважине в комплекс ГИС не входит акустический каротаж (АК), то стандартный комплекс позволяет разделять породы различного литологического состава. Следовательно, можно избежать ошибки объединения в один пласт пород с существенно различными скоростями пробега сейсмической волны [1].

Скорость, определяемая по разности времен пробега волны между двумя соседними положениями точек регистрации, называется интервальной:

где - база наблюдения, Дt - разность времен пробега волны на базе наблюдения, определяемая по годографу. Точность определения интервальной скорости сильно зависит от величины базы измерения. При увеличении базы измерения определяемая по формуле (2) скорость равна среднему значению скорости по всем пластам, попадающим в интервал глубин ДH. При уменьшении базы измерения уменьшается знаменатель формуле (2.2) и поэтому небольшие ошибки в определении времени пробега волны приводят к существенным отклонениям интервальной скорости от реального значения пластовой скорости в породе.

Под пластовой скоростью в методе ВСП будем понимать скорость:

где в числителе стоит разность глубин между подошвой и кровлей пласта, а в знаменателе, соответствующая разность времен по годографу падающей волны. Интервальная и пластовая скорость определяются по разности времен пробега между двумя фиксированными точками годографа падающей волны. Средняя скорость отсчитывается от поверхности Земли или от другого заданного уровня приведения. Поэтому значения средней скорости зависят от начальной точки отсчета годографа, а пластовая и интервальные скорости нет [1].

1.4 Волны-помехи при ВСП

Качество материалов и возможности выделения и прослеживания волн при ВСП в первую очередь зависят от интенсивности волн-помех, регистрируемых при наблюдениях во внутренних точках среды. Волны-помехи, наблюдаемые при ВСП, можно условно разделить на две группы: технические помехи, вызванные наличием самой скважины и условиями наблюдении в ней, и волны, возникающие в среде и обусловленные особенностями волновой картины во внутренних точках среды.

К волнам-помехам первой группы относятся гидроволны, распространяющиеся по столбу жидкости, заполняющей скважину; волны, обусловленные конструкцией скважины (кабельные, трубные, резонансные волны, связанные с условиями контакта сейсмоприемника со стенкой скважины). Скорости большинства перечисленных волн-помех, за исключением трубных, меньше скоростей первых волн, распространяющихся по породам, и эти волны регистрируются в последующих вступлениях.

Поэтому, несмотря на то что некоторые из этих волн известны давно, они не являлись помехами при сейсмокаротажных работах, и механизм их образования и характеристики изучены недостаточно.

С развитием ВСП эти волны стали основными помехами, мешающими прослеживанию полезных волн. Наиболее существенное влияние на качество материалов ВСП оказывают гидроволны и вибрационные трубные волны.

Гидроволны распространяются по столбу жидкости, заполняющей исследуемую скважину.

Скорость гидроволн в необсаженной скважине зависит от упругих постоянных раствора и пород, окружающих скважину, и определяется выражением 1.4, где м -- модуль сдвига пород стенки скважины; V0 -- скорость в жидкости, заполняющей скважину; K0 -- модуль объемной упругости глинистого раствора.

Интенсивность гидроволн зависит от плотности раствора и уменьшается с увеличением плотности, а также от силы прижима снаряда к стенке скважины. Влияние силы прижима определяется тем, что частоты паразитных колебаний системы прибор-скважина могут быть близки к преобладающим частотам гидроволн. Как правило, гидроволны на сейсмограммах образуют длительный цуг импульсов, в отдельных случаях разрешенных между собой [2].

Наиболее эффективным средством подавления гидроволи является удаление источника от устья скважины. Существенного ослабления гидроволн на сейсмограммах ВСП можно добиться увеличением прижима снаряда к стенке скважины в условиях открытой скважины или к обсадной колонне при качественном цементаже затрубного пространства. Понижение уровня промывочной жидкости эффективно, если оно происходит на участке, где гидроволна возбуждается. Однако это сделать технически не всегда возможно. Гидроволны обладают большой интенсивностью на записях, полученных датчиками давления, свободно плавающими в растворе, что является одной, но не единственной из причин, определяющих преимущества применения при ВСП датчиков смещения.

