Спосіб визначення швидкісної характеристики геологічного середовища

Запропонована корисна модель відноситься до геофізичних, зокрема сейсмічних, методів пошуків родовищ корисних копалин і може бути використаний для визначення швидкісної характеристики геологічного середовища нижче вибою свердловини. Відомий спосіб вертикального сейсмічного профілювання (ВСП), що передбачає збудження коливань на денній поверхні та їх реєстрацію в глибокій свердловині [1]. Він забезпечує вивчення швидкісної характеристики геологічного розрізу в межах інтервалу спостережень, проте не передбачає дослідження параметрів розрізу нижче вибою свердловини. Відомий також спосіб сумісного застосування ВСП та способу спільної глибинної точки (СГТ) для прив'язки сейсмічних горизонтів та інтерпретації даних. В роботі [2] наведені результати ідентифікації сейсмічних записів ВСП та розрізів СГТ, в тому числі нижче вибою свердловини. Недолік способу - складність виділення реальних горизонтів на фоні кратних. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб вивчення геолого-геофізичних характеристик розрізу на підставі комплексування методу вертикального сейсмічного профілювання (ВСП), наземної сейсморозвідки та геофізичних досліджень свердловини (ГДС) [3]. До недоліків способу можна віднести: - невизначеність з методикою обчислення швидкості сейсмічних хвиль відбитих від границь нижче вибою свердловини; - відсутність багаторівневої прив'язки осей синфазності при визначенні природи хвиль на сейсмічних зображеннях; - визначення природи осей синфазності на часових розрізах СГТ нижче вибою свердловини лише на підставі сейсмоакустичного моделювання без врахування реальних сеймозаписів ВСП та сучасних наземних технологій сейсморозвідки; - відсутність критеріїв визначення достовірності виконаних розрахунків і побудов нижче вибою свердловини. В основу запропонованої корисної моделі поставлено задачу удосконалити вивчення фізичних, зокрема швидкісних, характеристик геологічного розрізу нижче вибою свердловини шляхом залучення багаторівневої ув'язки даних на сейсмозаписах ВСП і часових розрізах (зображеннях) сучасної 3D-сейсморозвідки та визначення критеріїв оцінки достовірності виконаних розрахунків і побудов. Поставлена задача досягається тим, що в основу способу визначення швидкісної характеристики геологічного середовища, який передбачає проведення досліджень у глибокій свердловині по технології вертикального сейсмічного профілювання (ВСП), інтерпретацію матеріалів разом з даними наземних сейсмічних досліджень та матеріалами геофізичних досліджень свердловини (ГДС), згідно корисної моделі, дослідження ВСП проводять в межах площі сейсмічної 3D-зйомки з кроком DН між сейсмоприймачами не більшим однієї четвертої довжини хвиль l (DН£l/4), на часових розрізах в околі свердловини виділяють горизонти на часі, що перевищують глибину свердловини, визначають їх природу на підставі багаторівневої ув'язки часових розрізів з сейсмозаписами ВСП, встановлюють реальні сейсмічні границі геологічного середовища, по часових розрізах 3Dзйомки на пікеті розташування свердловини визначають приріст часу DT між сусідніми границями, починаючи з найбільш глибокої прив'язаної до свердловини границі, для кожного часового діапазону знаходять інтервальну швидкість Vінт шля хом залучення апріорної геолого-гефізичної інформації, обчислюють приріст глибини DН=DТ/2×Vінт кожної наступної границі геологічного середовища, в подальшому будують годограф падаючої прямої хвилі нижче вибою свердловини та відповідні годографи відбитих хвиль, оцінюють достовірність виконаних розрахунків і побудов шляхом ув'язки годографів відбитих хвиль з реальними хвилями на сейсмозаписах ВСП та обчислення величини збіжності глибин відбиваючого горизонту ототожненого з поверхнею кристалічного фундаменту та побудовами тієї ж поверхні за даними кореляційного методу заломлених хвиль (КМЗХ), після чого визначають середню швидкість розповсюдження сейсмічних хвиль до границь геологічного середовища розташованої нижче вибою свердловини. В порівнянні з прототипом запропонований спосіб