Способ сейсмического каротажа скважин

 

изобретение относится к сейсморазведке , в частности к изучению скоростного строения среды с помощью каротажа скважины. Способ сейсмического каротажа скважины состоит в возбуждении упругих колебаний на поверхности Земли, регистрации волнового поля во внутренних точках среды на вертикальном профиле с помощью каротажного зонда для повышения точности определения скоростей и констант поглощения упругих волн при одновременном увеличении детальности изучения среды, возбуждением монохроматических колебаний и регистрации их в скважине многоприборным зондом, при этом базу наблюдения Лх . частоту f и длительность Т монохроматических колебаний выбирают из соотношения дх TS().VAf где S - соотношение сигнал-помеха; V - скорость продольньгх волн; (5 V/V- относительная ошибка измерения скорости; Д - ширина полосы пропускания канала регистрации. Измеряют амплитудные и фазовые спектры зарегистрированных колебаний в каждой точке регистрации и по разности фаз определяют скорость распространения продольных волн, а по изменению амплитуд судят о поглощающих свойствах разреза. Повторяют перечисленные операции при других значениях частот монохроматических колебаний и по изменению скорости от частоты судят о дисперсии скоростей, а по изменению амплитуд от частоты - о спектре коэффициента поглощения. 2 ил.,1 табл. i (Л tsD N9 Од СО ч1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

- СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

СЕ) 4 С 01 V 1/40

Ю

3$?ca — -ю-;" 7

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ лх /ТTrs(Вчем ) ra

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3789310/24-25 (22) 23.07.84 (46) 23.04.86. Бюл. У 15 (71) Ордена Ленина институт физики

Земли им.О.Ю.Шмидта (72) А.С.Алешин, В.В.Кузнецов, В.С.Лавров, И.Я.Ковальская, А.В.Севальнев, А.С.Шагинян, В.С.Гинзбург и В.В.Циммерман (53) 550.83 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 233229, кл. G Ol V 1/40, 1966.

Авторское свидетельство СССР

В 496521, кл.С 01 V 1/40, 1971. (54) СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

СКВАЖИН (57) Изобретение относится к сейсморазведке, в частности к изучению скоростного строения среды с помощью каротажа скважины. Способ сейсмического каротажа скважины состоит в возбуждении упругих колебаний на поверхности Земли, регистрации вол" нового поля во внутренних точках среды на вертикальном профиле с помощью каротажного зонда для повышения точности определения скоростей и констант поглощения упругих волн при одновременном увеличении детальности изучения среды, возбужЪ

„„SU„„12263?9 A дением монохроматических колебаний и регистрации их в скважине много— приборным зондом, при этом базу наблюдения dx,, частоту Г и длительность Т монохроматических колебаний выбирают из соотношения где S — соотношение сигнал-помеха:

V — скорость продольных волн; 8 V/Vотносительная ошибка измерения скорости; h f — ширина полосы пропускания канала регистрации. Измеряют а

Ж амплитудные и фаэовые спектры зарегистрированных колебаний в каждой точке регистрации и по разности фаз определяют скорость распространения продольных волн, а по изменению амплитуд судят о поглощающих свойстleal вах разреза. Повторяют перечисленные операции при других значениях © частот монохроматических колебаний и по изменению скорости от частоты С5 судят о дисперсии скоростей, а по С4 изменению амплитуд от частоты — о спектре коэффициента поглощения. CO

2 ил., l табл.

1226379

Изобретение относится к сейсморазведке, н частности к изучению скоростного строения среды с помощью каротажа скважин.

Цель изобретения — повьппение точности апре,целения скоростей и констант поглощения упругих волн при одновременном увеличении детальности изучения среды.

Па фиг.1 наказана схема реализации способа; на фиг.2 — реэультаTbt измерений разности фа.з между сейсмоприемникгми, расположенными н различmrx точках среды.

Способ основан на следующих 15

1 предпосылках „

Ошибка измерения фазы в сейсмическом каратаже зависит от ряда аппарату1>ных п1>инин (нестабильность эапус ка -;:H61>àòîðe. нестабильность генератора развертки и т.п) и от соотношения сигнала и помехи. Частична эти ошибки можно устранить, если регистрировать разность фаэ, например,, на плите нибратора и скнажинном прием- 25 нике между сейсмоприемниками на поверхности Земли, или на нескольких скважинных приемниках. Эта часть ошибок проявляется н ниде ошибки эксперимента. Ошибка, связанная с наличием помех, имеет принципиальный характер.

Вначале рассмотрим случай, когда помеха не коррелиравана с сигналом.

Максимальное искажение фазы гармонического сигнала будет тогда, когда

35 помеха совпадает по частоте и сдвинута по фазе на 90 (т.е, находится в квадратуре). В этом случае а Ч = агetc, U„,/П,., при U„„U, (1, 6 9=- U„,/U, = 1/В, где U,. — сигнал, U,, — помеха.

