Спосіб сейсморозвідки

Спосіб сейсморозвідки, з використанням частотно-керованого збудження сейсмічних коливань, наприклад, за допомогою сейсмічних вібраторів, згідно з яким відпрацювання фізспостережень здійснюють шляхом комбінування збудження різ них за своїм спектральним складом сигналів, який відрізняє ться тим, що комбіновані сигнали збуджують на підставі виконуваного для кожного фізспостереження в процесі його відпрацювання по Корисна модель відноситься до геофізичних методів дослідження геологічного середовища і може бути використана, зокрема, для пошуків і розвідки родовищ нафти і газу. Відомий спосіб сейсморозвідки шляхом збудження пружних хвиль в геологічному середовищі в результаті імпульсної дії на нього вибухів або ударів [1]. Недолік цього способу - недостатня якість досліджень внаслідок обмежених можливостей керування збудженням коливань, зокрема їх частотним складом. Відомий спосіб сейсморозвідки шляхом збудження в геологічному середовищі лінійно частотно модульованих (ЛЧМ) коливань з допомогою сейсмічних вібраторів [1, 2]. Недолік цього способу - недостатня якість досліджень внаслідок частотно-залежного поглинання енергії пружних хвиль в геологічному середовищі, особливо у високочастотній частині спектра. Відомий спосіб сейсморозвідки шляхом збудження в геологічному середовищі нелінійно частотно модульованих (НЛЧМ) коливань, при якому енергії збуджуваних гармонік задають шляхом регулювання тривалості відповідних ділянок неперервного зондувального сигналу [2, 3]. Недолік цього способу - недостатня якість досліджень внаслідок обмежених можливостей регулювання енергії гармонік в межах технічно або технологічно обмеженої загальної тривалості зондувального сигналу, а також неможливість аналізу і корегу вання характеристик сигналів в процесі їх неперервного збудження. Найбільш близьким до корисної моделі за сутністю і призначенням є спосіб сейсморозвідки (прототип) з використанням комбінування збудження різних за своїм спектральним складом зондувальних сигналів, які формують з ура хуванням усереднених для району досліджень поглинальних властивостей геологічного середовища [3]. Недолік прийнятого за прототип способу сейсморозвідки - відсутність узгодження параметрів комбінованих зондувальних сигналів з характерними для відпрацювання конкретних фізспостережень [1] сейсмогеологічними умовами та завадами, що не відповідає вимогам досягнення потрібних показників якості досліджень. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення якості сейсмічних досліджень шляхом збудження комбінованих зондувальних сигналів, які є найбільш ефективними для якісного відпрацювання кожного окремо взятого фізспостереження. Поставлена задача досягається тим, що в способі сейсморозвідки з використанням частотно керованого збудження сейсмічних коливань, наприклад, з допомогою сейсмічних вібраторів, при якому відпрацювання фізспостережень здійснюють шляхом комбінування збудження різних за своїм спектральним складом сигналів, комбіновані сигнали збуджують на підставі виконуваного для рівняння фактично отриманих r(w ) і заданих r(w ) спектрів відношення сигнал-завада, а відпрацювання фізспостереження завершують, якщо вико нуються умови rc (w ) ³ rc (w ) для сигналів, що характеризують оточуюче досліджуваний об'єкт (19) UA (11) 38523 (13) U середовище, і r0 (w ) ³ r0 (w ) для сигналів, що характеризують досліджуваний об'єкт. 3 38523 кожного фізспостереження в процесі його відпрацювання порівняння фактично отриманих r (w ) і заданих r (w ) спектрів відношення сигнал-завада, а відпрацювання фізспостереження завершують, якщо виконуються умови rc (w ) ³ rc (w ) для сигналів, що характеризують оточуюче досліджуваний об'єкт геологічне середовище, і r0 (w ) ³ r0 (w ) для сигналів, що характеризують досліджуваний