Курсовая работа (т): Вертикальное сейсмическое профилирование

расположение источника, удаленного от устья скважины, возбуждения упругих колебаний на поверхности;

расположении приемников на разных глубинах в скважине;

Рис. 3. Схема расположения приемников и источников.

Условия возбуждения

Поскольку для отработки одного профиля необходимо проведения большого числа взрывов. То для получения хороших материалов ВСП главным является постоянство условий возбуждения. Поэтому следует учитывать влияние различных факторов на условия возбуждения. Таких как, глубины и массы заряда, литологии в месте взрыва. В методе ВСП широко используются P и S волны при обработке, для достижения разных целей. Поэтому рассмотрим возбуждение эти волн в отдельности, поскольку механизм их распространения различен, а в следствие и условия возбуждения.

Возбуждение P волн

Сильное влияние глубины взрыва на условия возбуждения определяется тем, что с изменение глубины взрыва изменяется литология пород, а также расположение заряда по отношению к неоднородностям разреза. Поскольку при работах ВСП взрывы производят в верхней, неоднородной части разреза. То все эти неоднородности преобразуют простой импульс, образовавшийся в источнике в сложный цуг падаюших волн. Неоднородность разреза может быть обусловлена литологией, различной степенью влагонасыщенности, т.е. различием акустических жесткостей. Наличие влагонасыщенных слоев приводит к образованию отражающих горизонтов.

Расположение заряда относительно неоднородностей, оказывает решающее влияние на форму падающей волны. Взрыв под ЗМС, представленной тонким слоем, приведет к интерференции кратных отраженных волн. Приближение заряда к подошве ЗМС уменьшает интерференционных характер прямой волны, но не всегда его устраняет полностью, так как на прямую волну, распространяющуюся в глубь среды, влияют как волны, отраженная от верхней границы слоя, так и волны, образующиеся внутри слоя.

Рис. 4. Изменение формы прямой волны в зависимости от изменения h.

На рис. 4 приведен пример изменения формы падающих волн в зависимости от расположения источника по отношению к ЗМС. На сейсмограммах отдельных участков вертикального профиля видно, что при переходе от взрывов в ЗМС (h=48м) к взрывам под ЗМС (h=56м) заметно увеличились частота и разрешенность записи.

Также сильное влияние на условия возбуждения оказывает литология пород, в которых происходит взрыв и от которых в первую очередь зависит частотный состав импульса. При взрывах в твердых породах спектры волн более высокочастотные, чем при взрывах в пластических породах. При увеличении скорости волн в среде, где производится взрыв, преобладающая частота импульса возрастает, а длительность уменьшается. Литология влияет также на сохранение условий возбуждения при повторных взрывах. При взрывах в песчано-глинистых породах форма записи после первых 304 взрывов устанавливается и в дальнейшем хорошо сохраняется. При взрывах в жестких породах повторяемость записи значительно хуже, и с увеличением массы заряда стабильность условий возбуждения быстро нарушается.

Также в зависимости от массы заряда зависит форма первого импульса и форма начальной части сейсмограммы. С увеличением массы заряда в 1000 раз в одних условиях может амплитуда импульса увеличиться на два порядка, а форма записи практически не измениться. А может и что увеличение массы заряда в 100 раз при других условиях обуславливает более сложный цуг падающих волн в начальной части сейсмограммы, но не изменить амплитуду этой волны. С увеличением массы заряда может изменяться также направленность источника и происходит перераспределение энергии между продольными и поперечными вонами. Эффективность работы с малыми источниками обуславливается еще тем, что разрушения скважины меньше, чем при больших зарядах. В этоге повторяемость записи выше. При ВСП масса заряда подбирается прямыми наблюдениями на больших глубинах. Взрывы в скважинах большого диаметра (200-500мм) при повторных взрывах сохраняются спектральные характеристики прямых волн при большом числе взрывов.

Возбуждение S волн

Для возбуждения S волн необходимо создать поле напряжений, в котором отсутствует центральная симметрия. Такое поле можно создать:

направленными воздействиями ( ударами и взрывами);

группированием источников.

Использование взрывного источника, для возбуждения S волн, позволяет возбуждать более интенсивные поперечные волны, которые, однако, оказываются более длительными и сложными. При наблюдениях в скважинах от ударов регистрируется, как правило, значительно меньше волн-помех, чем от взрывов. Направленность взрывного источника сильно зависит от среды, в которой производят взрывы. В глинистых породах направленность взрывного источника не устепает ударному источнику. Однако в песках взрывной источник обладает значительно меньшей направленностью, чем ударное возбуждение. При обычно применяемых в сейсморазведке источников типа сосредоточенного взрыва в скважине возбуждаются достаточно интенсивные волны S. Это связано с так называемой естественной направленностью, которая обусловливается сильными градиентами упругих свойств пород в окрестности взрыва. Естественная направленность наиболее резко проявляется при взрывах в сухих грунтах. Но и в увлаждненных грунтах возбуждаются волны.

