Введение 5
Глава I. Вертикальное сейсмическое профилирование в комплексах сейсмической разведки 10
1.1. Теоретические основы вертикального сейсмического профилирования 10
1.2. Существующие комплексы сейсмической разведки 19
1.3. Описание разработанного комплекса 27
1.4 Краткие выводы 35
Глава II. Методы и алгоритмы обработки, форматирования и регистрации сейсмических данных 37
2.1. Программное обеспечение комплекса проведения вертикального сейсмического
профилирования 37
2.2. Регистрация данных сейсмических трас 42
2.3. Обработка виброграмм 49
2.4 Форматирование и различные представления сейсмических данных 56
2.5. Краткие выводы 61
Глава III. Разработка и реализация программного обеспечения 64
3.1. Подсистема сбора и регистрации 64
3.2. Подсистема форматирования и представления 71
3.3. Подсистема обработки сейсмограмм 78
3.4. Программное обеспечение в режиме «ВСП» 80
3.5. Краткие выводы 85
Глава IV. Результаты использования и внедрения 87
4.1. Тестирование отдельных подсистем программного обеспечения 87
4.2. Испытания подсистемы обработки данных 89
4.3. Краткие выводы 90
Заключение
Литература
Достаточно большое количество нефтяных месторождений в нашей стране находится на стадии снижающейся добычи; многие месторождения, особенно неглубокие, истощаются. При этом активно развивающийся технический прогресс требует с каждым днем большего объема энергоносителей. В этой ситуации без разведки новых месторождений и доразведки уже разрабатываемых не обойтись, несмотря на то, что поисковые работы требуют больших затрат и окупаются только спустя несколько лет [1]. Исследование новых глубин земной коры и неизведанных пластов позволит обеспечить потребность в добываемых ресурсах.
Самым примитивным методом исследования земной коры является поисковое бурение, это крайне затратное геофизическое исследование как в финансовом плане, так и производственном. Также стоит отметить тот факт, что бурение предоставляет данные о породе только в непосредственной близости от скважины. На данный момент стоит выделить пять наиболее значащих методов геофизического поиска, а именно: магниторазведка, гравитационная разведка, электроразведка, сейсморазведка и радиометрия [2]. Каждый из приведенных методов обладает собственными особенностями и свойствами. Существенно сократить затраты на поисковое бурение, по мнению самих геофизиков, помогает сейсмическая разведка [1]. Высокая информативность данного метода с учетом его низкой стоимости относительно поискового бурения делает его основополагающим для исследования земной коры.
Сейсмическая разведка является ведущим методом геофизических исследований. Лидирующее положение метода в разведочной геофизике обусловлено его большой глубинностью при высокой детальности исследований [3]. Сейсмическая разведка (сейсморазведка) включает в себя комплекс методов исследований геологического строения земной коры, основанных на изучении особенностей распространения в ней искусственно возбужденных упругих волн. Сейсмические волны создаются в геологической среде с помощью взрыва в скважинах, либо с помощью специальных устройств невзрывного типа, которые воздействуют на поверхность земли в импульсном или вибрационном режиме. Вызванные взрывом, ударом или вибрацией сейсмического источника, упругие колебания распространяются во все стороны и проходят в толщу земной коры. Здесь они претерпевают преломление и отражение на границах горных пород с различными упругими свойствами и частично возвращаются к поверхности, где во множестве точек наблюдения регистрируются высокоточной аппаратурой. По записям этих
волн строят сейсмические изображения геологических объектов, что позволяет определить их глубины и формы, а также прогнозировать их литологический состав.
Благодаря своим возможностям сейсморазведка играет ключевую роль в региональных исследованиях земной коры, особенно в изучении мощных осадочных толщ. Чрезвычайно велико значение метода при поисках и разведке месторождений нефти и газа как на суше, так и на море. Сейсморазведку применяют для поисков углей и многих нерудных полезных ископаемых, в особенности таких как нефть и природный газ, а также для решения гидрогеологических, инженерно-геологических и геоэкологических задач. Все более активно она участвует в решении задач рудной геологии, изучающей сложные комплексы кристаллических пород [3].
Вертикальное сейсмическое профилирование является одним из методов скважинной сейсморазведки, в основе которого лежит изучение особенностей волнового поля во внутренних точках среды применительно к решению целого ряда задач по геологическому строению в зоне, близлежащей к каротируемой скважине [4]. Актуальность и основное преимущество данного метода заключаются в том, что данные вертикального сейсмического профилирования существенно расширяют информационную представительность об особенностях геологического строения и физических свойств среды не только по стволу скважины, но и в околоскважинном пространстве. Сейсмические наблюдения в скважинах методом вертикального сейсмического профилирования особенно востребованы на стадии доразведки, разведки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений [4].
