Постоянный скважинный резонансный источник

Постоянный скважинный резонансный источник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к генерированию сейсмических волн в скважине для исследования пласта-коллектора, находящегося в толще окружающих скважину (вмещающих) горных пород, а также для наблюдения за изменением характеристик пласта-коллектора. В частности, изобретение относится к способу и системе для наблюдения за прохождением сейсмической энергии, излучаемой из скважин, во вмещающие породы. Проникающие во вмещающие породы объемные сейсмические волны, которые генерируются в скважинных структурах, используются как в проектах межскважинных исследований, так и в проектах обратного вертикального сейсмопрофилирования (ОВСП), для поиска залежей углеводородов и иных минеральных полезных ископаемых и периодического наблюдения за их состоянием на протяжении срока эксплуатации продуктивного пласта.

Эта система позволяет вести наблюдение за распределением содержимого залегающего под землей месторождения на протяжении периода его эксплуатации с обеспечением долговременного управления природными ресурсами. В такой системе используются волны давления, генерируемые в скважинных структурах, и в виде сейсмических волн, излучаемых во вмещающие породы. Временные изменения избранных параметров этих сейсмических волн, проходящих через месторождение между скважинами или между скважинами и сейсмоприемниками, могут указывать на происходящие со временем изменения в составе полезного ископаемого.

В нефтегазовой промышленности геофизические методы поиска и разведки используются обычно для поиска и оценки подземных залежей углеводородов. Как правило, при этом используют источник сейсмической энергии, генерирующий сейсмический сигнал, который распространяется в породе и по меньшей мере частично отражается подземными сейсмическими отражающими горизонтами (т.е. границами между пластами подземных пород с различным волновым сопротивлением или акустической жесткостью). Отражения сигналов регистрируются сейсмоприемниками, расположенными на поверхности или вблизи поверхности, в воде или же в скважинах на определенных глубинах; полученные сейсмические данные можно обработать с получением информации, касающейся местоположения подземных отражающих горизонтов и физических свойств подземных пород.

Для выяснения структуры пород, минеральных залежей и количественной оценки таких подземных ископаемых, как нефть, природный газ, вода, сера и т.п., проводят геофизические исследования. Геофизические методы исследований также могут использоваться для наблюдения за изменениями состояния месторождения, например за истощением месторождения в результате добычи полезных ископаемых, на протяжении периода его эксплуатации. Польза геофизического исследования зависит от возможности количественного измерения и оценки некоторых геофизических аналогов петрофизических параметров, по которым судят о присутствии конкретных полезных ископаемых.

Сейсмические методы могут применяться как в мониторинге месторождения при его эксплуатации для управления ресурсами, так и в разведке коллекторов углеводородов. Как известно геофизикам, на каждой из группы точек наблюдения периодически включают сейсмические источники акустических волн, расположенные на поверхности или вблизи нее, создавая в породе поле сейсмических волн или сейсмическое волновое поле. Сейсмические источники акустических волн обычно бывают импульсными или источниками свип-сигналов. Импульсный источник генерирует минимально-фазовую волну с очень крутым фронтом и очень малой длительностью, так или иначе имитируя генерирование импульса. Примером такого источника является взрыв.

Источник свип-сигналов или вибросейсмических сигналов может порождать управляемый волновой пакет, который образует довольно продолжительный зондирующий сигнал, длящийся от 2 до 30 секунд и гарантированно передающий достаточно большую энергию в недра. Метод исследований с использованием источников свип-сигналов или вибросейсмических сигналов основан на сжатии сигналов с обеспечением вертикального разрешения, достаточного для определения местоположения подземных отражающих горизонтов. Сжатие сигнала обычно называют деконволюцией, причем в технике известны многочисленные методы обработки сейсмических данных. При деконволюции свип-сигналов или вибросейсмических сигналов сигнал от источника сжимается в намного более короткий сигнал, характеризующий подземные отражающие горизонты. Точность и эффективность любой из методик деконволюции находятся в прямой зависимости от того, насколько сигнал от источника известен и распознаваем. Большинство операторов деконволюции исходят из статистических оценок формы волны сигналов, генерируемых реальным источником.

