Способ сейсмической разведки и устройство для его осуществления

Способ сейсмической разведки и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ сейсмической разведки , включающий бурение скважин, установку в них горизонтальных сейсмоприемников , возбуждение и регистрацию колебаний, отличающийс я тем, что, с целью повышения эффективности сейсмической разведки при выделении сдвиговых колебаний в скважинах, заполненных жидкостью, определяют преобладакнцую длину волны этих колебаний, бурят скважины на глубину пр/2 -ЛПР , гидролизуют стенки скважин и перед установкой сейсмоприемников скважину заполняют жидкостью, плотность которой предварительно измеряют.

(19} (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(gg) С 01 V 1/00 1/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 "-

0 HGAH зоБригЕни9", К ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3691436/24-25 (22) 10 ° 01.84 (46) 07.07.85. Бюп. Р 25 (72) Л.Д. Гик и В.П. Зайцев (71) Новосибирский государственный университет им. Ленинского комсомола и Институт геологии и геофизики им. 60-летия Союза ССР (53) 550.83(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 339888, кл. G Oi V 1/00, 19?2.

2. Патент США У 3952834, кл. G 01 V 1/16, опублик. 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

У 19944 1, кл. G 01 V 1/20, 1967 (прототип).

4. Авторское свидетельство СССР

N- 416649, кл. G 01 V 1/16, 1974 (прототип). (54) СПОСОБ СЕЙСК4ЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ сейсмической разведки, включающий бурение скважин, установку в них горизонтальных сейсмоприемников, возбуждение и регистрацию колебаний, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности сейсмической разведки при выделении сдвиговых колебаний в скважинах, заполненных жидкостью, определяют преобладающую длину волны Л„ этих колебаний, бурят скважины на глубину h„ð /2 — Я„р, гидролиэуют стенки скважин и перед установкой сейсмоприемников скважину заполняют жидкостью, плотность которой предварительно измеряют.

1166029

2. Устройство для регистрации сдвиговых колебаний с преобладающей длиной волны Д„, содержащее корпус, в котором установлены два одинаково ориентированных, идентичных и включенных в противофазе сейсмоприемника, жестко связанных между собой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности сейсмической разведки при выделении сдвиговых колебаний в скважиных, заполненных жидкостью, корпус выполнен из материала с плотностью, отличной от плотности жидкости, заполняющей скважину, сейсмоприемники ориентированы горизонтально и разнесе- . ны по высоте корпуса на расстояние

Лпр 2 л лр

3. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что корпус

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано при исследованиях по методу поперечных и обменных волн.

Известен способ сейсмической раз.ведки отраженными волнами путем регистрации упругих колебаний сейсмоприемником, установленным под зону малых скоростей (ЗИС), при котором в пробуренные взрывные скважины пе- 10 ред их использованием устанавливают сейсмоприемники под ЗМС, регистрируют волновую картину и при каждой последующей регистрации возбуждают упругие колебания в скважинах, из f5 которых извлечены сейсмоприемники предыдущей регистрации 1 j.

Недостатком данного способа является низкое качество зарегистрированных сдвиговых колебаний из-за то- 20 го, что в месте приема могут присутствовать сложные интерференционные колебания, включая волны-помехи типа объемных колебаний, которые регистрируются наравне со сдвиговыми 25 колебаниями, что осложняет интерпретацию материала.

Кроме того, качество сейсмических записей снижается из-за невозможности контроля осей направленности го- Зц выполнен из материала с плотностью, . равной 1,02 — 1,03 плотности жидкости; заполняющей скважину.

4, Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что корпус выполнен из материала с плотностью, равной 0,9 плотности жидкости, заполняющей скважину и снабжен набором противовеса с отрицательной плавучестью. !

5. Устройство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что корпус, выполнен из материала с плотностью, равной 1,1 плотности жидкости, заполняющей скважину, и снабжен набором противовесов с положительной плавучестью. ризонтальных сейсмоприемников в обычных условиях. Объясняется это тем, что в районах со сложным рельефом местности (леса, овраги, реки, частые водоемы) при глубинах взрывных скважин 10 м и более (как правило) сухие скважины встречаются редко. Присутствие верхнего водоносного слоя приводит к заполнению скважин смесью рыхлых пород и почвенных вод, в связи с чем сейсмоприемники на дно скважин необходимо устанавливать при помощи шестов и каким-то образом контролировать ориентацию сейсмоприемников в .скважинах под слоем бурового раствора.

Известен сейсмоприемник для работы в заболоченных районах, состоящий из жесткого полого цилиндрического корпуса, в который помещен гидрофоб, а оставшееся пространство корпуса заполнено пластическим материалом, хорошо проводящим акустические волны, причем наполнитель, предохраняя гидрофон от механических воздействий, одновременно передает упругие колебания среды гидрофону (2f, Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ сейсмической разведки, включающий бу3 116б0 рение скважин, установку в них горизонтальных сейсмоприемников и регистрацию колебаний, причем сейсмоприемники погружают под 3МС и устанавливают их на коренные породы (3).

