Помощь студентам в учебе
Оценка поглощающих и отражающих свойств геологических сред по данным продольного вертикального сейсмического профилирования
|
Введение 8
1. Задачи и методы сейсмической разведки 12
1.1.Основные задачи и методы сейсморазведки 12
1.2. Метод вертикального сейсмического профилирования 14
1.3. Поглощениеи отражениесейсмических волн в геологических средах 17
1.3.1. Отражение сейсмических волн 17
1.3.1. Поглощение сейсмических волн 20
1.4. Обзор существующих методов оценки отражающих и поглощающих
свойств геологических сред 24
2. Модели распространения сейсмических волн в геологических средах 27
2.1. Амплитудные модели 28
2.2. Модели частотно-зависимого поглощения 30
2.2.1. Существующие модели частотно-зависимого поглощения 30
2.2.2. Разработанная модель частотно-зависимого поглощения 32
3. Исследование алгоритмов оценки параметров поглощающих сред 35
3.1. Амплитудный метод оценки параметров поглощающих сред 35
3.2. Исследование моделей частотно-зависимого поглощения 38
3.2.1. Исследование существующих моделей частотно-зависимого
поглощения 38
3.2.2. Анализ разработанной модели частотно-зависимого поглощения ... 40
Заключение 45
Список использованных источников 47
1. Задачи и методы сейсмической разведки 12
1.1.Основные задачи и методы сейсморазведки 12
1.2. Метод вертикального сейсмического профилирования 14
1.3. Поглощениеи отражениесейсмических волн в геологических средах 17
1.3.1. Отражение сейсмических волн 17
1.3.1. Поглощение сейсмических волн 20
1.4. Обзор существующих методов оценки отражающих и поглощающих
свойств геологических сред 24
2. Модели распространения сейсмических волн в геологических средах 27
2.1. Амплитудные модели 28
2.2. Модели частотно-зависимого поглощения 30
2.2.1. Существующие модели частотно-зависимого поглощения 30
2.2.2. Разработанная модель частотно-зависимого поглощения 32
3. Исследование алгоритмов оценки параметров поглощающих сред 35
3.1. Амплитудный метод оценки параметров поглощающих сред 35
3.2. Исследование моделей частотно-зависимого поглощения 38
3.2.1. Исследование существующих моделей частотно-зависимого
поглощения 38
3.2.2. Анализ разработанной модели частотно-зависимого поглощения ... 40
Заключение 45
Список использованных источников 47
Задача поиска залежей нефти и газа в земной коре является актуальной задачей и привлекает исследователей из различных областей науки и техники своей сложностью и разнообразием методов решения. Сложность поиска месторождений нефти и газа заключается в том, что регистрируемое различными методами сейсморазведки волновое поле и получаемые по нему характеристики разреза отражают геологические параметры среды, но несут их косвенно.
Ввиду особого строения земной коры (среду неупругая, в большинстве своем неоднородная, наблюдаются разломы, наклонные границы сред, слои различной мощности), влияния интерференции, влияния отражения от границ сред с различными характеристиками, диссипативных свойств рассеивания и поглощения, а также других факторов, регистрируемые пространственно временные сигналы (волны) характеризуются повышенной многофакторностью, имеют интерференционный характер, подвергаются влиянию помех.
Ввиду указанных причин решение задач сейсморазведки: прямых - расчета модельных волновых полей различной сложности на основе задаваемых параметров сейсмогеологического разреза, и обратных - определения внутреннего строения земной коры, ее геологических характеристик по зарегистрированному полю упругих колебаний(рис. 1), становится более сложным и трудоемким.
Существующие идеально-упругие интерпретационные модели, используемые большинством исследователей в качестве приближенного представления реальной геологической среды, не позволяют получить информацию о наличии нефти и газа в пласте-коллекторе из-за ряда причин, одними из которых могут быть грубое упрощение модели или отсутствие в ней важных характеристик (например, учета поглощения).
Теоретические исследования в области физики горных пород, наземные, скважинные и лабораторные исследования показывают, что для расчета модельных волновых полей, наиболее близких к реальным, в модели следует учитывать неупругие свойства насыщенных пористых сред. Исследования [1] показали, что на характеристики распространяющихся в насыщенных пористых средах упругих колебаний влияет их насыщение углеводородами: наблюдаются аномально высокие величины поглощения в широком диапазоне частот.
