Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Технология физического моделирования для обеспечения сейсморазведочных работ на нефть и газ в условиях Западной Сибири

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Технология физического моделирования для обеспечения сейсморазведочных работ на нефть и газ в условиях Западной Сибири"

КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ГЕОЛОГИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЮ НЕДР

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ РАЗВЕДКИ Г "ОД ( ВНИИГеофизика)

1 О 1823

На правах рукописи

КАУРОВ Виктор Васильевич

ТЕХНОЛОГИЯ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ НА НЕФТЬ И ГАЗ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность 04.00.12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1995

Работа выполнена б Западно - Сибирском научно-

исследовательском институте геофизических методов разведки (ЗапСибНИИГеофизика)

Научный руководитель : доктор физико-математических наук,

профессор Г.М. Голошубин

Официальные оппоненты : доктор технических наук,

И.А. Мушнн; кандидат технических наук Ю.В. Кондратович.

Ведущая организация : кафедра разведочной геофизики

Тюменского государственного нефтегазового университета

Защита состоится " /6 " ревр &/1-2 199» г. на

заседании диссертационного совета Д. 071. 06. 01 при Всероссийском научно - исследовательском институте геофизических методов разведки (ВНИИГеофизика) по адресу 101000 г.Москва, ул. Покровка , 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института ВНИИГеофизика

Реферат разослан " 23 " 199 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.гт-м,н.

В.А. Ерхов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Усложнение объектов поиска углеводородов (УВ) в Западной Сибири требует расширения используемых методов интерпретации данных сейсморазведки. Достаточно широкую сферу применения при решении наиболее сложных задач , как при поисковых работах, так и на этапе детальной сейсморазведки, имеет физическое сейсмомоделирование. Согласно классификации неантиклинальных ловушек нефти и газа Западной Сибири (A.A. Нежданов, 1992 ), часть из них имеет неясные сейсмические образы , и связано это как с геометрическими , так и с физическими особенностями продуктивных и вмещающих толщ. Затруднения при интерпретации временных разрезов вызывают такие элементы геологических структур как :

шероховатые границы , рассеивающие сейсмическую энергию ;

дизъюнктивные нарушения , вызывающие дифракцию сейсмических волн ;

геометрически сложные слоистые среды , обуславливающие интерференционный характер формирования сейсмических волновых полей ;

геологические тела , находящиеся под аномальным напряжением , влияющим на распространение сейсмических волн ;

пористые флюидонасьнценные среды, характеризующиеся такими специфическими волновыми явлениями как медленные волны и резонансы.

Математическое моделирование сейсмических волн пока еще не в состоянии достаточно эффективно расчитывать волновые поля в подобных случаях. Получение же полевого материала связано со значительными материальными затратами , и, кроме того, в этом случае представления об исследуемом объекте , как правило, носят весьма приближенный характер. Во многих случаях точные и надежные данные о волновых полях в сложных структурах и

средах могут быть получены только при помощи физического моделирования. При выполнении принципов подобия , цифровой регистрации данных и обработке их на компьютере можно получить модельные сейсмограммы, в достаточной степени отражающие специфику моделируемых волновых явлений , имея при этом исчерпывающую информацию о строении модели и свойствах материалов , из которых она изготовлена. Результаты лабораторного сейсмомоделирования могут быть использованы также для развития сейсмических методов , методик полевых работ , для совершенствования алгоритмического обеспечения обработки и интерпретации данных.

Несмотря на широкие возможности физического моделирования , многие вопросы , касающиеся его технологии и аспектов применения, к настоящему времени исследованы недостаточно.

Целыо работы является совершенствование физических основ, аппаратурно-измерительного обеспечения , а также технологии экспериментального изучения распространения сейсмических волн в условиях сложных геологических объектов.

Основные задачи исследований :

создание аппаратурно - методического комплекса ультразвукового сейсмомоделирования с высокой точностью регистрации , с расширенной частотной полосой пропускания сигналов, с возможностью оперативной обработки данных ;

разработка технологии создания искусственных материалов, имитирующих осадочную толщу с регулируемой скоростью упругих волн, а также материалов с регулируемой пористостью ;

изучение на физических моделях волновых полей, регистрируемых в условиях сложных геологических структур, характерных для Севера Западной Сибири.

