Способ скважинной сейсморазведки

 

1. СПОСОБ СКВАШННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ , основанный на возбуждении Колебаний на различных глубинах путем воздействия 16урового инструмента на забой скважины в процессе бурения, трехкомпонентной регистра ции колебаний при разных удалениях точек приема от устья скважины, выде-) пении полезных сигналов путем формирования взаимно-корреляционных фуи;КЦИй и определении по ним сейсмических скоростей 1 положения сейсмических границ, пересеченных скважиной,а также расположенных глубже ее забоя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и Надёжности определения физических свойств, горных пород, процесс бурения на время регистрации колебаний перево- . дят в нестационарный .режим. 2, Способ по п. 1, отличаю-щ и и с я тем, что нестационарный режим бурения получают путем измене (Л ния частоты вращения бурового инструмента по линейному закону в пределах , ограниченных частотным диапазоном сейсморегистрирующего канала, и/ § или путем изменения давления на рт нулевого до максимального определяемого весом бурового инструмен:о ел :л та. 4 Х

СОЮЗ. СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

as) сш

3ав 6.01 Ч l/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

: (21) 3352705/18-25(22) 30.10.81 (46-):15.08.83. Бюл. N 30 (72 ) Г;. А .. Шехтман и М. Б. Шнеер сон (71 ) Нарофоминское отделение Всесоюзного научно"исследовательского института геофизических методов разведки (53) 550.834(088.8) (56) 1, йатент Франции М . 1584951 кл. 6 Ql Ч, опублик. 1969. 2. Патент CWA М 4033429, кл, 112-104; опублик, 1977.

3.. Патент C0JA tt 4207619, кп. 367-36, опублик. 1980, 4. Авторское свидетельство СССР

М.64381Ч, кл. 6 01 Ч.1/00, 1977.

5, Авторское свидетельство СССР Ю 744ч06, кл, 6 01 V 1/40, 1975 (прототип). (54 ) (57 ) 1, СПОСОБ СКВАЖИННОЙ СЕИСМОРАЗВЕДКИ, .основанный на возбуждении упругих колебаний на различных глубинах путем воздействия . бурового инструивнта на.забой скважины в процессе бурения, трехкомпонентной регистра1ции колебаний при разных удалениях точек приема от устья скважины, выде-, лении полезных сигналов путеи формирования вэаиино-корреляционных фун.кций и определении по нии сейсмичес- . ких скоростей и положения сейсмичес.ких границ, пересеченных скважиной,а также расположенных глубже ее забоя, отличающийся теи, что, с целью повышения точности и йадежнасти определения физических свойств. горных пород, процесс. бурения на время регистрации колебаний переводят в нестационарный,режим.

2, Способ по и. 1, î t л и ч а ю-, шийся теи, что нестационарный - Я режии бурения получают путем изменения частоты вращения бурового инст- . румента по линейноиу закону в пределах, ограниченных частотным диапазоном сейсморегистрирующего канала, и/ или путеи изменения давления на забой от нулевого до иаксимального определяеиого весом бурового инструмента.

1035

45

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано при изучении физических свойств среды, Известен способ геологического 5 контроля эа бурением скважин, в котором упругие колебания, возникающие при взаимодействии бурового инструмента с породой, регистрируют сейсмоприемниками, расположенными на поверхности вокруг устья скважины, и датчиком, установленным на ее устье, По изменению амплитуды и частоты зарегистрированных колеба ний судят о свойствах раэбуриваемых пород (1 1, Недостатком этого способа является низкая разрешенность сейсмозаписей из-за высокого уровня. помех, обусловленных, как правило, кваэипериодическим характером режима бурения в пределах значитель" ных интервалов времен. Кроме того, резонансные свойства почвы, в которую погружают сейсмоприемник, также заметно снижают разрешенность сейсмо- . записей.

Известен источник возбуждения колебаний меняющейся частоты, существенно повышающий разрешенность 30 сейсмозаписей. Источник помещается вблизи долота и составляет часть бурильной колонны, Он включает муфту и трубу, в которых проделаны отверстия, расположенные по спира- 35 ли. Для создания сейсмических колебаний бурение приостанавливают, бурильную колонну несколько приподнимают .и вращают ее с.заданной скоростью, постепенно опуская, Проходя- 40 щий через отверстия поток бурового раствора создает сейсмические импу" льсы меняющейся частоты 2 ), 1

Недостатки данного устройства заключаются в необходимости изменения и усложнения ряда узлов нижней части колонны, а также в приостановке Ьурения на время проведения сейсмических наблюдений, что замет.но снижает эффективность работ на скважине, Кроме того, источник изменяет свою глубину в процессе излучения колебаний, что ограничивает точное измерение времен прихода возбуждаемых волн, 55

Известен способ изучения околоскважинного пространства, согласно которому используют источник

549 1 колебаний любого типа, пригодный для работы на глубине и помещенный над буровым инструментом, при этом сейсмоприемники располагаются на поверхности земли кольцеобразно вокруг устья скважины, Колебания возбуждают в скважине последовательно по мере проходки в перерывах между бурением, По временам прихода и амплитудам прямых; отраженных и преломленных волн определяют параметры разреза (3 1.