Один из классов задач, решаемых по данным продольного вертикального сейсмического профилирования (по данным с ближнего пункта взрыва (БПВ) ВСП), относится к решению обратных задач и оценке физических характеристик волнового поля. По физическим характеристикам геологической среды можно оценивать значения параметров разреза: скорости, плотности, поглощение и т.д.В отличие от непродольного ВСП (где наблюдаются все типы волн: продольные, поперечные, преломленные, дифрагированные и т.д.), использование данных продольного ВСП позволяет представлять систему распространения волн на БПВ ВСП в виде нормального падения луча на
границы раздела сред, что упрощает создание и исследование соответствующих математических моделей геологических сред.
Задачей включения в модель геологической среды поглощения и отражения занимались как иностранные, так и отечественные исследователи. Зачастую исследователи не разделяют такие параметры как затухание волн и поглощение (Воскресенский, Авербух и др.), поскольку оба параметра тесно взаимосвязаны, трудноразделимы и количественно сложно обусловлены. Некоторые выводы выражений для количественной оценки поглощения и отражения получены практически, по данным экспериментов или теоретически (Авербух, Трапезникова, Рыжков).При анализе имеющейся литературы по теме сделан вывод о том, что коэффициенты отражения и поглощения в неупругих геологических средах описываются сложными выражениями, их исследование в общем виде затруднено, а выполненные численные расчеты для отдельных наборов параметров иногда приводят различных авторов к различным выводам.
Описываемые многими авторами задачи оценки поглощения и отражения решаются в виде прямых задач сейсморазведки. Решение же обратных задач (оценка поглощающих и отражающих свойств геологических сред) встречается не часто и приводит к выводу о том, что решение обратных задач сводится к получению некоторых других характеристик, косвенно связанных с поглощением и отражением (Рапопорт, Рыжков, Авербух).
Ввиду выше изложенного, проблемы оценки отражающих и поглощающих свойств геологических сред имеют серьезный теоретический задел.
Объектом исследования является геологическая среда и распространяющиеся в ней сейсмические волны. Предмет исследования - отражающие и поглощающие свойства геологических сред.
Цель работы - исследовать методы оценки поглощающих и отражающих свойств геологических сред по данным продольного вертикального сейсмического профилирования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) провести анализ существующих моделей распространения сейсмических волн в геологических средах;
2) определить общие походы к оценке поглощающих и отражающих свойств геологических сред;
3) реализовать и провести исследования основных методов оценки поглощающих и отражающих свойств геологических сред по данным продольного вертикального сейсмического профилирования.
Решению вышеуказанных задач и посвящены следующие разделы магистерской диссертации.
Ввиду особого строения земной коры (среду неупругая, в большинстве своем неоднородная, наблюдаются разломы, наклонные границы сред, слои различной мощности), влияния интерференции, влияния отражения от границ сред с различными характеристиками, диссипативных свойств рассеивания и поглощения, а также других факторов, регистрируемые пространственно временные сигналы (волны) характеризуются повышенной многофакторностью, имеют интерференционный характер, подвергаются влиянию помех.
Ввиду указанных причин решение задач сейсморазведки: прямых - расчета модельных волновых полей различной сложности на основе задаваемых параметров сейсмогеологического разреза, и обратных - определения внутреннего строения земной коры, ее геологических характеристик по зарегистрированному полю упругих колебаний(рис. 1), становится более сложным и трудоемким.
Существующие идеально-упругие интерпретационные модели, используемые большинством исследователей в качестве приближенного представления реальной геологической среды, не позволяют получить информацию о наличии нефти и газа в пласте-коллекторе из-за ряда причин, одними из которых могут быть грубое упрощение модели или отсутствие в ней важных характеристик (например, учета поглощения).
Теоретические исследования в области физики горных пород, наземные, скважинные и лабораторные исследования показывают, что для расчета модельных волновых полей, наиболее близких к реальным, в модели следует учитывать неупругие свойства насыщенных пористых сред. Исследования [1] показали, что на характеристики распространяющихся в насыщенных пористых средах упругих колебаний влияет их насыщение углеводородами: наблюдаются аномально высокие величины поглощения в широком диапазоне частот.