Фактический материал, методы исследований и аппаратура

Теоретической основой создания моделей являются выводы общепринятой теории подобия для сейсмических

волновых явлений ( Б.Н. Ивакин, 1969 ). Анализ экспериментальных волновых полей проводился на основе лучевой и дифракционной теорий , в рамках теории упругости. Многокомпонентная и широкополосная регистрация волновых полей с записью результатов моделирования в цифровом виде и обработка информации осуществлялась на аппаратурно-методическом компьютерном комплексе ультразвукового сейсмомоделирования. Для поверки комплекса проводилось специальное тестирование. Регистрация волнового поля выполнялась в основном по методу отраженных волн, а для исключения помех и более точного определения динамических и кинематических характеристик целевых волн регистрация осуществлялась во внутренних точках или напросвет на двумерных и трехмерных моделях.

Всего представлены результаты моделирования на 16 двумерных , 2 трехмерных моделях, по которым обработано около 200 сейсмограмм, полученных при различных системах наблюдения.

Для проверки результатов моделирования проводилось специальное математическое моделирование, позволяющее сопоставить полученные результаты с известными ан алитич ескими р еш ениями.

Новшиа работы п личный вклад В работе решены следующие вопросы : создан компьютерный аппаратурно-методический комплекс ультразвукового сейсмомоделирования с высокой точностью регистрации ( динамический диапазон до 168 дб ), с расширенной частотной полосой (5 - 800 КГц) пропускания сигналов ;

предложена технология создания искусственных материалов, имитирующих осадочную толщу с регулируемой скоростью упругих волн, а также материалов с регулируемой пористостью ;

на физических моделях исследован процесс отражения/преломления сейсмических волн на шероховатых границах;

получены сейсмические образы сложных геологических структур , характерных для условий Западной Сибири ;

на основе физического сейсмомоделирования типичных геологических структур Западной Сибири проведено тестирование и уточнение графа обработки и интерпретации сейсмических данных;

- исследовано поведение аномальной медленной волны в двумерных и трехмерных моделях, содержащих флюидонасыщенный, пористый тонкий пласт. Практическое значение имеют:

аппаратурно-измерительный компьютерный комплекс ультразвукового сейсмомоделирования , а так же отдельные элементы аппаратуры ;

технология создания искусственных материалов с регулируемой скоростью распространения волн и пористостью , результаты моделирования ;

рекомендации по оптимизации графа обработки данных сейсморазведки.

Апробация работы и публикации Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись на региональной научно-практической конференции "Проблемы локального прогноза и разведки нефти и газа Западной Сибири" (Тюмень, 1987), отраслевой научно-практической конференции "Состояние и перспективы геофизических методов при поиске и разведке углеводородов" (Тюмень, 1989), сессии Научного совета региональной научной российской программы "ПОИСК" (Новосибирск, 1993).

По теме диссертации опубликовано пять печатных работ.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 103 страницы текста, 35 страниц иллюстраций. Библиография содержит 82 наименования.

Работа выполнена в процессе обучения в аспирантуре ВНИИГеофизики и в лаборатории физического

моделирования сейсмических волновых полей института ЗапСибНИИГеофизика в соответствии с планом НИР под научным руководством д.ф.-м.н., профессора Г.М.Голошубина, которому автор выражает искреннюю благодарность за постоянное внимание к работе и всестороннюю помощь в решении поставленных задач. Автор глубоко благодарен д.т.н. В.М. Березкину, под чьим руководством были сделаны первые шаги в аспирантуре. Автор также глубоко признателен A.M. Верховскому, А.Д. Кондрашову, В.М. Вингалову, В.И. Кузнецову, A.A. Нежданову, Е.А. Ротбергер, Н.И. Захаровой за ценные советы и помощь.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность постановки исследования , кратко освещен круг задач, определяющих содержание диссертации, дана общая характеристика работы.

В первой главе приведен критический обзор существующих способов, аппаратурно - технологического обеспечения и проведенных исследований по физическому моделированию сейсмических волновых полей.

В 1.1 формулируются общие требования к физическому сейсмомоделированию, а именно, основные положения теории подобия волновых явлений ( Б.Н. Ивакин, 1969 ), а также требования , которым должны удовлетворять аппаратурно-технические средства и материалы, применяемые при моделировании сейсмогеологических объектов и их волновых полей.

