Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Вибросейсморазведка на монохроматических волнах при нефтегазопоисковых работах

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

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Михайлов, Владимир Александрович, Саратов

/

министерство природных ресурсов российской

федерации

нижне-волжский научно-исследовательский институт геологии и геофизики

На правах рукописи

Михайлов Владимир Александрович

удк 550.834.535:553.98

ВИБРОСЕЙСМОРАЗВЕДКА НА МОНОХРОМАТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ ПРИ НЕФТЕГАЗОПОИСКОВЫХ РАБОТАХ

Специальность: 04.00.12. - Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук И.И. Хараз

Научный консультант: кандидат технических наук А.М. Иванчук

саратов -

1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................3

Глава 1. Монохроматическая вибросейсморазведка, ее основные

черты и особенности................................ 10

1.1 Краткая история развития и применения вибросейсмического метода и его монохроматической модификации .... 11

1.2 Сравнительная характеристика основных параметров монохроматических и ЛЧМ сигналов....................................18

1.2.1 Амплитудные спектры и величина базы сигналов..............18

1.2.2 Автокорреляционные функции сигналов..............................24

1.2.3 Разрешающая способность и динамический диапазон корреляционного преобразования сигналов . .............. 28

Глава 2. Основные принципы формирования операторов монохроматического преобразования..............................................33

2.1 Монохроматические преобразования в периоде и в полупериоде .......................................... 36

2.2 Классификация операторов монохрома................................50

Глава 3. Разработка новых способов и технологий монохроматического преобразования............................................................59

3.1 Влияние «конусности» и шага дискретизации записи на эффективность способов монохроматического преобразования ............................................ 59

3.2 Способ монохроматического преобразования, основанный

на применении операторов обратной фильтрации........ 73

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований по разработке способа вибросейсморазведки на монохроматических волнах.......................................... 83

4.1 Позиционные наземные наблюдения....................................83

4.2 Наблюдения во внутренних точках среды............... 122

4.3 Профильные наблюдения........................... 144

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................. 183

ЛИТЕРАТУРА.............................................. 186

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. На рубеже XXI века можно констатировать все возрастающее значение геофизических исследований в изучении нефтегазоносных бассейнов, открытии месторождений и подготовке их к разработке. Создание в нашей стране крупнейшего нефтегазового комплекса сопровождалось динамичным развитием и совершенствованием методов разведочной геофизики, компьютеризацией всей системы геофизических работ. В применяемом в настоящее время комплексе поисково-разведочных работ на нефть и газ основным геофизическим методом является сейсморазведка.

Постоянное усложнение решаемых геологических задач требует дальнейшего развития и совершенствования теоретических основ, технико-методических приемов и способов сейсморазведки, ускоренного внедрения в производство передовых технологий, отличающихся повышенной помехоустойчивостью, разрешающей способностью, а также обладающих максимально возможной рентабельностью при решении задач, связанных с увеличением детальности и глубинности исследований, с картированием сложно-построенных объектов, неструктурных ловушек углеводородов, прогнозом петрофизических характеристик горных пород и оценкой их нефтегазоносно-сти.

Одним из перспективных направлений при решении этих задач является разработка и внедрение в производство монохроматической модификации вибросейсморазведки. Известны результаты исследований по применению различных способов монохроматической вибросейсморазведки, показавшие их значительные потенциальные возможности и преимущества перед вибросейсморазведкой, использующей модулированные свип-сигналы.

Однако для широкого промышленного применения монохроматической модификации вибросейсморазведки необходимо решить ряд принципиально важных вопросов теоретического и технико-методического плана, связанных с обоснованием и разработкой наиболее эффективных способов производства полевых работ и обработки монохроматических сейсмозаписей.

Данная работа посвящена, с одной стороны, разработке теоретических основ анализа и синтеза операторов монохроматического преобразования для

гармонических сигналов ограниченной длительности, а, с другой стороны, направлена на разработку методики полевых работ и современных способов обработки монохроматических виброграмм, отличающихся повышенной помехоустойчивостью и разрешающей способностью.

Цель работы.

Цель работы состоит в теоретико-экспериментальном обосновании и разработке способов вибросейсморазведки на монохроматических волнах для повышения ее эффективности при нефтегазопоисковых работах.

Основные задачи работы. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

• анализ современного состояния монохроматической модификации вибросейсморазведки с позиции решения одной из ключевых проблем: поиска и разработки наиболее эффективных способов и технологий преобразования монохроматических виброграмм к импульсному виду;

• разработка теоретических основ преобразования гармонических сигналов ограниченной длительности и принципов формирования операторов монохрома;

• разработка новых способов преобразования для монохроматических сигналов произвольной частоты с учетом влияния «конусности» и шага дискретизации записи;

• обоснование способа монохроматического преобразования, основанного на принципе обратной фильтрации;

• разработка технологии корреляционного преобразования монохроматических виброграмм, базирующейся на оценке реальной формы зондирующего сигнала;

• разработка способа сейсмической разведки, основанного на использовании импульсного эффекта виброисточников, работающих в режиме монохроматического излучения сейсмических колебаний в диапазоне частот, используемом в нефтегазопоисковой вибросейсморазведке, и обоснование возможности его практической реализации в системе наблюдений МОГТ;

• экспериментальное обоснование способа монохроматической вибросейсморазведки, базирующегося на регистрации и специализированной обработке полевых виброграмм на основной частоте изучаемого моносигнала

и кратных частотах, соответствующих волнам-гармоникам.

