Способ сейсмической разведки зон растрескивания горных пород в процессе гидроразрыва

Способ сейсмической разведки зон растрескивания горных пород в процессе гидроразрыва

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сейсмической разведке и может использоваться для обнаружения пространственного положения зон растрескивания горных пород при гидроразрыве, который проводится для увеличения притока нефти или газа, а также для создания искусственных хранилищ, а также проникающих полостей, каналов и для других инженерно-технических целей.

Известен способ сейсмической разведки объектов, рассеивающих упругие волны, включающий возбуждение сейсмического сигнала, регистрацию сейсмического поля и обработку данных, при этом направленно выделяют как отраженные, так и рассеянные компоненты волнового поля, предварительно моделируя рассеянные волны от возможных объектов отражения, дифракции и рассеяния, и выбирают такой вариант селекции отраженных, дифрагированых и рассеянных волн, который обеспечивает наилучшее выделение объектов на фоне помех, а затем уточняют параметры на реальных данных, получая суммарные зависимости амплитуд спектров от времени и частоты для разных углов конуса и используют полученные параметры для обработки реальных данных и получая аномалии амплитудных спектров в виде разрезов и карт для последующего выделения объектов, рассеивающих упругие волны. (См. Патент РФ № 2248014 С1, от 22.03.2004 г. «Способ сейсмической разведки объектов, рассеивающих упругие волны», патентообладатель: Закрытое акционерное общество Научно-Производственная Компания «Форум», авторы В.А.Кочнев, В.С.Поляков, И.С.Бехтерев, И.И.Бехтерев).

Недостатком способа является то, что он не может выявить динамику развития гидроразрыва. Кроме того, он требует дополнительных затрат на бурение мелких скважин и на производство взрывных работ и специальных наблюдений до и после гидроразрыва.

Известен способ для определения положения источников сейсмической энергии вокруг скважины. Несколько сейсмических приемников, каждый из которых снабжен взаимно ортогональными сейсмическими датчиками, расположены вдоль оси приспособления, способного к передаче сейсмических сигналов в режиме реального времени на поверхность по обычному кабелю. Также предложен метод для вычисления положения микроземлетрясений по отношению к приемникам. Метод использует данные со всех датчиков и целевую функцию для минимизации ошибки в определении положения. Источником сейсмической энергии является микросейсмическое событие, связанное с гидравлическим разрывом вокруг скважины, в которой помещен прибор, или удаленной скважины. (См. Патент США № 5747750 от 5 мая 1998 г., патентообладатель Exxon Production Research Company (Houston, TX), авторы Bailey; Jeffrey R. (Houston, TX); Ringo; Marion M. (League City, TX) - прототип).

Данный способ имеет следующие недостатки.

Способ может быть реализован только при наличии глубоких скважин с использованием специализированных приборов. При регистрации процесса гидроразрыва в одной скважине не может быть достигнута высокая точность определения координат микроземлетрясений в плане. Таким образом, для повышения точности способ требует нескольких скважин, что ограничивает его возможности, так как в реальной ситуации не всегда имеются глубокие скважины, расположенные на нужном удалении и направлении от изучаемого объекта.

В настоящее время отсутствует способ, позволяющий получать достоверные результаты при регистрации упругих колебаний не в скважине, а на дневной поверхности. Это объясняется тем, что к поверхности сейсмические волны, особенно высокочастотные, приходят сильно ослабленными при прохождении верхних слоев. Кроме того, на дневной поверхности и в верхнем слое присутствует значительный уровень сейсмических шумов. А это приводит к тому, что при регистрации сейсмических волн на поверхности не удавалось зарегистрировать волны от гидроразрыва и установить фактическое развитие зоны гидроразрыва, а следовательно, и зоны растрескивания пород. Это приводит к неправильным решениям и неоправданным экономическим затратам.

Задачей изобретения является создание способа сейсмической разведки, который предусматривает выбор оптимальной системы наблюдения и такую обработку упругих волн, зарегистрированных на поверхности в процессе проведения гидроразрыва, которая позволяет в процесссе обработки накапливать на заданной глубинной поверхности слабые волны на фоне сильных помех и тем самым выявлять активные источники излучения упругих волн.