відрізняється наявністю наступних суттєви х ознак: - проведення досліджень ВСП з кроком DH£l/4, що забезпечує отримання вихідних даних з достатнім рівнем когерентності сейсмотрас на будь-якій глибині свердловини; - залучення 3D-зйомки для виділення на сейсмічних зображеннях відбиваючих горизонтів на часі, що перевищує глибину свердловини, дозволяє більш надійно визначити природу хвиль; - багаторівнева ув'язка часових розрізів (зображень) 3D-зйомки та сейсмозаписів ВСП полегшує ідентифікацію реальних границь; - визначення приросту часу DТ між сусідніми границями на сейсмічних зображеннях та вивчення інтервальної швидкості шляхом залучення апріорної геолого-геофізичної інформації дає змогу обчислити приріст глибини DН=DТ/2×Vінт кожної наступної границі по відношенню до попередньої; - побудова годографа падаючої прямої хвилі нижче вибою свердловини та відповідних годографів відбитих хвиль, а також ув'язка останніх з реальними відбитими хвилями на сейсмозаписах ВСП створює підгрунття не лише для визначення середньої швидкості до границь розташованих нижче вибою свердловини, але й оцінити достовірність виконаних розрахунків і побудов в тому числі через величину збіжності глибин відбиваючого горизонту ототожненого з поверхнею кристалічного фундаменту та - побудовами тієї ж поверхні за даними кореляційного методу заломлених хвиль (КМЗХ); Послідовне виконання перерахованих операцій дозволяє вирішити поставлене завдання. Суть корисної моделі пояснюється Фіг.1, де зображено: - Фіг.1а - фрагмент сейсмічного зображення 3D - зйомки: сейсмічні горизонти 1, прив'язані до свердловини; реальні сейсмічні горизонти 2 нижче вибою свердловини. - Фіг.1б - результати обробки даних вертикального сейсмічного профілювання: стратиграфічне розчленування 3 свердловини; криві інтервальних швидкостей без зглажування 4 та зглажені 5; крива інтервальної швидкості 6 залучена з сусідньої свердловини; крива інтервальних швидкостей 7 за даними апріорної геолого-геофізичної інформації; пряма падаюча хвиля 8; точки годографа 9 падаючої хвилі, що відповідають сейсмічним границям нижче вибою свердловини (нижче інтервалу досліджень ВСП); точки годографа 10 падаючої хвилі, ототожнювані з поверхнею кристалічного фундаменту (перша та друга фази); годограф 11 падаючої прямої хвилі; годографи 12 відбитих хвиль, побудовані нижче вибою свердловини; точки збіжності 13 годографів відбитих хвиль від границь, що побудовані нижче вибою свердловини, та реальних відбитих хвиль. Суть способу полягає в тому, що на часових розрізах 3D-зйомки (Фіг.1а) в районі глибокої свердловини виділяють опорні відбиття 1 і відбиття нижче вибою свердловини 2 та ідентифікують їх з відповідними сейсмічними границями на підставі багаторівневої ув'язки даних 3D-зйомки і ВСП, відпрацьованого з порівняно невеликим кроком (DН£l/4) та матеріалів ГДС. По відпрацьованій за методом ВСП свердловині вивчають інтервальні швидкості 4, 5 до її вибою (в межах інтервалу спостережень), а отримані дані нарощують (криві 6, 7) до поверхні кристалічного фундаменту на підставі вивчення апріорної геолого-геофізичної інформації. По часових розрізах 3D-зйомки визначають приріст часу DТ/2 між сусідніми горизонтами, а по кривих 6, 7 встановлюють відповідні швидкісні характеристики. Це дає змогу визначити приріст глибин DН між сусідніми границями на розрізі 3D-зйомки згідно виразу DН=DТ/2×Vі нт, та встановити глибину кожної границі Н=Hпоч.+DН, де Нпоч - точка, відносно якої проводиться розрахунок DН. По відомих величинах часу реєстрації Т та глибин Н кожної границі знаходять середню швидкість розповсюдження сейсмічних хвиль до границь геологічного середовища нижче вибою свердловини. Критерієм достовірності виконаних розрахунків є збіжність глибин поверхонь кристалічного фундаменту (точки 10), визначених запропонованим способом, та за даними КМЗХ. Додатковою ознакою достовірності отриманих результатів є збіжність розрахованих годографів відбитих хвиль 12 від границь, що побудовані нижче вибою свердловини, та реальних відбитих хвиль на сеймозаписах ВСП (точки 13). Спосіб реалізується наступною послідовністю операцій: 1. В межах території 3D-зйомки відпрацьовують глибоку свердловину по методу вертикального сейсмічного профілювання (ВСП) з кроком між сейсмоприймачами, що не перевищує однієї четвертої довжини сейсмічної хвилі. 