Спосіб свердловинної сейсморозвідки

Предполагаемое изобретение относится к геофизическим методам поисков и разведки месторождений полезных ископаемых и применимо в промысловой сейсморазведке при детальном прогнозировании структуры, состава и состояния горных пород. Известен способ сейсморазведки геологических сред, основанный на возбуждении сейсмических волн наземным источником при вертикальном сейсмическом профилировании наблюдательной скважины с регистрацией прямых и проходящих падающих волн трехкомпонентными сейсмоприемниками, размещенными вдоль ствола скважины с заданным шагом, и обработке кинематических характеристик волнового поля для определения упруги х параметров горных пород [I]. Недостатком способа является невозможность надежного и достоверного определения истинных параметров затухания сейсмических волн из-за использования упрощенной модели идеальной упругости неадекватной реальной геологической среде. Известен способ определения параметров затухания сейсмических волн в геологической среде, основанный на возбуждении колебаний наземным источником при вертикальном сейсмическом профилировании с регистрацией проходящей волны скважинными сейсмоприемниками, размещенными ниже глубины залегания целевого пласта, определении в каждой точке приема частотно-независимого сдвига фазового спектра сейсмического сигнала с последующим вычислением декремента поглощения [2]. Недостатком способа является нечувствительность к поглощению сейсмической энергии, связанному с рассеянием волн на разномасштабных неоднородостях. Наиболее современным и близким по технической сущности к предлагаемому способу скважинной сейсморазведки является способ определения реологических свойств твердожидких сред, основанный на возбуждении сейсмических волн наземным источником, трехкомпонентном вертикальном сейсмическом профилировании наблюдательной скважины с регистрацией и обработкой кинематических и динамических характеристик прямой и проходящей падающей волны, выделением монотипных временных сигналов, определении и пересчете интегральных динамических параметров выделенных сигналов в дифференциальные по заданным зависимостям с последующим определением упругих модулей и параметров неупругого поглощения продольной волны в каждой точке приема вдоль ствола скважины [3]. Недостатком указанного способа определения параметров затухания волн является режимное требование совместного использования продольных и поперечных волн, что усложняет наблюдения, и невозможность его применения в других модификациях скважинной сейсморазведки, кроме вертикального сейсмического профилирования. В основу изобретения положена задача определения независимых друг от друга параметров затухания сейсмических волн в поглощающей и рассеивающей тонкослоистой геологической среде, что существенно повышает надежность и достоверность прогнозирования строения, состава и состояния среды. Поставленная задача достигается тем, что в предложенном способе скважинной сейсморазведки, основанном на возбуждении колебаний в околоскважинном пространстве наземным или скважинным источником, размещении сейсмоприемников в наблюдательной скважине с заданным шагом на участке вертикального профиля, включающем тонкослоистый (многослойный) интервал геологического разреза, регистрации прямой падающей волны, обработке кинематических и динамических характеристик наблюденных сейсмозаписей, определении упругих модулей среды и параметров затухания волны в каждой точке приема вдоль ствола скважины, согласно изобретению возбуждают в околоскважинном пространстве прямую падающую волн у продольной или поперечной поляризации при размещении источника колебаний над целевым интервалом разреза и определяют эффективный параметр затухания волны, обусловленный совместным влиянием тонкослоистости, неупругого поглощения и рассеяния волны на мелкомасштабных неоднородностях среды, путем обработки кинематических и динамических характеристик зарегистрированной прямой падающей волны продольной или поперечной поляризации, затем дополнительно возбуждают в околоскважинном пространстве прямую восходящую волн у однотипной с падающей волной поляризацией при размещении источника колебаний под целевым интервалом разреза при неизменном положении сейсмоприемников и заново определяют эффективный параметр затухания волны в пределах того же интервала разреза