Волны-помехи, связанные с конструкцией скважины. При наблюдениях в открытых скважинах качество материала, как правило, лучше, чем при наблюдениях в обсаженных скважинах, для которых характерно наличие волн-помех, обусловленных конструкцией скважины (спущенных колонн, технической и эксплуатационной, кондуктора), уровнем и качеством цементажа. Основное значение здесь имеют так называемые трубные волны. К трубным волнам относятся волны двух типов:

а) продольные волны, распространяющиеся вдоль трубы по ее стенке;

б) трубные волны, связанные с резонансными вибрациями незакрепленных участков обсадных колонн (вибрационные трубные волны) [2].

Трубные волны. При воздействии упругих волн на обсадную колонну в ней возникает высокочастотная волна, распространяющаяся со скоростью продольных волн в стали (4700 -- 4900 м/с) и регистрирующаяся в первых вступлениях. Скорость трубной волны очень мало зависит от скоростей волн в окружающих породах и растворе. При плохом цементаже колонны трубные волны могут обладать большой интенсивностью и распространяться на большие глубины. Для трубных волн характерна поляризация колебаний по направлениям, близким к вертикали, в то же время прямые волны в верхней части разреза, как правило, проходят по направлениям, отличающимся от вертикали. На составляющих полярных сейсмограмм, близких к горизонтали трубные волны не регистрируются и уверенно выделяется первое вступление прямой волны. Это существенно, так как позволяет при каротаже изучать скоростной разрез вплоть до земной поверхности. При изучении трубных волн их можно возбуждать ударами по торцу скважины.

Вибрационные трубные волны. На участках ствола скважины, где обсадная колонна плохо зацементирована, возникают паразитные вибрации колонн. Вызванные ими волны-помехи регистрируются на этом интервале глубин практически при всех удалениях пункта взрыва от скважины и обладают очень большой интенсивностью. Эти волны представлены на сейсмограмме колебаниями с вертикальными осями синфазности. Количество и интенсивность помех резко возрастают при наблюдениях в скважинах сложной конструкции с несколькими колоннами, в особенности если цемент в каждой из колонн не поднят до устья.

В результате воздействия на кабель или устье скважины упругих волн, вызванных взрывами и распространяющихся в верхней части разреза, в системе натянутый кабель-сейсмоприемник возникают колебания, которые распространяются по кабелю и накладываются на сейсмические волны - кабельные волны [2].

Кабельная волна - упругая волна, распространяющаяся по кабелю при проведении сейсмического каротажа.

Интервал регистрации кабельных волн на сейсмограммах зависит от соотношения скоростей волн в кабеле и породах. При наблюдениях в самой верхней части разреза, где скорость распространения волны по породам мала, кабельные волны могут регистрироваться в первых вступлениях и искажать данные сейсмического каротажа. В этих случаях удаление источника от устья скважины обычно позволяет получать запись первых вступлении, свободную от кабельной волны. Наблюдаемое иногда при обращенном ВСП уменьшение времен вступления продольных волн на записях сейсмоприемников, расположенных непосредственно вблизи устья скважины, может быть обусловлено кабельной волной, распространяющейся к земной поверхности по боевой магистрали, нагруженной массой заряда.

Однако в большинстве случаев интервал регистрации кабельных волн расположен в последующей части записи, и они являются одним из основных видов помех, которые могут снижать качество материалов ВСП. Кабельные волны представляют собой суперпозицию волн разных типов, распространяющихся по нагруженному кабелю.

Скорость и влияние кабельной волны можно оценить в каждом конкретном случае регистрацией ударов по кабелю при различной степени его разгрузки (ослабления) прижимом сейсмоприемника к стенке скважины. Основным путем ослабления кабельных волн является снижение собственной частоты колебательной системы кабель-зонд с тем, чтобы она была значительно более низкой, чем рабочие частоты. Это достигается разгрузкой кабеля.

