Способ вибрационной сейсморазведки
Владельцы патента RU 2593782:
Колесов Сергей Васильевич (RU)
Жуков Александр Петрович (RU)
Шехтман Григорий Аронович (RU)
Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Предложен способ вибрационной сейсморазведки, основанный на возбуждении и регистрации вибрационных сейсмических колебаний и включающий в себя коррекцию возбуждаемых сигналов путем уменьшения относительной интенсивности компонент спектра для колебаний, не представляющих разведочного интереса. Согласно заявленному решению предлагается дополнительно возбуждать и регистрировать колебания после того, как определена резонансная частота по меньшей мере одной из помех, которую требуется подавить. Подавление помех можно достичь непосредственно путем исключения их из спектра возбуждаемых частот, например путем возбуждения колебаний при помощи различных опорных сигналов (свип-сигналов), не содержащих резонансных частот. Другой, альтернативный, путь, предлагаемый в одном из воплощений изобретения, состоит в том, что при возбуждении колебаний повышают скорость изменения частоты возбуждаемого сигнала в диапазоне частот, содержащем каждую из резонансных частот. Технический результат - повышение качества данных вибрационной сейсморазведки. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к геофизическим методам исследования геологической среды и предназначено, главным образом, для поисков и разведки месторождений нефти и газа.
В вибрационной сейсморазведке корреляционную обработку с использованием опорных электрических сигналов проводят либо непосредственно в поле, либо на вычислительном центре. При этом полагают, что полученные в результате этой обработки коррелограммы являются результатом оптимальной фильтрации, поскольку используемый для корреляции опорный сигнал в первом приближении считают сигналом, воздействующим на глубинный целевой объект. Однако электрический сигнал, воздействующий на электромеханические узлы виброисточника, может существенно отличаться от сигнала, распространяющегося непосредственно в среду, и тем более от сигнала, воздействующего на исследуемый целевой объект. Причины различий опорного электрического и реального упругого сигналов состоят в следующем.
- Виброисточник является нелинейным устройством и не может излучать идеальный сигнал, идентичный управляющему электрическому сигналу. Первичными источниками гармоник наиболее часто используемого гидравлического вибратора являются (Циммерман, 2004): силовой электрогидравлический привод возбудителя вибрации, несимметричность силового взаимодействия опорной плиты с поверхностью грунта и одностороннее действие силы веса. В каждом конкретном случае виброисточником возбуждается свой характерный спектр гармоник за счет преобразования первичного уровня гармоник резонансной характеристикой конструкции возбудителя вибрации и излучающей системы «вибратор-грунт» в целом. При этом первичный уровень гармоник и интенсивность резонансных проявлений зависят от мощности излучения, нагрузочных характеристик грунта и качества контакта плиты с грунтом. В целом процесс преобразования механической энергии виброисточника в сейсмическую энергию носит частотно-зависимый характер с резонансом на определенной частоте, расположенной в интервале 20-50 Гц.
- Сигнал, сформировавшийся в системе «вибратор-грунт», последующие изменения претерпевает в соответствии со следующими факторами: характеристиками интерференционной группы вибраторов; характеристиками ВЧР; фильтрующим влиянием среды, расположенной под ВЧР, и нелинейным частотно-зависимым затуханием сейсмической энергии в этой среде; характеристиками тракта регистрации, включающего систему «скважинный прибор - стенка скважины», сейсмоприемники, кабель и сейсмостанцию.
- Нелинейные свойства среды приводят к появлению в спектре сейсмических колебаний как низко-, так и высокочастотных составляющих, обусловленных нелинейными свойствами среды (Жуков, Шнеерсон, 2000). При распространении волн в средах с нелинейными параметрами происходит взаимодействие волн, имеющих различную частоту, в результате чего образуются колебания с суммарными и разностными частотами, а также гармонические и субгармонические колебания. Кроме того, взаимодействие волн сопровождается передачей энергии от одной волны к другой.