и в тех же точках приема, которые были использованы при обработке сейсмозаписей прямой падающей волны, путем независимой обработки кинематических и динамических характеристик прямой восходящей волны, затем осуществляют совместную обработку сейсмозаписей прямых падающих и восходящи х волн с учетом их кинематических и динамических характеристик с последующим раздельным и независимым друг от друга определением параметров затухания волн, обусловленных тонкослоистостью, неупругим поглощением и рассеянием волн на мелкомасштабных неоднородностях среды, с учетом различия условий прохождения прямой волны целевого интервала разреза в двух противоположных направлениях, при размещении источников колебаний по разные стороны о целевого интервала. Преимуществом предлагаемого способа скважинной сейсморазведки является возможность раздельного и независимого друг от др уга определения истинных параметров затухания сейсмических волн в геологической среде, обусловленных ее тонкослоистостью, неупругим поглощением и рассеянием волн на мелкомасштабных неоднородностях, путем использования прямых монотипных волн, проходящих целевой интервал разреза в двух противоположных направлениях при размещении источников колебаний выше и ниже глубины залегания целевого интервала разреза, а также возможность применения в различных модификациях, скважинной сейсморазведки таких как прямое и обращенное вертикальное сейсмическое профилирование, сопряженный сейсмический каротаж и торпедирование, а также акустический каротаж. Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена схема реализации предлагаемого способа скважинной сейсморазведки. На чертеже даны обозначения: 1 целевой интервал разреза околоскважинного пространства; 2 наблюдательная скважина, 3 - вертикальный профиль наблюдений, 4 - наземный источник колебаний, 5 скважинные сейсмоприемники, 6 - скважинный источник колебаний. Способ реализуется на основе упруго-вязкой модели среды с применением линеаризованных формул для определения коэффициента прохождения сейсмической волны на контакте двух различных по физикомеханическим характеристикам сред (Bortfeld R. Approximations to the reflection and transmission coefficient of plane longitudinal and transvers waves//Joeph. prosp. 1961, v.9, p. 485-502). В случае размещения источника колебаний в покрывающей контакт среде коэффициент прохождения прямой падающей продольной волны определяется зависимостью a - угол падения волны на линию контакта; Vp1, Vp2 - скорости продольных волн в контактирующи х средах; r 1, r 2 - плотности пород контактирующих сред. В случае прохождения прямой волны в противоположном направлении при размещении источника колебаний в подстилающей контакт среде коэффициент прохождения прямой восходящей продольной волны определяется зависимостью где обозначения те же, что и в формуле (1). Тогда полное (эффективное) затухание Rпп прямой падающей продольной волны, обусловленное совместным действием тонкослоистости (Вп), неупругого поглощения (А) и рассеяния (С) волны на мелкомасштабных неоднородностях среды, может быть представлено зависимостью а полное (эффективное) затухание Rпп прямой восходящей продольной волны, обусловленное совместным действием тонкослоистости (Вв). неупругого поглощения (А) и рассеяния (С) волны на мелкомасштабных неоднородностях того же участка разреза при прохождении волны в противоположном направлении может быть представлено зависимостью: На основании формул (1) -(4) имеем зависимость При сейсморазведке геологической среды практически всегда выполняются условия: Тогда, исключая из (5) величины второго порядка малости, имеем: Из (6) следует, что Зависимость (7) описывает процесс затухания волн в геологической среде, обусловленный уже только неупругим поглощением и рассеянием волн. Характер затухания практически не изменится и в случае, когда в интервале исследования будут присутствовать не одна, а несколько сейсмических границ (тонкослоистая толща). Коэффициент неупругого поглощения в упруго-вязкой (квазиупругой) среде может быть определен на основе анализа частотно-независимого сдвига фазового спектра сигналов прямой волны [2]. Указанный фазовый сдвиг (Q) пропорционален декременту неупр угого поглощения (d) Знание величины декремента поглощения (d) позволяет определить величину коэффициента неупругого поглощения А, и в конечном итоге оценить величину коэффициента рассеяния С волны на мелко- и среднемасштабных неоднородностях * (Лепендин Л.