Задача решается тем, что в способе сейсмической разведки, включающем регистрацию упругих колебаний от перфорации и гидроразрыва, предварительно моделируют упругие волны от этих источников, зашумляют их и проводят обработку, выбирая параметры обработки и параметры регистрирующей системы таким образом, чтобы было обеспечено наилучшее соотношение сигнал-шум при заданном ограничении на число регистрирующих каналов. По выбранной схеме наблюдений регистрируют упругие волны от перфорации. Полученные данные используют для уточнения скоростной модели и определения статических и динамических поправок на пунктах приема. В дальнейшем эти результаты используют при накапливании на заданнной глубинной поверхности зарегистрированных упругих волн от гидроразрыва. Результаты накапливания фиксируют в кадрах через заданный интервал времени регистрации, и кадры используют для изображения на экране в виде фильма, создающего представление о временном и пространственном изменении интенсивности упругих волн на заданной глубинной поверхности. Кроме этого, результаты представляются в виде разрезов и карт.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявлению источников, содержащих сведения об аналогах заявленного способа, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками предложенного способа сейсмической разведки.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило установить совокупность существенных признаков по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом способе сейсмической разведки, изложенных в формуле изобретения.

Сравнение предложенного способа с прототипом и другими аналогами подобного назначения показывает, что предложенный способ обладает новизной и существенными отличиями.

Предлагаемый способ позволяет правильно выбрать параметры регистрирующей расстановки и параметры обработки и накапливания упругих колебаний на заданных глубинных поверхностях, опираясь на результаты моделирования, перфорации и последующего уточнения параметров.

Способ сейсмической разведки зон растрескивания горных пород в процессе гидроразрыва иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлены: а - схема наблюдения упругих колебаний, b - модельные сейсмограммы от источников, находящихся на глубине 2475 метров и возбуждаемых последовательно со случайными интервалами, без наложенных шумов, с - модельные сейсмограммы от источников, находящихся на глубине 2475 метров и возбуждаемых последовательно со случайными интервалами, с наложенными шумами Ас/Аш=1, где Ac - среднее квадратическое значение амплитуд сигналов, Аш - средняя квадратическая амплитуда шумов.

На фиг.2 показаны результаты выделения глубинных объектов на модельных данных на поверхности: а - без шумов, b - с шумом Ас/Аш=1, с - с шумом Ас/Аш=0.5, d - с шумом Ас/Аш=0.25.

На фиг.3 показаны: а - сейсмические трассы, зарегистрировавшие перфорацию колонны после ввода кинематических поправок. Белой линией указаны времена прихода характерной фазы вступлений, используемые для определения статических поправок,

b - суммарное поле, накопленное в процессе фокусировки волнового поля, зарегистрированного на дневной поверхности от перфорации на уровень 2475 метров. Шаг радиуса 25 метров.

На фиг.4 показан фрагмент сейсмического волнового поля от гидроразрыва в интервале времени от 3200 до 3400 с.

На фиг.5 показаны:

а - результат накапливания волн от гидроразрыва на глубине 2475 м в интервале времен от 0 до 2000 с;

b - то же, в интервале от 0 до 3000 с;

с - то же, в интервале от 0 до 4000 с;

d - то же, в интервале от 0 до 5000 с. Точками обозначены пункты приема, идущие через 50 метров.

Способ осуществляют следующим образом.

Моделируют упругие волны от предполагаемого гидроразрыва в среде с приближенно известными параметрами, моделируют определенный вид и уровень шумов и аддитивно добавляют к модельным волновым полям (Фиг.1). Проводят обработку, подбирая необходимые параметры, добиваясь наилучшего выделения известных модельных объектов, излучающих упругие волны (Фиг.2). В случае необходимости меняют регистрирующую систему и повторяют модельный эксперимент снова, добиваясь наиболее точных результатов восстановления модельных объектов, генерирующих упругие волны.

Выбранную таким образом систему наблюдения используют для регистрации упругих колебаний от перфорации колонны. Уточняют скоростную модель среды и определяют статические и динамические поправки на пунктах приема (Фиг.3,а). Проверяют правильность параметров восстановления положения источника перфорации (Фиг.3,b). Непрерывно регистрируют упругие волны в процессе гидроразрыва (пример зарегистрированного фрагмента поля показан на Фиг.4).

Используя полученные параметры, фокусируют и накапливают волновые поля на заданной глубинной поверхности. Через заданный интервал времени регистрации фиксируют кадры накопленного поля амплитуд и монтируют фильм. Просматривают фильм, получают информацию об изменении процесса во времени и пространстве. Наиболее характерные кадры воспроизводят в виде карт или разрезов. На Фиг.5 показаны кадры, полученные после 2000; 3000; 4000; 5000 с. Они также дают представление о развитии гидроразрыва.