В 1.2 рассматриваются существующие способы физического моделирования сейсмических волновых полей, их достоинства и недостатки при моделировании конкретных сейсмических явлений.

В 1.3 исследуется развитие аппаратурно - технических средств ультразвукового сейсмомоделирования и анализируются наиболее известные разработки в данной области.

В 1.4. приведен обзор результатов ультразвуковых модельных исследований сейсмических волновых полей и выделен круг задач , при решении которых использование физического сейсмомоделирования было бы, в настоящий момент, весьма желательным.

Из обзора экспериментальных исследований следует , что метод физического моделирования при поисках и разведке наиболее сложных объектов нефтегазовой сейсмики целесообразен и необходим. Развитие этого метода

сдерживается его недостаточными аппаратурно-измерительными и технологическими возможностями.

Во второй главе описан созданный аипаратурно-методическпй комплекс ультразвукового сейсмо-моделирования.

В 2.1 дано обоснование разработки аппаратурно -методического комплекса и приведен перечень необходимых технических требований к его конфигурации. Показана целесообразность использования персонального компьютера класса IBM PC для управления достаточно большим комплексом разнородных нестандартных приборов и потоков данных. В связи с трудностями цифровой регистрации быстропротекаюгцих (ультразвуковых) процессов, в моделирующем комплексе реализован принцип стробоскопического преобразования, заключающийся в многократном воспроизведении: исследуемого волнового процесса и измерении мгновенного значения сигнала при каждом его повторении с временной задержкой относительно начала процесса, увеличиваемой при каждом повторении на определенную величину A t ( шаг дискретизации ).

В 2.2 описывается непосредственно аппаратурно -измерительная часть моделирующего комплекса. При создании комплекса были использованы лучшие отечественные разработки аналоговых и цифровых блоков и программного обеспечения для управления ими ( Л.Д. Гик и др., В.Б. Писецкий и др., H.A. Караев и др. ) . Установка включает стандартный персональный компьютер типа IBM PC с дополнительными модулями : контроллером НМЛ и универсальным аналого - цифровым интерфейсом - адаптером. Компьютер обеспечивает управление экспериментом, регистрацию результатов, их визуализацию, обработку и запись на НМЛ в одном из форматов сейсмических обрабатывающих систем ( СЦС-3, СОС ПС, СОС Сайбер). Для возбуждения и приема упругих волн используются пьезокерамические датчики. Высоковольтный электрический импульс, возбуждающий пьезоэлектрический излучатель акустических колебаний, вырабатывается серийным генератором , к которому в необходимых случаях подключается дополнительный усилитель мощности. Для

аналогового усиления принятого сигнала используется предварительный ( кабельный ) усилитель, смонтированный в корпусе приемника, и основной усилитель-корректор с активными фильтрами ВЧ и НЧ. Используются два вида пьезокерамических излучателей и приемников базовой конструкции ИГиГ СО АН ( Л.Д. Гик и др.), в которые были внесены конструктивные изменения, улучшающие их эксплуатационные характеристики. Первый вид датчиков -двухкомпонентные, т.е. они позволяют получать и принимать продольные и поперечные волны. Второй вид - "поршневого" типа, однокомпонентные. Конструктивно они более удобны для наблюдений по методике ОГТ. Оба вида датчиков -широкополосные, позволяют возбуждать в модели практически единичные импульсы ( минимально фазовые ) с преобладающей частотой около 60 КГц и являются точечными источниками воздействия типа горизонтальной или вертикальной силы.

Ввод модельных сигналов в ПК осуществляется при помощи аналого-цифрового интерфейса - адаптера , подключаемого к системной магистрали компьютера. Кроме ввода и аналого-цифрового преобразования сигналов, универсальный интерфейс - адаптер обеспечивает

программное управление установкой ( синхронизация модулей, возбуждение генератора и т. д. ). Сейсмограммы физического моделирования сохраняются в локальной базе данных на жестком диске компьютера . Запись на магнитную ленту в форматах сейсмических обрабатывающих систем аппаратно обеспечивается контроллером НМЛ.

