Способ возбуждения сейсмического сигнала

Способ возбуждения сейсмического сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к наземной сейсморазведке с взрывными источниками и может найти применение при возбуждении сигналов из скважин и шурфа. Целью изобретения является повышение эффективности способа в средах с положительным градиентом скоростей за счет уменьшения расхода взрывчатых материалов, а также повышение эффекта направленного действия источника и плотности энергии .возбуждения . Это достигается за счет выполнения взрывной скважины ступенчатой с диаметрами ступеней, выбираемыми исходя из длины спирального заряда, минимального .шага между витками, скорости детонации и пластовой скорости сейсмического сигнала в горных породах на уровне каждой ступени. 4 з.п, ф-лы, 2 ил. СП с

союз советских социалистических

РЕСПУБЛИК (5о5 G 01 V 1/13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4766226/25 (22) 11.12.89 (46) 29.02.92. Бюл. N 8 (71) Пермский политехнический институт-и

Производственное объединение "Пермнефтегеофизика" (72) P.Ô,Ëóêüÿíîâ, В.Г.Лунев, Л.К,Орлов и

Б.А.С:еменов (53) 550.83 (088.8) (56) Казаков А.Т. Методика и техника взрывных работ при сейсморазведке. М.: Недра, 1987, с.296.

Патент CLUA ¹ 2755878,ê л. G 01 V 1/00, 1956. (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОГО СИГНАЛА

Изобретение относится к наземной сей-; сморазведке со взрывными источниками и может найти применение при возбуждейии сигналов из скважин и шурфов.

Известен способ возбуждения сейсмического сигнала, включающий бурение взрывной скважины, помещение в нее линии детонирующего шнура, инициирование: . его от устья скважины.

Недостатки известного способа заключаются в невысокой эффективности из-:: за малой вертикальной направленности взрыва, а следовательно, высоком уровйе сейсмических помех, движущихся в. горизонтальндм направлении. Причиной этого является высокая скорость распространения детонации (до 8000 м/с) во взрывчатых . веществах относительного сигнала в горных

„„. Ж ÄÄ 1716463 А1 (57) Изобретение относится к наземной сейсморазведке с.взрывными источниками и может найти применение при возбуждении сигналов из скважин.и шурфа. Целью изо- бретения является. повышение эффективности способа в средах с положительным градиентом скоростей за счет уменьшения расхода взрывчатых материалов, а также повышение эффекта направленного действия источника и плотности энергии возбуждения, Эта достигается за счет выполнения взрывной скважины ступенчатой с диаметрами ступеней, выбираемыми исходя из длины спирального заряда, минимального. шага между витками, скорости детонации и пластовой скорости сейсмического сигнала в горных породах на уровне каждой ступени.

4 з.п, ф-лы, 2 ил. породах, окружающих взрывную скважину (300 - 2000 м/с), т.е. почти мгновенно.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ возбуждения сейсмического. сигнала, включающий выполнение в пределах площади исследований сейсмического каротажа в скважинах, определение пластовых скоростей -сейсмических волн, бурение взрывных скважин, размещение в скважинах спиральных зарядов детонирующего шнура, имеющего шаг.между витками и диаметр спирали, обеспечивающие скорость распространения волн детонации вдоль ствола взрывной скважины, равную пластовой скорости сейсмических волн в окружающих горных породах, инициирование детонирующего шнура от устья скважин.

1716463

Недостатком известного способа является низкая зкономическая эффективность вследствие больших затрат на бурение взрывных скважин, глубина которых может достигать 150 — 300 м. а также значительных расходов взрывчатых материалов.

Цель изобретения — повышение эффективности способа в средах с положительным градиентом скоростей за счет уменьшения расхода взрывчатых материалов, а также повышение эффекта направленного действия источника и плотности энергии возбуждения.

На фиг.1 схематически показана одна из возможностей реализации предлагаемого способа возбуждения сейсмического сиг-. нала; на фиг.2 — спиральный шнур, поперечный разрез, На фиг.1 представлены: геологический разрез, включающий четыре толстых слоя 1, 2, 3, 4. Подош.ве слоя 1 соответствует уровень 5 грунтовых вод (подошва зоны малых скоростей (3M С).

Разрез пройден взрывной скважиной 6 со ступенчато меняющимися диаметрами 7, 8, 9, Столб воды 10 в скважине соответствует уровню 5 грунтовых вод. Каждый- из. четырех выделенных слоев имеет свои значения скоростей распространения сейсмических волн, Заряд 11 (фиг.2) состоит из взрывчатого вешества 12 в оболочке 13. В заряде имеется кумулятивная выемка 14 с оболочкой 15.

Шаг между витками спирали фиксирован.