При недостаточном жестком контакте сейсмоприемника со стенкой скважины могут возникать резонансные колебания в системе кабель-снаряд и в системе сейсмоприемник-прижим-стенка скважины. Частоты этих колебаний, зависящие от конструктивных особенностей снарядов, часто находятся в сейсморазведочном диапазоне. Обладая большой длительностью, эти колебания могут заполнить всю сейсмограмму. Уменьшение массы снаряда позволяет наиболее эффективно сместить паразитные резонансы (контактный и связанный с прижимом) в область более высоких частот. Жесткий контакт со стенкой скважины позволяет практически полностью подавить паразитные резонансы и получить неискаженную запись.

Некоторые из рассмотренных волн-помех могут служить источником сведений о геологическом строении разреза и о технической характеристике скважины. Это имеет особое значение в промысловой сейсмике при изучении околоскважинного пространства, а также при решении задач, связанных с технологией бурения.

К техническим помехам следует также отнести электрические наводки на кабель. Длинный кабель, размотанный в скважине, является антенной, на которую наводятся помехи от промышленного электричества и теллурических токов. Решающими факторами для подавления этих волн являются хорошая изоляция кабеля и его сравнительно низкоомное сопротивление, а также применение предварительных усилителей в скважинных снарядах [2].

Фильтрация - одна из самых востребованных процедур при обработке сейсморазведочных материалов. В общем случае процесс обработки начинается с выявления приповерхностных низкоскоростных и низкочастотных волн - помех. С этим, как правило, никаких проблем нет - они отчетливо видны невооруженным взглядом. Обычно они имеют вид регулярных волн, довольно локализованных, отличающихся от остальной записи частотой, амплитудой и направлением осей синфазности. Имеется большое количество средств, предназначенных для их подавления:

- одноканальные фильтры: низкочастотный, высокочастотный, полосовой, режекторный;

- многоканальные: двумерный или f-k фильтр.

Самый надежный метод - это мьютинг. Во-первых, меняет кратность при суммировании, во-вторых - область помехи может перемещаться при движении по профилю, что требует постоянного внимания оператора и достаточно частого изменения параметров мьютинга. Если пропустить момент выныривания помехи из области мьютинга, разрез моментально ухудшается [3].

1.5 Особенности кинематики волн на вертикальном профиле

На сейсмограммах ВСП, как и на наземных сейсмограммах, первыми вдоль всего вертикального профиля или отдельных его участков, в зависимости от геологического строения и расстояния пункта взрыва от устья исследуемой скважины, могут регистрироваться прямые или проходящие, преломленные волны, в последующих вступлениях -- отраженные и преломленные (продольные, поперечные и обменные) и кратные им волны. Под преломленной волной на вертикальном профиле понимается первая волна с отрицательной кажущейся скоростью, которая в зависимости от закона изменения скорости может быть либо рефрагированной, либо головной. Под последней, в отличие от рефрагированной, понимается волна, у которой механизм возврата энергии связан с дифракцией. При наличии крутопадающих границ указанные знаки кажущихся скоростей прямых и преломленных волн в отдельных случаях могут меняться на обратные [2].

Среда с постоянной скоростью. В однородной среде в первых вступлениях регистрируются только прямые, продольная и поперечная падающие волны, годографы которых определяются уравнением 1.5:

, (1.5)

где H - глубина; - расстояние; - скорость распространения волны.

С увеличением Н годограф для непродольного профиля асимптотически приближается к годографу для продольного вертикального профиля, который представляет собой прямую . Отсюда определяется средняя скорость волн при обычном сейсмокаротаже.

Градиентная среда. Для сред со слабой скоростной дифференциацией градиент скорости с глубиной обычно уменьшается. Для таких сред закон изменения скорости с глубиной хорошо аппроксимируется функцией:

(1.6)

где в - градиент скорости.

При имеет место линейная зависимость скорости от глубины, а градиент скорости в остается постоянным. В градиентных средах первыми на сейсмограммах регистрируются рефрагированные волны, а в последующих вступлениях - кратные рефрагированные волны, претерпевшие отражение от земной поверхности.

Для закона (1.6) уравнение продольного (l=0) вертикального годографа первой волны имеет вид:

(1.7)

Непродольный годограф (при l=0) имеет минимум, ордината которого равна:

(1.8)

С увеличением расстояния от источника ордината минимума увеличивается. Геометрическое место точек минимумов определяется коэффициентом нарастания скорости и может быть использовано для его нахождения. Особенности вертикальных годографов рефрагированных волн позволяют выявлять рефракцию даже в случае слабоградиентной среды. Наблюденные годографы первых продольных рефрагированных волн по вертикальному профилю, отработанному из восьми пунктов взрыва показаны на рисунке 1.3 [2].