В аппаратурно-методическом комплексе также предусмотрена возможность регистрации информации моделирования на стандартной полевой сейсморазведочной станции . Преобразование ультразвуковых модельных сигналов и их ввод осуществляется с помощью специально разработанного устройства сопряжения.

В 2.3 описывается программное обеспечение аппаратурно - методического моделирующего комплекса. Входящие в него программные средства осуществляют

операции управления и обмена данными с нестандартными контроллерами и периферийными устройствами (

универсальный интерфейс-адаптер, НМЛ ). Кроме того они обеспечивают ввод и дискретизацию ультразвуковой модельной трассы, вывод полученных сейсмограмм на монитор, считывание и запись данных на НМЛ, а также некоторые часто используемые при обработке данных операции - редакция сейсмограмм, фильтрация, регулировка усиления и т. д.

В 2.4 описывается функционирование аппаратурно-методического комплекса ультразвукового сейсмо-моделирования в целом.

Тестовые испытания системы показали относительно высокую степень надежности функционирования нестандартных внешних устройств вместе с серийными в едином комплексе, достаточно широкий динамический (до 168 дБ) и частотный диапазон ( 5 - 800 КГц ) регистрации сигнала, высокую скорость аналого - цифрового преобразования ( 30 мкс ), а также значительную чувствительность приемного тракта, точность ( погрешность преобразования 0,3% ), широкий диапазон температурной стабильности, достаточную помехоустойчивость.

В третьей главе рассмотрена технология создания искусственных материалов для физического моделирования, имитирующих осадочную толщу с регулируемой скоростью упругих волн, а также материалов с регулируемой пористостью.

В 3.1 дано обоснование выбора способа моделирования, а именно, двумерного (плоского) моделирования для изучения объектов нефтегазовой сейсморазведки, геометрию которых в направлении оси ОУ можно считать неизменной, и тведого трехмерного моделирования (объемного), где геометрией в направлении оси ОУ пренебречь нельзя.

В 3.2 рассматривается разработанная технология создания материалов, моделирующих осадочную толщу, более корректная с теоретической точки зрения, чем методики,

применявшиеся ранее. В основе ее - использование эпоксидного компаунда, регулирование скорости упругих волн в котором производится путем изменения процентного содержания наполнителя. В качестве наполнителя для повышения скорости по отношению к чистому компаунду используется кварцевый песок с постоянным фракционным составом. Для понижения скорости предлагается применять резиновый порошок определенного состава. В результате применения предлагаемых материалов возможно изготовление элементов листовых и объемных моделей с любой скоростью продольных волн в интервале 1500-4000 м/с. Пренебрежимо малое влияние зернистости предлагаемых материалов, высокая технологичность изготовления позволяют использовать их наряду с обычными материалами для решения кинематических задач, когда достаточно упругого приближения.

В 3.3 рассматриваются особенности конструирования физических моделей геологических объектов на базе разработанной технологии.

В 3.4 описывается разработанная методика моделирования пористых зернистых сред с управляемыми характеристиками. В основе ее лежит зависимость пористости песчаников от параметров функции распределения зерен по размерам ( A.M. Верховский ). Из данной зависимости следует, что максимальное влияние на пористость оказывает величина модального размера зерен. В общих чертах суть предлагаемой методики заключается в следующем. Вначале готовится песчаная компонента с гранулометрическими параметрами соответствующими средним значениям для естественных образцов или с параметрами, находящимися в интервале встречающихся значений в зависимости от решаемой задачи. Для этого рассеивается на фракции рыхлый песчаный материал соответствующего минерального состава. Из этих фракций составляется заданный образец. Глинистая компонента готовится путем отсева фракции меньшей 0,05 миллиметров как из этой , так и из какой либо другой коллекции. Образец с заданными параметрами получают

путем смешивания песчаной и глинистой или глинисто -цементной компонент в соотношении, полученном на основе экспериментальной калибровочной зависимости .

В четвертой главе приводятся результаты работ по экспериментальному исследованию волновых полей некоторых сложнопостроенных геологических структур и их элементов. Выбор моделей проводился для объектов, характерных для Севера Западной Сибири.