Недостатками данного способа являются необходимость специального источника, остановка процесса бурения, а также размещение сейсмоприемников на поверхности, ограничивающее временную разрешенность полезных сигналов.

Известен способ скважинной сейсморазведки, в котором колебания, возникающие при работе бурового инструмента, регистрируют сейсмоприемником, расположенным на поверхности земли в верхней части скважины (на квадратной направляющей трубе). На этапе обработки определяют взаимокорреляционную функцию двух волновых процессов, распространяющуюся по буровой колонне и по породам. По времени запаздывания одного процесса относительно другого вычисляют скорость распространения сейсмических волн в горных nopcpax(4), Однако в данном способе изучаются свойства лишь покрывающей толщи, а прогнозирование характеристик среды ниже забоя скважины не предполагается, Кроме того, регистрация колебаний в .процессе бурения без изменения частоты воздействия на разбуриваемую породу, а также установка сейсмоприемников на поверхности, а не внутри среды, заметно снижают разрешающую способность способа, а следовательно, и его точность, Наиболее близким по технической tygsoct к изобретению является cno" соб скважинной сейсморазведки, основанный на возбуждении упругих колебаний на различных глубинах путем воздействия бурового инструмента на забой скважины в процессе бурения, трехкомпонентной регистрации колебаний при разных удалениях точек приема от устья скважины, выделении полезных сигналов путем формирования взаимно-корреляционных функций и определении по ним значений

3 сейсмических скоростей и положения сейсмических границ, пересеченных скважиной, а также расположенных глубже ее забоя (5 ), Недостатки данного способа — невысокая точность и разрешающая способность литологического расчленения разреза исследуемой скважины, обусловленные пассивным приемом возникающих при бурении упругих колебаний, t0 при котором на процесс бурения не окаеывают никакого воздействия с целью обеспечения наиболее оптимальных условий выделения сейсмических сигналов, представляющих разведочный инте- 15 рес.

Цель изобретения - повышение точности и надежности определения физических свойств горных пород в процессе бурения.. 20

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу скважинной сейсморазведки, основанному на .возбуждении упругих колебаний на раз1 личных глубинах путем воздействия . 25 бурового инструмента на забой скважины в процессе бурения, трехкомпонентной регистрации колебаний при разных удалениях точек приема от устья скважины,. выделении полезных сигналов путем формирования взаимно-корреляционных функций и. определении по ним сейсмических скоростей и положения сейсмических границ, пересеченных скважиной, а также расположенных- глубже ее забоя, процесс

35 бурения на время регистрации колебаний переводят в нестационарный режим.

При этом нестационарный режим по40 лучают путем изменения частоты вращения бурового инструмента по линейному закону в пределах, ограниченных частотным диапазоном сейсморегистрирующего канала, и/или путем изменения давления на забой от ну45 левого значения до максимального, определяемого весом бурового инструмента.

Сущность способа состоит в следующем.

В процессе бурения скважины при взаимодействии бурового инструмента с горными породами образуются упругие волны, распространяющиеся по колонне бурильных труб и по горным породам. Интенсивность и частота колебаний определяются скоростью вращения бурового инструмента, его дав549 лением на забой, а также физико-ме-, ханическими свойствами разбуриваемых пород, При формировании взаимно-корреляционных функций между сигналом, регистрируемым сейсмоприемником, расположенным вблизи устья исследуемой скважины на расстоянии от устья, на порядок меньшем глубины забоя, и сигналами, регистрируемыми разноудаленными от устья сейсмоприемниками, осуществляется преобразование-сейсмозаписей из кваэисинусоидальной формы в импульсную. При этом сигнал, регистрйруемый вблизи устья, является, аналогично свипу в вибрационной сейсморазведке, опорным сигналом.

Известно, что уверенное выделение полезных волн достигается тогда, когда длительность управляющего сигнала значительно больше длительности помех. Необходимая же временная разрешенность импульсов, соответствующих различным волнам, обеспечивается лишь тогда, когда длительность корреляции полезных сигналов меньше времени задержек волн относительно друг друга. В данном способе за счет перевода на время излучения упругих колебаний процесса буре ния в нестационарный режим после формирования взаимно-корреляционных функций обеспечиваются импульсы, обладающие наименьшей длительностью, .