Источники свип-сигналов излучают энергию в виде развертки равномерно возрастающей частоты (свип-сигнал с разверткой вверх) или равномерно понижающейся частоты (свип-сигнал с разверткой вниз) в диапазоне сейсмических частот. Помимо свип-сигналов с разверткой вверх и вниз известны и другие различные формы сигналов качающейся частоты, например так называемые случайные псевдослучайные и нелинейные свип-сигналы. При нелинейном свип-сигнале для компенсации ослабления высокой частоты при прохождении сигнала через породу или его преобразованию в желаемую волну малой амплитуды, на развертку высоких частот может затрачиваться большее время, чем на развертку низких частот. Вибрации регулируются управляющим сигналом, который может управлять частотой и фазой сейсмических сигналов.

Акустическое сейсмическое волновое поле распространяется во всех направлениях, заполняя звуком подземные породы. Излученная энергия волнового поля отражается и регистрируется сейсмоприемниками (датчиками), расположенными на указанных станциях и находящимися обычно на земной поверхности или рядом с ней, но которые могут находиться и под землей, например в скважинах (в данном описании также называемыми стволами скважин). Сейсмоприемники преобразуют механические движения породы, вызванные отраженным волновым полем, в электрические сигналы. Полученные электрические сигналы передаются по линии связи любого подходящего типа в контрольно-измерительную аппаратуру, обычно цифровую, где сигналы с сейсмическими данными архивируются и хранятся для последующей обработки.

Время пробега волны, проходящее с момента излучения волнового поля источником и приема возникшей последовательности отраженных волновых полей приемником, представляет собой меру глубины залегания соответствующих пластов, от которых отразилось волновое поле. Относительные амплитуды отраженных волновых полей могут быть функцией (аналогом) плотности и пористости соответствующих пластов, от которых волновые поля отразились, а также пластов, через которые волновые поля прошли. На угол сдвига фазы и состав частотный состав возвратившихся сигналов в отраженных волновых полях могут влиять пластовые флюиды, искомые полезные ископаемые и другие характеристики пород.

Обработанные сейсмические данные, относящиеся к одному приемнику, обычно представляют в виде одномерной диаграммы в шкале времени, отображающей амплитуды сигналов как функцию времени прохождения волнового пакета в обе стороны (полного времени пробега). Если совместить несколько сейсмограмм, полученных от нескольких преемников, размещенных друг за другом вдоль линии наблюдений с определенным интервалом, например через 25 метров, можно получить двухмерную (2D-) аналоговую модель геологического разреза. По сейсмическим профилям, полученным на нескольких пересекающихся линиях наблюдения, находящихся на исследуемой площади, создают трехмерное изображение сейсмических данных. Несколько трехмерных сейсмических исследований одного и того же района, проводимых через следующие друг за другом отрезки времени, например каждые шесть месяцев, представляют собой четырехмерные или четырехкомпонентные периодические наблюдения (мониторинг) за состоянием недр, весьма полезные, например, для контроля скорости истощения коллектора углеводородов.

С учетом изложенных соображений было бы разумным ожидать, что периодические сейсмические наблюдения, т.е. проводимые в течение длительного времени наблюдения за изменяющимися во времени характеристиками сейсмических данных, относящихся к определенному месторождению, например нефтяному или газовому коллектору, позволят отслеживать истощение запасов флюида или содержания полезного ископаемого, либо картировать переменные во времени показатели, например продвижение температурного фронта при нагнетании пара в пласт.

Для успешных периодических наблюдений необходимо, чтобы различия между наборами обработанных данных относились на счет физических изменений петрофизических характеристик залежи. Это довольно жесткое условие, поскольку вследствие изменений в регистрирующей аппаратуре и алгоритмах обработки, неизбежно происходящих за долгие годы, между отдельными наборами данных сейсмических наблюдений возникают различия, обусловленные контрольно-измерительной аппаратурой, но не динамическими изменениями состояния коллектора.