Реализация способа осуществляется следующим образом, На первом этапе в пределах площади исследований выполняют бурение скважин (углубленных, структурно-параметрических), проводят в них прямой или обращенный сейскокаротаж„измеряют времена вступления прямой волны, вводят поправки за удаление пункта возбуждения (ПВ) или пункта приема (ПП) от устья скважины, рассчитывают и строят вертикальный годограф, по нему определяют значения пластовых скоростей распространения сейсмических ..волн. Результаты определения пластовых скоростей по группам скважин в пределах площади исследований интерполируют известными в математике приемами. Интерполированные значения пластавых скоростей кладут в основу модели поверхностных сейсмогеологических условий.

На втором этапе в пределах площади . исследований выполняют сейсмические наблюдения по методике многократных перекрытий, Возбуждение сигналов осуществляют взрывным способом. По земной поверхности прокладывают сейсмические профили, намечают ПВ. Перед началом бурения взрывных скважин. составляют проект, в котором предусматривают глубину каждой скважины, ее первоначальный диа5 метр и глубины перехода на меньшие диаметры. Скважины 6 бурят с промывкой глинистым раствором, чтобы избежать межпластовых перетоков вод и, в частности, засолонения верховодки минерализованными

10 водами нижележащих горизонтов.

Спиральные заряды изготавливают заранее стем, чтобы на ПВ распаковывать его; растянуть до стандартной длины (5, 10, 20 м). Диаметры спиралей также стандартны, 15 так как буровой инструмент представлен нормальным рядом. Стандартные спиральные заряды стыкуют друг с другом;

Конструкция зарядов 11 предусматривает строгую фиксацию шага между витками.

20 Предпочтительные внешние диаметры. зарядов в сборе: 40, 65, 90, 140, 190, 240 мм.

Такие диаметры обеспечивают свободное погружение их в 2-х, 3-х, 4-х, б-ти, 8-ми и

10-ти дюймовые скважины, 25, Выбор диаметра ступени скважины, исходя из длины спирального заряда, минимального шага между витками спирали скорости детонации и пластовой скорост для каждой ступени, позволяет исключить не

30 производительные затраты на бурение скважины. Поскольку основным требованием эффективного возбуждения сигнала является придание .вертикальной направленности сейсмическому сигналу. При по35 стоянном диаметре скважины этого можно добиться различными путями, которые имеют те или иные недостатки.

Так, уменьшение диаметра скважины и ри том же шаге между спиралями приводит

40 к возрастанию скорости распространения волны детонации вдоль скважины (т.е. к опережению. волной детонации сейсмического сигнала в горных породах), В этом случае снижается эффект на45 правленности..

Уменьшение. шага между витками для сохранения скорости распространения детонации вдоль ствола скважины приводит к неработоспособности способа, так как дето50 нация начинает передаваться от витка к витку, а не вдоль заряда.

Увеличение диаметра скважины при сохранении шага между витками спирали и увеличении диаметра спирали до внутреннего диаметра скважины приводит к отставанию распространения волны детонации относительно сейсмического сигнала в горных породах. В результате сигнал после возбуждения становится растянутым во

17164-63

50 времени и плохо пригодным для обработки.

Соответствующее увеличение шага между витками при увеличении диаметра спирали приводит к уменьшению плотности потока энергии.

Перед погружением готового заряда 11 в скважину 6 к нижнему концу навешивают пригруз, а к верхнему подсоединяют электродетонатор. В этом случае кумулятивная выемка 14, выполненная вдоль спирали, обращена вниз.

При этом излучается сигнал с резким передним фронтом. За координаты точки излучения принимают нижний конец спирали, Когда глубина точки излучения велйка, статические поправки в пункте возбужде-.. . ния зависят от расстояния между пунктом возбуждения и пунктом приема, а также от глубины отражающей границы, поскольку направление выхода луча к поверхностй отличается от вертикального, Если точка излучения находится выше уровня приведения

- (УП), то статические поправки за ПВ положительны. Если точка излучения находится ниже УП, статические поправки за ПВ отрицательны. В обоих случаях ввод статических поправок. предполагает их вычита-. ние из наблюденных значений времен пробега.

Наличие кумулятивной выемки, повышая вертикальную направленность взрыва, создает также условия для сокращения р8схода BM.

Дополнительное снижение расхода ВМ и затрат на бурение обеспечено тем, что весь спиральный заряд находится ниже уровня грунтовых вод, а верхний его.конец . — на уровне.

Это вызвано:тем, что ниже уровня грунтовь х вод скорости сейсмических волн составляет 1500 — 2500 м/с и более, а выше—

100 — 900 м/с. Поэтому для обеспечения условия равенства скорости детонации заряда вдоль ствола взрывной скважины- и сейсмического сигнала в окружающих горных породах при сохранении минимально возможного расстоя н и я между. витками (для предотвращения передачи детонации между ними) требуется значительно увеличить диаметр скважины, что влечет непроизводительные затраты. Кроме того, выше уровня грунтовых вод скважин обычно сухие и условия передачи взрывного действия на стенки и в среду плохие, Укупорка же скаажины водой до устья не изменит-низких скоростей распространения сигналов в окружающих горных породах, а в водяном столбе сигнал будет распространяться быстрее требуемой скорости распространения детонации по стволу скважины.