Недостатком известного способа является низкое качество получаемых сейсмических записей, что обусловлено следующими причинами. В районах с сильно дислоцированной границей

3MC — коренные породы, и особенно в районах с большой мощностью ЗМС, осуществление способа требует увеличения веса сейсмоприемника для преодоления выталкивающей силы бурового раствора и смеси рыхлых пород с почвенными водами, что неизбежно приводит к снижению собственной частоты системы сейсмоприемник — почва, для исключения влияния которой требуется специальное устройство прижима для осуществления достаточно надежного контакта со стенкой скважины. При слабом режиме регистрация сдвиговых колебаний осуществляется ненадежно иэ-за влияния момента инерции сейсмоприемника относительно точки контакта и недачу интерпретации зарегистрированной волновой картины. При воздействии на сейсмоприемник сложного интерференционного волнового поля регистрируются почти все компоненты поля и отсутствие избирательности по азимуту приводит к получению низкокачественного материала.

Цель изобретения — повышение эффективности сейсмической разведки ,при выделении сдвиговых колебаний в скважинах, заполненных жидкостью.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу сейсмической разведки, включающему бурение скважин,, установку в них горизонтальных сейсмоприемников, возбуждение и регистрацию колебаний, определяют преобладающую длину волны 3„ этих колебаний, бурят скважины на глубину Л„ /2 -Я„,, гидролизуют стенки скважин и перед установкой сейсмоприемников скважину заполняют жидкостью, плотность которой предварительно измеряют.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для регистрации сдвиговых колебаний с преобладающей длиной волны 3 „, содержащем корпус, в котором установлены . два одинаково ориентированных, идентичных и включенных в противофазе сейсмоприемника, жестко связанных между собой, корпус выполнен иэ материала с плотностью, отличной от плотности жидкости, заполняющей скважину, сейсмоприемники ориентированы горизонтально и разнесены по высоте корпуса на расстояние в диапазоне „ /2 — п

Кроме того, корпус выполняется из материала с плотностью, равной

1,02 — 1,03 плотности жидкости, заполняющей скважину.

Корпус может быть также выполнен из материала с плотностью, равной

0,9 плотности жидкости, заполняющей скважину, и снабжен набором противовеса с отрицательной плавучестью, Корпус также может быть выполнен из материала с плотностью, равной 1,1 плотности жидкости, запол-. няющей скважину, и снабжен набором противовеса с положительной плаву-. честью. возможности визуального контроля ориентации сейсмоприемника по азимуту в таких скважинах. Кроме того, слож30 ный многоволновый характер зарегистрированных колебаний, включая волны-помехи типа объемных колебаний, сильно затрудняет выделение сдвиговых колебаний и интерпретацию материала.

Наиболее близким техническим реше-З5 нием к изобретению является устройство для регистрации сдвиговых коле- . баний с преобладающей длиной волны

nð содержащее корпус, в котором установлены два одинаково ориентированных, идентичных и включенных в противофазе сейсмоприемника, жестко связанных между собой, Для подавления электрических колебаний, вызванных вертикальными перемещениями корпуса, он содержит инертную массу маятникового типа в форме диска, связанную посредством нерастяжимых нитей с подвижной системой одного из электромеханических преобразователей, в электрическую цепь которого в противофазе включен второй преобразователь (4 ).

Недостатком известного устройства является низкое качество получаемых сейсмических записей из-за того, что чувствительный элемент сейсмоприемника регистрирует все типы волн, приходящие в горизонтальной плоскости

29 4 к сейсмоприемнику, включая волны,помехи типа объемных колебаний, тогда как знание природы волны и ее направления может существенно облегчить заНа чертеже изображено устройство для регистрации сдвиговых колебаний.

Устройство состоит из корпуса 1, двух одинаково ориентированных идентичных горизонтальных сейсмоприемников 2, обмотки 3 которых включены в противофазе, расположенных в скважине 4 с гидроизолированными стенками, заполненной жидкостью 5 c èçвестной плотностью. Устройство снабжено противовесами 6 с положительной плавучестью и 7 — с отрицательной плавучестью.

Работы по осуществлению предлагаемого способа выполняют в следующей последовательности.

В районе проведения работ осуществляют измерение преобладающей длины волны сдвиговых колебаний любым способом (например, с помощью поверхностной расстановки сейсмоприемников) для заданного типа и мощности взрывного воздействия °

Затем по профилю бурят скважины глубиной и „ /2 — Лд, гидроизолируют стенки скважины (например, путем опускания в скважину полиэтиленового "чулка" по глубине) и заливают жидкостью, удельный вес которой предварительно измеряют (например, соленая вода), после чего в скважину опускают устройство. С помощью устройства производят регистрацию сдвиговых колебаний, Определение преобладающей длины сдвиговых колебаний „ перед провеПр дением сейсмических наблюдений по предлагаемому способу позволяет правильно выбрать параметры скваApe жины — глубину h (h — — rp ) для последующего бурения, что существенно сокращает объемы и трудозатраты на буровые работы при проведении сейсмических исследований.