В частности, при использовании обычных методов наземных сейсмических исследований в реальных геологических условиях на результатах исследований могут сказываться долговременные изменения окружающей среды, связанные с климатом и техногенными факторами. Если томографический мониторинг или сейсмомониторинг предполагается использовать для количественных наблюдений за состоянием коллектора углеводородов, то влияние оборудования и окружающей среды, не связанное с изменениями характеристик коллектора, должно находить четкое отражение в наборах данных, полученных до и после предполагаемого изменения состояния коллектора. Успешное проведение томографического мониторинга требует тщательного планирования.

Один из способов избежать многих зависящих от времени изменений, связанных с окружающей средой, а также с совершенствованием аппаратуры, состоит в установке постоянных источников сейсмических сигналов и сейсмоприемников в одной или нескольких скважинах, расположенных в зоне, представляющей экономический интерес, и вокруг нее. Вместо обычных наземных полевых сейсмических исследований данные, получаемые на протяжении всего периода наблюдений методом межскважинной томографии в группе скважин, обрабатываются одинаковыми методами. Один из таких способов раскрыт в патенте US 5886255 (Aronstam) с датой подачи 14.10.1997, принадлежащем обладателю прав на настоящее изобретение и включенном в данное описание в качестве ссылки в части, касающейся метода межскважинной томографии в группе скважин.

Еще одним источником, в котором описаны скважины, содержащие постоянные системы для оценки состояния горных пород, является патент US 6456566 (Aronstam) с датой подачи 21.07.2000, принадлежащий обладателю прав на настоящее изобретение и в полном объеме включенный в данное описание в качестве ссылки. В патенте US 6456566 описано использование мелких объектов, перекрывающих ствол скважины, в качестве источников сейсмической энергии.

В патенте US 5406530 от 11.04.1995 (Токио Yamamoto) описан неразрушающий способ измерения физических характеристик осадочных отложений с получением поперечного распределения значений и отклонений пористости и проницаемости, а также модуля упругости и предела прочности на сдвиг. Устья двух скважин отстоят друг от друга на известном расстоянии, а в заранее определенных местах на расстоянии друг от друга установлена группа гидрофонов. В еще одну скважину в качестве источника сейсмической энергии помещают генератор псевдослучайного кода двоичной последовательности, при включении которого энергия псевдослучайных волн идет от источника к гидрофонам. На множестве путей распространения волн от источника к гидрофонам с использованием межскважинной томографии измеряют характеристики сейсмических волн.

Решение Yamamoto предназначено для инженерно-геофизических исследований главным образом в неглубоких скважинах. Такие скважины имеют в глубину менее 100 метров в противоположность нефтепромысловым скважинам, которые могут иметь глубину от двух до пяти километров. Выполнение требования по размещению активного источника на разных уровнях по стволу скважины проблематично, так как источник может повредить скважину и препятствовать ее эксплуатации. Поскольку сейсмическое оборудование приходится перемещать вверх и вниз по стволу скважины, сохранение в течение длительного времени одинаковых условий регистрации невозможно.

В патенте US 4993001 от 12.02.1991 (G.W.Winbow) описаны способ и устройство для преобразования трубных волн в скважинные объемные волны при проведении сейсмических исследований. Устройство содержит источник трубных волн с вращающимся клапаном, генерирующий трубные волны с разверткой частоты, которые вводятся в колонну труб или в скважинную жидкость. Трубные волны преобразуются в объемные волны продолговатым преобразователем трубных волн, расположенным в заданном месте ствола скважины. Преобразователь трубных волн содержит удлиненный корпус, который в предпочтительном варианте практически заполняет собой ствол скважины или колонну труб и имеет предпочтительную форму для эффективного преобразования трубных волн в объемные волны, находясь в выбранном положении внутри скважины. Этот патент относится главным образом к обратному вертикальному сейсмопрофилированию (ОВСП). Winbow признает известность того, что "неоднородности в стволе скважины" являются причиной изменений мод сейсмических волн (обмен волны), ведущих к возникновению вторичного сейсмического излучения и связанных с ним кратноотраженных волн.