об'єкт. Порівняно з прототипом згідно з корисною моделлю спосіб сейсморозвідки відрізняється наявністю таких відмінностей: - кількість і спектральний склад збуджуваних комбінованих сигналів визначають для кожного фізспостереження; - кількість і спектральний склад збуджуваних комбінованих сигналів визначають в процесі відпрацювання фізспостереження; - комбіновані сигнали збуджують на підставі аналізу спектрів відношення сигнал-завада; - комбіновані сигнали збуджують, виходячи з вимог до спектрів відношення сигнал-завада для досліджуваного об'єкта і оточуючого його середовища; - відпрацювання фізспостереження завершують, якщо отримані спектри відношення сигналзавада зрівнюються з їх заданими значеннями або перевищують їх. Зазначені відмінності є суттєвими і забезпечують досягнення мети корисної моделі. Спеціалізація збудження комбінованих сигналів для кожного фізспостереження виконується з метою урахування просторової мінливості сигналів і завад. Збудження комбінованих сигналів з визначеними в процесі відпрацювання фізспостереження параметрами зумовлене не прогнозованістю і часовою мінливістю природних і техногенних завад. Формування і збудження комбінованих сигналів на підставі аналізу спектрів відношення сигналзавада забезпечує оптимальний спектрально диференційований розподіл енергії збудження сейсмічних сигналів з урахуванням як поглинальних властивостей середовища, так і спектральних особливостей завад. Необхідність формування і збудження комбінованих сигналів за результатами аналізу спектрів відношення сигнал-завада для сигналів, які характеризують досліджуваний об'єкт і оточуюче його середовище, зумовлена природними амплітудними і спектральними відмінностями цих сигналів, а також різними завданнями і вимогами їх визначення і подальшого використання. Порівняння фактично отриманих r(w ) і заданих r(w ) спектрів є чинником дотримання встановленої останніми норми якості досліджень і дає змогу сформулюва ти правило продовження або припинення відпрацювання фізспостереження, що є необхідною умовою автоматизації спостережень і створення автоматизованих сейсморозвідувальних комплексів. Збільшення енергії кожного з комбінованих си 4 гналів для досягнення потрібних значень відповідної ділянки спектра відношення сигнал-завада здійснюють шляхом збільшення його амплітуди і тривалості збудження в межах те хнічних і технологічних можливостей використовуваних засобів сейсморозвідки та шляхом багатократного повторення збудження комбінованого сигналу і накопичення спостережених реалізацій відповідної віброграми. Запропонований згідно з корисною моделлю спосіб сейсморозвідки здійснюють таким чином. Для виконання фізспостереження вібратори і сейсмоприймачі розміщують на місцевості у відповідності з прийнятою методикою робіт. На початковому етапі відпрацювання фізспостереження збуджують зондувальний сигнал з рівномірним у смузі робочих частот спектром, реєструють відповідну йому віброграму і обчислюють результуючу сейсмограму або синтезують таку результуючу сейсмограму шля хом збудження серії вузькосмугових зондувальних сигналів і реєстрування та оброблення відповідних їм віброграм. Якість результуючої сейсмограми початкового етапу спостережень повинна бути достатньою для ідентифікації на ній сигналу, що характеризує досліджуваний об'єкт, та сигналу, що характеризує оточуюче досліджуваний об'єкт геологічне середовище, а також для оцінювання спектрів відношення сигнал-завада для цих сигналів. Для цього необхідно, щоб відношення амплітуд сигналів до середньоквадратичного значення завад на результуючій сейсмограмі було більше трьох. Одним із можливих способів оцінювання спектрів сигналів і завад та їх відношень є отримання результуючої сейсмограми S(t) двома статично еквівалентними частинами S1(t) і S2(t). При цьому