Повышение эффективности вибросейсморазведки при нефтегазопоисковых работах за счет учета искажений опорного сигнала в средах с неупругим поглощением

Актуальность работы.

В условиях отсутствия какой-либо правдоподобной информации о геологической среде, геофизическая разведка является одним из прогрессивных и актуальных средств изучения земных недр. Основным геофизическим методом поисков и подготовки локальных структур под бурение остается сейсморазведка. Об этом свидетельствует тот факт, что более 90% месторождений нефти и газа выявлены на объектах, подготовленных к бурению сейсморазведкой. В совокупности с другими геофизическими методами, привлечением скважинных данных, геологической изученностью осадочного чехла, сейсмическая разведка поставляет наиболее достоверную и точную информацию о строении геологических объектов при обнаружении глубокозалегаюгцих структур, выявлении тектонических элементов, оконтурив ании ловушек углеводородов, в том числе неструктурного типа. Ужесточение требований к экологической чистоте и безопасности проведения сейсморазведочных работ, стремление подрядных организаций к снижению себестоимости полевых наблюдений ведет к широкому внедрению невзрывных источников возбуждения упругих колебаний, наибольшее распространение среди которых приобретают вибрационные излучатели.

Повышение эффективности поисково-разведочных работ в вибрационной сейсморазведке становится возможным благодаря изобретению новых и использованию технико-методических приемов, ранее применяемых в импульсной сейсморазведке. Среди таких приемов следует отметить: многокомпонентную регистрацию упругих колебаний, возбуждение продольных и поперечных волн, применение интерференционных систем при излучении и регистрации упругих колебаний, управление фронтом волнового поля, использование дополнительных способов цифровой фильтрации при корреляционной обработке данных, применение сложных нелинейных функций развертки опорных (управляющих) сигналов. Невзрывные источники упругих колебаний относятся к классу поверхностных источников, отличительной чертой которых вследствие искажающего влияния зоны малых скоростей (ЗМС) является возникновение дополнительных факторов, снижающих качество сейсморазведочных материалов. К ним относятся явления частотно-зависимого затухания энергии и дисперсии скорости упругих колебаний. Существующий уровень технологий вибрационной сейсморазведки еще не обеспечивает необходимую точность и глубинность исследований, особенно в сложных геологических условиях. Положение осложняется тем, что фонд крупных антиклинальных ловушек во многом исчерпан и необходим поиск малоамплитудных неструктурных объектов. Это требует повышения разрешающей способности сейсмической записи во времени. В последнее десятилетие стоимость поиска и подготовки под бурение одной структуры в районах Саратовского Поволжья составляет многие миллионы рублей, а подтверждаемость обнаружения ловушки бурением не превышает 48%. Это свидетельствует о необходимости совершенствования современных технологий геологоразведочных работ и, в первую очередь, ведущего при структурных построениях геофизического метода — вибросейсморазведки.

Решение возникающих геофизических проблем требует развития, дальнейшего совершенствования и разработки эффективной методики вибрационной сейсморазведки, обработки и интерпретации данных.

В сложных сейсмогеологических условиях (дизъюнктивные нарушения, соляно-купольная тектоника, тонкая слоистость и т. п.) при поисках структур в нижних интервалах осадочного чехла вибрационная сейсморазведка встретилась с принципиальными трудностями, главными из которых является увеличение фона корреляционных шумов и сужение спектра регистрируемого сигнала для глубоких интервалов разреза. Данная проблема затрудняет, а в ряде случаев делает невозможным интерпретацию глубинно-динамических разрезов, и как следствие снижает эффективность и достоверность структурных построений по материалам вибросейсморазведки. Одной из причин снижения временной разрешенности и динамического диапазона сейсмической записи может быть влияние геологической среды на форму опорного сигнала, обусловленное процессами неупругого отражения и преломления при его распространении, изменению скорости волны заданной длины и т. п.

Проблема повышения эффективности сейсморазведки может быть решена за счет использования вибрационных источников, которые позволяют генерировать управляющие сигналы любых видов, а также применять новые методы обработки сейсмических данных. На настоящий момент потенциальные возможности вибрационного метода сейсморазведки реализованы далеко не в полной мере. Так, остается весьма актуальным вопрос повышения качества данных вибросейсморазведки за счет оптимизации управляющих сигналов в различных сейсмогеологических условиях. Малоисследованным остается вопрос об эффективности применения приемов нелинейной вибросейсморазведки.

Исходя из теоретических основ вибрационной сейсморазведки, корреляционное преобразование регистрируемых сигналов предполагает неизменность формы зондирующего сигнала. При этом геологическая среда представляется изотропно-однородной моделью, и нелинейные искажения, привносимые ей в сейсмический импульс, не учитываются. Поэтому изучение и компенсация нелинейных искажений амплитудно-частотной и фазовой характеристик опорного сигнала, описывающих изменение его формы, в рамках изотропно-неоднородной модели геологической среды является актуальной проблемой и требует проведения отдельных научных исследований.