Winbow использует единственный преобразователь трубных волн, который служит в качестве одиночного источника прямых и отраженных сейсмических волн, но чтобы добиться обширного охвата по вертикали, достигаемого в межскважинной томографии, его устройство приходится перемещать в разнесенные по стволу скважины положения. Поэтому такую систему трудно реализовать для неподвижной постоянной системы приборов, необходимой для четырехмерного сейсмомониторинга. Еще одним недостатком данной схемы является необходимость возбуждения трубных волн очень высокой энергии, что в свою очередь ведет к возникновению сильных фоновых шумов при вхождении трубных волн в ствол скважины и при их ударном воздействии на забой скважины.

Другое скважинное устройство, имеющее отношение к устройству, предложенному в патенте US 4993001, представляет собой скважинный широкополосный резонансный источник сейсмических волн, раскрытый Winbow и соавторами в патенте US 5268537. Это устройство используется для частичного или полного перекрытия ствола скважины с образованием заполненной флюидом скважинной полости. На флюид в полости воздействуют вибрацией, возбуждая стоячую волну давления, которая через скважину радиально распространяется во вмещающую породу. Это устройство наиболее эффективно функционирует при высоких частотах (т.е. свыше 1500 Гц). Известно, однако, что для обычных сейсмических исследований методом отраженных волн и построения томографических изображений предпочтительнее использовать более низкие частоты (менее 1000 Гц).

В патентах US 4671379 от 09.06.1987 (Kennedy и соавт.) и US 4834210 от 30.05.1989 (Kennedy и соавт.) предложена система с импульсным источником энергии, развернутым между двумя концевыми элементами. Пространство между этими двумя концевыми элементами заполнено скважинным флюидом, а импульсный источник энергии приводит флюид в состояние колебательного движения, происходящего в скважинном пространстве между двумя концевыми элементами. Для поддержания системы в состоянии резонанса расстояние между двумя концевыми элементами изменяют по мере изменения частоты импульсного источника энергии.

В патентах Kennedy энергию подают внутрь скважины с поверхности через колонну гибких труб, соединенную с вращающимся клапаном, расположенным на устройстве в скважине. Подаваемая энергия возбуждает находящийся в скважине столб флюида с образованием резонансной стоячей волны. Это достигается за счет того, что флюид заключают между двумя заполненными газом надувными камерами с образованием столба флюида, колебания в котором возбуждают при помощи сообщающегося с ним задающего устройства. Флюид вибрирует на частоте резонанса столба, ограниченного двумя надувными камерами. При функционировании этого решения желательно, чтобы вращающийся клапан проходил через определенный интервал резонансных частот для получения большего объема информации о подземных породах. Для обеспечения развертки по частоте при поддержании колебаний флюида в столбе на резонансной частоте высоту столба для различных величин частоты в развертке необходимо изменять. Устройство выполняет эту задачу путем физического перемещения надувных камер в процессе развертки. Чтобы поддерживать столб в состоянии полуволнового резонанса волны, надувные камеры в течение приблизительно 45-секундной развертки перемещают на общее расстояние порядка 100 футов. Устройство должно поддерживать резонанс для обеспечения эффективности работы.

Этот источник обладает высокой мощностью и не вызывает повреждений ствола скважины. В патенте утверждается, что устройство обеспечивает относительно высокую эффективность источника энергии при работе на резонансной частоте столба флюида. Однако при таком подходе возникает ряд проблем. Во-первых, это необходимость механических перемещений внутри скважины, так как источник должен работать на резонансной частоте столба, а резонансную частоту нельзя изменить, не меняя высоту столба. Устройство должно содержать весьма сложное скважинное оборудование для изменения высоты столба. Такая, как эта система, которой требуются скважинные движущиеся части, менее надежна, чем требуется. Проведение ремонта возможно только после подъема системы из ствола скважины, что приводит к дорогостоящим простоям в работе. Вторая проблема связана с длительностью свип-сигнала, излучаемого устройством. Высота столба изменяется по мере свипирования. Расстояние, на которое каждая камера должна переместиться во время свипирования, составляет примерно 50 футов (в случае, когда резонансная длина волны составляет половину длины стоячей продольной волны). Поэтому свипирование занимает продолжительное время, приблизительно 45 секунд. Эта система не может выдавать короткие свип-сигналы длительностью в несколько секунд. Также невозможно использовать в качестве вибратора импульсный источник.