Рисунок 1.3 - Наблюденные и теоретические (1) годографы первых рефрагированных волн и линия минимумов (2) для в=0,00048 1/м (скважина 3 - Афинская, Краснодарского края)

Годографы кратных рефрагированных волн, в отличие от наземных наблюдений однократные и многократные волны, регистрирующиеся на вертикальных профилях, имеют различные направления подхода волн к точкам профиля и соответственно различные знаки кажущихся скоростей. Номер кратности обычно принято считать по числу отражений от нижней границы. Кратные рефрагированные волны не претерпевают отражений, однако для общности рассуждений и обозначений удобно условно считать за точку отражения точку максимального проникания луча и по числу таких точек определять номер кратности . При этом для каждой кратной волны имеется участок вертикального профиля, где она распространяется вверх с отрицательной кажущейся скоростью и вниз с положительной. Этим участкам будут соответствовать в формулах знаки «плюс» и «минус».

Годографы первых волн над границей при малых значениях регистрируется прямая волна. Если скорость во второй среде больше скорости в первой среде, то, начиная с некоторого расстояния , выше границы раздела может наблюдаться головная (преломленная) волна. Ее годограф представляет собой прямую линию, определяемую уравнением

(1.9)

В уравнении (1.9) верхний знак соответствует случаю, когда пункт взрыва расположен по направлению падения границы от устья скважины.

В случае горизонтальной границы это уравнение имеет вид

Минимальное значение , при котором на границе могут образовываться головные волны, определяется точкой выхода (ТВ) по формуле

(1.11)

В случае горизонтальной границы (=0)

При увеличении , удовлетворяющему неравенству

(1.12)

Головная волна будет регистрироваться не на всем вертикальном профиле, а только на участке, примыкающем к границе (рис. 1.4) [2].

Рисунок 1.4 - Комбинированные годографы прямых, головных и отраженных волн (а) и лучевая схема (б)

1.6 Аппаратура для производства работ ВСП

Для наземных сейсмических станций понятие аналоговая и цифровая аппаратура различаются по характеру записи информации на магнитный носитель. В настоящее время аналоговые сейсмические станции в производстве практически не используются. Для скважинной сейсмики понятия цифровой или аналоговой аппаратуры различаются по принципу передачи информации на поверхность от скважинных приборов. Если по каротажному кабелю передается аналоговая информация, то аппаратура считается аналоговой. В противном случае, когда преобразование аналог-код происходит в скважинном зонде, а по кабелю на поверхность передаются оцифрованные данные, аппаратура называется цифровой.

Цифровая передача информации по каротажному кабелю позволяет избежать наводок на электрический сигнал в канале «прибор-сейсмостанция» и практически полностью избавиться от взаимного влияния каналов друг на друга. С другой стороны аналоговая скважинная аппаратура более простая и надежная в работе. Для передачи аналоговой информации по кабелю существуют методы модуляции сигнала, позволяющие повысить надежность канала передачи. Рассмотрим основные виды модуляции сигнала, применяемые на практике. Амплитудная модуляция сигнала - предусматривает кодировку аналогового сигнала путем задания его в виде огибающей высокочастотного несущего сигнала (рис.1.5 Б). При частотной модуляции полезный сигнал кодируется в виде изменений частоты опорного сигнала (рис.1.5 В) [1].

Рисунок 1.5 - Различные варианты кодировки сигнала.

А - кодируемый сигнал; Б - амплитудная модуляция сигнала; В - частотная модуляция сигнала



Цифровая регистрирующая аппаратура, применяемая для работ в скважинах, похожа на стандартную сейсмостанцию. Основное отличие, определяющее сложность цифровой аппаратуры ВСП, заключается в том, что основные блоки аппаратуры располагаются в скважине и должны работать при высоких температурах.

