МЕТОДИКА И ПРИЛОЖЕНИЕ К ЗАДАЧАМ НЕФТЯНОЙ ГЕОЛОГИИ

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Рис. 39. Схема формирования выборки трасс ОГТ-PS в зависимости от γ настройки (цифры на рисунке).

4.4.3. Непрерывное профилирование

Методика непрерывного профилирования с использованием обменных волн типа PS является наиболее распространенной в арсенале сейсморазведки. Практически она мало отличается от описания п. 4.3.1., включая способы прослеживания и выделения волн на ближних и дальних каналах. В современной сейсморазведке МОВ базовой является технология общей глубинной точки (ОГТ). Вместе с тем, обменные волны относятся к асимметричным в том смысле, что общая глубинная точка не является центром симметрии отрезка «источник-приемник». Кроме того, как ясно из свойств обменной волны (см. Часть 2 п. 2.6.), длина непрерывного годографа отраженной обменной волны существенно больше, чем таковая для монотипных отраженных волн типа РР или SS. Это происходит за счет того, что угол восстания обменной волны меньше угла падения монотипной волны на ту же границу при прочих равных условиях. Основная энергия колебаний в обменной волне, отраженной от границы, в условиях наличия зоны малых скоростей (ЗМС) сосредоточена на горизонтальной х-компоненте. При достижении падающей продольной волной положения траектории, наклоненной к нормали отражающей границы под критическим углом iкр, наряду с волной PS образуется преломленная волна PSPS. Наряду с этим, интенсивность волны PS зависит от расстояния до источника (выноса). Чем дальше сейсмоприемник от источника, тем выше интенсивность волны PS, для которой не существует времени «эхо-сигнала», характеризующего монотипные отраженные волны типов РР и SS. Это время под источником формируют искусственно из данных наблюдений монотипных отраженных волн по формуле:

где и времена «эхо сигналов» монотипных отражений типа РР и SS, при условии их распространения по одной и той же траектории.

Вынос источника от первого канала расстановки сейсмоприемников зависит от глубины границы, на которой происходит обмен, и по многочисленным данным экспериментов не может быть менее 100 м.

Поскольку обменная волна PS относится по своим свойствам к поперечной типа Sv, то с увеличением угла подхода к сейсмоприемникам (возрастание длины расстановки) всё

107

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

большая доля энергии сдвиговых колебаний будет регистрироваться z-компонентой. При этом полная интенсивность колебаний в обменной волне определяется как Для увеличения отношения сигнал-помеха в методике непрерывного профилирования

обменными волнами используют группирование источников и приемников. Особенностью технологии группирования является опять-таки асимметрия процедур. При этом подбор параметров групп производят, исходя из данных кинематики и динамики волн-помех для монотипных поперечных волн, в основном волн Рэлея и низкоскоростных поверхностных. А группу источников рассчитывают по параметрам продольной волны. Поскольку интенсивность обменных волн PS не зависит от азимутального угла, то направленностью установки «источник-приемник» обладает только система регистрации, в отличие от монотипных поперечных волн. В этом смысле, можно использовать монотипную систему регистрации только на одной компоненте горизонтальных сейсмоприемников x. Полная система наблюдений отраженных обменных волн является смешанной, поскольку использует возбуждение типа вертикальной Z силы, а регистрацию на компоненте x, то есть схему Z-x. В сложных условиях залегания отражающих границ, характеризующихся значительными углами наклона не выдержанными по профилю, необходимо использовать двух компонентную смешанную схему «возбуждениерегистрация» типа Z-x, -z, где вертикальная компонента выступает в качестве побочной. В случаях особой сложности в распределении скоростей по разрезу, наличие анизотропии горных пород, особенно в распределении скоростей упругих волн в азимутальной плоскости, необходимо использовать более сложную систему наблюдений смешанного типа Z-x, -z, -y. Использование симметричной установки сейсмоприемников существенно упрощает систему наблюдений, так как эта система не несет в себе зависимости от направления «источник-приемник», хотя количество компонент при этом увеличивается до четырех. Четвертая компонента –z выставляется строго по вертикали и служит своеобразным идентификатором идентичности работы источника Z- силы при перемещении его по профилю. Отсюда вытекает основное требование на систему регистрации, заключающееся в том, что канальность сейсмостанции должна быть по крайней мере в три раза большей, чем при наблюдении монотипных отраженных продольных волн.