В вышеупомянутых патентах Kennedy и соавт. описан также альтернативный вариант, при котором высота столба не изменяется. В этом варианте труба между концевыми элементами окружена надувными рукавами. Эти рукава можно надувать воздухом, что приводит к изменению кажущейся сжимаемости скважинного флюида. Изменение свойств флюида приводит к изменению резонансной частоты полости. Однако и в этом случае система может генерировать только относительно длительные свип-сигналы и содержит скважинные подвижные части, что приводит к снижению эксплуатационной надежности.

Существует потребность в системе источников сейсмических сигналов, постоянно установленных в скважинах, которую можно было бы использовать для наблюдения за изменением во времени характеристик пласта-коллектора, таких как распределение содержимого месторождения. Предпочтительно, чтобы такая система не мешала его добыче и не прерывала ее. Кроме того, существует потребность в такой системе, которая использовала бы не только специально генерируемую сейсмическую энергию, но также могла бы использовать присутствующие в скважине формы природной энергии, или энергии окружающей среды, например энергии потока флюида, которую можно преобразовывать в объемные сейсмические волны, излучаемые в горную породу, окружающую стволы скважин.

Краткое изложение сущности изобретения

В настоящем изобретении предлагается способ возбуждения объемных сейсмических волн в коллекторе углеводородов, находящемся в толще горных пород. Сигналы, характеризующие искомый параметр коллекторов углеводородов, регистрируют группой сейсмоприемников. Объемные сейсмические волны распространяются по меньшей мере из одного расположенного в скважине объемного резонатора и проходят через горные породы. Регистрация сигналов, прошедших через породы и коллекторы углеводородов, осуществляется более одного раза с получением сигналов, характеризующих искомый параметр. На основе этих сигналов определяют изменение состояния коллектора углеводородов путем сравнения сигналов, характеризующих искомый параметр коллектора углеводородов, с сигналами, характеризующими параметр искомый параметр коллектора углеводородов и зарегистрированными позднее.

Краткое описание чертежей

Новые особенности изобретения, которые рассматриваются как существенные для его характеристики как в плане структуры системы, так и в плане способов его использования, а также задачи и преимущества изобретения поясняются ниже его подробным описанием, которое лишь иллюстрирует пример осуществления изобретения, не устанавливая границ его правовой охраны, и следующими чертежами, на которых показано:

на фиг.1 - акустический объемный резонатор, работающий на энергии потока флюида,

на фиг.2А - источник с электромагнитным приводом для акустического резонатора,

на фиг.2Б - акустический резонатор, включающий объемный резонатор, показанный на фиг.2А, с полостью для резонансного излучения энергии в широкой полосе частот,

на фиг.3А - акустический резонатор, расположенный в стволе скважины снаружи насосно-компрессорной колонны,

на фиг.3Б - изолированный объемный резонатор, расположенный в стволе в стволе скважины, и его поперечное сечение,

на фиг.4 - объемный резонатор, форма которого обеспечивает резонанс в широкой полосе частот,

на фиг.5 - источник резонатора, работающий на энергии потока добываемого флюида,

на фиг.6А - объемный резонатор, образованный двумя пакерами,

на фиг.6Б - объемный резонатор, образованный двумя профилированными пакерами,

на фиг.6В - объемный резонатор, образованный комбинацией пакеров разного типа,

на фиг.6Г - объемный резонатор, образованный пакерами, находящимися снаружи обсадной колонны, и породой,

на фиг.6Д - объемный резонатор, образованный профилированными пакерами, находящимися снаружи обсадной колонны, и породой,

на фиг.7 - схема проекта ОВСП с использованием настоящего изобретения,

на фиг.8 - схема проекта межскважинных исследований с использованием настоящего изобретения,

на фиг.9 - схема проекта межскважинных исследований в группе скважин с использованием настоящего изобретения.

