Алгоритмы и технология обработки совмещенных наземно-скважинных сейсмических наблюдений

Основными геофизическими методами, используемыми при поисках, разведке и мониторинге нефтяных и газовых месторождений, являются геофизические исследования скважин (ГИС) и сейсморазведка на поверхности (2D и 3D).

Методами ГИС изучают как весь разрез, вскрытый скважиной, так и в особенности продуктивные интервалы. Разрешающая способность по глубине таких исследований составляет 10−20 см, и, в большинстве случаев, с необходимой точностью и детальностью оцениваются все основные параметры геологической среды, необходимые при подсчете запасов и составлении проекта разработки месторождения.

При этом количество глубоких скважин, как правило, недостаточно для оценки поведения продуктивных пластов в межскважинном пространстве. Для построения непрерывной модели строения продуктивного пласта обычно используется увязка результатов ГИС с результатами сейсморазведки на поверхности, которая позволяет коррелировать отражения на непрерывных 3D или 2D изображениях объекта. Однако разрешенность сейсморазведки на поверхности составляет в лучшем случае около 20 метров, что на два порядка хуже, чем ГИС.

Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП), будучи одновременно сейсмическим и скважинным методом, находится на стыке наземной сейсморазведки и ГИС. ВСП позволяет, с одной стороны, достичь при изучении разреза вдоль ствола скважины высокой разрешенности и, с другой — распространить результаты на окрестности скважины. Метод ВСП предложен Е. И. Гальпериным и развит им с участием большой группы исследователей (Г. А. Шехтман, Л. Л. Худзинский, А. А. Табаков, В. А. Теплицкий, Г. Е. Руденко и др.).

Основными направлениями применения ВСП в настоящее время являются:

— изучение упруго-плотностных характеристик среды на сейсмических частотах;

— динамическая привязка отражений, регистрируемых на поверхности, к литологическому разрезу;

— детальное изучение околоскважинного пространства с использованием более широкого спектра частот, чем при сейсморазведке на поверхности;

— прогнозирование геологического разреза ниже забоя скважины [54].

Область околоскважинного пространства, которая может быть изучена ВСП, принципиально ограничена расстоянием порядка половины глубины залегания изучаемого горизонта из-за трудностей решения прямых и обратных задач при больших углах падения сейсмического луча на границу.

Таким образом, сейсморазведка на поверхности обладает возможностью получения связного изображения больших объектов, но недостаточной разрешенностью и точностью для решения задач высокой детальности. ВСП обеспечивает большую детальность изучения околоскважинного пространства, но в ограниченном диапазоне удалений от скважины.

При эксплуатационном бурении на нефть и газ часто возникает потребность детального изучения продуктивных пластов на расстояниях до 1.5 — 2 км от скважины, не достигаемых для исследований методом ВСП. Наличие глубокой скважины может существенно повысить точность и детальность исследований 2Dили ЗБ-сейморазведки в окрестностях этой скважины, если использовать одновременные наблюдения на поверхности и в скважине, то есть совместить преимущества сейсморазведки на поверхности и ВСП. Методика совмещенных наблюдений, при которой возбуждения на поверхности на сетке работ 3D регистрируются зондом ВСП, расположенным вблизи забоя глубокой скважины, названа «Локальный проект 3D+BC11». Также методика предполагает проведение ВСП из нескольких пунктов возбуждения.

Ожидаемые преимущества таких наблюдений можно сформулировать следующим образом:

— возможность компенсации влияния неоднородностей условий возбуждения за счет контроля формы импульса каждого воздействия и деконволюции по форме сигнала;

— использование достоверных статических поправок за неоднородности условий возбуждения;

— использование дополнительной информации о скоростях, полученной путем построения куба скоростей с точным скоростным законом на скважине по данным ВСП и с учетом горизонтального градиента скоростей, оцениваемого по вариации времен прихода прямой волны при возбуждении на сетке работ 3D.

Несмотря на то, что известны примеры совмещенных наблюдений (MDSeis, 1994), в целом отсутствуют опубликованные методики и технологии обработки и интерпретации таких наблюдений, а в используемых пакетах программ обработки данных наземной сейсморазведки не представлены специализированные блоки, обеспечивающие оптимальное использование преимуществ совместных наблюдений.

Поэтому, целью данной работы является разработка алгоритмов, программ, методики и технологии обработки совмещенных наземно-скважинных наблюдений для повышения детальности и точности изучения околоскважинного пространства.

Основные задачи исследования: 1. Разработка алгоритмов и программ определения статических поправок за различия условий возбуждения и оценки локальных аномалий скоростей верхней части разреза.

2. Разработка алгоритмов и программ оптимизационного решения обратных кинематических задач ВСП на прямых и головных волнах в горизонтально-слоистых трансверсально-изотропных средах одновременно по годографам от нескольких пунктов возбуждения.

3. Разработка алгоритмов и программ оценки эталонных импульсов и компенсации влияния неоднородностей условий возбуждения в записях наземных приемников.

4. Оценка эффективности разработанных алгоритмов и программ на модельных данных.

5. Опробование комплекса программ специализированной обработки наземно-скважинных наблюдений на реальных данных.

Защищаемые положения:

1. Технология кинематической обработки наземно-скважинных наблюдений «Локальный проект 3D+BCII» повышает достоверность результатов сейсморазведки 3D в окрестности глубокой скважины путем более точной оценки и учета статических поправок, связанных с локальными аномалиями скоростей ВЧР.