Один из классов задач, решаемых по данным продольного вертикального сейсмического профилирования (по данным с ближнего пункта взрыва (БПВ) ВСП), относится к решению обратных задач и оценке физических характеристик волнового поля. По физическим характеристикам геологической среды можно оценивать значения параметров разреза: скорости, плотности, поглощение и т.д.В отличие от непродольного ВСП (где наблюдаются все типы волн: продольные, поперечные, преломленные, дифрагированные и т.д.), использование данных продольного ВСП позволяет представлять систему распространения волн на БПВ ВСП в виде нормального падения луча на
границы раздела сред, что упрощает создание и исследование соответствующих математических моделей геологических сред.
Задачей включения в модель геологической среды поглощения и отражения занимались как иностранные, так и отечественные исследователи. Зачастую исследователи не разделяют такие параметры как затухание волн и поглощение (Воскресенский, Авербух и др.), поскольку оба параметра тесно взаимосвязаны, трудноразделимы и количественно сложно обусловлены. Некоторые выводы выражений для количественной оценки поглощения и отражения получены практически, по данным экспериментов или теоретически (Авербух, Трапезникова, Рыжков).При анализе имеющейся литературы по теме сделан вывод о том, что коэффициенты отражения и поглощения в неупругих геологических средах описываются сложными выражениями, их исследование в общем виде затруднено, а выполненные численные расчеты для отдельных наборов параметров иногда приводят различных авторов к различным выводам.
Описываемые многими авторами задачи оценки поглощения и отражения решаются в виде прямых задач сейсморазведки. Решение же обратных задач (оценка поглощающих и отражающих свойств геологических сред) встречается не часто и приводит к выводу о том, что решение обратных задач сводится к получению некоторых других характеристик, косвенно связанных с поглощением и отражением (Рапопорт, Рыжков, Авербух).
Ввиду выше изложенного, проблемы оценки отражающих и поглощающих свойств геологических сред имеют серьезный теоретический задел.
Объектом исследования является геологическая среда и распространяющиеся в ней сейсмические волны. Предмет исследования - отражающие и поглощающие свойства геологических сред.
Цель работы - исследовать методы оценки поглощающих и отражающих свойств геологических сред по данным продольного вертикального сейсмического профилирования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) провести анализ существующих моделей распространения сейсмических волн в геологических средах;
2) определить общие походы к оценке поглощающих и отражающих свойств геологических сред;
3) реализовать и провести исследования основных методов оценки поглощающих и отражающих свойств геологических сред по данным продольного вертикального сейсмического профилирования.
Решению вышеуказанных задач и посвящены следующие разделы магистерской диссертации.
В процессе исследований рассмотрены основные термины и методы сейсморазведки, исследовано распространение искусственно возбужденных волн в геологических средах, поглощающие и отражающие свойства геологических сред и границ.
Подробно исследован метод продольного ВСП, позволяющий получать характеристики геологической среды в глубинном масштабе для дальнейшего поиска залежей нефти и газа, привязки данных наземной и скважинной сейсморазведки.
В качестве моделей для изучения свойств геологических сред выбраны модели, характеризующие поглощающие и отражающие свойства: амплитудные модели и модели частотно-зависимого поглощения.
Найдены общие походы к оценке поглощающих и отражающих свойств геологических сред по амплитудным моделям и моделям частотно-зависимого поглощения. Для количественной характеристики поглощения чаще всего используются следующие параметры, характеризующие поглощение: декремент поглощения, коэффициент поглощения и добротность среды.
Первый подход основывается на амплитуды с расстоянием в виде экспоненты, а полученные значения коэффициента поглощения по амплитудам продольного ВСП скважины Даненберговская 7 Томской области варьируются от 0 до 0,01 м-1. По результатам исследования амплитудного метода составлена сводная схема стратиграфической привязки по данным продольного ВСП, скважинных методов ГИС, полученных коэффициентов отражения и поглощения и литологии в скважине. Сделаны выводы о том, что в данном методе производится решение прямых задач, оценка поглощения и отражения производится раздельно, полученные оценки поглощения не чувствительны к акустическим геологическим границам, а поглощение как характеристика является неотъемлемой частью затухания (в которое также входит коэффициент преломления и отражения), которое
оценить отдельно невозможно. Также использование данного метода затрудняется ввиду отсутствия реальных амплитуд колебаний, не усиленных при переводе из аналогового в цифровой формат при полевой регистрации.
