Глава V. Скважинные сейсмические исследования.

 

Скважинные сейсмические исследования применяются для решения разных задач:

1. Сейсмический каротаж (СК) позволяет наиболее точно опреде­лить средние и пластовые скорости, что повышает точность интерпре­тации полученных с поверхности данных МОВ и МПВ. При СК достаточно регистрировать первые вступления волн.

2. Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП) обеспечива­ет надежность привязки выделенных на сейсмограммах поверхностных наблюдений волн к конкретным отражающим и преломляющим границам. При ВСП регистрируется вся волновая картина.

3. Акустический каротаж (АК) позволяет детально изучать тонкую слоистость разреза. Проводится он с использованием специальных зондов с акустическими датчиками, работающими на частотах 5 – 30 кГц. Самый простой зонд для акустического каротажа имеет один излучатель продольных волн и два приемника. Сейчас есть многоканальные зонды с 6, 12 и более приемниками, а также зонды с излучателями и приемниками поперечных волн.

4. Комплексные сейсмические исследования скважин (ВСП, межскважинное сейсми­ческое просвечивание - СП, акустический каротаж - АК) позволяют подробно изучать сейсмические свойства разреза - тонкую слоистость, анизотропию, прочностные свойства в межскважинном и околоскважинном пространстве, что имеет самостоятельное геологическое зна­чение, в особенности, при детальном изучении углеводородных резервуаров, при инженерно-геологическом обосновании строительства крупных сооружений.

 

Вертикальное сейсмическое профилирование.

Системы наблюдений.

Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП) проводится при расположении источника и приемников сейсмических колебаний вдоль вертикального профиля, обычно по стволу скважины. При проведении ВСП глубоких скважин специальные зонды, чаще всего с трехкомпонентными приемниками, помещаются в глубокую скважину, а возбуждение колебаний взрывами проводится в специально пробуренных мелких скважинах. С целью изучения поведения границ и на расстоянии от скважины проводятся также возбуждения на удалениях 500, 1000 и более метров от устья приемной скважины.

Вертикальное сейсмическое профилирование или сейсмический каротаж неглубоких скважин (до 100 м) может быть проведен с использованием аппаратуры и оборудования, применяемого для малоглубинных сейсмических исследований.

Например: в скважину с жид­костью можно опускать специальный гидро­фон (приемник волн давления в воде), подключенный к одному из каналов усиления сейсмостанции, а пункты ударов располагать у устья скважины. После каждого удара (или серии ударов) гидрофон поднимается на 1-2 м. При этом регистрируется вся волновая картина ВСП. В последующем строят верти­кальный годограф первых вступлений и определяют средние и пластовые скорости (рис.63).

 

Рис.63. Вертикальный годограф (а), графики средней скорости и пластовых скоростей (б) по данным сейсмического каротажа.

 

Больше информации о разрезе может быть получено при применении трехкомпонентного зонда для приема, и возбуждении как продольных так и поперечных волн.

Для сейсмического каротажа электроискровым источником излучатель на кабеле опускается в заполненную водой скважину, а прием осуществляется на сейсмоприемник, установленный у устья скважины, или гидрофон, опускаемый в ту же скважину (обращенный сейсмический каротаж). При этом, перемещение вдоль ствола скважины как источника, так и приемника, а также их вместе, предоставляет широкие возможности для изучения волновой картины во внутренних точках среды. Электроискровой разряд в скважине возбуждает также гораздо более высокочастотные сейсмические колебаний, чем удары по поверхности земли, что тоже является преимуществом таких исследований (рис.64).

Рис.64. Сводная сейсмограмма ВСП (обращенного ВСП) с электроискровым источником, расположенным в скважине на глубине 95 м. Приемник – гидрофон перемещался по той же скважине шагом 1 м: 1) прямая продольная волна, 2) продольная волна, отраженная от дневной поверхности, 3) гидроволна, 4) гидроволна, отраженная от дневной поверхности. На рис.20, глава III показано, что на этой сейсмограмме присутствуют также волны, отраженные от границ ниже забоя скважины. Однако они становятся видны только после соответствующей фильтрации.

 

Обработка данных ВСП.

В настоящее время разработаны специальные комплексы программ для обработки данных ВСП (например: RadExPro-VSP), позволяющие улучшать прослеживаемость тех или иных типов волн на записях (рис.20, глава III), определять средние, интервальные и пластовые скорости, поглощающие свойства пород, строить временные и глубинные разрезы (для прискважинного пространства – при выносных пунктах возбуждения). Здесь мы ограничимся рассмотрением только элементарных принципов обработки данных ВСП.

По временам первых вступлений строится график изменения сред­ней скорости с глубиной (рис. 63, б)

(5.1)

Для определения пластовых скоростей годограф первых вступле­ний аппроксимируется ломаной линией. Для каждого прямолинейного участка определяется пластовая скорость

(5.2)

Если источник (или приемник) располагается на некотором уда­лении от устья скважины, то измеренные времена непродольного годографа надо пересчитать во времена продольного годографа по формуле

(5.3)

При небольшом удалении поправка существенна только для са­мых верхних точек наблюдений.

Часто в последующих вступлениях можно выделить гидроволну - интерференционную волну, распространяющуюся в жидкости по ст­волу скважины. По скорости гидроволны можно оценить скорость поперечных волн во вмещающих породах

(5.4)

где - скорость волн в воде (можно считать = I450 м/с);

- плотность воды ( = 1 г/см³);

- плотность породы (можно считать: для глин = 2,2; для песчаников

= 2,5; для пород ЗМС = 2,0).

Однако надо иметь в виду, что гидроволна, или трубная волна, распространяется в узком объеме скважины и прискважинного пространства, соответственно, ее скорость характеризует именно это пространство, которое при бурении может быть частично разрушенным и разуплотненным.

По изменению видимого периода колебаний прямой волны с рас­стоянием можно оценить поглощение волн в этих породах. Например: в предположении, что коэффициент поглощения линейно зависит от частоты (§ 1), можно использовать следующую эмпирическую формулу:

; (5.5)

где и - видимые периоды волн в начале и конце исследуемого интервала;

- параметр поглощения;

- постоянная поглощения в пласте;

- длина пути, пройденной волной в этом пласте.