Исследования по теме диссертации были реализованы в сложных геологических условиях Саратовской и Астраханской областей.

Территории исследований являются одними из наиболее перспективных на нефть и газ регионов России. К настоящему времени здесь открыто более 100 месторождений. Однако, разведанные запасы нефти и газа существенно ниже прогнозируемых. Обусловлено это недостаточной геологической и геофизической изученностью нижних интервалов разреза осадочного чехла из-за слабой эффективности геофизических методов разведки и сложного строения территорий, что создает большие трудности при интерпретации материалов сейсморазведки.

Цель диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является совершенствование методики обработки данных вибросейсморазведки, основанное на изучении и компенсации искажений опорных сигналов, обусловленных влиянием реальной геологической среды, и как следствие, повышение эффективности метода сейсморазведки при поисках ловушек углеводородов (УВ) в сложных сейсмогеологических условиях.

Основные задачи диссертационной работы.

1. Теоретически и экспериментально обосновать новую технологию обработки данных вибросейсморазведки, повышающую прослеживаемость отражающих горизонтов и разрешенность записи за счет учета искажений, вносимых геологической средой в спектр излученного опорного сигнала вследствие проявления эффекта дисперсии скорости.

2. Опробовать разработанную технологию при обработке сейсмических материалов, полученных в различных сейсмогеологических условиях. Проанализировать эффективность ее применения.

3. Повысить качество данных вибросейсморазведки за счет оптимизации управляющих сигналов в различных сейсмогеологических условиях Саратовского Поволжья.

4. Разработать методические рекомендации по использованию реализованного комплекса программ и технологии обработки материалов вибросейсморазведки в практике поисково-разведочных работ на нефть и газ.

Научная новизна.

Научная новизна исследований:

• исследованы не учитываемые в практике вибросейсморазведки искажения, вносимые реальной геологической средой в фазовые спектры опорных сигналов. Выявлено значительное влияние фазовых искажений опорных сигналов на качество получаемых временных разрезов;

• теоретически и экспериментально обоснованы возможности повышения качества материалов вибросейсморазведки, основанные на учете искажений опорного сигнала в геологической среде с неупругим поглощением;

• разработаны новые способы обработки, алгоритмы и комплекс программ корреляционного преобразования виброграмм, а также технология изучения закономерностей скоростных свойств геологической среды, направленная на исключение искажений опорного сигнала по наблюденным сейсмическим записям;

• определены оптимальные параметры опорного сигнала для нескольких разведочных площадей Саратовского Поволжья, обеспечивающие повышение разрешенности сейсмической записи и прослеживаемости целевых отражающих горизонтов;

• получены дополнительные геологические данные по результатам интерпретации временных разрезов ОГТ повышенного качества с применением оптимизированных параметров опорных сигналов вибросейсморазведки на ряде разведочных площадей Саратовского Поволжья.

Защищаемые положения.

1. Дисперсия скорости в средах с неупругим поглощением приводит к искажениям фазовых спектров опорных сигналов, снижающих качество материалов вибросейсморазведки. Учет таких искажений позволяет повысить разрешеняость записи и соотношение сигнал/помеха на коррелограммах.

2. Разработан новый комплекс программ и технология корреляционной обработки виброграмм, позволяющие повысить качество получаемых материалов за счет учета и исключения искажений фазового спектра опорного сигнала, вносимых геологической средой.

3. Для северо-западной части Прикаспийской впадины обоснованы оптимальные параметры опорного сигнала, обеспечившие получение сейсмических материалов повышенного качества и новых геологических результатов, уточняющих и расширяющих перспективы нефтегазоносности изученных площадей.

Практическая значимость.

Предложенные автором способы обработки данных, основанные на принципах компенсации искажений фазовых спектров зондирующих сигналов и оптимизации параметров нелинейных опорных сигналов, позволяют повысить геологическую достоверность и экономическую эффективность поисковых сейсморазведочных работ за счет получения дополнительной геологической информации на временных разрезах. Предложенная автором методика является не только способом обработки данных, но и элементом упрощения полевых наблюдений, так как требует представления в вычислительный центр виброграмм, и может быть использована при поисках рифогенных и неструктурных ловушек, как в Саратовском Поволжье, так «и в других регионах.

Апробация работы.

Материалы и основные положения работы докладывались на региональных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (Саратов 2001;04 гг.), региональном научно-техническом совещании при Нижне-Волжского научно-исследовательского института геологии и геофизики (НВНИИГГ) в 2002 г.

Полученные результаты работы использованы в отчетах НВНИИГГ, НИИ Геологии СГУ и при обработке данных регионального профиля Ершов.

Астрахань, а также при опытно методических работах на «Терновской» площади, ОАО «Саратовнефтегеофизика» при обработке данных сейсморазведочных партий на «Ясеневско-Грязнушинской», «Иловатской» площадях и при обработке данных сейсморазведочной партии Саратовской геофизической экспедиции (СГЭ) на «Ровенской» площади.