Известен способ вибрационной сейсморазведки, включающий формирование управляющих сигналов, возбуждение виброисточником непрерывных сейсмических сигналов, регистрацию непрерывных сигналов в виде виброграмм, контроль и коррекцию спектра возбуждаемых колебаний (Гурвич, Боганик, 2006, с. 327-332). Основой функционирования известного способа вибрационной сейсморазведки является опорный сигнал (свип), который используют в качестве коррелирующего сигнала.
Недостатком известного способа вибрационной сейсморазведки является использование в нем усредненных параметров опорных сигналов в связи с отсутствием средств оперативного их определения для каждого конкретного физического наблюдения, следствием чего являются недостаточные качество и геологическая эффективность сейсмических исследований.
Наиболее близким к изобретению по сущности и назначению (прототип) является способ вибрационной сейсморазведки, получивший название адаптивной вибрационной сейсморазведки, в котором по тем или иным установленным критериям (например, достижение наиболее широкополосного амплитудно-частотного спектра полезных отраженных волн в целевом интервале времен) на основе анализа отклика среды на предварительно посланный сигнал осуществляют выбор оптимальных рабочих нелинейных вибросигналов, оптимизирующих заданные параметры сейсмической записи, причем процесс выбора происходит в реальном времени и в автоматическом режиме (Жуков, Шнеерсон, 2000. С.25-50; Жуков и др., 2011, с. 225-231; Жуков и др., патент РФ №2482526).
Недостатком известного способа является анализ и расчет в нем параметров адаптивных свип-сигналов (опорных сигналов) непосредственно по виброграммам без диагностики природы и параметров конкретных помех. Дело в том, что приходящие из глубины к земной поверхности сигналы существенно отличаются от свип-сигнала из-за наложения на полезные сигналы возникающих в приповерхностной части геологического разреза резонансных помех различной природы, не имеющих отношения к глубинным целевым отражениям. В результате этого функция взаимной корреляции виброграмм даже после коррекции спектра свип-сигнала может заметно отличаться от функции автокорреляции последнего, в результате чего в целом ухудшается качество коррелограмм.
Цель настоящего изобретения - повышение качества данных вибрационной сейсморазведки.
Поставленная цель достигается тем, что в способе вибрационной сейсморазведки, включающем возбуждение и регистрацию вибрационных колебаний и коррекцию опорного сигнала по спектрам возбуждаемых или регистрируемых сигналов, согласно предлагаемому изобретению определяют в спектре регистрируемых сигналов, по меньшей мере, одну резонансную частоту, повторно возбуждают и регистрируют вибрационные колебания, при этом из диапазона возбуждаемых колебаний исключают резонансную частоту или ослабляют ее относительную интенсивность путем повышения скорости изменения частоты опорного сигнала в диапазоне, содержащем частоту резонанса. В одном из конкретных воплощений изобретения после определения резонансной частоты возбуждают вибрационные колебания, по меньшей мере, в двух диапазонах, расположенных по разные стороны от резонансной частоты, после чего суммируют зарегистрированные колебания между собой, а отсутствующие частотные составляющие спектра сейсмической записи восстанавливают при обработке.
По сравнению с прототипом предлагаемый способ вибрационной сейсморазведки в соответствии с изобретением характеризуется такими существенными отличиями:
- способом получения входной информации, целенаправленно исключающим регистрацию резонансных помех, возникающих в приповерхностной части геологического разреза;
- большей достоверностью сигнала, используемого для взаимной корреляции или деконволюции виброграмм.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.
Возникающие на контакте виброисточника с грунтом резонансные колебания накладываются на гораздо более слабые полезные сигналы, в результате чего существенно снижается качество их выделения, влияющее на результаты вибросейсморазведки в целом. В дополнение к таким резонансным колебаниям, природа которых описана выше, могут иметь место резонансные колебания объектов, расположенных непосредственно в приповерхностной зоне геологического разреза. Эти колебания могут быть вызваны неоднородностями, отличающимися по упругим свойствам от вмещающей среды (Korneev, 2009). Кроме того, резонансные колебания могут быть зарегистрированы при проведении наблюдений на льду не промерзших до дна водоемов (Кострыгин, 2002) или на заболоченных участках местности. Являющиеся бесспорно полезными при решении задач инженерной и малоглубинной сейсморазведки в нефтяной сейсморазведке такие резонансные колебания расцениваются как помехи, так как они могут накладываться на более слабые сигналы, отраженные от целевых объектов. Их подавление непосредственно на этапе проведения работ может обеспечить повышение качества регистрируемых полезных сигналов и качество вибрационной сейсморазведки в целом.