Скважинная сейсмостанция состоит из двух частей, наземного блока и блока скважинных приборов. На рисунке 1.6 показана фотография одного скважинного модуля. В верхней части прибора расположен электромотор и редуктор, обеспечивающие работу прижимного механизма. Капсула с сейсмоприемниками и электронные схемы приборов, расположены в нижней части зонда. В современных конструкциях прибора капсула с сейсмоприемниками смонтирована в середине модуля. Между скважинными приборами и поверхностным блоком может располагаться ретранслятор. Ретранслятор обычно выполняет функции предварительного усилителя сигнала, перед передачей информации по каротажному кабелю на поверхность. Общая схема цифровой аппаратуры ВСП показана на рисунке 1.7. Сейсмический сигнал, попадая на сейсмоприемник, преобразуется в электрический сигнал, усиливается и фильтруется в аналоговом блоке прибора. Затем происходит оцифровка сигнала в блоке аналогово-цифрового преобразования (АЦП). Цифровая информация не передается в реальном времени на поверхность, а записывается в память прибора. Передача сейсмической информации на поверхность происходит по окончанию цикла регистрации. За передачу информации на поверхность и обмен сообщениями между поверхностью и скважинным прибором отвечает блок телеметрии [1].

В скважинной сейсмической аппаратуре одно из основных мест занимает система прижима прибора к стенкам скважине. Прижим прибора к стенке скважины может быть активный или пассивный. Активный (механический) прижим осуществляется с помощью лапы, приводимой в движение с помощью электродвигателя и системы редукторов. Пассивный прижим обычно осуществляется посредством рессоры, постоянно прижимающей скважинный прибор к стенке скважины (рис. 1.8).

Рисунок 1.8 - Активный (А) и пассивный (Б) прижимы скважинного прибора

Передача информации от скважинных приборов на поверхность происходит по каротажному кабелю. Каротажный кабель состоит из проводящих жил и защитной брони. Проводящие жилы расположены в центре кабеля и имеют термостойкую изоляцию (рис.1.9). Грузонесущая броня выполнена в виде двух слоев тонких стальных жил. Качество кабеля определяется как его прочностью, так и электрическими характеристиками.



Рисунок 1.9 - Строение каротажного кабеля

Качество полевого материала в скважинной сейсморазведке во многом определяется возможностью регистрирующего комплекса. Постоянный прогресс и усовершенствование полевой аппаратуры обусловливает и увеличение возможностей скважинной сейсморазведки при решении геологических задач [1].

2. Обработка материалов скважинных наблюдений методом ВСП

2.1 Определение средней и пластовой скоростей

1. Приведение непродольного годографа tн(z) к продольному вертикальному tв(z) по формуле:

где z - вертикальная глубина по скважине, м; d - расстояние от устья скважины до пункта взрыва, м.

2. График вычисленного продольного годографа tн(z) представлен в приложении 1.

3. Определение исправленного времени, с учетом поправки Дt, по формуле:

(2.2)

где - поправка за отклонение луча от вертикали.

4. График вертикального годографа по tиспр представлен в приложении 2.

5. Средняя скорость для всей толщи вычисляется по зависимости:

Исходные данные для расчета пунктов 1-5 и результаты вычислений приведены в таблице 2.1.