Вертикальное сейсмическое профилирование имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами исследований, но также может применяться совместно с ними. По сравнению с наземной сейсмической разведкой, точность структурных построений, сделанных по данным ВСП, в 3-5 раз выше, чем по данным наземной сейсморазведки [1]. В отличие от методов каротажа, ВСП позволяет проводить оперативный прогноз разреза ниже забоя скважины, а также изучать пространство вокруг скважины на расстояниях, соизмеримых с её глубиной. ВСП в комплексе с наземной сейсморазведкой и каротажем успешно используют для оптимизации поисков и разведки месторождений нефти и газа, а также при их разработке и эксплуатации [5].
Для осуществления вертикального сейсмического профилирования необходим комплекс приема сейсмических сигналов в скважине. Вертикальное сейсмическое профилирование продолжает развиваться, современные требования к проведению ВСП предполагают аппаратуру нового поколения, а также совершенствование способов получения и обработки данных. Институт физики Казанского (Приволжского)
Федерального Университета совместно с «ТНГ-Групп» разработал аппаратнометодический комплекс приема сейсмических сигналов в скважине для осуществления вертикального сейсмического профилирования, межскважинного просвечивания и контроля за гидравлическим разрывом пласта. Для нового комплекса с учетом технического развития и доступности персональных компьютеров и ноутбуков актуальной проблемой являлась разработка качественного, современного программного обеспечения.
Целью данной работы является разработка системы управления и контроля аппаратурно-методического комплекса сейсмической разведки с возможностью приема, регистрации, обработки, форматирования и представления (сейсмических) сигналов при проведении вертикального сейсмического профилирования.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучение принципов устройства и работы комплексов сейсмической разведки.
2. Исследование методов проведения вертикального сейсмического
профилирования.
3. Исследование актуальных методов и алгоритмов обработки, способов
регистрации и форматирования сейсмических данных.
4. Разработка и реализация подсистемы обработки виброграмм в программном обеспечении.
5. Программная разработка и реализация механизмов регистрации,
форматирования и представления сейсмических данных в программном обеспечении.
6. Разработка программного обеспечения для управления и контроля
комплексом сейсмической разведки, включающего подсистему обработки (п.4), механизмы сбора и регистрации, форматирования и отображения сейсмических данных (п. 5).
Объектом исследования является процесс скважинной сейсмической разведки месторождений методом вертикального сейсмического профилирования.
Предмет исследования — методы обработки, регистрации и форматирования виброграмм при проведении вертикального сейсмического профилирования в аппаратурнометодическом комплексе скважинной сейсморазведки.
Научная новизна работы заключается в применении достаточно эффективных методов и алгоритмов для проведения операций обработки виброграмм, их регистрации и форматирования на отечественном комплексе сейсмической разведки.
Практическая значимость работы состоит в применимости разработанной системы для проведения вертикального сейсмического профилирования. Результаты работы использованы в профильном НИОКР «Создание комплекса технических средств и программных продуктов для эффективной разработки залежей нефти в сложнопостроенных карбонатных коллекторах с использованием горизонтальных скважин и гидроразрыва пласта» ФГАОУ ВО КФУ.
Первая глава работы посвящена теоретическим основам проведения операции вертикального сейсмического профилирования; в ней проводится обзор существующих комплексов сейсмической разведки с описанием возможностей как комплекса в целом, так и его программного обеспечения. Также в первую часть работы включено описание аппаратурного комплекса, для которого производилась разработка программного обеспечения, описываемое в последующих главах. В конце раздела сделаны краткие выводы.
В второй главе работы рассматриваются методы и алгоритмы регистрации, обработки и форматирования данных в программном обеспечении, получаемых от комплекса сейсмической разведки. В первую очередь приводится функциональность программного обеспечения комплекса в целом, далее рассматриваются методы и алгоритмы регистрации сейсмических данных, современные существующие методы и алгоритмы обработки. Затем производится описание способов форматирования и представления данных. В конце раздела включены краткие выводы.
В третьей главе производится подробное рассмотрение вопросов программной разработки и реализации механизмов сбора и регистрации, обработки, форматирования и представления сейсмических данных. Для каждой описываемой подсистемы программного обеспечения приводятся алгоритмы работы, указываются особенности реализации. Также уделяется внимание вопросам взаимодействия между различными частями программы. В конце раздела приводятся краткие выводы.