В соответствии с изобретением, предлагается резонансные колебания, накладывающиеся на полезный сигнал, исключать из возбуждаемых сигналов непосредственно, определяя их частоту предварительно, или существенно их ослаблять путем такой трансформации посылаемого в среду свип-сигнала, при которой в диапазоне регистрации резонанса скорость изменения частоты сигнала повышается по сравнению с соседними диапазонами частот.
Обоснование ослабления резонансных помех при использовании последнего из перечисленных альтернативных подходов состоит в следующем. При вибрационной сейсморазведке скорость изменения частоты в свип-сигнале равна производной от частотной развертки по времени. Повышая эту скорость, мы можем «проскакивать» резонансную частоту со скоростью, при которой уровень возникающих на сейсмической записи резонансных помех не превышает допустимый уровень (обычно - не выше уровня полезного сигнала). При этом контроль может проводиться по регистрируемым коррелограммам путем сравнения их с коррелограммами на тех пунктах возбуждения, где мешающие резонансные явления отсутствуют.
Способ осуществляют следующим образом.
Район, предназначенный для изучения вибросейсмическим методом, известными способами разделяют на участки, каждый из которых характеризуется однородными поверхностными условиями. Если предварительное разделение на участки не проводилось, то первичную регистрацию колебаний, направленную на определение резонансных частот, осуществляют для каждой расстановки сейсмоприемников. Выходы сейсмоприемников, расположенных в пределах выбранного участка (или в пределах расстановки), подают на вход сейсморазведочного комплекса, реализующего технологию адаптивной вибросейсморазведки. В качестве такого сейсморазведочного комплекса может быть использована система управления виброисточниками GDS-1, разработанная в ООО «Геофизические системы данных» (Жуков и др., 2011, с. 226- 227). На блоке GDS-1 могут сохраняться параметры достаточно большого количества оптимальных свип-сигналов, полученных на различных пунктах возбуждения (ПВ). Последовательность процедур в соответствии с предлагаемым изобретением является следующей:
- при первом накоплении на данном ПВ генерируется линейный частотно-модулированный (ЛЧМ) свип-сигнал;
- проводится регистрация отклика (виброграмма) на этот сигнал;
- в спектре зарегистрированных сигналов выделяют резонансные частоты, для которых рассчитывают соответствующие свип-сигналы, не содержащие этих резонансных частот, или рассчитывают коэффициенты, позволяющие повысить скорость изменения частоты в диапазоне соответствующего резонанса;
- рассчитанные коэффициенты передаются в шифратор блока GDS-1 сейсмостанции для расчета временной развертки нового свип-сигнала на базе полученных коэффициентов;
- данный нелинейный адаптированный свип-сигнал по радиоканалу передается в дешифраторы вибрационных источников для генерации последующих накоплений на данном пункте возбуждения (ПВ).
Сжатие виброграмм в импульсную форму можно осуществлять двумя способами: путем формирования функции взаимной корреляции виброграмм со свип-сигналом после его коррекции или путем деконволюции виброграмм при помощи обратного фильтра, который рассчитывают по свип-сигналу, в качестве которого в предлагаемом способе берут сигнал, повторно регистрируемый после его коррекции, выполненной после изучения его спектрального состава при первичном возбуждении колебаний. Использование деконволюции, а не корреляции со свип-сигналом предпочтительнее, поскольку при этом в большей степени увеличивается относительная интенсивность высокочастотных компонент спектра, а следовательно, и разрешающая способность способа. Убедительные примеры, иллюстрирующие это утверждение, приведены в книге (Жуков и др., 2011, с. 378- 383).