Таблица 2.1 - Исходные данные и результаты расчета пунктов 1-5

Вертикальная глубина по z, где измерены времена t(z), м	Значения исходного непродольного вертикального годографа tн(z), мc	Значения продольного вертикального годографа tв(z), мc	Значения исправленного времени tиспр, мc	Средняя скорость для всей толщи пород vср, м/с
1	2	3	4	5
40	330	307,03	557,03	71,81
80	480	463,31	713,31	112,15
120	496	479,79	729,79	164,43
160	505	489,06	739,06	216,49
200	515	499,34	749,34	266,90
240	524	508,58	758,58	316,38
280	535	519,87	769,87	363,70
320	544	529,10	779,10	410,73
360	554	539,35	789,35	456,07
400	563	548,57	798,57	500,90
440	574	559,82	809,82	543,33
480	562	547,54	797,54	601,85
1	2	3	4	5
520	591	577,20	827,20	628,63
560	601	587,41	837,41	668,72
600	609	595,58	845,58	709,57
640	616	602,72	852,72	750,54
680	627	613,94	863,94	787,09
720	638	625,15	875,15	822,71
760	646	633,30	883,30	860,41
800	655	642,47	892,47	896,39
840	664	651,63	901,63	931,65
880	672	659,77	909,77	967,28
920	682	669,94	919,94	1000,07
960	692	680,10	930,10	1032,14
1000	701	689,25	939,25	1064,68
1040	724	712,60	962,60	1080,40
1080	738	726,81	976,81	1105,64
1120	742	730,87	980,87	1141,85
1160	762	751,15	1001,15	1158,67
1200	793	782,55	1032,55	1162,17
1240	812	801,79	1051,79	1178,94
1280	825	814,94	1064,94	1201,94
1320	835	825,06	1075,06	1227,84
1360	845	835,17	1085,17	1253,26
1400	855	845,29	1095,29	1278,21
1440	865	855,39	1105,39	1302,70
1480	874	864,49	1114,49	1327,96
1520	882	872,57	1122,57	1354,03
1560	886	876,61	1126,61	1384,68
1600	897	887,73	1137,73	1406,31
1640	904	894,80	1144,80	1432,57
1680	910	900,85	1150,85	1459,79
1720	918	908,93	1158,93	1484,13
1760	922	912,97	1162,97	1513,37
1800	932	923,06	1173,06	1534,44
1840	941	932,15	1182,15	1556,49
1880	941	932,15	1182,15	1590,33
1920	954	945,26	1195,26	1606,34
1960	966	957,37	1207,37	1623,36
2000	987	978,55	1228,55	1627,94
2040	998	989,64	1239,64	1645,64
2080	997	988,63	1238,63	1679,27
2120	1011	1002,74	1252,74	1692,28
1	2	3	4	5
2160	1032	1023,91	1273,91	1695,57
2200	1047	1039,02	1289,02	1706,72
2240	1057	1049,10	1299,10	1724,28
2280	1085	1077,29	1327,29	1717,78
2320	1142	1134,67	1384,67	1675,49
2360	1151	1143,73	1393,73	1693,30
2400	1153	1145,74	1395,74	1719,52
2440	1161	1153,79	1403,79	1738,15
2480	1173	1165,86	1415,86	1751,58
2520	1198	1191,01	1441,01	1748,78
2560	1209	1202,07	1452,07	1763,00
2600	1219	1212,13	1462,13	1778,23
2640	1249	1242,29	1492,29	1769,09
2680	1267	1260,38	1510,38	1774,38
2720	1275	1268,42	1518,42	1791,33
2760	1293	1286,51	1536,51	1796,27
2800	1315	1308,62	1558,62	1796,46
2840	1335	1328,72	1578,72	1798,93
2880	1357	1350,82	1600,82	1799,08
2920	1364	1357,85	1607,85	1816,09
2960	1373	1366,89	1616,89	1830,68
3000	1391	1384,96	1634,96	1834,90

7. Для расчленения разреза на ряд однородных пластов интервалы графика средней скорости были аппроксимированы ломаными линиями. Было выделено 6 участков. Точки, принадлежащие первому и второму участкам, выстраиваются достаточно четкую прямую. Остальные участки были аппроксимированы по методу наименьших квадратов. Результаты расчетов по методу наименьших квадратов для участков 3, 4, 5, 6 сведены в таблицы 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 соответственно.

Таблица 2.2 - Аппроксимация точек третьего участка

Vср	z	Уzi	Уzi2	Уvсрi	Уvсрzi
1080,40	1040	4400	4848000	4486,56	4940636,61
1105,64	1080	a =	0,678
1141,85	1120	b =	376,36
1158,67	1160	zср =	1100

Таблица 2.3 - Аппроксимация точек четвертого участка

Vср	z	Уzi	Уzi2	Уvсрi	Уvсрzi
1162,17	1200	31600	50992000	27878,86	44719044,13
1178,94	1240	a =	0,630
1201,94	1280	b =	398,35
1227,84	1320	zср =	1580
1253,26	1360
1278,21	1400
1302,70	1440
1327,96	1480
1354,03	1520
1384,68	1560
1406,31	1600
1432,57	1640
1459,79	1680
1484,13	1720
1513,37	1760
1534,44	1800
1556,49	1840
1590,33	1880
1606,34	1920
1623,36	1960