Научная новизна.

1. Теоретически обоснованы основные принципы формирования операторов монохроматического преобразования, включающие анализ и синтез операторов монохрома различного вида во временной и в частотной областях. На основе полученных соотношений разработана схема классификации операторов монохрома для гармонических сигналов ограниченной длительности.

2. Показаны принципиальная и практическая возможности реализации монохроматических преобразований, основанных на применении обратной фильтрации.

3. Экспериментально изучены кинематические и динамические характеристики сейсмического волнового поля, возбуждаемого в монохроматическом режиме работы вибраторов при наземных и скважинных наблюдениях, что позволило усовершенствовать способы проведения полевых работ и технологию обработки материалов.

4. Разработаны новые способы и технологии обработки монохроматических виброграмм, отличающиеся повышенной помехоустойчивостью и разрешающей способностью.

5. Впервые в системе многократного профилирования на моночастотных сигналах получены суммарные временные разрезы МОГТ, превосходящие по своей информативности аналогичные временные разрезы на ЛЧМ сигналах, что подтверждает перспективность использования монохроматической модификации вибросейсморазведки при изучении строения осадочного чехла и поверхности фундамента в платформенных сейсмогеологических условиях.

6. Изучены импульсные эффекты, возникающие при воздействии вибрационных источников на среду, в диапазоне моночастотных посылок 10-90 Гц и экспериментально доказана возможность их практического использования для изучения строения реального геологического разреза. В результате реализации технологии 2-х этапной обработки полевых материалов впервые получен суммарный временной разрез МОГТ по импульсным сейсмическим

записям, зарегистрированным после прекращения монохроматического вибровоздействия.

7. Установлены закономерности в характере изменения относительного уровня волн-гармоник для различных приповерхностных сейсмогеологиче-ских условий. Экспериментально доказана возможность практического использования энергии волн-гармоник, образующихся при монохроматическом режиме воздействия виброисточника на грунт, с целью получения дополнительной информации об особенностях строения геологического разреза.

8. Разработаны и экспериментально опробованы новые способы монохроматической модификации вибросейсморазведки, основанные на использовании энергии импульса разгрузки и волн-гармоник, возникающих в процессе передачи силового воздействия вибратора на среду и в момент прекращения виброизлучения.

Новизна технико-методических решений подтверждена патентами Российской Федерации.

Практическая ценность работы.

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые способы проведения полевых работ и технологии обработки материалов вибросейсморазведки на монохроматических волнах, позволяющие повысить эффективность поисково-разведочных работ на нефть и газ в платформенных сейсмогеологических условиях. Повышение динамической выраженности и разрешенности записи, достигнутое в результате применения разработанных способов, обеспечивает надежное прослеживание первой жесткой границы в условиях ее высокого залегания и криволинейной поверхности, а также целевых отражающих горизонтов в отложениях каменноугольного и девонского возраста в условиях их значительной тектонической раздробленности. Получена дополнительная информация о строении нижнего интервала осадочного чехла и поверхности кристаллического фундамента, что способствует уточнению геолого-геофизической модели изучаемой среды и, в частности, решению задачи более надежного выделения и трассирования тектонических нарушений. Положительные результаты опробования разработанных способов позволяют рекомендовать их для применения в других регионах.

Реализация работы в производстве.

Проведено опытно-промышленное внедрение разработанных способов монохроматической вибросейсморазведки в различных сейсмогеологических условиях на ряде площадей Саратовской и Астраханской областей Саратовской и Прикаспийской геофизическими экспедициями, выполнявшими эти работы в рамках программы геофизических исследований НВ НИИГГ по контрактам с Министерством природных ресурсов РФ.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы рассматривались на Международных геофизических конференциях БЕС, ЕАГО (г. Санкт-Петербург, 1995,1996гг.), на Всесоюзной геофизической конференции (г. Москва, 1994г.), на заседании НТС «Нефтегеофизика» (г. Москва, 1994г), на зональных совещаниях в Астрахангеолкоме (г. Астрахань, 1995г.), в ОАО «Саратовнефтегаз» (г. Саратов, 1998г.), на заседаниях Ученого Совета НВ НИИГГ (г. Саратов, 1993-1999гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано десять работ, включая пять изобретений.

Фактический материал и личный вклад автора.