Публикации.

По теме диссертации автором опубликованы восемь печатных работ.

Фактический материал и личный вклад.

В диссертации обобщены результаты теоретических, методических и экспериментальных исследований автора, выполненные за период обучения в аспирантуре. Научно-исследовательские работы выполнялись на кафедре геофизики геологического факультета Саратовского Госуниверситета и в ГЭЦОИ ОАО «Саратовнефтегеофизика». При подготовке диссертации привлекались фондовые материалы ОАО «Саратовнефтегеофизика» и НВНИИГТ. В ходе исследований использовались материалы сейсморазведки методики многократного профилирования ОАО «Саратовнефтегеофизика», НВНИИГТ и опытных работ СГЭ. Разработка программного обеспечения и обработки материалов выполнялась непосредственно автором. Им же получены основные результаты.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю Михееву С И., особую благодарность декану геологического факультета Конценебину Ю. П. и всему коллективу кафедры геофизики Саратовского Госуниверситета за постоянное внимание и помощь в разработке темы.

Автор благодарен за сотрудничество и помощь в промышленном внедрении разработанных технологий вибросейсморазведки руководству и сотрудникам ОАО «Саратовнефтегеофизика» В. Н. Селенкову, К. Н. Соснову, руководству НВНИИГТ за предоставленный материал для проведения исследований по теме диссертационной работы.

Автор признателен за предоставление материалов опытных работ вибросейсморазведки директору СГЭ В. А. Живодрову.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В заключении подведены итоги исследований по теме диссертации, даны рекомендации по продолжению исследований и внедрению результатов в практику нефтегазопоисковых работ. Основные полученные результаты сводятся к следующему:

1. Проанализировано современное состояние теории и практики вибросейсморазведки, на этой основе выделены первоочередные направления исследований по совершенствованию технологий вибросейсмического метода.

2. На основе анализа спектров сейсмических записей и количественных оценок их качества оценена эффективность применения нелинейных амплитудно-модулированных управляющих сигналов на нескольких разведочных площадях Саратовской области.

3. Повышено качество данных вибросейсморазведки за счет оптимизации управляющих сигналов в различных сейсмогеологических условиях Саратовского Поволжья.

4. Разработана новая программно-обеспеченная технология вибросейсморазведки, повышающая ее эффективность за счет учета искажений комплексного спектра опорного сигнала в среде, связанных с проявлением эффекта дисперсии скорости.

5. Теоретически обоснованны и применены на практике новые процедуры корреляционного преобразования виброграмм, которые позволили повысить информативность временных разрезов.

6. Разработанные технологии вибросейсморазведки опробованы на полевых материалах, полученных в различных сейсмогеологических условиях. На этой основе получены временные разрезы повышенного качества.

7. С применением оптимизированных параметров свип-сигналов получена дополнительная геологические информация в пределах Ясеневско-Грязнушинского участков Саратовского Поволжья. Уточнены, в частности, элементы строения осадочного чехла на уровне девонских отложений. Выявлены новые нефтегазоперспективные объекты. Закартирована серия малоамплитудных сброс, ранее не выделявшаяся по данным прошлых лет.

8. Даны рекомендации по применению разработанных технологических приемов вибросейсморазведки в практике поисково-разведочных работ на нефть и газ. В частности по направлению и дальнейшему совершенствованию поисково-разведочных работ и результатам выполненных исследований, с учетом степени изученности и особенностей геологического строения северо-западной части Прикаспийской вшдины и Астраханского свода рекомендуется:

1. Продолжить нефтегазопоисковые работы на территории исследований с использованием разработанной методики вибросейсморазведки, основанной на учете искажений в среде зондирующего сигнала, а также с оптимизированными управляющими сигналами.

2. Провести детальные геолого-геофизические исследования для выявления новых нефтегазоперспективных объектов на Ровенской площади с применением оптимизированных нелинейных и степенных разверток.

3. Провести широкомасштабное тестирование нелинейных управляющих на основе опытно-методических работ на территории Саратовского Поволжья, Создать базу данных оптимальных параметров управляющих сигналов с целью районирования данной территории, как средства повышения эффективности нефтегазопоисковых работ.

4. Подготовить паспорта на бурение спрогнозированных локальных структур в пределах Ясеневско-Грязнушинской площади, К числу таких структур относятся структуры 2, 3 и 4 (см. рис. 3.2.3.5).

5. Продолжить совершенствование предложенной технологии вибросейсморазведки в направлении повышения технологичности и автоматизации определения характеристик оптимальных фильтров для предварительной (перед процедурой вычисления коррелограмм) коррекции формы опорного сигнала. Это обеспечит условия широкомасштабного внедрения технологии в производство.

Автор надеется, что внедрение в практику перечисленных рекомендаций будет способствовать приросту запасов углеводородов на территориях Саратовской и Астраханской областей, а также в сходных по геологическому строению регионах.