Второй подход к оценке поглощающих и отражающих свойств геологических сред подразумевает оценку частотно-зависимого поглощения и использования фазочастотных характеристик распространяющихся сейсмических волн.Использование данного метода затруднено ввиду особенности выбора частоты, используемой для расчета частотной характеристики среды.
Оценка поглощения и отражения по данным ВСП может также проводиться на основе анализа скоростей по прослеженному годографу по сейсмограммам ближнего пункта наблюдений ВСП. В скважинах Конторовичская 5 и Даненберговская 7 Томской области методом узкополосной фильтрации по разработанной в рамках данной магистерской диссертации модели прослежены годографы прямой падающей волны для частот 20Гц, 30Гц, 40Гц, 50Гц и 60Гц по первым вступлениям и получены интервальные и средние скорости. По последним определялся декремент поглощения, значения которого варьируются в пределах ±3 10-4. Отличительной характеристикой данного метода являлось решение обратной задачи. Указанный метод, как и ранее приведенные, имеет недостатки: не соблюдается теоретические положения о положительном значении коэффициента поглощения и затухании высоких частот с глубиной, вызванном их поглощением.
Как показали исследования на реальных данных, оценка поглощающих свойств сводится к получению некоторых других характеристик, косвенно связанных с поглощением и отражением. И получить корректную и геологически обоснованную оценку поглощающих свойств геологических сред методами с частотно-зависимым поглощением не предоставляется возможным.
Подробно исследован метод продольного ВСП, позволяющий получать характеристики геологической среды в глубинном масштабе для дальнейшего поиска залежей нефти и газа, привязки данных наземной и скважинной сейсморазведки.
В качестве моделей для изучения свойств геологических сред выбраны модели, характеризующие поглощающие и отражающие свойства: амплитудные модели и модели частотно-зависимого поглощения.
Найдены общие походы к оценке поглощающих и отражающих свойств геологических сред по амплитудным моделям и моделям частотно-зависимого поглощения. Для количественной характеристики поглощения чаще всего используются следующие параметры, характеризующие поглощение: декремент поглощения, коэффициент поглощения и добротность среды.
Первый подход основывается на амплитуды с расстоянием в виде экспоненты, а полученные значения коэффициента поглощения по амплитудам продольного ВСП скважины Даненберговская 7 Томской области варьируются от 0 до 0,01 м-1. По результатам исследования амплитудного метода составлена сводная схема стратиграфической привязки по данным продольного ВСП, скважинных методов ГИС, полученных коэффициентов отражения и поглощения и литологии в скважине. Сделаны выводы о том, что в данном методе производится решение прямых задач, оценка поглощения и отражения производится раздельно, полученные оценки поглощения не чувствительны к акустическим геологическим границам, а поглощение как характеристика является неотъемлемой частью затухания (в которое также входит коэффициент преломления и отражения), которое
оценить отдельно невозможно. Также использование данного метода затрудняется ввиду отсутствия реальных амплитуд колебаний, не усиленных при переводе из аналогового в цифровой формат при полевой регистрации.
Второй подход к оценке поглощающих и отражающих свойств геологических сред подразумевает оценку частотно-зависимого поглощения и использования фазочастотных характеристик распространяющихся сейсмических волн.Использование данного метода затруднено ввиду особенности выбора частоты, используемой для расчета частотной характеристики среды.
Оценка поглощения и отражения по данным ВСП может также проводиться на основе анализа скоростей по прослеженному годографу по сейсмограммам ближнего пункта наблюдений ВСП. В скважинах Конторовичская 5 и Даненберговская 7 Томской области методом узкополосной фильтрации по разработанной в рамках данной магистерской диссертации модели прослежены годографы прямой падающей волны для частот 20Гц, 30Гц, 40Гц, 50Гц и 60Гц по первым вступлениям и получены интервальные и средние скорости. По последним определялся декремент поглощения, значения которого варьируются в пределах ±3 10-4. Отличительной характеристикой данного метода являлось решение обратной задачи. Указанный метод, как и ранее приведенные, имеет недостатки: не соблюдается теоретические положения о положительном значении коэффициента поглощения и затухании высоких частот с глубиной, вызванном их поглощением.
Как показали исследования на реальных данных, оценка поглощающих свойств сводится к получению некоторых других характеристик, косвенно связанных с поглощением и отражением. И получить корректную и геологически обоснованную оценку поглощающих свойств геологических сред методами с частотно-зависимым поглощением не предоставляется возможным.