Гидроизоляция стенок скважин позволяет сохранять удельный вес жидкости, залитой в скважину, постоянным на все время измерений, что в свою очередь дополнительно повышает качество зарегистрированных сдвиговых колебаний„

Заполнение скважины жидкостью с заранее определенной плотностью позволяет располагать в ней устройство для измерения сдвиговых колебаний. Корпус устройства из материала

66029

40

5

6 с плотностью 1,02 — 1,03 от плотности жидкости, заполняющей скважину, позволяет, во-первьпс, двигаться ему вместе с жидкостью при воздействии на стенки скважины Р и S колебаний, и вследствие несжимаемости жидкости позволяет точно измерить сдвиговые колебания. Во-вторых, жидкостный контакт с окружающей средой позволяет устранить влияние условий установки устройства на зарегистрированное волновое поле, делает их идеально идентичными по всему профилю измерений, повышая тем самым качество зарегистрированных сейсмических записей.

Горизонтальная ориентация сейсмоI приемников одинаково направленных и включенных в противофазе позволяет выделять только горизонтальные компоненты волнового поля типа сдвиговых колебаний и отфильтровывать волны-помехи типа объемных колебаний.

Разнос сейсмоприемников на расстояние — позволяет либо с максималь Пр

f1P ной чувствительностью зарегистрировать сдвиговые колебания преоблада1ющей длины волны (при разносе Ь

= h ), либо с максимально возможной (чувствительностью зарегистрировать сдвиговые колебания в реальном рабочем диапазоне (2 д К = 2К„ е „) при пр разносе Ь = . Дополнительное введение в конструкцию устройства набора противовесов с отрицательной плавучестью позволяет выполнять корпус устройства из материала с плотностью 0,9 от плотности жидкости, что делает устройство в целом более

:удобным в транспортировке и при мас совых работах. После установки устройства в скважину, перебором комбинаций набора противовесов с отрицательной плавучестью достигается требуемая плавучесть всего устройства.

Введение в конструкцию устройства набора противовесов с положительной плавучестью позволяет выполнять кор. пус устройства из материала с плотностью 1,1 от плотности жидкости, что расширяет воэможности конструктора, ввиду того, что значительная часть конструкционных материалов имеют плотности большие, нежели рас-, пространенные технические жидкости.

После установки устройства в скважиустройства без сколько-нибудь значительного изменения положения центра тяжести устройства в целом. Так, при значениях удельного веса корпуса

) 1,1 от плотности жидкости регулировка плавучести осуществляется поплавковыми противовесами. При этом происходит заметное смещение центра тяжести вниз и устройство представляет собой неравноплечий рычаг. Это обнаруживается по заметному на осциллограмме (с точностью 5 ). различию в амплитудах на выходе каждого сейсмочувствительного элемента при им-, пульсном воздействии на геометрический центр устройства. Аналогичный эффект наблюдается в случае, если удельный вес материала корпуса устройства меньше 0,9 плотности жидкости. Регулировка при этом осуществляется балластными противовесами и также наблюдается появление неравнозначности откликов с выходов сейсмоприемников. Значения 0,9 и 1,1 от плотности жидкости подобраны также экспериментально в лабораторных ус.ловиях.

Пример композиционного материала с плотностью 1,02 — 1,03 от плотности жидкости (воды) : смола эпоксидная — 50 ., мука †. 40 ., отвердитель—

10%. Плотность 0,9 от плотности жидкости (воды, например) обеспечивается материалом корпуса из канифоли, предварительно разогретой и залитой в форму. Плотность 1, 1 от плотности жидкости,соленой воды) достигается композицией: смола эпоксидная — 48, стиральный порошок — 30%, отвердитель — 13 . Особо следует обратить внимание на тщательность перемешивания компонентов смеси, так как для одной и той же композиции возможны вариации в плавучести из-за наличия абсорбированного воздуха при некачественном смешивании, Пример реализации способа. С помощью поверхностной расстановки сеисмоприемников определяют длину волны преобладающих колебаний сдвига, распространяющихся в среде со скоростью v — 100 м/с и частотой

20 Гц, равно 4/ Ъ = чз/йд =100/20 =

5 м. Затем бурят скважину глубиной 5 м, диаметром 115 мм, вставляна стенки скважины в виде полиэтиленового "чулка" диаметром 100 мм.