Таблица 2.4 - Аппроксимация точек пятого участка

Vср	z	Уzi	Уzi2	Уvсрi	Уvсрzi
1627,94	2000	17120	36704000	13489,48	28889646,68
1645,64	2040	a =	0,330
1679,27	2080	b =	980,68
1692,28	2120	zср =	2140
1695,57	2160
1706,72	2200
1724,28	2240
1717,78	2280

Таблица 2.5 - Аппроксимация точек шестого участка

Vср	z	Уzi	Уzi2	Уvсрi	Уvсрzi
1675,49	2320	47880	128136000	31875,28	84941589,77
1693,30	2360	a =	0,198
1719,52	2400	b =	1244,66
1738,15	2440	zср =	2660
1751,58	2480
1748,78	2520
1763,00	2560
1778,23	2600
1769,09	2640
1774,38	2680
1791,33	2720
1796,27	2760
1796,46	2800
1798,93	2840
1799,08	2880
1816,09	2920
1830,68	2960
1834,90	3000

Анализируя полученные прямые после их построения, установлено что первый и второй участки представляют собой первый и второй пласт соответственно. Прямые аппроксимации третьего и четвертого участков пересекаются с линией аппроксимации второго участка в окрестности одной точки на глубине z = 920 м (граница раздела второго и третьего слоя). Аналогичная ситуация наблюдается для участков № 5 и № 6. Эти участки представляют собой четвертый слой. Таким образом, было выделено четыре пласта: первый мощностью 480 м, второй - 400 м, третий - 960 м, четвертый - 1040 м.

8. Определение средней квадратической погрешности определения Vср по формуле:

(2.4)

где - ошибка единичного измерения времени, вычисленная по разбросу значений на вертикальном годографе, которая вычисляется следующим образом:

(2.5)

(2.6)

(2.7)

где n - число точек на годографе, соответствующих данному пласту, Vпл - пластовая скорость.

Пластовая скорость находится по следующей формуле:

где zк, zп, tк, tп - значения соответственно глубин и времен кровли и подошвы слоя.

9. Средняя квадратическая погрешность пластовой скорости определяется по формуле:

Результаты расчетов пунктов 8 и 9 сведены в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 - Результаты расчета пунктов 8 и 9

№ пласта	Пластовая скорость Vпл, м/с	a	Дt, с	Ошибка единичного измерения времени mt, с	Средняя погрешность вычисления средней скорости mVср, м/с	Средняя погрешность вычисления пластовой скорости mVпл, м/с
1	2203,8	0,650	6,77	0,785	0,4	94,9
2	4005,3	0,707	8,39	0,916	859,9	420,2
3	2165,5	0,696	29,58	1,110	1342,6	93,8
4	494,7	0,250	203,06	2,795	3423,2	11,8

10. Критерий возможности использования однородно-слоистой модели, определяется по формуле:

484,9 < 1720,55

493,3 < 4405,01

426,7 < 9531,53

По данным критериям видно, что среда не является однородно-слоистой моделью.

11. Первый пласт со скоростью 2,2 км/с может быть представлен породами с некоторыми структурными нарушениями. Слабосцементированные породы, терригенные породы первого пласта сменяются весьма плотными породами второго пласта (Vпл = 4 км). Это говорит о сплошности и достаточно высокой однородности среды пласта. Такой резкий перепад скорости может говорить о ярко выраженной границе раздела пластов. Возможны залежи нефти или обводненные породы, т.е. породы с хорошими коллекторскими свойствами.

В третьем пласте скорость снижается до 2,1 км/с. Пласты 1 и 3 близки по значениям пластовых скоростей, возможно близки и по составу слагающих пород. При дальнейшем, более детальном, изучении разреза возможно, что 2 пласт является пластом интрузивного происхождения, и разделяет массив слабосцементированных пород на два пласта с одинаковыми пластовыми скоростями (пласты 1 и 3).