Четвертая глава описывает проведение тестирования и испытаний программного обеспечения. В конце раздела также есть выводы.
В результате работы оформлен один международный патент на программное обеспечение. Результаты исследования опубликованы в изданиях ВАК:
1. Чикрин Д.Е., Егорчев А.А., Бриский Д.В., Закиров Р.И. Методы получения и обработки данных от связки скважинных модулей, полученных методом вертикального сейсмического профилирования в программном обеспечении управления комплексом приема сейсмических сигналов в скважине // Кибернетика и программирование. — 2018. - № 6. - С.1-10. DOI: 10.25136/2306-4196.2018.6.28091. Издание входит в перечень ВАК.
2. Чикрин Д.Е., Егорчев А.А., Солодухина А.О., Закиров Р.И, Бриский Д.В. Проблемы и алгоритмы программной обработки, хранения, записи и отображения больших объемов данных в составе системы проведения каротажа методом вертикального сейсмического профилирования и гидроразрыва пласта // Процессы в геосредах. — 2018. - № 4(18). - С.1240-1248. Издание входит в перечень ВАК.
Исследованы методы проведения вертикального сейсмического профилирования. Классическая методика предполагает размещение регистраторов сейсмических колебаний в стволе вертикальной скважины, а источника этих колебаний - на поверхности. Причем расстояние между источником воздействия и устьем скважины намного меньше глубины нахождения приемников. Сбор данных сейсмического поля осуществляется серией испытаний, при которых регистраторы колебаний перемещаются в стволе скважины с одинаковым шагом и при каждом перемещении происходит одинаковое воздействие на среду, которые и регистрируются приемниками. Актуальность и основное преимущество данного метода заключаются в том, что данные вертикального сейсмического профилирования существенно расширяют информационную представительность об
особенностях геологического строения и физических свойств среды не только по стволу скважины, но и в околоскважинном пространстве.
Проведено исследование актуальных методов и алгоритмов обработки, способов регистрации и форматирования сейсмических данных. В результате предложены способы организации данных операций с точки зрения программной реализации.
В ходе выполнения задачи разработана и реализована подсистема обработки сейсмограмм в программном обеспечении. Основной операцией обработки для виброграмм является вычисление функции взаимной корреляции. Она реализована в двух вариантах - в частотной и временной областях. Произведено сравнение количества необходимых операций для обработки данных. Обработка данных в спектральной области обеспечивает выигрыш по числу операций над вычислениями во временной области за счет использования менее вычислительно затратных алгоритмов быстрого преобразования Фурье. Расчет во временной области дает более точный результат, так как преобразование Фурье на конечной выборке предполагает искажения даже при использовании оконных функций. Для минимизации искажений используется окно Хэмминга. Для получения коррелограммы одинаковой длины в методе расчёта во временной области требуется регистрация и обработка большего объема данных, чем при использовании метода расчета в спектральной области. Произведены замеры времени выполнения вычислений в обоих вариантах, результаты подтверждают теоретические выводы о меньшей затратности вычислений в частотной области и при увеличении выборок выигрыш во времени растет.
Перспективным направлением развития программной части комплекса в области обработки данных является использование способов повышения качества исходных данных, с помощью операций весовой корреляции и деконвульции (обратной фильтрации) данных. Эти методы позволяют повысить разрешенность сейсмических записей при обработке материалов и могут быть дополнительными к вычислению взаимной корреляционной функции.
Произведена программная разработка и реализация механизмов регистрации, форматирования и представления сейсмических данных в программном обеспечении. Сбор и регистрация данных при проведении вертикального сейсмического профилирования осуществляется с модулей взаимодействия с скважинными приборами и наземными регистраторами, также производится регистрация данных вспомогательных каналов от модуля синхронизации. Форматирование и представление сейсмических данных позволяет экспортировать созданные записи в формат SEG-D, который является международным стандартом, также есть возможность представлять записи в виде графиков сейсмических каналов и сохранять их в изображение формата PNG или электронный документ формата
PDF. Экспортирование результатов в разные форматы обеспечивает беспрепятственную возможность передачи результатов в вычислительные центры для дальнейшего анализа и интерпретации, а также помогает оператору системы в составлении отчетов и рапортов.
Результаты работы внедрены в профильный НИОКР, проводимый ООО «ТНГ- Групп» и внесены в научно-технический задел по предприятию для создания перспективных систем проведения сейсмических разведочных работ.
По результатам исследований опубликовано две статьи в научных журналах: «Кибернетика и программирование» и «Процессы в геосредах», в обоих журналах индексируется ВАК. Оформлен 1 международный патент на программное обеспечение.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