Погре IHocTb измерения разности фаз > .(a+) = 2/S, где S — соотношение сигнап/помеха, Относительная ошибка измерения скорости прапорциснальна ошибке измерения фазы:

2В- ;- ЮЧ i g 3 (й, 1 йч" = .< Aк = 6 Х: у °,X-,75

1 где Š— волновое число; 5С! частота излучаемого сигнала,, у — скорость продольных вопи; йх — база наблюдения.

Поставляя сюда h (Ы) = 2 8 1 полу ч им 55

9 8 1> з" „Уменьшить ошибку измерения фазы мажнс, унеличивая длительность работы нибратора Т. При полосе регистрирук щей аппаратуры g f: среднеквадратичная а|пибка измерения фазы умень- шается в «ГТ А2 раз.

Ду = т БТ.>cf

Отсюда получаем окончательное выражение для относительной точносги измерения скорости

8v( д,Х П.Sv1

1lри Ч = ЗООО м/с, gx = 2 м, S= 6, f = 60 Гц, Т =- 2, > с, hf: = 100 Гц

8 ) =: !07..

Абсолютная тсчнасть измерения времен при этом

<> == b V /y pj >c /2 Ч = 3 0 с, откуда следует, чта абсолютная точность, получаемая при использовании фазового метода сейсмического каротажа, сравнима с точностью АК. Высокая абсолютная точность измерения времени пробега обеспечивает приемлемук относительную точность определения /я на сравнительно малой базе Ох 2 м, что определяет высокую разрешающую способность данного

-..пособа.

Рассмотрим вопрос о влиянии помех, каррепированных с сигналом. Б частности, к ним можно отнести часть волновога поля,, связанную с наличием

I-раниц раздела, Предположим вначале, что внутри базы наблюдений отсутствуют гранипы раздела. В этом случае разность Фаз для волн, пришедших "сверху", буцет () t — kh) -tuJ t — k(n+x)3 = kx и для волн, приходящих снизу (,1е + 1c(n+x)j — (о) t+kh) = kx, гц"- c — волновое число;

ы)= 2 и t; расстояние до границы.

Таким образом, разность фаз между днумя приборами зонда обусловлена толька временем пробега продольной волны на базе измерения.

В случае, когда граница раздела располагается внутри интервала наблюдений, eе влияние будет сказываться на фазовых соотношениях. Однако, 1226379 4 дят обработку полученных материалов путем нахождения амплитудных и фазовых спектров. По разности фаэ сигналов между двумя точками регистрации определяется скорость распростра" нения продольной волны на базе наблюдения. По изменению амплитуды волны на данной частоте определяют поглощающие свойства среды.

Для детального исследования скоростного разреза по скважине применяется методика вибрационных просвечиваний с использованием монохроматических посылок. В качестве источника применяют сейсморазведочный

I вибратор СВ-10/100. Регистрация осуществляется с помощью четырехточечиого зонда типа СС3-3/4. Сейсмические колебания регистрируются при, прмощи цифровой се;;смической станции "Прогресс-2". Средняя скорость, необходимая для расчетов, равна 3000 м/с, требуемая точность

ВЧ/Ч = 27.; ширина полосы пропускания с/с "Прогресс-2" и f = 100 Гц.

Частота вибрационного монохроматического сигнала 1 = 50 Гц. Длительность сигнала Т выбирают иэ соображений воэможностей обработки материалов на ЭВМ с использованием стандартного графа. Если учесть, . что объем вводимой в ЭВМ ЕС информации на канал составляет порядка

8 тыс.отсчетов, а шаг квантования

2 мс, то максимальная длительность сигнала не должна превышать 16 с. Иэ этих соображений ограничивают длительность сигнала возбуждения Т вЂ” 10 с.

Отношение S сигнал-помеха равно

10. Если контроль этого отношения в реальных условиях покажет, что

S (1О, увеличивают число накапливаний.

Теперь можно определить базу наблюдений:

Все сказанное относится как к области частот, используемых при сейсмическом каротаже„т.е. для сейсмических частот, так и для акустического каротажа. При любом диапазоне час- 10 тот фазовый метод позволяет существенно повысить точность измерения скоростей.Способ осуществляется следующим 15 образом.