После этого в скважину заливают соле7 1166029 8 ну путем перебора комбинаций набора противовесов с положительной плачучестью достигается требуемая плавучесть всего устройства. Кроме того, наличие обоих типов противовесов в конструкции устройства позволяет осуществлять оперативную надстройку плавучести устройства с корпусом из материала с плотностью 1,02—

1,03 от плотности жидкости.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии на скважину 4 сдвиговых S-колебаний и объемных

P-колебаний (поперечные и продольные волны соответственно) давление через жидкость 5 передается корпусу 1 устройства, который движется вместе с жидкостью в поле S-колебания. В результате на выходах обмоток 3 сейсмоприемников 2 появится электрический сигнал, пропорциональный величине сдвигового S-колебания.

Выходной сигнал при воздействии объемного Р-колебания равен 0 из-за того, что сейсмоприемники движутся согласно и включены в противофазе.

При помощи противовесов 6 и 7 можно осуществлять оперативную подстройку плавучести устройства при вариациях плотности жидкости в результате влияния внешних факторов . Значение плотности материала корпуса 1,02 — 1,03 от плотности жидкости выбирают из соображений минимального влияния

I кабеля подвеса (кабельных волн) при 35 возможности одновременного контроля глубины погружения и ориентации по азимуту (при помощи 2-х проводов подвеса, присоединенных к корпусу устройства в верхней его части в ди- 40 аметрально-противоположных точках).

Эта. цифра (1,02 — 1,03) выбрана экспериментально при исполнении корпуса устройства из композиционного материала. Вблизи точки равновесия (ней- 45 тральная плавучесть) относительное изменение плотности материала корпуса на 2 — 3% начинает влиять на плавучесть устройства. Добавление к конструкции устройства противовесов с положительной и отрицательной плавучестью расширяет возможности конструктора и позволяет дополнительно осуществлять оперативную подстройку плавучести устройства при установке ют в нее гидроизолирующую прокладку в скважине. Отклонения — 0,07 и

+О, 12 от плотности жидкости позволяют осуществить изменение плавучести

1166029

35

Составитель И. Николаев

Техред Л.Коцюбгяе

Корректор Е. Рошко

Редактор Н. Данкулич

Заказ 4306/40 Тираж 748

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ную воду, плотность которой предвари-, тельно измеряют, она равна 1,5 г/см .

Собирают корпус устройства из секций, представляющих собой цилиндры диамет-.

poM SC MM H HHoH o 0 5 H 1 M из 5 материала с удельным весом 1,65 г/см . (Эпоксидная смола — 4S%, стиральный порошок — 39% и отвердитель †13%).

На базе разноса 5 м скрепляют пять секций по 1 м и к концам присоединя- 10 ют головки с сейсмоприемниками (например, СГ-10). Собранный таким образом в жесткую конструкцию сейсмо.— приемник опускают в скважину. В верхней части устройства (на одной иэ 15 головок) находятся противовесы поплавкового типа (пенопластовые), в нижней части устройства (на другой из головок) находятся противовесы балластного типа (винилпластовые 20 кольца) . При помощи противовесов достигают требуемой плавучести (при этом устройство должно медленно ггогружаться в жидкость при отпущенном кабеле подвеса со скоростью пример- 25 но 30 см/мин).

Провода подвеса служат в этом случае одновременно и направляющими по азимуту. После осуществления воздействия производят регистрацию волновой картины. В данном случае с максимальной чувствительностью регистрируются преобладающие длины волн сдвиговых колебаний, а максимальная частота рабочего диапазона соответствует преобладающей частоте. Более высокочастотные компоненты волнового поля отфильтровываются.

Положительный эффект предлагаемого способа и устройства достигается 0 за счет повьппения эффективности сейсмической разведки при выделении сдвиговых колебаний в скважинах, заполненных жидкостью, и устранения влияния волн-помех за счет избирательности к типу колебаний, тогда как согласно известному способу и устройству, кроме сдвиговых колебаний дополнительно регистрируются волны-помехи различной природы. При совпадении или близости их кинематических характеристик регистрируется сложная интерференционная картина, что не позволяет осуществить качественную интерпретацию полученного материала. При осуществлении предлагаемого способа с помощью устройства отпадает необходимость в утяжелении сейсмоприемников и осуществлении прижима, к которому неизбежно прибегают при регистрации по известному способу. При подборе плотностей жидкости и материала корпуса устройства достаточно близкими к плотности почвы, измерения осущест-. вляются с высокой точностью из-за отсутствия влияния условий установки (резонансов почва-сейсмоприемник и неоднородностей в местах контакта).

Кроме того, в отличии от известного сейсмоприемника повышается качество регистрации сдвиговых колебаний в рабочем диапазоне за счет того, что частвтная характеристика устройства компенсирует большей чувствительностью к высокочастотйым компонентам поля их значительно большее затухание наблюдаемое в обычных средах °