Хотя изобретение рассматривается на примере его предпочтительных вариантов, следует иметь в виду, что возможности использования изобретения ими не ограничиваются. Напротив, предполагается, что данное описание охватывает любые альтернативы, видоизменения и эквивалентные решения, соответствующие сущности изобретения и подпадающие под патентные притязания, изложенные в прилагаемой формуле изобретения.

Подробное описание предпочтительного варианта изобретения

В настоящем изобретении предлагаются способ и система для создания и измерения сейсмического волнового поля при наблюдении за распределением содержимого залегающего под землей месторождения на протяжении периода его эксплуатации для долгосрочного управления ресурсами. В предлагаемой в изобретении системе используются волны давления (продольные волны), генерируемые в скважинных структурах. Скважинная структура - это полость, представляющая собой объемный резонатор и расположенная снаружи по меньшей мере одной находящейся в стволе скважины трубы. Объемный резонатор получает энергию давления от соответствующего устройства либо создает сейсмические волны за счет элементов конструкции объемного резонатора, взаимодействующих в потоком флюида в скважине. Возникающие в объемном резонаторе волны давления во вмещающих породах преобразуются в объемные сейсмические волны и расходятся в стороны от скважины. Эти объемные сейсмические волны, регистрируемые приемниками, могут быть подвергнуты обработке для характеристики представляющих интерес или искомых параметров горной породы.

Зависимые от времени изменения выбранных элементов сейсмических волн, которые прошли через месторождение между стволами скважин или между скважинами и сейсмоприемниками, могут указывать на временные изменения содержимого пласта-коллектора. Из приведенного ниже подробного описания специалисту должны быть ясны и другие варианты. В той части подробного описания, которая относится к конкретному варианту изобретения или к его конкретному применению, предполагается, что описание лишь иллюстрирует возможности осуществления изобретения, не ограничивая его объема.

Как известно, системы эксплуатации скважин состоят из труб. В конструкцию скважин обычно входит обсадная колонна, отделяющая скважинное и промысловое оборудование от пород по длине ствола скважины. Иногда обсадная колонна отсутствует, например, в забое некоторых скважин. Внутри обсадной колонны могут находиться другие трубы, которые иногда проходят ниже обсадной колонны и к которым относятся одна или несколько насосно-компрессорных колонн (колонн насосно-компрессорных труб). Другие трубчатые элементы могут использоваться для транспортировки флюидов, реагентов и обеспечивать связь между поверхностью и точками в скважине, а также подачу электропитания. Объемный резонатор, используемый в соответствии с настоящим изобретением, располагается снаружи по меньшей мере одной из находящихся в скважине труб или колонн.

Настоящее изобретение предусматривает использование источников сейсмических сигналов в стволе скважины с целью формирования изображения пород из скважины. Известные источники сейсмических сигналов предназначаются для временного использования в скважине и требуют вмешательства в процесс добычи и его прерывания. Предметом настоящего изобретения является постоянный, т.е. устанавливаемый на долгое время источник сейсмических сигналов, который располагается снаружи насосно-компрессорной колонны (в предпочтительном варианте) и потребляет немного энергии по сравнению с энергией, которую он излучает. Источник такого типа может использоваться при реализации расстановки для построения изображений целого месторождения.