Устанавливают вибрационный источник 1 на поверхности Земли, Сейсмоприемники 2 и 3 устанавливают на дневной поверхности у устья скважины 20 (сейсмоприемник 2) и на плите вибрационного источника 1 (сейсмоприемник 3). Кроме того, в скважину на глубину 500-560 м опускают скважинный зонд 4. 25

В предположении, что в исследуемом районе известно значение средней скорости продольных волн, задаются относительной ошибкой измерения скорости (оЧ!Ч). Задаются ширина полосы ЗО пропускания канала регистрации, которая является величиной известной для данного типа регистрирующей аппа ратуры. Величина длительности монохроматического сигнала определяется, исходя иэ реальных возможностей вибрационного источника, регистрирующей аппаратуры, обрабатывающего комплекса

ЭВМ. Обычно длительность сигнала не превышает 10 — 15 с. Соотношение сигнал-помеха S зависит от числа накапливаний,следовательно можно заранее задаваться величиной S и контролировать ее в процессе проведения эксперимента. Оставшиеся две величины — 4 частота и база наблюдений, могут быть определены, задаваясь одной из них.

Излучают монохроматический сигнал с помощью вибрационного источника 1.

Проводят наблюдения в скважине с мно- гоприборным скважинным зондом 4 при перечисленных параметрах излучающего сигнала на данной регистрирую щей аппаратуре. Меняют частоту излучающего сигнала в зависимости от конкретной геофизической задачи и повторяют регистрацию волнового поля на вертикальном профиле. Провов связи с тем, что коэффициенты отражений от границ раздела не превышают 0,)-0,2, фазовые искажения и в этом случае будут невелики.

V йХ= =Ъм пв(/айве т f

Таким образом, проведено изучение скоростного разреза на сейсмических частотах с детальностью около 3 м и относительной точностью порядка 27.

Для повышения точности при сохранении той же детальности можно повысить частоту или увеличить соотношение сигнал-помеха.

1226379 сигнала, ! ! о !

О с и/с

2680

500 6

5?О -155

16I

2170

560 -120

Дх и Х 5 /Тgf

4,2-10

На фиг.2 приведены результаты измерения разности фаз между сейсмо приемниками: кривая 5 — на устье, скважины и на плите вибрационного источника 1, кривая 6 — скважинного зонда 4 (глубина 500 м) и на плите вибрационного источника 1, кривая 7 скважинного зонда 4 на глубинах 500 и 520 м и кривая 8 — скважинного зонда 4 на глубинах 500 и 560 м.

Частота монохроматического сигнала 60 Гц, длительность 2 5 с.

Здесь же, на фиг.2 приведена приливная кривая аg 9. Характерный 15 скачок кривых, отмеченный на времени 15 h 30 визуально соответсч— вует ходу приливной кривой д g 9, что подтверждает весьма высокую точность измерения скоростей. 20

Полученные экспериментальные данные позволяют определить пластовые скорости продольных волн на базе

20 м по величинам разности фаз между соседними приборами зонда (табл.), 25

Точность определения фазового угла в эксперименте составляет

$ (a Y) = 1 .То-да относительная погрешность определения скорости продольной волны при соотношении сигнал/помеха S = 10 составляет

Повышение точности определ:ения скорости продольных волн возможно на 5О

î".íîâå увеличения длительности излучения и повышения соотношения сигнал/

/помеха, что при использовании вибрационных источников является делом техники и не составляет принципиаль- 55 ных трудностей.

Иэ приведенной формулы 8 V/V следует, что при увеличении Т и 5 точность определения скорости не имеет эграничений. На практике получают точность, на порядок превышающую точность, реализуемую согласно изве. стному способу.

Использование предлагаемого способа позволяет изучить константы поглощения и дисперсию скорости с более высокой степенью надежности по сравне:яию с импульсным методом, поскольку в данном случае не требуется учитывать изменение формы исследуемого сигнала за счет поглощения высокочастотных составляющих

Э о р и у л а и э о б р е т е н и я

Способ сейсмического каротажа скважин, заключающийся в возбуждении упругих колебаний на поверхности

Земли, регистрации волнового поля во внутренних точках среды на вертикальном профиле с помощью каротажного зонда, отличающийся

1 еь. 9 ч 1 о с целью повышения Toч ности определения скоростей и констант поглощения упругих волн при одновременном увеличении детальности изучения среды, возбуждают монохрома."ические колебания и регистрируют их в скважине многоприборным зондом, при этом базу наблюдения Ьх, частоту Х и длительность Т монохроматических колебачий BblGvip810T из соотношения гпе Б — ссотношение сигнал-помеха;

7 — скорость продольных волк;

ay(q- относительная ошибка измерения скорости;

Qf — ширина полосы пропускания канала регистрации, измеряют амплитудные, фаэовые спектры зарегистрированных колебаний в каждой точке регистрации и по разности фаэ определяют скорость распространения продольных волн, а цо изменению амплитуд судят о поглощающих свойствах разреза, повторяют перечисленные операции при других значениях частот монохроматических колебаний и по изменению скорости от частоты судят о дисперсии скоростей, а по изменению амплитуд от частоты о спектре коэффициента поглощения.

1226379

Фиг I

О!!

ОЮ

1109 а00

@07

Составитель Н.Журавлева

Редактор Н.Яцола Техред И.Попович Корректор И.Муска

2128/45 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная, 4