ідентифікацію сигналів і оцінювання їх спектрів виконують за сумарною сейсмограмою s(t)=S1(t)+S2(t), а оцінювання спектрів завад - за різницевою сейсмограмою R(t)=S1(t)-S2(t) (або статично еквівалентною їй сейсмограмою R(t)=S2(t)S1(t). Для одержання оцінок спектрів відношення сигнал-завада на деякій ділянці спектра обчислюють середні значення спектрів сигналів і завад на цій ділянці та частку від ділення середнього значення спектра сигналу на середнє значення спектра завад. Для побудови графіка спектра відношення сигнал-завада ділянку оцінювання зміщують по осі частот. Еталонні значення спектрів відношення сигнал-завада r(w ) , які повинні бути досягнуті в результаті відпрацювання фізспостереження, задають, виходячи з геологічних завдань досліджень. Наприклад, забезпечення потрібної детальності і точності досліджень вимагає досягнення певної часової і амплітудної роздільності сигналів на результуючих сейсмограмах фізспостережень. В свою чергу, вимоги часової і амплітудної роздільної здатності спостережень можуть бути виражені і задані у вигляді спектрів відношення сигналзавада. Форма заданих спектрів та їх кількісні значення можуть бути довільними, але такими, що відповідають завданням досліджень. Кількісно задані спектри виражають у зручних для користу 5 38523 вання умовних одиницях вимірювання фактично отриманих спектрів. В обсязі запропонованого згідно з корисною моделлю способу сейсморозвідки суттєвою є заданість спектрів відношення сигнал-завада, які повинні бути досягнуті в результаті відпрацювання фізспостереження. Обґрунтування форми і кількісних характеристик заданих спектрів стосується особливостей конкретного застосування запропонованого способу. Отримані спектри відношення сигнал-завада r(w ) початкового і подальших етапів відпрацювання фізспостереження порівнюють з заданими спектрами r(w ) . Границі і ширина ділянок частот, на яких отримані спектри не перевищують заданих, визначають граничні частоти і діапазони частот комбінованих зондувальних сигналів, які збуджують на наступному етапі відпрацювання фізспостереження. Технічні і те хнологічні обмеження амплітуди і тривалості зондувальних сигналів зумовлюють існування певної дози енергії їх однократного збудження, яка може бути недостатньою для потрібного покращення спектрів відношення сигналзавада. Цього досягають, головним чином, шляхом багатократного повторення збудження комбінованих сигналів і накопичення реалізацій відповідних віброграм. Відпрацювання фізспостереження припиняють, якщо отримані спектри r(w ) для сигналів, що характеризують досліджуваний об'єкт і оточуюче його геологічне середовище, зрівнюються з заданими спектрами r(w ) або перевищують їх. Перевищення отриманими спектрами r(w ) заданих спектрів r(w ) є сприятливим для покращення якості досліджень, однак потребує зайвих витрат енергії і призводить до збільшення вартості робіт. Далі наведений приклад застосування запропонованого способу для дослідження нафтогазоперспективної товщі порід. Сигналами, які характеризують оточуюче досліджуваний об'єкт середовище, є відбиття від верхньої границі товщі. Сигналами, які характеризують досліджуваний об'єкт, є відбиття від нижньої границі товщі. Завданням досліджень є виявлення аномалій амплітуди і форми сигналів, відбитих від нижньої границі товщі. Аномалії параметрів цих сигналів можуть бути пов'язані зі скупченнями вуглеводневої продукції в досліджуваній товщі порід. Сейсмічні дослідження виконуються методом спільних глибинних точок (СГТ) відбиття пружних хвиль. Дослідно-методичними роботами встановлено, що потрібна якість досліджень досягається за умови rc (w ) ³ rc (w ) = 250 в діапазоні частот 14 90Гц, r0 (w ) ³ r0 (w ) = 50 в діапазоні частот 20-70Гц. За межами вказаних діапазонів частот значення спектрів відношення