4.4.4. Трехмерные наблюдения.

Обменные волны обеспечивают наиболее простую реализацию трехмерных наблюдений, поскольку источник возбуждения продольных волн, в условиях изотропии скоростных характеристик ВЧР в азимутальной плоскости, генерирует только

108

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

продольную волну, распространяющуюся в глубину симметрично относительно оси Z. Процедура обмена также азимутально симметрична относительно нормали к границе в точке отражения P-волны. Вместе с тем, направленность установки сейсмоприемников на профиле сохраняется, поскольку вектор поляризации обменной волны, фактически представляет собой направление смещения во фронте монотипной поперечной волны типа Sv. Для устранения зависимости параметров отклика сейсмоприемника от азимутального угла φ подбирают такую схему «возбуждение-регистрация» PS-волны, которая реализуется на симметричных расстановках сейсмоприемников и отличается от схемы трехмерных наблюдений на продольных волнах только параметром не симметричного формирования отражающей точки на глубине по отношению к случаю монотипных волн. При соблюдении координат размещения источников и сейсмоприемников, указанных выше, трехмерные наблюдения не будут отличаться от системы 3D-РР. Такие системы подробно рассмотрены в общем курсе сейсморазведки и повторять здесь уже известные вещи означает, по - простому говоря, пустую трату времени, которого и так мало.

4.5.Несколько практических рекомендаций

Вусловиях субгоризонтального залегания границ геологического разреза участок для проведения работ выбирают, исходя из предварительного изучения топографических особенностей местности. Здесь берутся в расчет следующие особенности: реки, ручьи, овраги, лесные массивы, линии электропередач и связи, подземные коммуникации, особенно силовые кабели, нефте- и газопроводы. После выбора участка исследований составляется подробный абрис, куда наносятся основополагающие структурные элементы рельефа, а также места пересечения профилей с линиями электропередач, газонефтепроводов, подземных кабелей связи и т.д. На участке производится разбивка профилей с установкой пикетов на каждой точке профиля или площади, обозначающих координаты пункта регистрации, т. е. пункт установки сейсмоприемника. Каждый пикетажный колышек подписывается цифрами, указывающими расстояние от начала профиля, координата x в случае непрерывного линейного профилирования и соответствующую координату y в ортогональном направлении. Начальный пикет (нулевой) отмечается на местности особенно тщательно, с выносом дополнительных отметок на расстояние до 50м, во взаимно перпендикулярных направлениях для восстановления начальной точки профиля при случайном повреждении основного пикетажного колышка. Направление профиля на местности отмечается вешками, которые

109

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

должны быть хорошо видны одна от другой. Каждая такая вешка имеет отметку обычно черного цвета.

Профиль прокладывается по линии, свободной от посторонних предметов, деревьев и т. п., ширина которого подбирается с учетом движения вдоль него автотранспортных средств, как правило, в одном направлении. При наблюдениях по монотипным схемам координаты источников и сейсмоприемников совпадают и на профиле отмечаются каким либо способом. При наблюдениях обменных волн источники располагают несимметрично относительно середины системы регистрации, поэтому требуют дополнительного указания на имеющихся пикетах или установки новых.

Глава V. МЕТОДИКА ПРИМЕНЕНИЯ МНОГОВОЛНОВОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ В ЗАДАЧАХ НЕФТЯНОЙ ГЕОЛОГИИ

5.1. Многоволновая сейсморазведка в нефтяной геологии

110

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Исследования условий использования в сейсморазведке поперечных и обменных волн завершились созданием технологичных способов одновременного возбуждения и регистрации упругих волн различных типов, а также обработки полевых материалов и на базе этого достаточно широким опробованием методики комплексирования, получившей название многоволновой сейсморазведки (МВС), которые были начаты в 80-х годах прошлого века. В последующие годы, наряду с расширением географии опробования новых методических приемов МВС применительно к конкретным сейсмогеологическим условиям, на первое место вышли поиск соответствующего ранга геологических задач, при решении которых применение МВС было бы наиболее рационально. Кроме того, продолжались работы, имевшие целью оценку геологической эффективности применения МВС, и разработку методов геологической интерпретации данных. Продолжались исследования по развитию физических основ нового метода сейсморазведки и поиск путей повышения ее эффективности, в частности, на основе использования данных об изменении состояний поляризации волн сдвига и, на этой основе изучения анизотропии реальных сред.