На этапе обработки целесообразно применять комплекс программ ФИЛМЕМ, использующий максимально энтропийную экстраполяцию спектра сейсмической записи в диапазоны частот, содержавшие резонансные колебания (в них после подавления помех образуются своеобразные «дыры») (Жуков и др., 2011).
Внедрение предлагаемого изобретения в практику вибрационной сейсморазведки не требует создания новых технических средств и может быть начато уже в настоящее время. Его использование позволит более обоснованно управлять спектром возбуждаемых сейсмических колебаний, добиваясь тем самым повышения достоверности изучения продуктивных отложений. Целесообразно использовать предлагаемый способ в сочетании с технологиями изучения верхней части разреза, при которых резонансные колебания помогут более надежно выделить аномальные объекты, расположенные в приповерхностной зоне.
Предлагаемый способ, детально рассмотренный в приложении к наземной сейсморазведке, без существенного изменения его сущности может вполне применяться при проведении морских и скважинных сейсмических исследований, которые в значительных объемах проводят с использованием виброисточников.
В методе вертикального сейсмического профилирования (ВСП) предлагаемый способ можно использовать в самых различных современных модификациях метода (Шехтман и др., 2004). При проведении продольного и непродольного ВСП, когда возбуждение колебаний осуществляют с фиксированных ПВ, коррекцию возбуждаемых колебаний можно осуществлять в процессе проведения работ не столь часто, как при проведении работ другими модификациями метода ВСП (уровневое ВСП, ВСП с подвижным источником колебаний, площадное ВСП и др.). Предварительная информация о конструкции исследуемой скважины (качество цементажа ее затрубного пространства, положение геологических границ в покрывающей толще и др.) позволяет выбрать для коррекции свип-сигнала те интервалы глубин, в пределах которых качество записей достаточно высокое для того, чтобы спектры сигналов полезных волн не были искажены вибрационными трубными волнами, также характеризующимися резонансным характером.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсморазведка: Учебник для вузов. // Тверь: Изд-во АИС, 2006, с. 327-332.
Жуков А.П., Шнеерсон М.Б. Адаптивные и нелинейные методы вибрационной сейсморазведки. // М.: ООО «Недра - Бизнесцентр», 2000.
Жуков А.П., Колесов C.B., Шехтман Г.А., Шнеерсон М.Б. Сейсморазведка с вибрационными источниками. // Тверь, ООО «Изд-во ГЕРС», 2011.
Жуков А.П., Жуков А.А., Тищенко И.В., Галикеев Т.Э. Способ вибрационной сейсморазведки геологического объекта и система для его осуществления // Патент РФ №2482526, опубл. 20.05.2013.
Кострыгин Ю.П. Сейсморазведка на сложных сигналах // Тверь, изд-во ГЕРС, 2002, 416 с.
Циммерман В.В. Качество вибрационного излучения. // Приборы и системы разведочной геофизики, 2004, №3, Саратовское отделение ЕАГО.
Шехтман Г.А., Кузнецов B.М., Попов В.В. Модификации метода ВСП: какую предпочесть? // Технологии сейсморазведки, 2004, 1, 75-79.
Korneev Valeri Resonant seismic emission of subsurface objects // Geophysics, vol. 74, 2, 2009, P. T47-T53.
1. Способ вибрационной сейсморазведки, включающий возбуждение и регистрацию вибрационных колебаний, а также коррекцию по спектрам регистрируемых сигналов опорного сигнала, используемого для сжатия виброграмм в импульсную форму, отличающийся тем, что, с целью повышения качества данных вибрационной сейсморазведки, определяют в спектре регистрируемых сигналов по меньшей мере одну резонансную частоту и повторно возбуждают и регистрируют вибрационные колебания, при этом из диапазона возбуждаемых колебаний исключают резонансную частоту или ослабляют ее относительную интенсивность путем повышения скорости изменения частоты опорного сигнала в диапазоне, содержащем частоту резонанса.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после определения резонансной частоты возбуждают вибрационные колебания, по меньшей мере, в двух диапазонах, расположенных по разные стороны от резонансной частоты, после чего суммируют зарегистрированные колебания между собой, а отсутствующие частотные составляющие спектра сейсмической записи восстанавливают при обработке.
