Способ скважинной сейсморазведки

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для получения скоростной характеристики верхней части разреза - зоны малых скоростей, а также для изучения геологического строения и физических свойств зоны малых скоростей. Сущность: в процессе бурения возбуждают упругие колебания путем воздействия породоразрушающего инструмента мобильной буровой установки на исследуемую среду. Одновременно регистрируют упругие колебания датчиком опорного сигнала, состоящим из четырех преобразователей, равномерно распределенных по периметру площадки рамы буровой установки, и наземным приемным устройством. Наземное приемное устройство устанавливают на дневной поверхности на расстоянии от устья скважины не менее 5-10 м на стержнях, заглубленных в грунт на глубину, превышающую мощность почвенного слоя. Выбирают диапазон рабочих частот от 100 Гц до 350 Гц, в пределах которого выделяют полезные сигналы. Формируют взаимокорреляционные функции и определяют по ним сейсмические скорости и положение сейсмических границ. Технический результат: повышение точности и достоверности построения скоростной характеристики исследуемой среды.

 

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для получения скоростной характеристики верхней части разреза - зоны малых скоростей (ЗМС), а также изучения геологического строения и физических свойств ЗМС.

Известен способ скважинной сейсморазведки, в котором одновременно регистрируют колебания, возникающие при работе бурового инструмента и распространяющиеся от забоя скважины по колонне бурильных труб и в толще горных пород. При обработке определяют взаимокорреляционную функцию двух волновых процессов, а по времени запаздывания одного процесса относительно другого вычисляют скорость распространения сейсмических волн в породах (Авторское свидетельство СССР, №643819, кл. G 01 V 1/00, 1977).

Недостаток способа состоит в том, что разность времени распространения сейсмических волн по колонне бурильных труб и по горным породам определяется с большой погрешностью, что снижает разрешающую способность и точность метода.

Известен способ скважинной сейсморазведки, который базируется на возбуждении упругих колебаний бурильной колонны путем воздействия бурового инструмента на забой скважины в процессе бурения. Предусматривается одновременная регистрация колебаний на дневной поверхности в диапазоне частот от 20 Гц до 100 Гц и датчиком опорного сигнала. При обработке осуществляется формирование взаимокорреляционных функций зарегистрированного волнового поля, проводится спектральный анализ и выделяются квазигармонические составляющие наиболее интенсивных резонансных частот в выбранном диапазоне частот, для каждой из которых формируют монохромные коррелограммы. Затем преобразуют их в импульсную форму, по которой определяют параметры исследуемой среды (патент РФ №2101733, кл. G 01 V 1/40, 1998).

К недостаткам способа следует отнести невысокую точность исследования, ограниченный рабочий частотный диапазон и большой объем вычислений, которые приходится вести в стационарных условиях с привлечением специализированных средств обработки по завершению работ на отрабатываемой скважине.

В качестве прототипа может быть выбран способ скважинной сейсморазведки, основанный на возбуждении упругих колебаний на различных глубинах путем воздействия бурового инструмента на забой скважины в процессе бурения, предусматривающий регистрацию колебаний при разных удалениях точек приема от устья скважины, выделение полезного сигнала, формирования взаимокорреляционных функций, по которым определяются сейсмические скорости и положение сейсмических границ, пересеченных скважиной.

Недостатком этого способа является то, что исследование ведется в нестационарном режиме бурения. В результате чего изменяется частота вращения бурового инструмента, давление инструмента на забой, что приводит к снижению рабочего частотного диапазона, точности исследования, ухудшению помехоустойчивости при регистрации колебаний и последующей обработки регистрируемых волновых полей (Авторское свидетельство СССР, №1035549, кл. G 01 V 1/40, 1983).

Эти недостатки связаны с технологическими особенностями глубокого бурения, а также с тем, что зарегистрировать колебания более 100 Гц с помощью традиционных технических средств, используемых в сейсморазведке, сложно либо невозможно вообще. Причиной тому существенное затухание высокочастотных колебаний, распространяющихся от бурового инструмента, невысокая чувствительность используемых в сейсморазведке регистрирующих средств, искажение амплитудно-частотной характеристики из-за плохого контакта сейсмоприемника с почвой.

Технический результат, на реализацию которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении точности и достоверности построения скоростной характеристики исследуемой среды и, как следствие, в повышении информативности геологоразведочных работ.

Для этого в способе скважинной сейсморазведки, включающем возбуждение упругих колебаний буровой установкой в процессе бурения, регистрацию упругих колебаний при разном удалении точек приема, выделение полезных сигналов, формирование взаимокорреляционных функций и определение по ним сейсмических скоростей и положения сейсмических границ, упругие колебания возбуждают мобильной буровой установкой путем воздействия породоразрушающего инструмента на исследуемую среду, одновременно регистрируют колебания датчиком опорного сигнала, состоящим из четырех преобразователей, равномерно распределенных по периметру площадки рамы буровой установки, и наземным приемным устройством, установленным на дневной поверхности на расстоянии от устья скважины не менее 5-10 м, на стержнях, заглубленных в грунт на глубину, превышающую мощность почвенного слоя, выбирают диапазон рабочих частот от 100 Гц до 350 Гц, в пределах которого выделяют полезные сигналы.