Основное назначение МВС в нефтяной геофизике — это повышение эффективности решения структурных задач и изучения вещественного состава отложений. При этом, как показывает опыт, она может использоваться на всех этапах геологоразведочного процесса от региональных, поисковых, до детальных разведочных исследований. Безусловно, основными в комплексе остаются продольные волны. В зависимости от степени детальности исследований при решении конкретной задачи и сейсмогеологических условий территории выбираются типы и классы используемых волн, степень комплексирования. Современный уровень технико-методического обеспечения нефтяной сейсморазведки позволяет развивать работы по МВС практически во всех нефтегазоносных районах страны без исключения, имея в виду использование совокупности волн PP + PS + SS.

Воснове МВС лежит методика, оптимальная для получения каждого из используемых типов волн, что, однако, не отрицает возможность совместного возбуждения, и регистрации волн разных типов, если это не противоречит достаточно надежному и уверенному их прослеживанию.

Вметодике МВС наиболее сложными и менее проработанными в предыдущие годы были вопросы возбуждения поперечных волн. Наибольшего успеха в этом направлении добились на базе использования ЛДШ (барьерный и упрощенный вариант траншейного) и вибрационных способов генерации сдвиговых колебаний. Техническое обеспечение регистрации поперечных и обменных воли базируется на использовании

111

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

300 и более канальных телеметрических систем с цифровой записью, в том числе с накопителями и корреляторами, и специализированных горизонтальных сейсмоприемников. За счет оптимизации приемов возбуждения и регистрации поперечных и обменных волн достигнут значительный прогресс в достижении необходимой на сегодняшний день глубинности исследований. Почти во всех районах использования МВС удалось достичь одних и тех же результатов, что и в методе монотипных отраженных продольных волн, а в некоторых задачах, особенно в части изучения анизотропии разреза и превзойти их, что является основным условием комплексирования.

Обработка материалов многократных перекрытий поперечных и обменных волн в целом ориентируется на максимальное использование математического аппарата изучения продольных волн на ПЭВМ, базируясь на фундаментальных принципах улучшения отношения сигнал – помеха при сохранении или повышении разрешенности записи: многоэтапное ослабление волн-помех путем многоканального оптимального суммирования и разного рода фильтрациях. Поскольку при регистрации поперечных и обменных волн исходное соотношение сигнал – помеха зачастую значительно ниже, чем продольных, необходим тщательный выбор параметров всех процедур, накапливание даже небольшого выигрыша в отношении сигнал / помеха на всех этапах обработки. Большую роль играют изучение и учет статических и кинематических поправок. Часто удается их корректировать лишь при достаточно большом (до пяти) числе итераций, если при этом учитывают изменения статических и кинематических поправок для разных удалений и разных глубин отражений по отдельности.

Спецификой обработки поперечных волн является процедура оптимизированного вычитания сейсмограмм, получаемых на каждой точке при производстве противоположно направленных импульсных воздействий, а для обменных волн — суммирование по несимметричным выборкам трасс, обусловленное несимметричностью падающих и восходящих лучей. Для реализации этих особенностей в рамках существующих систем обработки созданы специальные программы, реализующие указанные процедуры.

Разработаны и опробованы процедуры совместной обработки и интерпретации волн разных типов, позволяющие лучше их сопоставлять и определять новые параметры, характеризующие изучаемые геологические разрезы.

Результаты широкого опробования МВС показывают, что во всех районах опорные отражающие границы являются едиными для всех типов волн. Это имеет

112

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

принципиальное значение, так как дает возможность достаточно уверенно отождествлять волны разных типов на временных разрезах и выполнять последующее определение используемых при интерпретации параметров волн для одних и тех же элементов разреза (объектов). Выявление на записи каких-либо признаков, имеющих поисковый характер (структура, литологический врез, выклинивание и т. д.), по волнам одного типа и подтверждение этих признаков по волнам других типов существенно повышают надежность и достоверность выделения перспективного объекта.