сигнал-завада не регламентуються, оскільки у разі необхідності периферійні ділянки спектрів сигналів і завад можуть бути від 6 фільтровані в процесі їх оброблення. На графіках (Фіг.1-6) спектрів відношення сигнал-завада отримані спектри r(w ) зображені ламаними лініями, задані спектри r(w ) - прямими лініями, паралельними осі частот. Середні значення спектрів сигналів і завад визначались у смузі частот шириною 8Гц, зміщуваній на 4Гц. Середні значення віднесені до середини смуги. На Фіг.1 зображений отриманий шляхом збудження ЛЧМ-сигналу 8-96Гц спектр rc (w ) початкового етапу відпрацювання фізспостереження, який не відповідає вимозі rc (w ) ³ rc (w ) на частотах 1624Гц та 28-90Гц. Співставлення спектра відбиття від верхньої границі товщі і спектра завад показало, що необхідність підвищення значень спектра rc (w ) на частотах 16-24Гц зумовлена спектральними особливостями завад, а на частотах 28-90Гц - втратами енергії пружних хвиль у верхній частині розрізу, у тому числі в процесі їх збудження і приймання. Для підвищення значень спектра rc (w ) на частотах 16-24Гц виконане збудження ЛЧМ-сигналу 15-25Гц. Скорегований в результаті його збудження спектр rc (w ) зображений на Фіг.2. Так само збудженням ЛЧМ-сигналів 26-64, 3664, 52-64, 60-96Гц збільшені значення спектра rc (w ) на частотах 28-90Гц. Наведений на Фіг.3, вигляд спектра rc (w ) після здійснених етапів відпрацювання фізспостереження свідчить, що виконання умови rc (w ) ³ rc (w ) на частотах 14-90Гц досягнуто. Вигляд спектра r0 (w ) на цей момент, зображений на Фіг.4, говорить про необхідність підвищення його значень на частотах 20-50Гц, для чого виконане збудження ЛЧМ-сигналу 8-52Гц. Отриманий після здійснення відповідного етапу відпрацювання фізспостереження спектр r0 (w ) , зображений на Фіг.5, свідчить, що виконання умови r0 (w ) ³ r0 (w ) на частотах 20-70Гц досягнуто. При цьому, як показано на Фіг.6, виконання умови rc (w ) ³ rc (w ) посилено. Відпрацювання фізспостереження завершено. В остаточному підсумку відпрацювання фізспостереження у повному обсязі виконане шляхом комбінування збудження ЛЧМ-сигналів (у порядку їх використання) 8-96, 15-25, 26-64, 52-64, 60-96, 852Гц. Усі комбіновані зондувальні сигнали мали однакову амплітуду і тривалість у відповідності з можливостями використовуваних вібраторів і сейсмореєструвальної апаратури. Потрібна енергія комбінованих сигналів забезпечувалась шляхом повторення їх збудження і накопичення віброграм. Комп'ютерне синтезування комбінованих віброграм і формування проміжних і кінцевих результуючих сейсмограм фізспостереження виконане з допомогою спеціально розробленого програмного 7 38523 забезпечення. Результуючі сейсмограми фізспостережень є сейсмограмами спільного пункту збудження (СПЗ). Для наведеного прикладу застосування запропонованого способу сейсморозвідки показовими є сейсмограми спільного пункту приймання (СПП). Метод СГТ дає змогу формувати сейсмограми СПП з сейсмограм СПЗ. На Фіг.7 зображений фрагмент сейсмограми СПП, сформованої з сейсмограм СПЗ серії фізспостережень. Осі синфазності на сейсмограмі спрямлені. Перша вісь синфазності на меншому часі утворена відбиттями від верхньої границі досліджуваної товщі і характеризує верхню частину розрізу, а також поверхневі умови збудження і приймання сейсмічних коливань. Друга вісь синфазності на більшому часі утворена відбиттями від нижньої границі досліджуваної товщі і характеризує досліджувану товщу. Як видно з Фіг.7, інформація про досліджуваний об'єкт надто завуальована процесами у верхній частині розрізу, щоб робити достовірні висновки про його характеристики. Для послаблення впливу вер хньої частини розрізу застосована корегуюча фільтрація. Мета корегуючої фільтрації, основою якої є деконволюція (обернена фільтрація) результуючих