В случае больших удалений между ПВ и

ПП, когда статические поправки зависят от этого расстояния.и глубины до отражающей границы, обработка сейсмических данных требует дополнительных процедур, повышающих трудоемкость сейсмической разведки.

Поэтому заряд помещают в скважину кумулятивной выемкой вверх, а инициирование выполняют от нижнего конца заряда.

Тогда координаты точки излучения будут совпадать с положением верхнего конца заряда, т.е. на уровне (или несколько ниже) грунтовых вод. Положение точки излучения под 3МС или ниже уровня грунтовых вод отвечает условиям наиболее эффективногс излучения сигнала.

Если горные породы вблизи ствола скважины трещиновэты, то условия передачи возмущения на стенки сКважины неудовлетворительные. В этом случае кумулятивную: выемку выполняют с внешней стороны заряда. Такйм образом, обеспечивают передачу давления сжатого газа на плотные горные породы, а рыхлые (трещиноватые, слабосвязныЕ) пробивают кумулятивной струей. Тем самым, сокращается расход взрывчатых материалов, поскольку улучшается условие передачи динамическоro напряжения массиву горных пород за счет кумуляции струи газов. Повышается также плотность потока энергии сейсмической волны в ее фронте за счет согласования скорости передачи воздействия на массив горных пород через трещиноватую приск важинную зону со скоростью сейсмических сигналов в массиве..

Способ.был опробован в условиях Соликамской впадины, Верхняя часть геологического разреза представлена тремя слоями толщиной 4 и l7 м со скоростями распространения в них сейсмических волн 300, 1700, 2900 м/с. Принятая система наблюдений предполагала базу расстановки 2350 м, вследствие чего глубокое расположение точки излучения приводит к значительным (более 0.003 с) отличиям статических поправок за ПВ для разных целевых отражающих горизонтов и удалений между ПВ и ПП.

Поэтому инициирование производилось снизу, а заряд помещался в скважину кумулятивной выемкой вверх. Верхний конец заряда располагался на глубине 4 м (уровень грунтовых вод), Параметры скважины и заряда следующие: минимальный расчетный диаметр

1716463 скважины в верхней части 88 м, в нижней — 49 мм; фактически диаметр 100,8 мм до глубины 21 м, 50,4 мм — до забоя на глубине 50 м; диаметр заряда в верхней части 90 мм, в нижней части — 40 мм; шаг между витками

50 мм; полная длина заряда в верхней части

83 м, в нижней части — 83 м, В результате работ получены полевые материалы со значительно более низким уровнем низко- и среднескоростных помех, чем в случае с обычно применяемой методикой сосредоточенных взрывов из одиночных скважин глубиной 50 м..Увеличение уровня отношения сигнал — помеха в 2 раза достигнуто за счет высокой степени направленности взрыва, Формула изобретения

1, Способ возбуждения сейсмического сигнала, включающий проведение в пределах площади исследований сейсмического .каротажа, определение пластовых скоростей сейсмических волн, бурение взрывных скважин, размещение в скважинах спиральных зарядов взрывчатого вещества с шагом между витками и диаметром спирали, выбранными исходя из равенства скорости распространения волны детонации вдоль ствола взрывной скважины и пластовой скорости сейсмических волн в окружающих горных породах, от л и ч а ю щийс я тем, что, с целью повышения эффективности способа в средах с положительным градиентом скоростей за счет уменьшения расхода взрывчатых материалов, а также повышения эффекта направленного действия источника и плотности энергии возбуждения, взрывную скважину выполняют ступенчатой с диаметром ступени, выбираемым исходя из соотношения

5 1 Л1-V

" Ж% .У где dl — диаметр 1-й ступени взрывной скважины;

L — полная длина спирального заряда;

10 Л вЂ” минимальный шаг между витками заряда, исключающий передачу детонации на соседний виток;

Ч вЂ” скорость детонации взрывчатого вещества;

15 Vi — пластовая скорость сейсмического сигнала в горных породах на уровне -й ступени взрывной скважины.

2, Способ по п.1, отличающийся тем, что спиральный заряд взрывчатого ве20 щества выполняют с продольной кумулятивной выемкой.

3, Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что заряд размещают в скважину кумулятивной выемкой в направлении сте25 нок скважины.

4, Способ по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ,;. йс я тем; что заряд размещают в скважину кумулятивной выемкой вниз, а инициирование заряда производят сверху от уровня

30 грунтовых вод.

5. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что заряд размещают в скважину ниже уровня грунтовых вод кумулятивной выемкой вверх, а инициирование заряда

35 производят со стороны забоя скважины.

1716463

Составитель H,Æóêîâà

Техред М;Моргентал Корректор С.Щевкун

Редактор М.Бандура

Производственно-издательский комбинат "Патент",.r. Ужгород; ул.Гагарина, 101

Заказ 611 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета:по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., 4/5.