2. Решение обратной кинематической задачи на прямых и головных волнах в горизонтально-слоистых трансверсально-изотропных средах на основе одновременной оптимизации модели среды по годографам первых вступлений от нескольких пунктов возбуждения повышает точность и достоверность определения параметров модели.

3. Методика компенсации влияния неоднородностей условий возбуждения, опирающаяся на регистрацию колебаний зондом ВСП, позволяет корректировать изменения формы импульса возбуждения в записях наземных сейсмоприемников в окрестности глубокой скважины.

Работа состоит из пяти глав, первая из которых содержит описание проблем в обработке данных наземной сейсморазведки, связанных с неоднородностью ВЧР и неоднородностями условий возбуждения. Описана методика «Локальный проект ЗБ+ВСП», позволяющая оценить статические поправки за ВЧР без ограничения длины периода, компенсировать неоднородности условий возбуждения и получить скоростную модель среды с учетом вариаций скоростей ВЧР.

Во второй главе обосновывается выбор модели поля времен первых вступлений прямой волны, регистрируемой расположенным на забое глубокой скважины зондом при возбуждении на сетке работ 3D на поверхности. Описываются алгоритмы определения высокочастотных статических поправок за возбуждения и оценки локальных аномалий скоростей ВЧР.

В третьей главе поставлена и решена задача восстановления пластовой модели среды по годографам первых вступлений прямых и головных волн из нескольких пунктов взрыва. Решение задачи ищется в классе анизотропных параллельно-слоистых сред и сводится к нахождению минимума функции многих переменных.

Четвертая глава посвящена разработке алгоритмов оценки эталонных импульсов для компенсации влияния неоднородностей условий возбуждения в записях наземных приемников.

В пятой главе описан граф обработки совмещенных наземно-скважинных наблюдений и приведены результаты опробования на реальном объекте.

Автор выражает благодарность научному руководителю, доктору физико-математических наук, профессору МГГРУ Б. Е. Лухминскому за внимание, помощь и поддержку, оказанную автору в процессе подготовки данной работы. Автор выражает признательность и благодарность начальнику отдела ВСП ОАО «ЦГЭ» А. А. Табакову как автору многих идей, положенных в основу данной разработки, которые впоследствии были развиты автором и составляют неотъемлемую часть данной работы.

Основные выводы по пятой главе:

— разработана технология обработки данных совмещенных наземно-скважинных сейсмических наблюдений по методике «Локальный проект 3D+BCn»;

— применение алгоритмов и технологии оптимизационного решения обратных кинематических задач для годографов первых вступлений из нескольких пунктов возбуждения решает задачу оценки правдоподобной модели среды при отсутствии измерений времен для части наблюдений из ближнего пункта возбуждения;

— применение алгоритмов и технологии кинематической обработки времен первых вступлений глубинного прибора к данным реального полевого эксперимента позволило выделить правдоподобные среднечастотные аномалии времен, хорошо коррелирующие с руслами речной системы;

— применение алгоритмов и технологии компенсации влияния неоднородностей условий возбуждения к данным реального полевого эксперимента позволило определить набор индивидуальных для каждого возбуждения устойчивых операторов, обеспечивающих выравнивание формы сигнала в записях наземных приборов без заметного усиления шумов.

Заключение

.

Выполнен комплекс исследований на модельных и реальных материалах совместных наземно-скважинных наблюдений, направленных на повышение точности, детальности и достоверности изучения околоскважинного пространства, и получены следующие основные результаты:

1) Предложены и реализованы алгоритмы и технология, позволяющие использовать преимущества комплексирования наблюдений сейсморазведки 3D и ВСП.

2) Для. повышения точности оценки скоростной модели среды усовершенствованы алгоритмы оптимизационного решения обратной кинематической задачи. В результате совместной оптимизации параметров модели по годографам нескольких пунктов возбуждения получены решения, существенно уменьшающие невязки расчетных и фактических времен первых вступлений для совокупности наблюдений ВСП из нескольких пунктов возбуждения.

3) Разработаны алгоритмы и технология оценки высокочастотных и среднечастотных статических поправок по записям времен первых вступлений глубинного контрольного прибора. На реальных данных выделены аномалии времен первых вступлений, хорошо коррелирующихся с речной сетью. Амплитуда аномалий ± 8 мс и их знак соответствует задержке в зонах растепления, приуроченных к поймам рек.

4) Разработаны алгоритмы и технология расчета операторов выравнивания формы импульса возбуждения по записям глубинного контрольного прибора. В результате достигнута стандартизация условий возбуждения, которая выразилась в существенном повышении коррелируемости осей синфазности в первичных сейсмограммах.

5) Разработана технология применения результатов обработки данных глубинного контрольного прибора к сейсмограммам, полученным на поверхности. В результате применения разработанной технологии к реальным данным получено заметное повышение разрешенности, качества отражений и закономерное уточнение структурного плана в кубе 3D+BCTI съемки.

6) На основании теоретических и экспериментальных исследований можно рекомендовать применение методики «Локальный проект ЗЭ+ВСП» в задачах детального изучения околоскважинного пространства на расстояниях до 2 км от скважины.

7) Комплекс программ специализированной обработки совмещенных наземно-скважинных наблюдений «Локальный проект 3D+BCn» включен в пакет обработки и интерпретации геофизических данных «ЮНИВЕРС».

8) Дальнейшие исследования в области обработки данных совмещенных наземно-скважинных наблюдений могут быть связаны с изучением поляризационных характеристик прямых и отраженных волн, зарегистрированных глубинным зондом ВСП в скважине.