В 4.1 формулируется концепция использования физического сейсмомоделирования в разработке технологий сейсмических методов поиска нетрадиционных ловушек углеводородов. В качестве основного направления при достижении результатов здесь является получение сейсмических образов как отдельных элементов, так и типичных геологических структур , содержащих эти элементы. Данная задача может быть наиболее эффективно решена , если для территории поисков проведен сейсмостратиграфический анализ и типизация сложнопостроенных в т. ч. неантиклинальных структур. Математическое моделирование пока еще не в состоянии достаточно эффективно расчитывать волновые поля для подобных объектов. Выяснение сейсмических образов и особенностей волновых полей нетрадиционных ловушек и их детального строения может базироваться на результатах физического моделирования, по которым, в свою очередь , могут быть настроены процедуры математического моделирования. Данные физического моделирования могут также использоваться для расшифровки сложной волновой картины, наблюдаемой в полевых условиях в структурах определенного вида, идентификации волн различных типов и определения их относительного вклада в общий волновой процесс с целью изучения возможностей картирования конкретных структурных элементов геологического разреза, для уточнения сейсмического образа данного типа структур путем сопоставления модели данной геологической структуры с полученным на ней волновым полем. Кроме того ,

результаты ультразвуковых экспериментов также могут применяться как тестовый материал для исследования влияний различных процедур обработки с целью выявления наиболее эффективного для выделения подобных ловушек графа обработки, интерпретации и т.д.

В 4.2 и 4.3 приведены два примера физического моделирования сложнопостроенных неантиклинальных

ловушек углеводородов, типичных для Севера Западной Сибири : клиноформной структуры, характерной для низов неокомских осадочных отложений Западной Сибири и гипергенной ловушки УВ, характерной для структур Горелого месторождения. Идеализированные модели таких структур с заданием геометрических и упругих параметров разработал A.A. Нежданов. Задачами проведения физического сейсмомоделирования по данным структурам были:

а) уточнение сейсмического образа данного типа ловушек путем сопоставления модели геологической структуры с полученным на нем волновым полем;

б) выявления наиболее эффективных для выделения подобных ловушек процедур обработки данных.

Физическое моделирование данных структур выполнялось в двумерном варианте. Прн изготовлении элементов структуры использовалась технология, описанная в гл. III. Наблюдения проводились по методике общей глубинной точки. Кроме ОГТ проводились наблюдения по системе центровых лучей (СЦЛ), т. к. изображение среды,

полученное по волновому полю СЦЛ, является идеализированным аналогом по отношению к данным МОГТ и его можно использовать в качестве эталонного при оценке влияния различных процедур и программ обработки материалов МОГТ.

Для регистрации данных в эксперименте использовался компьютерный комплекс ультразвукового сейсмического моделирования, обеспечивающий возбуждение акустического сигнала, его прием и усиление, аналого-цифровое преобразование, визуализацию приемных сигналов, а также

запись трасс на магнитный диск. Ввод сейсмического массива и его обработка производилась на ЭВМ Cyber по типовому графу. Кроме того, на заключительном этапе обработки выполнялись и некоторые дополнительные процедуры.

Строго говоря, обе ловушки УВ не отвечают модели метода MOB ОГТ, поэтому следует говорить о сложности выявления и особенно изучения детального строения подобных структур на временнных разрезах ОГТ в традиционном для сейсморазведки среднечастотном диапазоне. На всех временных разрезах почти без искажений прослеживаются все оси синфазности, соответствующие плоскопараллельным границам. Однако, малоразмерные (<Л) элементы структур (шероховатые границы, зубцы клиноформ, линзы, "врезы", небольшие по латерали вертикальные зоны деструкции и т.п.) с трудом поддаются интерпретации на волновой картине.

Однако, в целом, в сейсмическом волновом поле находят отражение основные особенности структурного строения обоих комплексов. Так , в частности, по наличию слабых дифрагированных волн удалось восстановить некоторые черты исходных моделей, а именно: детали излома места выклинивания среднего пласта - коллектора ( модель "Клиноформа" ). По Горелой площади, следует отметить, что в сейсмическом волновом поле отображаются только зоны развития коры выветривания, обладающие аномально низкими пластовыми скоростями относительно вмещающих пород фундамента. Так как с этими зонами связаны

гипергенные резервуары, обладающие высокими

коллектор скими свойствами, результаты моделирования свидетельствуют о возможности прогноза и картирования обеих ловушек УВ по данным сейсморазведки МОГТ.