При высоком сходстве в целом временных разрезов, построенных по результатам обработки волн разных типов, обнаруживаются и их различия с проявлением отдельных особенностей по волнам какого-либо одного типа. Среди них можно выделить следующие: более уверенное выделение и прослеживание поверхностей раздела косослоистых отложений по данным поперечных и обменных волн в терригенных разрезах; для молодых осадков дифференцированность и контрастность границ на временных разрезах по поперечным и обменным волнам выше, чем по продольным (кайнозойские отложения Зайсанской впадины, меловые отложения Западной Сибири). Здесь большинство отражающих границ для прибрежно-морских и континентальных отложений, прослеживаются на продольных волнах недостаточно устойчиво, на поперечных же и обменных волнах они выделяются более уверенно. Это открывает возможность для составления структурных карт по этим горизонтам, в том числе и по некоторым продуктивным горизонтам разреза, что, например, для Западной Сибири имеет принципиально важное значение.

В то же время, разрешенность записей продольных волн в ряде случаев выше, чем поперечных и обменных. Это позволяет проводить по ним более детальный анализ выявляемых аномальных эффектов (анализ мгновенных динамических характеристик, преобразования ПАК и т. д.). Такой характер прослеживания отражающих горизонтов по волнам разных типов помогает, с одной стороны, существенно дополнить, а с другой

— увеличить точность и надежность изучения структурных особенностей геологических объектов.

Для разделения разреза по вещественному составу наиболее важно получить при МВС комплексный физический параметр в виде отношения скоростей распространения γ = Сs / Сp, который носит название углеводородного фактора.

Разработано несколько взаимодополняющих способов получения величины γ по совместным наблюдениям разных пар волн - РР и SS, РР и PS, PS и SS. Этот набор параметров γТ, γv, γg, γЕ, которые, отличаясь методикой их получения, характеризует вещественный состав отложений в геологических объектах разных рангов и масштабов.

113

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

По данным лабораторных измерений и ГИС установлено, что сочетание данных о скоростях Р и S волн и величинах коэффициентов Пуассона σ позволяет более надежно прогнозировать литологию разреза и судить о его нефтегазонасыщении. Это обусловлено тем, что в пористых средах замещение воды углеводородами, особенно газом, приводит к снижению скоростей Р волн при незначительном, часто обратном изменении скоростей S волн. Поэтому в однородных пористых коллекторах участки с нефтегазонасыщением должны отличаться от участков с водонасыщением отрицательными аномалиями коэффициента Пуассона. Например, для продуктивных горизонтов (пласты группы АВ и БВ) Самотлорского месторождения выявлено, что скорости Р волн в водонасыщенной части на 6—8% выше, чем в нефтенасыщенной, а средние скорости поперечных волн в нефтенасыщенной части несколько больше, чем в водонасыщенной. В связи с этим коэффициент Пуассона для продуктивных пластов группы АВ2–5 на 34 %, а для более глубоко залегающих пород пласта БВ10 на 25 % ниже в нефтенасыщенной части, чем для водонасыщенной.

Если же нефтегазонасыщение связано с локальным появлением пористости (например, трещиноватой пористости в карбонатных породах), то картина может быть обратной. Изменение трещиноватости среды оказывает большее влияние на величины скоростей S волн. Скоростные аномалии, связанные с этим, могут быть более резкими, чем те, которые обусловлены типом флюидонасыщения, т. е. в сумме быть положительными.

По данным профильных наблюдений МВС - МОГТ в Западной Сибири на ряде площадей была установлена достаточно однозначная связь отрицательных аномалий коэффициента Пуассона с продуктивными интервалами неокома. Это явление, впервые обнаруженное в 1978 г. на Солкинском месторождении, было использовано для выдачи рекомендаций на бурение разведочных скважин на Западно-Усть-Балыкском поднятии, подготовленном сейсморазведкой на продольных волнах, где наблюдаемые аномальные зоны не совпадают с контуром структуры. Подобные результаты получены в районах Краснодара, Грозного, на Мангышлаке (республика Казахстан) и в ряде других регионах.

При изучении терригенных отложений было установлено, что величина γ, определяемая при МВС, в большой степени обусловливается глинизированностью отложений. Значительное увеличение глинистости в осадочной толще может приводить к существенному понижению величины γ для изучаемых интервалов разреза. Определение же степени глинистости в сочетании с другими параметрами особенно важно для изучения распределения коллекторов и покрышек в разрезе и оказывает действенную помощь при прогнозе генезиса отложений.

114

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Большое практическое значение может иметь совместный динамический анализ при наблюдениях волн разных типов. Физические предпосылки его высокой информативности заключаются в том, что скорости и поглощение волн разных типов не одинаково реагируют на изменение вещественного состава и флюидонасыщенности геологических отложений. На упоминавшейся уже Западно-Усть-Балыкской площади для перспективного интервала пластов группы АС были выявлены участки, где четкая аномалия типа «яркого пятна» на временных разрезах по продольным волнам не находит отображения на разрезах поперечных волн, что может быть следствием нефтегазонасыщенности этого интервала разреза.