Употребляемый в данном описании термин "рисунок волны" означает изменения амплитуды, частоты и фазы формы сейсмического сигнала (например, волнового импульса Рикера), выраженные во временной области в том виде, как они представлены на сейсмограмме в масштабе времени. Употребляемый в данном описании термин "кода" обозначает сейсмическую энергию объемной сейсмической волны, передаваемую вмещающей породе в определенной точке. Кода, соотнесенная с конкретной точкой нахождения источника сейсмической энергии, объемным резонатором либо мелким препятствием в стволе скважины, будет представлять собой сейсмический рисунок волны для данного местоположения источника сейсмической энергии. Термин "объемный резонатор" означает любую форму или структуру заполненной флюидом полости, из которой исходит сейсмическая энергия. Объемный резонатор может содержать более чем один флюид. Термины "мелкое препятствие в стволе скважине", "резкое изменение геометрии ствола скважины" или просто "резкое изменение геометрии" означают неровность ствола скважины любой формы или любого вида, выполненная таким образом, что энергия трубной волны, проходящей по стволу скважины, будет отчасти передаваться на эту неровность в стволе скважины и таким образом излучать энергию объемной волны в толщу окружающих скважину пород, продолжая также передавать и отражать часть энергии трубной волны вдоль ствола скважины. Термин "импульсная характеристика" означает отклик регистрирующей аппаратуры (сейсмоприемников и аппаратуры обработки сигналов) на шпилеобразную дельта-функцию или единичный импульс. Энергия сигнала акустического волнового поля, принимаемая сейсмоприемниками, зависит от текстуры слоев пород, через которые волновое поле прошло, от которых оно отразилось или с которыми оно взаимодействовало каким-либо иным образом: как по вертикали, так и по боковым направлениям. Термин "текстура" означает такие петрофизические параметры, как тип породы, ее состав, пористость, проницаемость, плотность, содержание флюида, тип флюида и межзерновое сцепление, что перечислено для примера, но не в порядке ограничения числа параметров.

Для пояснения способа настоящего изобретения использован не ограничивающий собой его объем пример межскважинной томографии с приемниками, расположенными как в скважинах, так и на поверхности земли. Следует четко представлять себе, что предлагаемый в изобретении способ применим к любой геометрии многоканальной регистрации данных и к любому режиму проведения исследований, независимо того, находятся ли сейсмодатчики под землей в скважинах, на поверхности земли или возле нее.

Изменения в коллекторе углеводородов в течение периода его эксплуатации можно определять по изменениям определенного представляющего интерес параметра, характеризуемым временными изменениями характеристик или параметров объемных сейсмических волн. Таким параметром может служить любой параметр, взятый в отдельности или в сочетании с другими, сейсмическими характеристиками принимаемых объемных сейсмических волн, которые прошли через коллектор. Сейсмические характеристики хорошо известны. Примерами сейсмических характеристик являются сейсмический импеданс (акустическая жесткость), амплитуда, затухание, частота, фаза, полярность, скорость, угол наклонения, азимут, огибающая линия и т.д.

Объемные волны, исходящие из каждого объемного резонатора, создают уникальный рисунок волны источника. Рисунки волны источника связаны с динамикой режима источника и с создаваемым резонансом. Эти рисунки волны источника могут измеряться как приемником, расположенным непосредственно возле объемного резонатора, так и приемниками, удаленными от объемного резонатора на некоторое расстояние. Кроме того, рисунок волны источника для объемных волн может быть воспроизведен по известным параметрам для каждой скважины в комплексе с трубными волнами, измеряемыми вдоль насосно-компрессорной колонны.

Рисунок волны (либо кода) источника, привязанный к конкретному объемному резонатору, представляет собой сейсмический рисунок волны для данной точки нахождения источника сейсмической энергии. Однако в соответствии с патентом US 6456566 (Aronstam) мелкие препятствия в стволе скважины также излучают из скважины объемные волны (как продольные, так и поперечные). Способ и система по патенту US 6456566 могут использоваться в сочетании с предлагаемыми в изобретении способом и системой с использованием объемного резонатора таким образом, чтобы регистрируемая сейсмоприемниками кода включала в себя доли сигнала, связанные с излучением от объемного резонатора, а также мелких препятствий в стволе скважины.