Максимальный эффект при формировании разрезов получен от процедур коррекции кинематических поправок, фазооптпмизированного суммирования и волновой миграции, что, по всей видимости , связано с тем, что в однородных средах, не отвечающих модели метода MOB ОГТ годографы

ОГТ значительно отличаются от гипербол и требуют специальных процедур суммирования.

В целом, проведенные исследования позволяет рекомендовать определенную технологию обработки данных для поиска объектов, заданных в модели, при использовании метода MOB ОГТ.

В 4.4 проведены модельные исследования волн, отраженных от сейсмических шероховатых границ. По мнению многих исследователей ( Ю.В. Кондратович, A.A. Нежданов и др. ) подобные границы являются характерными для поверхности фундамента во многих районах Западной Сибири.

На первоначальном этапе проводились экспериментальные исследования для шероховатых границ с различной формой периодических неоднородностей ( треугольной и волнистой формы ), но одинаковыми величинами амплитуд и периодов шероховатости. Измерялись амплитуды падающих, отраженных и проходящих волн. Полученные результаты представлены в виде графиков зависимостей коэффициентов отражения и прохождения волн от угла падения. Из приведенных материалов следует, что, кроме влияния периода и амплитуды сейсмических шероховатых границ на динамические характеристики отраженных волн, наблюдается и определенное воздействие геометрической формы самих шероховатостей. Меняется как форма отраженных волн, так и их амплитуда. Соответственно, по отношению к зеркальной границе уменьшаются и коэффициенты отражения и прохождения.

Ранее Г.М. Голошубиныы были проведены теоретические исследования влияния геометрии неоднородностей шероховатых границ на динамические характеристики отраженных волн, из которых следует , что динамика волн, отраженных от шероховатых границ зависит не только от угла падения лучей, но и от угла наклона элементов шероховатости. Исходя из этого был поставлен эксперимент по исследованию влияния данного параметра на динамические характеристики отраженных волн. При этом в

качестве шероховатой границы была выбрана периодическая граница с геометрической шероховатостью треугольной формы. При этой форме углы наклона элементов задаются наиболее просто. Однако при этом остаются неизменными только амплитуды шероховатостей, но меняется их период. Рассматривался случай, когда параметры шероховатостех! приблизительно равны (сравнимы) длине волны зондирующего сигнала. Наблюдения проводились на пяти моделях, включая модель с гладкой границей. Все модели имели идентичные размеры и отличались только углом наклона при вершине треугольных шероховатостей и, соответственно, периодом шероховатости. Шероховатая граница была выполнена в виде свободной границы. Сравнение сейсмограмм для углов отражений показывает, что при этом не наблюдается какого-либо закономерного изменения

динамики. Общей закономерностью являются известные эффекты снижения амплитуд и искажения формы импульсов отраженных волн в случае шероховатых границ. Основным отличием отраженных волн от шероховатых границ в данном эксперименте является наличие отражений на всем протяжении наблюдения , в то время как для гладкой границы отраженная волна наблюдается достаточно уверенно только до некоторого определенного угла падения (около 40 градусов).

Применительно к моделированию шероховатых границ в коре выветривания и подобных геологических структурах полученные данные означают, что при выборе их параметров должны привлекаться геологические обоснования как по отношению к характерным размерам, так и формам неоднородностей.

В 4.5 экспериментально исследуется поведение аномальной медленной волны ( БЬ-волны ) , впервые обнаруженной в полевых условиях при межскважинном прозвучивании флюидонасыщенных песчаников в районе Широтного Приобья ( Г.М. Голошубин, П.В. Крауклис, Л.А. Молотков ). Медленная волна может распространяться на расстояния, значительно больше

длины волны внутри пористого флюндонасыщенного слоя. Скорость медленной волны , ее интенсивность и частотный состав существенно зависят от мощности (11) слоя. С уменьшением Ь интенсивность медленной волны

увеличивается , скорость понижается, наблюдается смещение спектра в область низких частот. С удалением от слоя медленная волна очень быстро (экспоненциально) затухает.