В четвертом пласте наблюдаются весьма низкие скорости прохождения сейсмических волн (0,5 км/с). Данный пласт представлен породами с крупными структурными нарушениями и высокой трещиноватостью (карбонатные породы). Также возможно наличие аномальных пустот в виде карстов.

2.2 Интерпретация динамических особенностей волн

1. Вероятные значения плотности с для слоев, отличающихся скоростями распространения упругих колебаний по формуле Гарднера:

где с выражено в г/см3, Vпл - в м/с при а = 0,31.

2. Коэффициенты отражения А и преломления В определяются по формулам:

(2.12)

(2.13)

где сi, Vi , сi+1, Vi+1 - плотности и скорости распространения продольных сейсмических волн для верхнего и нижнего контактирующих слоев разреза, соответственно.

3. Амплитуды первичных волн в каждом слое.

Для преломленных волн:

1 слой:

2 слой:

3 слой:

4 слой:

Для отраженных волн:

4 слой:

3 слой:

2 слой:

1 слой:

4. Пластовые коэффициенты поглощения определяются по формуле:

где L1/Li - относительное геометрическое расхождения фронта волны между i-той и первой точками наблюдения, определяемое по формуле:

где - сумма произведений мощностей и пластовых скоростей всех m вышележащих слоев.

Результаты расчетов пунктов 1, 2 и 4 представлены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Рассчитанные значения плотности слоев и величины коэффициентов отражения, преломления и поглощения

Пластовая скорость Vпл, м/с	Плотность слоя с, г/см3	Коэффициенты	Ai/A1	L1/Li
		Отражения А	Преломления В	Поглощения бпл, 1/м
2203,8	2,124	-0,357	0,643	0	1	1
4005,3	2,466	0,366	1,366	0,01358	-1,801	0,608
2165,5	2,115	0,727	1,727	0,01436	-2,462	0,781
494,7	1,462	-	-	0,01877	-4,252	0,947

Из таблицы 2.7 видно, что пласты, которые первоначально были выделены по значениям пластовой скорости, соответственно отличаются и по рассчитанной плотности. Это указывает на то, что пласты были выделены верно.



Заключение

В данной работе выполнена обработка материалов скважинных наблюдений методом ВСП, в ходе которой были построены графики непродольного и продольного годографов, графики средней и пластовых скоростей, а также их численные значения; получены значения коэффициентов отражения, преломления и поглощения. Приведен анализ всех построений и сделаны необходимые выводы.

В результате интерпретации полученной информации дано следующее заключение. Первый пласт, со скоростью 2,2 км/с, может быть представлен породами с некоторыми структурными нарушениями. Слабосцементированные породы, терригенные породы первого пласта сменяются весьма плотными породами второго пласта (4 км). Это говорит о сплошности и достаточно высокой однородности среды пласта. Такой резкий перепад скорости может говорить о ярко выраженной границе раздела пластов. Возможны залежи нефти или обводненные породы, т.е. породы с хорошими коллекторскими свойствами.

В третьем пласте скорость снижается до 2,1 км/с. Пласты 1 и 3 близки по значениям пластовых скоростей, возможно близки и по составу слагающих пород. При дальнейшем, более детальном, изучении разреза возможно, что 2 пласт является пластом интрузивного происхождения, и разделяет массив слабосцементированных пород на два пласта с одинаковыми пластовыми скоростями (пласты 1 и 3).

В четвертом пласте наблюдаются весьма низкие скорости прохождения сейсмических волн (0,5 км/с). Данный пласт представлен породами с крупными структурными нарушениями и высокой трещиноватостью (карбонатные породы). Также возможно наличие аномальных пустот в виде карстов.

В курсовой работе представлен анализ литературных источников по теме ВСП. Анализ представил данный метод весьма точным, оперативным, информативно ёмким и прогрессивным, что в свою очередь объясняет его широкое применение, как основного метода скважинной сейсморазведки.



Список использованной литературы

1. Шевченко А.А. Скважинная сейсморазведка. - М.; РГУ нефти и газа, 2002. - 129с.

2. Гальперин Е. И. Вертикальное сейсмическое профилирование. Издание второе, дополнительное и переработанное - М.; Недра. 1982. - 344 с.

Размещено на www.allbest.