2. Проводять обробку матеріалів ВСП та формують відповідні сейсмозаписи в часовому масштабі (Фіг.1). 3. З даних 3D-зйомки в районі свердловини виводять фрагменти часових розрізів (зображень) в критичних напрямках по відношенню до існуючого структурного плану (хрест). Масштаб часу повинен відповідати масштабові сейсмозаписів ВСП. 4. На підставі аналізу даних, отриманих по п.2 та п.3, визначають придатність матеріалів для вирішення поставленого завдання. Критерієм є задовільна ув'язка опорних сейсмічних горизонтів на сейсмічних розрізах (зображеннях) 3D-зйомки та відбиттів на сейсмозаписах ВСП. 5. На фрагментах сейсмічних розрізів в районі свердловини виділяють відбиваючі границі 1, 2 як в області відпрацьованого інтервалу свердловини так і в більш глибокій частині, в т.ч. нижче вибою. Оскільки 3D-зйомка виконується раніше, то, як правило, основні горизонти так або інакше уже прив'язані. 6. Проводять повторну (контрольну) прив'язку відбиваючих границь нижче вибою свердловини шляхом багаторівневої ув'язки сейсмозаписів ВСП та часових розрізів. Це обумовлено тим, що в межах сейсмозаписів ВСП якість кореляції відбитих хвиль не однакова. Погіршення якості спостерігаються, як правило, у вер хній частині розрізу (ВЧР), потужність якої інколи сягає 1км, а також на окремих, більш глибоких ділянках, де вплив завад може бути суттєвішим в порівнянні з навколишніми ділянками. Для надійної прив'язки горизонтів таких композицій (сейсмозапис ВСП + фрагмент часового розрізу + криві ГДС) може бути декілька. 7. Визначають приріст часу DТ/2 між сусідніми горизонтами та знаходять відповідні інтервальні швидкості розповсюдження сейсмічних хвиль (криві 6,7) шляхом залучення апріорної геолого-геофізичної інформації. Оскільки мова йде про глибокі свердловини, то можливі похибки у визначенні інтервальної швидкості нижче вибою свердловини мало вплинуть на значення середньої швидкості. Зокрема, визначення інтервальної швидкістю з точністю до 10% дозволяє визначити середню швидкість з похибкою не вище 1%. 8. Обчислюють приріст глибини кожної наступної границі по відношенні до попередньої згідно виразу DН=DТ/2×Vінт, та знаходять глибину сейсмічних границь нижче вибою свердловини згідно виразу Н=Hпоч.+DН, де Нпоч. - глибина попередньої сейсмічної границі. 9. Подовжують годограф падаючої хвилі 11 нижче вибою свердловини, виходячи з визначеної глибини сейсмічних границь Н та часу реєстрації Т0. 10. З кожної побудованої точки 9 годографа 11 падаючої хвилі, що відповідають сейсмічним горизонтам, відтворюють годографи 12 відбитої хвилі та ув'язують їх з реально спостережними відбитими хвилями (годографами), що відкорельовані на сейсмозаписах ВСП. При нестиковці даних проводять необхідне редагування. 11. Достовірність виконаних розрахунків і побудов оцінюють шляхом визначення збіжності глибин відбиваючого горизонту, о тотожненого з поверхнею кристалічних порід (точки 10), та поверхнею кристалічного фундаменту за даними КМЗХ. При цьому звертають увагу також на збіжність годографів відбитих хвиль 12 від границь нижче вибою свердловини та спостережених хвиль (годографів) на сейсмозаписах ВСП (точки 13). 12. По отриманому годографу 11 падаючої хвилі визначають середню швидкість розповсюдження сейсмічних хвиль до границь, що розташовані нижче вибою свердловини. Приклад реалізації способу Випробування способу проведене на одній із площ в межах південної прибортової частини Дніпровськодонецької западини. На площі раніше була проведена 3D-зйомка (ЗАТ "Укрнафтогазгеофізика") та виконано вертикальне сейсмічне профілювання (ВСП) в свердловині (СУГРЕ ДГП "Укргеофізика"). Використані наступні вихідні дані: Глибина свердловини 4830м Інтервал досліджень ВСП 20¸4620м Глибина фундаменту за даними КМЗХ 6450м Свердловина розкрила верхню частину фаменського ярусу девона (біля 200м), тому майже 1,5км розрізу осадових порід