сейсмограм СПЗ фізспостережень, полягає у тому, щоб привести сигнали, які характеризують оточуюче досліджувану товщу середовище (перша вісь синфазності на Фіг.7), до однакової для усіх фізспостережень амплітуди і форми і таким чином виявити аномалії сигналів, які характеризують власне досліджуваний об'єкт. Саме вимогами коректної деконволюції результуючих сейсмограм фізспостережень зумовлені форма і параметри заданого спектра rc (w ) (діапазон частот області рівномірності і кількісні значення його в ній) наведеного прикладу застосування запропонованого способу сейсморозвідки. На Фіг.8 зображений фрагмент сейсмограми СПП, сформованої з оброблених корегуючим фільтром сейсмограм СПЗ тих же фізспостережень. Сейсмограма дає підстави стверджувати, що аномалія форми сигналів другої осі синфазності в її центральній частині спричинена досліджуваною товщею. Частоти енергетично значимих гармонік спектра сигналів другої осі синфазності на Фіг.8 зосереджені в області 20-70Гц. Саме необхідністю забезпечення в очікуваному діапазоні частот однакових умов аналізу сигналів, які характеризують досліджуваний об'єкт, зумовлена форма і параметри заданого спектра r0 (w ) наведеного прикладу застосування запропонованого способу сейсморозвідки. На Фіг.7 і 8 масштаб амплітуд менш інтенсив 8 них сигналів другої осі син фазності, які характеризують досліджуваний об'єкт, збільшений. Наведений приклад застосування запропонованого способу сейсморозвідки демонструє його загальний принцип - високі часова і амплітудна роздільна здатність досліджень, а отже високі детальність і точність сейсмічного відтворення геологічного середовища досягаються відповідним розширенням діапазону робочих часто т і відповідним збільшенням значень спектрів відношення сигнал-завада в ній, що регламентуються заданими еталонними спектрами відношення сигналзавада. Ці заходи збільшують вартість сейсморозвідувальних робіт, доцільність збільшення якої визначається цінністю отримуваних геологічних результатів. На відміну від наведеного прикладу здійснення запропонованого способу шляхом збудження з допомогою наземних сейсмічних вібраторів комбінованих сигналів з довільними спектральними параметрами у свердловинній і морській сейсморозвідці доцільним може бути створення і використання засобів збудження комбінованих сигналів з фіксованими спектральними параметрами, які в сукупності забезпечують потрібний частотний діапазон досліджень. У технологічному відношенні запропонований згідно з корисною моделлю спосіб сейсморозвідки є перспективним для високо-роздільних і високоточних досліджень, наприклад, для сейсмічного моніторингу родовищ нафти і газу в процесі їх експлуатації. У технічному відношенні запропонований спосіб згідно з корисною моделлю є перспективним для здійснення автоматизації сейсмічних спостережень та їх комп'ютерної супервізії шляхом створення відповідних адаптивних автоматизованих сейсморозвідувальних комплексів. Основними показниками якості сейсмічних досліджень є детальність і точність відтворення геологічного середовища, високий рівень яких за умови його геологічної і економічної доцільності може бути гарантований застосуванням запропонованого способу сейсморозвідки. Таким чином, мета корисної моделі - підвищення якості сейсмічних досліджень - досягається. Література: 1. Гурвич П.Н., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка: учебник для вузов.-3-е изд., перераб. - М.: Недра, 1980. 1. Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки / Под. Ред. М.Б. Шнеерсона. - М.: ОАО «Издательство «Недра», 1998. 3. Кострыгин Ю.П. Сейсморазведка на сложных сигналах. - Тверь: Издательство ГЕРС, 2002. 9 38523 10 11 38523 12 13 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 38523 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601