В отличие от продольных волн, зависимость формы возбуждаемых колебаний от условий возбуждений изучена недостаточно.

Системы наблюдений

Наиболее широкое применение в ВСП нашли системы с перемещающимися сейсмоприемниками при фиксированном положении одного или нескольких пунктов возбуждения. Также, для решения не которых задача применяются системы с перемещающимися источниками при фиксированных глубинах сейсмоприемников.

Введем необходимые термины, для дальнейшего использования. Продольный вертикальный профиль принимается профиль отработанный из ПВ расположенного на линии профиля. Непродольный вертикальный профиль - это профиль, отработанный из ПВ, смещенного с линии профиля.

Линейная система представляет собой вертикальный профиль, продольный или непродольный, отработанный из одного ПВ.

Плоская система состоит из вертикального профиля, отработанного из серии пунктов взрыва, расположенных на земной поверхности вдоль линии, проходящей через устье скважины, а расстояние между ПВ обеспечивает корреляционное прослеживание волн, возбуждаемых из соседних ПВ, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях на различных уровнях.

Пространственная система состоит из вертикального профиля или отдельных его интервалов, отработанных их серии ПВ, расположенных в различных азимутах по отношению к устью скважины, в том числе по профилю, не проходящему через устье скважины.

Детальность системы определяется расстоянием между точками наблюдений вдоль линии профиля и между пунктами взрыва на земной поверхности. Шаг между приемниками вдоль вертикального профиля определяется теми же критериями, что и при наземных наблюдениях. Для уверенной корреляции волн сдвиг фаз колебаний между записями в соседних точках не должен превышать примерно  периода.

Системы наблюдений при работах МОВ. В случаях, когда на наземных сейсмограммах в нужном интервале времен регистрируются устойчивые регулярные волны, задачи ВСП сводятся к определению их природы и стратиграфической привязки. Особое значение здесь имеет выделение однократных волн среди различного типа кратных отложений. Когда на наземных сейсмограммах регулярные волны не прослеживаются или прослеживаются недостаточно устойчиво, ВСП проводится для изучения отражающих свойств границ, представляющих геологический интерес. Для решения данных задач основной системой является линейная система наблюдений по продольному вертикальному профилю, где область интерференции отраженных волн с прямой волной самая короткая и волны лучше всего разделяются во времени. При нормальном падении волны на границы волновая картина - наиболее проста и легко поддается расчетам. В этом отношении материалы наблюдений по продробному вертикальному профилю могут представлять особый интерес для динамической обработки и прогнозирования разреза глубже забоя скважины.

Если отраженные волны выявлены при наблюдениях в непосредственной близости от границ, то ставится задача изучения причин из плохой корреляции на наземных сейсмограммах и выбора оптимальной системы наблюдений. Для решения этих задач необходимы непродольные вертикальные профили. Эти профили необходимы для изучения интенсивности отраженных и запредельно-отраженных волн в зависимости от угла падения. Наблюдения по непродольным профилям используют для определения кинематических(лучевые скорости, схема кратности, функции запаздывания кратных волн) и динамических характеристик сейсмических волн, а также для выбора оптимальных параметров системы ОГТ.

При работах КМПВ ВСП. Этот метод используют для определени природы волн и выявления в разрезе преломляющих горизонтов, наблюдения ВСП выполняются по непродольным вертикальным профилям. Подобная система наблюдений позволяет изучить характеристики волн, образующихся в среде, при самых различных углах падения волн, а также закономерности изменения волнового поля, с расстоянием.

При изучении ВЧП. Неоднородность ее строения и исключительная сложность волнового поля, свзяанные с сильными границами раздела, малыми значениями скоростей и большим количеством различных по природе волн, обуславливают трудности задачи и необходимость очень детальных площадных систем наблюденей.

Для изучения ВЧР и связанного с ней волнового поля применялись комбинированные системы наблюдений, состоящие из одного или нескольких вертикальных профилей и семейства уровенных профилей с шагом наблюдений до 5 и даже 3 м., позволяющих прослеживать основные группы волн как на земной поверхности, так и на различных уровнях. Такие системы позволяют оконтуривать области существования групп волн и строить для каждой волны поле времен. При изучении сложно построенных сред в условиях крутонаклонных границ, где не соблюдается осевая симметрия, используются пространственные системы.