Ф. Акустика. М.; Высшая школа, 1978, с. 447). * при изометрической форме средне-масштабного жесткого рассеятеля коэффициент С»2. Способ осуществляется следующей последовательностью операций. В наблюдательную скважину на нужную глубину с помощью лебедки на многожильном кабеле опускают многокомпонентное устройство, состоящее из специально ориентированных в пространстве сейсмоприемников, прижимаемых к стенке скважины в точке наблюдения. С помощью наземного или скважинного источника колебаний, размещенного выше глубины залегания целевого интервала разреза, возбуждают прямую падающую продольную или поперечную волну в околоскважинном пространстве, которая принимается скважинными сейсмоприемниками и регистрируется на магнитном носителе. Осуществляют цифровую обработку кинематических и динамических характеристик зарегистрированной волны, в процессе которой определяют эффективный параметр затухания волны, обусловленный совместным воздействием тонкослоистости, неупругого поглощения и рассеяния волны на мелкомасштабных неоднородностях заданного интервала разреза. Дополнительно возбуждают в околоскважинном пространстве прямую восходящую волну однотипной с падающей волной поляризацией при размещении источника колебаний в наблюдательной скважине ниже целевого интервала разреза при неизменном положении скважинных сейсмоприемников. Определяют заново эффективный параметр затухания волны в пределах того же интервала разреза и в тех же точках приема, которые были использованы при обработке сейсмозаписей прямой падающей врлны, путем независимой обработки сейсмозаписей прямой восходящей волны. Осуществляют совместную обработку кинематических и динамических характеристик сейсмозаписей падающих и восходящи х прямых продольных или поперечных волн с последующим раздельным и независимым друг от друга определением параметров затухания волн, обусловленных тонкослоистостью, неупругим поглощением и рассеянием на мелкомасштабных неоднородностях заданного интервала разреза с учетом различия условий прохождения прямой волны в двух противоположных направлениях. На основе полученных значений упруги х модулей и параметров поглощения прямой волны, проходящей через заданный интервал разреза в двух противоположных направлениях, делают заключение о его стратиграфических, литологических и петрофизических характеристиках. Пример реализации способа. При проведении экспериментальной проверки работоспособности способа использовалась модель тонкослоистой среды, характеризующаяся упругим рассеянием на мелкомасштабных неоднородностях, при задании следующи х параметров: Упругое рассеяние моделировалось при помощи коэффициента рассеяния где Ср - амплитуда рассеянного сейсмического сигнала, р- амплитуда падающей волны. Коэффициент рассеяния в данном случае на частоте 30 Гц был выбран равным 00,85. Источники колебаний и сейсмоприемники располагались на концах изучаемого интервала. Моделирование на частоте f=30 Гц нормально падающей продольной волны дало следующие значения для эффективного затухания падающей и восходящей волн: Rпп=0.719; Rпв=0,984. Поскольку использовалась упругая модель, то фазовый угол Q= 0 и А=1. В этом случае на основании формулы (7) имеем Погрешность в определении коэффициента рассеяния С в данном тестовом примере составляет ~1%, что находится в пределах требуемой точности при оценке данного параметра. Таким образом, определение параметров затухания сейсмических волн при использовании прямых падающих и восходящих волн, которые проходят изучаемый интервал разреза в двух противоположных направлениях, обеспечивает раздельное и независимое друг от др уга определение истинных (а не эффективных) параметров затухания волн, обусловленных тонкой слоистостью и рассеянием энергии на неоднородностях среды. Предлагаемый способ скважинкой сейсморазведки обеспечивает более полное извлечение геологической информации при обработке сейсмических волновых полей и повышает достоверность прогнозирования строения, состава и состояния исследуемой среды в естественном залегании, особенно на этапе доразведки ранее выявленных месторождений нефти и газа средствами промысловой сейсмики и при решении задач геотехнического контроля за разработкой и эксплуатацией месторождения.