Существенными отличительными признаками в заявляемом способе являются:

- расположение наземных приемных устройств на дневной поверхности на расстоянии 5-10 м от устья скважины позволяет уменьшить влияние поверхностных волн - помех и, как следствие, повысить информативность получаемых сигналов;

- выполнение датчика опорного сигнала в виде четырех преобразователей, равномерно распределенных по периметру площадки рамы буровой установки, способствует компенсации помех, не связанных с продольными колебаниями, и более четкому выделению полезного сигнала;

- заглубление металлических стержней для установки наземных сейсмоприемников на глубину, превышающую мощность почвенного слоя, позволяет скомпенсировать поглощение средой высокочастотных колебаний и, как следствие, повысить информативность получаемых результатов геологоразведочных работ.

Из изученной научно-технической и патентной литературы не выявлено существование технического решения с перечисленной совокупностью признаков. Это дает основание сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критериям изобретения.

Способ осуществляется следующим образом.

Упругие колебания, возбуждаемые мобильной буровой установкой при взаимодействии бурового породоразрушающего инструмента с исследуемой средой, одновременно регистрируются датчиком опорного сигнала, состоящим из четырех преобразователей, равномерно распределенных по периметру площадки рамы буровой установки, и наземным приемным устройством, установленным на дневной поверхности на расстоянии от устья скважины не менее 5-10 м. При этом влияние поверхностных волн - помех уменьшается и не препятствует выделению полезного сигнала. Одновременно с этим ведется также регистрация глубины бурения датчиком, связанным с буровой колонной. При этом датчик опорного сигнала может быть выполнен состоящим из 4-х преобразователей, равномерно распределенных по периметру площадки рамы буровой установки с целью компенсации помех, не связанных с продольными колебаниями, и более четкого выделения полезного сигнала. Наземное приемное устройство может быть выполнено, например, в виде бонной косы, перемещаемой вслед за буровой установкой. Количество каналов - приемников в бонной косе должно быть не менее двух для осуществления уверенной корреляции первых вступлений прямой волны, являющейся основной при обработке. Выбор минимального количества каналов существенно сокращает объем вычислений, которые производятся непосредственно в полевых условиях в процессе бурения скважины. Заглубление металлических стержней для установки наземных приемников должно производится на глубину, превышающую мощность почвенного слоя, и не менее 0,5 м и, например, с помощью тех же шнеков буровой установки, которые используются при бурении. Использование в качестве датчиков приемного устройства акселерометров, выходной сигнал у которых пропорционален второй производной от смещения, наиболее предпочтительно при регистрации высоких частот. Они позволяют скомпенсировать поглощение средой высокочастотных колебаний. Далее сейсмические записи зарегистрированных колебаний в выбранном диапазоне частот преобразуют в импульсную форму с использованием стандартных процедур обработки. По импульсным сейсмическим записям определяется время запаздывания волновых процессов, полученных с помощью датчика опорного сигнала и наземных приемников. Отсчет времени производится от первых вступлений наиболее интенсивной прямой волны. Сформированные для различных глубин воздействия бурового инструмента на исследуемую среду импульсные сейсмограммы служат основой для построения скоростной характеристики разреза.

По сравнению с прототипом и другими известными способами предлагаемый способ позволяет повысить точность и надежность изучения верхней части разреза, существенно сократить время проведения работы и производить ее в режиме реального времени, т.е. в процессе бурения скважины, с выдачей конечного результата исследования.

Опробование технических средств и процедур обработки зарегистрированных сигналов был осуществлен мобильной буровой установкой ПБУ-2, используемой для бурения взрывных скважин, с использованием шнека-фрезы в качестве породоразрушающего инструмента. В качестве датчиков и приемников использовались акселерометры, разработанные в Нижне-Волжском НИИ геологии и геофизики. Датчик опорного сигнала был выполнен с возможностью ослабления помех, усиления полезного сигнала и регулируемой величиной выходного сигнала. Чувствительность приемников была выбрана 2B/G. Заглубление приемников осуществлялось с помощью металлических стержней на глубину 40 см, при удалении от устья скважины первого приемника на 5 м, второго на 10 м. Полученные сейсмические записи были преимущественно высокочастотными. Использовались различные стандартные процедуры обработки с использованием функции взаимной корреляции, спектральный анализ, монохромные преобразования, обеспечивающие улучшение соотношения сигнал-помеха, динамическую и временную разрешенность импульсной сейсмической записи. Все они позволили уверенно выделить прямую волну, являющуюся опорной для проведения построения скоростной характеристики исследуемой геологической среды.

Способ скважинной сейсморазведки, включающий возбуждение упругих колебаний буровой установкой в процессе бурения, регистрацию упругих колебаний при разном удалении точек приема, выделение полезных сигналов, формирование взаимокорреляционных функций и определение по ним сейсмических скоростей и положения сейсмических границ, отличающийся тем, что упругие колебания возбуждают мобильной буровой установкой путем воздействия породоразрушающего инструмента на исследуемую среду, одновременно регистрируют колебания датчиком опорного сигнала, состоящим из четырех преобразователей, равномерно распределенных по периметру площадки рамы буровой установки, и наземным приемным устройством, установленным на дневной поверхности на расстоянии от устья скважины не менее 5-10 м на стержнях, заглубленных в грунт на глубину, превышающую мощность почвенного слоя, выбирают диапазон рабочих частот от 100 до 350 Гц, в пределах которого выделяют полезные сигналы.