При проведении динамического анализа на Солкинском и Западно-Сайгатинском месторождениях для интервала, содержащего основной продуктивный горизонт БС1, было установлено разное отображение нефтеносности в параметрах продольных и обменных волн. Интервал нефтеносности более четко отображается в частотных параметрах РР волн и амплитудно-энергетических — для PS. Аномалии последних, приуроченные к интервалу нефтеносности, имеют разный знак для РР и PS волн: по РРотмечается аномалия типа «тусклого пятна», по PS - типа «яркого пятна».

Полученные зависимости использовались при прогнозе контура нефтеносности пласта БС1 на Сайгатинском поднятии, выявленном ранее сейсморазведкой по горизонту Б (Баженовская свита). Здесь по обменным волнам в пределах южного свода поднятия вырисовалась четкая аномальная зона информативных динамических параметров, имеющая несколько иную ориентировку по сравнению с первоначальным структурным планом по горизонту Б. Выполненные построения по горизонту М1 (подошва алымской свиты), ближайшему из опорных горизонтов к продуктивному горизонту БС1 показали, что по этому горизонту свод поднятия практически совпадает в плане с максимумом наблюдаемой аномалии динамических параметров обменных волн. Комплекс структурного поведения горизонта М1 и распределения динамических параметров обменных волн для интервала продуктивного пласта БС1 позволил дать прогноз контура нефтеносности этого горизонта.

В дальнейшем роль динамического анализа в многоволновой сейсморазведке будет возрастать в связи с тем, что эти параметры обладают как высокой информативностью, так и дают возможность получения более дифференцированных оценок разреза. В частности, в Западной Сибири при изучении юрских залежей динамические факторы будут основными, так как возможности поинтервального кинематического анализа здесь существенно ограничены структурой сейсмического волнового поля.

115

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Сравнительно новым и еще не до конца исследованным направлением в использовании материалов многоволновой сейсморазведки является изучение анизотропии среды через характеристики поляризации поперечных и обменных волн, а также цикличности осадконакопления через спектрально-временные характеристики сейсмограмм и распределение величин γ. Известно, что для поперечных волн реальные среды нередко обладают высокой степенью анизотропии.

Большой экспериментальный материал по изучению поляризации поперечных и обменных волн получен в разных районах Западной Сибири (Новосибирская и Тюменская области). По всем профилям, отработанным с двухкомпонентной регистрацией, для различных интервалов записи (опорных или продуктивных горизонтов) определялись следующие параметры: величина отношения сигнал-помеха; показатель когерентности записи на основной и побочной компонентах; параметр нелинейности (эллиптичности) и азимут поляризации. Были выявлены аномальные зоны в распределении этих параметров, которые в условиях субгоризонтального залегания границ не могут быть объяснены структурными факторами и требуют использования при интерпретации анизотропных моделей. Приуроченность аномалий к зонам сокращенных мощностей, характерным для конседиментационного роста структур, позволяет говорить о возможном влиянии тектонических напряжений, являющихся одной из причин, вызывающих анизотропию разреза. Отмечается определенная связь аномалий поляризации поперечных волн с пространственным положением контура нефтеносности. Следовательно, анизотропные свойства разреза, отображаемые в характеристиках поляризации, заслуживают тщательного изучения при решении задач прогнозирования геологического разреза (ПГР).

При детальном изучении спектрально-временных параметров отраженных сейсмических волн выявлены четкие связи их особенностей с характером изучаемого разреза, обусловленным цикличностью осадконакопления. На этой базе развиваются физические основы отождествления волн разных типов, выделения опорных границ, определения типов циклитов и их вещественного состава. Это новое направление в использовании сейсмических данных, в том числе и данных многоволновой сейсморазведки, представляется очень важным для решения задач нефтяной геофизики.

В целом использование многоволновой сейсморазведки для решения задач нефтяной геологии вышло на стадию широкого опытно-промышленного применения, и необходимо дальнейшее наращивание объемов работ. Для этого нужно ускорить внедрение многоканальных телеметрических систем, которые не только облегчат переход на многоволновой вариант сейсморазведки, но и позволят достичь дальнейшего

116