Закачка в пласт жидкости под большим избыточным давлением, по отношению к пластовому, вызывает растрескивание пород в той части, где возникает сопротивление и где породы оказываются наиболее ослаблены. То есть, поток закачиваемой жидкости будет идти по направлению, как правило, в трещинах, возникших в результате предыдущих технологических и геологических процессов давления и движения, вызываемого более глубокими слоями. В условиях Западной Сибири, где проводились первые эксперименты, трещины направлены субмеридионально. В нашем примере движение шло сначала в северном направлении. Интенсивного растрескивания в течение первых 2000 с не было замечено (Фиг.5,а). Это можно объяснить хорошей проницаемостью пород, возникшей в процессе добычи нефти. Скважина эксплуатировалась более пяти лет. Процесс растрескивания начал проявляться на удалении более 100 м, где сопротивление движению жидкости увеличилось. То, что в южном направлении жидкость не пошла, можно объяснить глинизацией пласта. Это и создало непреодолимый бесшумный барьер.

Экспериментально установлено, что при гидроразрыве возникают сейсмические волны. В течение многих лет наблюдение их ведется в глубоких скважинах на высоких частотах свыше 100 Гц. На таких частотах сейсмические волны сильно затухают в верхних слоях и реально регистрируются волны на частотах ниже 70 Гц.

Тем не менее, если происходит растрескивание породы (щелчок типа импульса), то наряду с высокими он содержит и среднечастотные сейсмические компоненты. Амплитуда некоторых из них на этих частотах может быть значительной. Суперпозиция большого числа высокочастотных компонент также дает в сумме сигналы более низкой частоты. Закачка жидкости проводится под большим давлением и за 30 мин закачивается от 70 до 90 м³ жидкости и наполнителя. Затраченная энергия идет на разрушение породы и создает упругие колебания, которые доходят и до поверхности.

Успех выявления волн на поверхности обуславливается мощной системой направленной селекции, состоявшей в проведенном эксперименте из 360 групп приемников, что позволило направленно увеличить соотношение сигнал-шум в 18 раз. Кроме пространственного накапливания идет накапливание временное. В нашем примере в интервале 5000 с в каждой точке осуществлялось 50000 накапливаний с шагом 0.1 с. Это позволяет увеличить соотношение сигнал-помеха в сотни раз и тем самым повысить достоверность оценки уровня сигналов в пласте в каждой точке и восстанавливать на каждый момент времени картину уровня накопленных глубинных сигналов, а совокупность картин позволяет увидеть пространственное развитие гидроразрыва.

Преимущество данного способа

1. Способ позволяет регистрировать микроземлетрясения от гидроразрыва на дневной поверхности с использованием стандартных приборов и аппаратуры, применяемой в сейсморазведке.

2. Способ позволяет выбрать оптимальную систему наблюдения. Как правило, она является симметричной относительно начальной точки гидроразрыва. Это позволяет выделять совокупность микроземлетрясений на больших удалениях в любых направлениях от начальной точки гидроразрыва.

3. Метод обработки дает возможность определять и учитывать скоростную модель и статические и динамические поправки и тем самым позволяет получать достоверную картину зоны растрескивания горных пород.

Способ сейсмической разведки зон растрескивания горных пород в процессе гидроразрыва пластов путем закачки в них жидкости и других компонент под большим давлением, включающий регистрацию сейсмических волн в процессе гидроразрыва и после него, отличающийся тем, что выбирают систему наблюдения и параметры обработки на основе моделирования сейсмических волн от планируемого гидроразрыва, регистрируют сейсмические волны на дневной поверхности от перфорации обсадной трубы и от гидроразрыва пласта по выбранной системе наблюдения, определяют по сейсмическим данным от перфорации колонны скоростную модель глубинной части среды и задержки сейсмических волн и их затухание в верхней части разреза под пунктами приема, фокусируют зарегистрированные на дневной поверхности волны от гидроразрыва на заданную глубинную поверхность с учетом скоростной модели и поправок, полученных при обработке данных перфорации, изображают результат в виде разрезов, карт и видеоизображений, позволяющих видеть волновой процесс, сопутствующий растрескиванию в пространстве и во времени.