Запись, составленная из таких импульсов, является более разрешенной, чем при пассивной регистрации сигналов, возбуждаемых при бурении, когда сигналы имеют квазипериодический характер как до, так и после формирования взаимно-корреляционных функций, Способ прост в осуществлении и реализуется следующим образом.

В процессе сейсмических наблюдений поддерживается необходимый контакт между сейсмостанцией и буровой.

После согласования момента начала регистрации колебаний бурение переводят в нестационарный режим, например, путем изменения частоты вращения инструмента по линейному закону ° Длительность и интенсивность. излучаемых колебаний зависят от отношения сигнал-помеха и от чувствительности сейсмической аппаратуры.

Точки приема располагают вдоль профилей, протяженность и конфигурация которых определяются конкретны1035549

3 . ми задачами и условиями проведения работ, Так, при изучении горизонтально споигтых сред, а также сред с наклонными плоскопараллельными . границами с известным направлением 5 падения пластов достаточно выпол- нить наблюдения на одном профиле, проходящем через проекцию забоя скважины на поверхность в направлении падения пластов, В общем случае 10 используют сочетание продольных и непродольных профилей, При этом, если скважинная сейсморазведка выполняется на отраженных .волнах, то наиболее удаленные сейсмоприемники располагают на расстоянии от проекции

: абая -на поверхность, не превышающем . глубину забоя, а шаг между сейсмоприемник ми определяют,. исходя иэ известных в сейсморазведке условий непре- 2о рывного фазового прослеживания сеАс- мических сигналов, Сейсмоприемники в точках приема, расположенных на сейсмических профилях, заглубляют в ямки либо в смциально пробуренные мелкие скважины .

Критерием необходимой глубины погружения следует при этом считать неискаженный прием сигналов в требуемом диапазоне частот„ Обеспечивается та« 3О кой неискаженный прием за счет резкого возрастания с глубиной. акусти- . ческого импеданса горных пород и достаточно тесного контакта сейсмаприемников с породами. Резонансная час тота системы сейсмоприемник"горная порода при этом находится в области высоких частот эа пределами регистрируемого диапазона. Заглубление сейсмоприемников внутрь среды обес" 40 печивает, кроме того, подавление микросейсм и других наземных помех.

Датчик, регистрирующий опарйый сигнал, с которым каррелируют сейс дозаписи, зарегиютрираванные райна- 4$ удаленными свйсмаприемниками, располагают на расстоянии ат устья исследуемой скважины, на порядок меньшем глубины ее забоя. Целесо- образно для контроля формы опорнога сигнала использовать несколько датчиков, один иэ. которых закрепляют непосредственно s устье скважины на квадратной направляющей трубе .

После преобразования записей в импульсную форму их обработку, учитывая имеющий место в сейсморазведке принцип .взаимности, осуществляют известными в скважинйой сейсморазведке приемами. Корреляционное прослеживание волн разных типов и классов, осуществляемое на различных удалениях от устья скважины при изменении глубины возбуждений колебаний, поз-. воляет при этом осуществлять глубинную привязку волн и изучать геометрию границ в околоскважинном пространстве.

Внедрение данного способе существенно повышает эффективность комплексирования геофизических методов и глубокого бурения. Совмещение скважинных сейсмических исследований с процессом бурения позволяет своевременно, не дожидаясь завершения цикла работ, обычно предшествующего предоставлению скважины для сейсмокаротажа, получать данные аб упругих свойствах пород, необходимые для наземной сейсморазведки и для более рационельного направления дальнейшего бурения не месторождениях,, В отличие от прямых сейсмических наблюдений в скважинах (вертикальное сейсмическое профилирование, метод обращенного годографа и др,) данный способ не требует ни абсаживения скважины для исключения прихватов сейсмркаротажных снарядов, ни применения каратажных падьвмииков t: кабелем, которые подчас. неюэможно доставить на сквджину в труднрдоступных районах, Эта пОэбюлявт исФлвдавдть прдктичяски любыв скввжиные

Составитель Н . Куравлева

Редактор Н . Швыдкая Техред . ц,Кузьма KoppOKtop И, Двмчик

«J ° «»» «ф»» У» ЯУ Р»» kt »» Ю Й Ю «Ф» °

Заказ Seayjqy Тираж yl0 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

Пв делам изобретений и открытий

i)3035, Иавква, Ж-.35, Раушскдя наб., д. 4/5

«« »» «» « » -.« э»онемев»нэм е«»»ю»»»е»»

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уа, Проектная, 4