В задачи настоящих исследований входила экспериментальная оценка условий возбуждения и приема аномальных БЬ-волн, их скоростных, спектральных и поляризационных характеристик. В опытах использовалась плоская и объемная модели тонкого жидконасыщенного слоя. Для сравнения проводились наблюдения на данных моделях при заполнении слоя воздухом. При возбуждении и приеме акустических колебаний непосредственно в тонком пласте удалось зарегистрировать интенсивную медленную волну ( высокая амплитуда, низкая частота - около 10 КГц, скорость - 620 м/с ), однозначно связанную с флюидонасыщением слоя. Ее высокая амплитуда соответствует теоретически предсказанному аномально низкому затуханию данной волны вдоль слоя (П.В. Крауклнс, 1964). Также проводился ряд экспериментов по возбуждению БЬ-волны источником упругих колебаний, находящимся вдали от тонкого флюндонасыщенного слоя. После низкочастотной фильтрации зарегистрированных сейсмограмм удалось выделить достаточно интенсивную медленную волну. Оценка времени прихода БЬ-волны показывает, что область ее образования находится в зоне нормального падения продольной волны на тонкий слой.

Исследование поляризационных характеристик аномальной медленной волны проводилось на модели, более приближенной к реальной ситуации - трехмерной модели пористого флюндонасыщенного тонкого пласта ( пористость 31 % ). Технология получения данного слоя, имитирующего продуктивный пласт, описана в п. 3.4. Анализ сейсмограмм с различными комбинациями поляризаций источника и приемников акустических колебаний показывает, что наименьшая интенсивность медленной волны наблюдается

при Z - приеме ( поляризация возбуждения при этом не играет значительной роли ), а наибольшая - при X - и У-приеме. Судя по интенсивности отраженной БЬ-волны , Х-Х является наиболее оптимальной схемой возбуждения - приема медленной волны. Это хорошо согласуется с натурными наблюдениями и с теоретическими расчетами ( Г.М. Голошубин, П.В. Крауклис и др., 1993, 1994).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным результатом выполненной работы является создание аппаратуры и технологии для экспериментального изучения распространения сейсмических волн в условиях сложных структур, направленной на повышение достоверности и эффективности сейсморазведочных работ в Западной Сибири.

Отличительной чертой аппаратурно-методического комплекса является цифровая регистрация с записью на диск и магнитную ленту, оперативный контроль , обработка , визуализация результатов и компьютерное управление (также с возможностью управления и регистрации данных на стандартной сейсмической станции).

Комплектация компьютерного комплекса усовершенствованными пьезоэлектрическими датчиками ( базовая конструкция Л.Д. Гика, Б.А. Боброва, Ю.А. Орлова ) , которые выгодно отличаются от ранее применявшихся более широкой полосой частот, точечностью излучения и приема, двукомпонентной регистрацией, позволила получить более ясную, точную и достоверную информацию о волновых полях в модели и дало возможность проведения исследований на всех типах волн с применением поляризационного анализа. Ранее получить информацию в таком полном объеме не было возможности .

Предложенное расширение возможностей аппаратуры позволяет выйти на качественно новый уровень исследований, и от наблюдений на отдельных профилях перейти к

регистрации полей по системам с многократным перекрытием и произвольным системам наблюдения.

Архитектурах! программное обеспечение компьютерного комплекса дает возможность проводить интерактивную обработку информации моделирования по различным алгоритмам, в том числе и в ходе самого эксперимента.

Предложена технология создания искусственных сред, имитирующих осадочную толщу с регулируемой скоростью акустических волн, созданная на основе эпоксидного компаунда с различными комбинациями наполнителей. Данная технология отличается большим диапазоном варьируемых скоростей (1400 - 3500 м/с) , высокой скоростью приготовления моделей ввиду быстрой полимеризации при комнатной температуре, стабильностью акустических характеристик (плотность, скорость Р- и Б- волн), отменной адгезией, нулевой усадкой материала с течением времени и т.д.

Кроме того , разработана методика моделирования пористых зернистых сред, имитирующих реальные коллекторы, с управляемыми характеристиками. Разработка характеризуется высокой технологичностью, скоростью приготовления, достаточно широким интервалом изменения пористости ( от 20 до 40 % ). Предлагаемая методика может быть использована как в физическом моделировании, так и в других областях нефтегазовой геофизики.