В основу диссертационной работы положены результаты теоретических, методических и экспериментальных исследований, полученные автором за период разработки и внедрения вибросейсмического метода на монохроматических волнах с 1992г. по 1998г. Научно-исследовательские работы выполнялись автором в Нижне-Волжском НИИ геологии и геофизики в качестве ответственного исполнителя госбюджетных проектов. Под научно-методическим руководством автора Саратовской геофизической экспедицией проведено опытно-промышленное внедрение разработанных способов и технологий монохроматической вибросейсморазведки на ряде площадей Саратовской области. При подготовке диссертации использовались полевые материалы наземных и скважинных наблюдений, полученные ОМГЭ Нарофомин-ского филиала НПО «Нефтегеофизика». Постановка основных задач, выбор

направлений и методов их решений осуществлялись непосредственно автором.

Защищаемые положения.

1. Основы теории анализа и синтеза операторов монохрома, разработанные с позиций одноканальной цифровой фильтрации, позволяют сформулировать основные принципы формирования операторов монохроматического преобразования различного типа для гармонических сигналов ограниченной длительности, применяемых в монохроматической модификации вибросейсморазведки, а также построить схему их классификации в рамках линейных и нелинейных процедур обработки.

2. Способы монохроматического преобразования и технологии обработки моночастотных виброзаписей, разработанные с учетом искажений формы записи реально возбуждаемых вибраторами зондирующих сигналов, обеспечивают повышение помехоустойчивости и разрешающей способности выполняемых преобразований, а также позволяют снять ряд ранее существовавших ограничений на форму записи и частоту сигналов, применяемых в монохроматической модификации вибросейсморазведки.

3. Разработанные методические приемы, способы проведения полевых наблюдений и специализированной обработки монохроматических виброзаписей обеспечивают повышение геологической эффективности метода вибросейсморазведки на монохроматических волнах при нефтегазопоисковых работах в сложных сейсмогеологических условиях платформенного типа, характеризующихся резкой расчлененностью и высоким залеганием первой жесткой границы, а также значительной тектонической раздробленностью изучаемых территорий.

Автор выражает глубокую благодарность своим руководителям И.И.Харазу и А.М.Иванчуку за постоянное внимание к разработке темы, неоднократные обсуждения результатов, критические замечания и предложения. Автор благодарит также сотрудников геофизических подразделений НВНИИГГ и других организаций за участие в реализации ряда идей автора по разработке новых способов монохроматической вибросейсморазведки - О.И. Шкуратова, А.Г. Гаврикова, В.П. Губатенко, Е.Я. Сахнову, Г.А. Бутенко, В.А. Глечикова, К.П. Андрейченко, Д.К. Андрейченко, A.A. Макаркина, В.П. Лепешкина, Б.Д.

Ермакова, Р.Г. Берзина, В.А. Линькова, Д.М. Соболева, А.П. Жукова, Г.Ф. Макарова.

Существенное значение для выбора направления исследований имели творческие контакты с В.Б. Гаврюпшным, Б.И. Беспятовым, В.Н. Вялковым, В.М. Гурьяновым, В.Г. Балабановым, В.М. Маркушевичем.

Автор признателен за активное участие в организации и проведении опытно-промышленного внедрения разработанных технологий вибросейсморазведки В.А.Живодрову, В.Н.Денисову, В.А.Селезневу и всем, кто способствовал выполнению настоящей работы.

ГЛАВА 1. МОНОХРОМАТИЧЕСКАЯ ВИБРОСЕЙСМОРАЗВЕДКА, ЕЕ ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ И ОСОБЕННОСТИ.

Одной из главных отличительных особенностей современной сейсморазведки является широкое распространение и динамичное развитие невзрывного вибрационного способа возбуждения, регистрации и обработки сейсмических колебаний. Вибрационная сейсморазведка (ВСР) находит все большее применение как при решении задач, связанных с поиском и разведкой полезных ископаемых, так и при изучении глубинного строения Земли, прогнозирования землетрясений и т. д.

Среди способов невзрывного возбуждения сейсмических волн ВСР резко отличается новизной принципов, положенных в ее основу. Характерной особенностью вибрационного излучения сигналов в среду является использование длительных, переменных во времени и небольших по величине нагрузок, форма и спектральный состав которых может задаваться исследователем с учетом обеспечения наилучших условий формирования и регистрации полезных волн.

Возможность управления спектром посылаемого в среду колебания дает вибрационному способу принципиальные преимущества перед другими взрывными и невзрывными способами возбуждения сейсмических колебаний и тем самым открывает широкие перспективы для решения разнообразных задач в сейсморазведке и сейсмологии.

Перечислим основные преимущества вибрационных источников / 33, 57, 67, 90, 97 /.

• Хорошая повторяемость воздействий. Поскольку вибрационные источники сравнительно маломощны, они в минимальной степени нарушают сплошность среды. Остаточные деформации проявляются только после первых воздействий и при дальнейшей работе среда остается практически неизменной. Поэтому каждая посыл