виявились не охарактеризованими свердловиними геофізичними дослідженнями, що ускладнює сейсмічні побудови нижче вибою свердловини. Запропонований спосіб був застосований для вивчення сейсмічних швидкостей нижче інтервалу каротажу (ВСП). Результати обробки даних ВСП та витяг фрагменту часового розрізу з даних 3D-зйомки приведено на Фіг.1. Ув'язка даних ВСП та 3D-зйомки виконана на рівні 1060м (по ВСП) в одному часовому масштабі свідчить про задовільну збіжність опорних горизонтів. В подальшому на фрагменті часового розрізу (зображення) через свердловину були виділені сейсмічні границі на часі (T0/2) 1339мс, 1390мс, 1499мс, 1584мс, 1629мс, 1671мс, 1739мс та 1764мс. Перші дві границі прив'язані відповідно до покрівлі та підошви карбонатних порід в нижньому карбоні (на підставі наявних на площі свердловин), а інші відповідають більш глибоким границям. Останні дві орієнтовно відповідають поверхні кристалічних порід (перша та друга фази), решта границь (чотири) пов'язана з девонськими породами різного віку та літологічного складу (переважно терігенно-карбонатними та сольовими). Для визначення достовірності виділених сейсмічних границь виконувалась багаторівнева ув'язка фрагменту сейсмічного зображення та сейсмозапису ВСП у відповідності з характером хвильового поля та рівня завад на різних інтервалах глибин. Такі композиції були виконані на рівні 1060м, 2980м та 3680м. Це дало можливість, додатково переконатись в реальності сейсмічних горизонтів виділених в нижній частині сейсмічного зображення. Наступним етапом стало обчислення приросту часу DТ/2 між сусідніми горизонтами. Воно склало 51мс, 109мс, 85мс, 45мс, 50мс та 60мс і 85мс відповідно для першої і другої фаз (кристалічний фундамент). Найбільш вразливим моментом способу є визначення інтервальних швидкостей для різних товщ відкладів. Для цього залучають дані геофізичних та геологічних досліджень в аналогічних зонах та ділянках. При цьому можливі значні похибки (до 10% і навіть більше), проте, як уже зазначалось, вплив цих похибок на середні швидкості буде незначним, особливо в разі відомої глибини порід кристалічного фундаменту (найбільш глибокий горизонт). Для ділянки, в межах якої розташована свердловина, інтервальні швидкості склали: 5300м/с, 4725м/с, 4500м/с, 4850м/с, 4200м/с та 4660м/с. Це дало змогу обчислити прирости глибин кожної наступної границі по відношенню до попередньої. Вони склали 270м, 515м, 382м, 218м, 210м та 279м і 396м. Згідно цих даних глибини сейсмічних границь становлять: 4420м (початкова), 4690м, 5205м, 5587м, 5805м, 6015м та 6294м і 6411м. Глибина 4690м відповідає підошві карбонатних порід в карбоні, а 6294м і 6411м – поверхні фундаменту (перша і друга фази). В даному випадку більш достовірною глибиною поверхні фундаменту є 6411м (друга фаза). За даними КМЗХ глибина фундаменту в районі свердловини становить 6450м, що ув'язується з виконаними розрахунками. Середні швидкості розповсюдження сейсмічних хвиль до виділених горизонтів складають 3016м/с, 3374м/с, 3472м/с, 3527м/с, 3563м/с, 3582м/с, 3619м/с та 3634м/с. Використання цих швидкостей дозволяє побудувати сейсмічні горизонти в районі свердловини з високою точністю. Таким чином, поставлена задача винаходу – удосконалення вивчення фізичних, зокрема швидкісних, характеристик геологічного розрізу нижче вибою свердловини досягається. Література: 1. Гальперин Е.И., 1994, Вертикальное сейсмическое профилирование: опыт и результаты: М., Наука. 2. Шехтман Г.А., Кузнецов В.М., Ефимов А.С., Кащук Е.П., Бандов В.П., Косолапов А.Ф., Сафи улин Г.Г. "Прогноз микро- и макроструктуры околоскважинного пространства в условиях Юр убчено-Тохомской зоны на основе комплексирования ВСП и пластовой наклонометрии". Журнал "Технологии сейсморазведки" 1/2004, "Издво ГЕРС" г.Тверь, с.14-18. 3. Касимов А.Н., Газарян З.И., Пономарева Н.В., Овчаренко Ю.В. "Уточнение геологических моделей по комплексной интерпретации данных многоволнового акустического каротажа, скважинной (ПМ ВСП) и наземной сейсморазведки". Журнал "Те хнологии сейсморазведки" 1/2004, «Из-во ГЕРС», г.Тверь, с.27-31. (прототип)