Волновая картина при работах ВСП

Запись данных ВСП содержит восходящие и нисходящие P и S волны, помимо этих волн присутствуют волны распространяющиеся по стволы скважины и в жидкости. На рисунке 5 можно выделить все типы этих волн. Синим выделена гидроволна, с характерной скоростью распространения 1500 м/c и она же отраженная от забоя скважины. Помимо этого может присутствовать отраженные гидроволны от проницаемых и пористых зон в разрезе. Красным выделена прямая волна, которая распространяется напрямую от источника к приемнику. Эти волны являются помехами и которые впоследствии подавляют, для предоставления качественных данных. Поле полезных ( восходящих P волн) выделено зеленым цветом. Эти волны образованны в результате отражения падающей волны от границ реальной среды. На начальных глубинах выделяется высокочастотная помеха, которая, по-видимому, связана с плохой цементацие скважины.

Рис. 5. Волновая картина.

Предварительная обработка материалов ВСП

Для изучения отдельных волн и определения их природы требуется уверенное выделение и прослеживание волн на сейсмограммах ВСП. Поэтому основным этапом обработки данных ВСП является выделение и прослеживание регулярных волн. Сложность волнового поля при ВСП, обусловлено интерференцией падающих и восходящих волн, а также большой длительностью колебаний. Поэтому основой целью предварительной обработки является увеличение отношения сигнал/помеха, улучшению условий корреляции волн по вертикальному профилю, разделение волн и повышение разрешенности записи. При ВСП применяются способы селекции волн по параметрам, характеризующим волновое поле: частоте, кажущей скорости и поляризации. Рассмотрим эти виды селекции волн.

Частотная фильтрация.

При ВСП регистрируется широкий частотный диапазон волн, что обуславливает эффективность частотной селекции.

Для повышения разрешенности записи существенное значение имеет предсказывающая деконволюция(обратная фильтрация), позволяющая восстановить входной сигнал по известному выходному сигналу и импульсной реакции фильтра. Эффективность обратной фильтрации существенным образом зависит от правильности выбора исходного сигнала, принятого для вычисления оператора обратного фильтра при ВСП. Иногда в качестве исходного импульса принимается сложный цуг, включающий также и волны-спутники и связанные с ними отраженные волны.

Если обратная фильтрация восстанавливает весь частотный диапазон, то корректирующая фильтрация, являющаяся разновидностью обратной фильтрации, восстанавливает частотный состав записи в заданной полосе частот.

Для обнаружения слабых сигналов на фоне нерегулярных помех применяется согласующаяся фильтрация (F-k фильтрация). Если отраженные восходящие волны в несколько раз слабее падающих, то обратная фильтрация эффективнее после разделения волн по направлениям распространения. Возможность разделения падающих волн и восходящих при ВСП позволяет повысить эффективность обратной фильтрации.

Селекция по кажущейся скорости.

Эта методика разделения волн позволяет на первых этапах обработки эффективно разделить падающие и отраженные волны. На последующих этапах обработки селекция по кажущейся скорости применяется для разеделения восходящих волн разных типов и волн, связанных с различными границами. Когда кинематические параметры восходящих волн и падающих волн существенно отличны и известны, можно эффективно их разделять. Если же спектры частот и кинематические параметры полезных волн и волн-помех близки или перекрываются, для разделения волн целесообразно использовать веерную фильтрацию.

Увеличение амплитуды полезного сигнала можно достичь вычитанием помех. Вычитание помех, отличающихся от полезных волн кажущимися скоростями обладает большой помехо устойчивостью и позволяет выделять волны заданного направления при непрерывной обработке материалов в условиях меняющегося поля помех. Эта процедура состоит из формирования записи волн-помех, восстановления исходной записи и вычитания записи волн-помех из исходной записи. Вычитание пакетов волн является эффективным средством разделения полей падающих и восходящих волн.

Регулировка амплитуд.

На полевых материалах амплитуда прямой волны и амплитуда отраженных волн меняются от трассы к трассе. Это происходит из-за того, что геометрическое расхождение сейсмической волны есть функция, обратно пропорциональная радиусу сферической волны. При использовании продольного ВСП, волны движутся вертикально, и мы можем принять, что падающая и отраженная волна распространяются вдоль одного луча.

Рис. 6. Распространение волн для продольного ВСП и годограф прямой и отраженных волн.

В рамках распространения этой модели могут быть вычислен коэффициент усиления отраженных волн.

Если пункт взрыва ВСП существенно удален от устья скважины, в случае непродольного ВСП, то для расчета радиуса расхождения сейсмической волны используется приведенный к вертикали годограф, полученный по ближайшему к скважине пункту взрыва. А расчет лучей и времен пробега выполняется в рамках модели средних скоростей.

Пример обработки данных ВСП

В рамках обучения обработки данных вертикального сейсмического профилирования, использовались данные Ковыктинского газоконденсатного месторождения. Ковыктинское газоконденсатное месторождение расположено на юге Сибирской платформы в пределах Ангаро-Ленской ступени.