По результатам физического моделирования проведен детальный анализ структуры волнового поля над типизированными неантиклинальными ловушками углеводородов : клиноформной структурой, характерной для низов неокомских осадочных отложений Западной Сибири и ловушки гипергенного типа в фундаменте, характерной для структуры Горелого месторождения. Получены сейсмические образы ловушек данного типа, накоплен обширный тестовый материал. Кроме того, проведено моделирование процесса обработки сейсмических данных для указанных структур с целью тестирования стандартных процедур обработки и синтеза наиболее оптимального графа обработки и интерпретации.

Используя методику моделирования пористых зернистых сред, на двумерных и трехмерных моделях, включающих тонкий флюидо- и воздухонасыщенный слой, исследовалось поведение аномальной медленной низкочастотной волны. Показано, что появление ее однозначно связано с флюидонасьицением слоя. Установлено также , что медленная волна слабо затухает в самом слое и чрезвычайно сильно вне его. Используя двукомпонентные датчики, применяя поляризационный анализ, обнаружено, что траектория движения частиц среды под действием медленной волны приобретает эллипсоидальный характер. Данные

экспериментальных наблюдений БЬ-волны хорошо

согласуются с теоретическими решениями и натурными исследованиями (Г.М. Голошубин, П.В. Крауклис и др.).

Экспериментально исследованы особенности коэффициентов отражения - прохождения сейсмических волн на шероховатых границах раздела сред с различной формой неоднородностей. Обнаружена зависимость их от параметров и конкретной формы сейсмических шероховатостей. Показано, что при больших углах падения, независимо от формы шероховатостей, возможна регистрация достаточно сильных отражений от шероховатых границ.

В целом, полученные результаты исследования волновых полей применимы при постановке сейсморазведочных работ, обработке и интерпретации данных при поисках месторождений нефти и газа (особенно нетрадиционных ловушек углеводородов) в сложных геологических условиях Севера Западной Сибири. Установка ультразвукового моделирования может быть использована также в акустике, сейсмологии и других областях знаний, связанных с исследованием волновых полей.

Исследования по сейсмическому моделированию волновых полей для обеспечения геологоразведочных работ необходимо продолжить. В настоящее время особенно важное значение приобретает моделирование сред, более приближенных к реальным : пористых, трещиноватых, микронеоднородных, анизотропных и т.д.

Безусловно, требуется дальнейшее совершенствование аппаратуры , датчиков и технологии моделирования с целью повышения чувствительности, быстродействия, расширения (в сторону повышения) области рабочих частот, что позволит охватить более широкий круг используемых материалов, получать более компактные модели и т.д.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах :

1. Кауров В.В., Верховский A.M., Кондрашов А.Д. Разработка систем ультразвукового сейсмического моделирования . Тезисы докладов отраслевой научно -практической конференции молодых специалистов Главнефтегеофизики. Тюмень, 1989, с. 6-8.

2. Кауров В.В., Голошубин Г.М., Верховский A.M., Кондрашов А.Д. Некоторые результаты применения физического моделирования для изучения шероховатых границ. Тезисы докладов отраслевой научно - практической конференции молодых специалистов Главнефтегеофизики. Тюмень, 1989, с. 9-10.

3. Голошубин Г.М., Верховский A.M., Кауров В.В., Кондрашов А.Д., Нежданов A.A. Опыт физического моделирования клиноформных структур. Науч. - технич. достижения и передовой опыт в обл. геол. и разведки недр : Науч. - техн. информ. сборник. ВИЭМС . М., 1990. Вып.5, с. 45-50.

4. Кауров В.В. Комплекс ультразвукового сейсмического моделирования. Науч. - техн. достижения и передовой опыт в обл. геол. и разведки недр : Научн. -техн. информ. сб. МГП "Геоинформмарк". 1992. Вып.5, с. 52-56.

5. Голошубин Г.М., Верховский A.M., Кауров В.В., Ротбергер Е.А. Использование физического сейсмомоделирования для оценки влияния обработки способом ОГТ. Науч. - техн. достижения и передовой опыт в обл. геол. и разведки недр : Научн. - техн. информ. сб. МГП "Геоинформмарк". 1992. Вып.5, с. 57-62.