В предпочтительном варианте приемник располагается вблизи объемного резонатора для регистрации связанного с объемным резонатором рисунка волны источника. Однако имеются и другие способы определения и измерения рисунков волны, поэтому не требуется, чтобы приемники измеряли рисунок волны непосредственно для каждого сейсмического источника. Можно опустить датчик в кольцевое пространство и записывать контрольный сигнал напрямую. Например, для регистрации данных можно использовать легкий оптоволоконный датчик, практически не оказывающий воздействия на передаваемую сейсмическую энергию.

В качестве альтернативы для определения местоположения и рисунка волны сейсмических источников вдоль ствола скважины направленность сейсмического сигнала можно регулировать путем специфической расстановки сейсмоприемников (которые могут находиться как на поверхности земли, так и в любом другом положении). Регулирование направленности при приеме или излучении представляет собой способ выделения энергии, поступающей с определенного направления и из определенного местоположения посредством задержки последовательных каналов, так чтобы вступления определенной кинематической поправки за угол наклона отражающей границы (или кажущейся скорости) происходили одновременно и затем суммировались. Регулирование направленности предполагает сдвиг по времени результатов от отдельных источников на величины, пропорциональные расстояниям между источниками, и сложение результатов для придания направления потоку лучей. Направление лучей можно изменить, варьируя сдвиг по времени. Эту методику можно повторять для получения последовательности местоположений разных сейсмических источников.

Объемным резонаторам можно придавать сложные или произвольные формы для повышения вариабельности рисунка волны источника, а также в целях изменения эффективной ширины диапазона и частотных характеристик излученного сигнала. Объемным резонатором является кольцевое пространство в стволе скважины. В предпочтительных вариантах полость резонатора окружает скважинную трубчатую конструкцию. Настоящее изобретение предусматривает, что объемный резонатор может быть асимметричным и произвольным по форме. Объемный резонатор может быть выполнен такой формы, чтобы испускать в породу вокруг ствола скважины волны в широком диапазоне частот. Источником энергии для источника акустических волн объемного резонатора может быть поток природного флюида и/или изменения давления в насосно-компрессорной колонне.

Изображение пород можно получить с использованием вышеобсужденного способа, если, например, известен сигнал от рисунка волны источника. Хотя рисунок волны источника можно вывести, при некоторых условиях съемки неизвестным для диагностического параметра может быть t_o (время инициации источника). Для изображения сейсмического затухания знание t_o необходимым не является, так как для построения изображения достаточно знать убывание во времени огибающей линии частоты. Если желательно получить реконструкцию на базе шкалы времени, то определение точки отсчета начального момента может быть произведено с использованием взаимной корреляции давления или акустической энергии, измеренной на устье одной скважины, или даже на нескольких скважинах. Другая альтернатива, как объяснено выше, состоит в постоянном размещении одного или более приемников в скважине для определения момента начала отсчета t_o.

Каждый объемный резонатор может являться местоположением источника энергии излучения с уникальной формой колебаний волны для акустической энергии, испускаемой в прилегающую толщу пород. Размещаемый датчик регистрирует форму колебания волны по мере ее возникновения. Затем каждую коду подвергают деконволюции, используя, например, взаимную корреляцию с сейсмическим волновым полем, записанным вдалеке от ствола скважины, к примеру сейсмоприемниками в другом стволе скважины либо на земной поверхности или морском дне.

На фиг.1 схематически показано, каким образом объемный резонатор можно использовать совместно с находящейся в скважине насосно-компрессорной колонной 101. В качестве иллюстрации по скважине в произвольном направлении протекает поток 117 флюида. Для создания и развития резонансной энергии может быть использован объемный резонатор 103. Объемный резонатор 103 представляет собой полость, в которой могут формироваться стоячие волны. Частота этих стоячих волн зависит от объема полости, ее геометрической формы и размеров, а также размера любых отверстий в ней.

Существуют две переменные величины, которые определяют основную частоту любого объемного резонатора. Первой из них является физический размер. Как правило, чем меньше полость, тем выше ее резонансная частота. Вторым определяющим фактором является форма полости. Объемным резонатором может служ