CC BY
84
Г Е О Ф И 3 И К А
УДК 550.834.084
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ В СВЯЗИ С РАЗРАБОТКОЙ БЕСКАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМ РЕГИСТРАЦИИ ИНФОРМАЦИИ
© 2013 г. С.И. Михеев1, И.М. Кузнецов2, В.А. Селезнёв1
1 - ФГУП "Нижне-Волжский НИИ геологии и геофизики"
2 - ОАО "СКБСП"
Появление и внедрение в практику геологоразведочных работ бескабельнык систем регистрации сейсмической информации определяется несколькими причинами:
- ставящиеся перед сейсморазведкой геологические задачи все более усложняются. Весьма актуальной, в частности, становится задача исследования труднодоступных областей (горные районы, залесенные местности и т.д.), а также территорий населенный пунктов. Размотка сейсмических кабелей в таких условиях затруднительна, а зачастую и невозможна;
- расширяется круг геолого-геофизических задач и повышаются требования к качеству сейсмического материала. Все это определяет одну из главенствующих тенденций развития сейсморегистрирующих систем, заключающейся в увеличении их ка-нальности. Увеличение количества каналов продиктовано рядом причин: стремление к увеличению производительности работ, применение многокомпонентной регистрации для получения дополнительной информации о геологическом разрезе, реализация геолого-геофизического мониторинга на нефтянык и газовык месторождениях и т.д. Дальнейшее повышение канальности регистрирующих систем сдерживается трудностями, связанными с транспортировкой и размоткой кабелей;
- применение кабельных систем имеет ряд недостатков: их значительный вес, большие затраты ручного труда, увеличенный риск причинения вреда здоровью, нарушения экологических требований и требований по безопасности, существенные потери времени, связанные с ремонтом и обслуживанием кабелей и т.д.
Внедрение в практику геологоразведочных работ бескабельных телеметрических сейсморегистрирующих систем (БТСС) существенно расширяет возможности сейсморазведки во многих аспектах, снижает остроту перечисленных выше проблем. Поэтому ряд предприятий уже разработали и непрерывно совершенствуют различные бескабельные системы сбора сейсмических данных. В качестве примера можно привести несколько наиболее хорошо известных специалистам разработок: GSR (OYO Geospace, США), UNITE (Sersel, Франция), UltraG5 (ASCEND GEO, США), ZLand (Fairfield Industries, США), FireFly (ION, США), SIGMA (iSeis, США). Из отечественных разработок отметим бескабельные системы сбора геофизической информации STOUT (ОАО "СКБ СП", Саратов), РОСА-А (ФГУП "СНИИГГиМС", Новосибирск), которые не уступают зарубежным аналогам, а по ряду параметров (неограниченное количество каналов, большая внутренняя память и
др.) превосходят. Авторы статьи принимали участие в разработке и полевом опробовании системы SCOUT, в связи с чем в данной работе ей уделяется основное внимание.
Бескабельная система сбора геофизической информации (БСПГИ) SCOUT основана на использовании автономных нулевых модулей со встроенной твердотельной памятью. Она состоит из автономного полевого регистратора сейсмических сигналов, системы сбора и формирования данных, а также вспомогательного оборудования (зарядные устройства, сетевое оборудование). Регистратор содержит канал с 24-разрядной оцифровкой, встроенный высокочувствительный GPS-приемник, тактовый генератор, встроенный генератор тестовых сигналов, энергонезависимую память емкостью до 32 Гбайт и высокоскоростной порт ETHERNET для передачи данных. При потере сигнала GPS тактовый генератор может сохранять точное время в течение 2-х часов.
БСПГИ обладает рядом очевидных преимуществ перед системами с передачей данных по кабелю или радиоканалу:
- повышение производительности и мобильности полевых работ, т.к. исключается трудоемкая процедура смотки и размотки "кос", снижается численность персонала полевой партии и, как следствие, уменьшается стоимость полевых сейсмораз-ведочных работ;
- обеспечение возможности выполнения сейсморазведочных работ в районах, в которых проведение данных работ с другим оборудованием из-за различного рода ограничений невозможно;
- уменьшение отрицательного воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду. Это связано, в первую очередь, с тем, что исчезает необходимость в специальном автотранспорте для смотки-размотки сейсмических кос.
При обсуждении бескабельных телеметрических сейсморегистрирующих систем в известных публикациях основное внимание уделяется открывающимся возможностям исследования труднодоступных областей, территорий населенных пунктов, получению выигрыша в финансовой, технологической, экологической областях. По нашему мнению, не меньшее практическое значение имеет реализация потенциальных методических преимуществ БСПГИ перед кабельными системами. В первую очередь, имеется в виду возможность расширения набора используемых сейсморазведчиками технико-методических приемов. Остановимся далее на обсуждении некоторых из них.
Применение бескабельных систем подразумевает запись виброграмм при использовании вибрационных источников сейсмических колебаний. Процедура корреляционного преобразования виброграмм переносится с полевого на камеральный этап. Это имеет особое значение при разработке принципиально новых сейсморазведочных технологий, базирующихся на принципах многоуровневой, адаптивной и нелинейной сейсморазведки, позволяет сохранить для анализа максимально возможный объем информации. В результате обеспечивается более полная информационная база для решения методических задач, направленных на расширение динамического диапазона, раз-решенности сейсмической записи, глубинности и геологической информативности исследований.
Бескабельная технология обеспечивает возможность компоновки произвольно сложных интерференционных систем, прокладки как прямолинейных, так и криволинейных линий профилей в любых направлениях и многое другое. Апертура сформированной на основе БСПГИ полевой системы может быть произвольно сложной и легко трансформируется. Работа с неограниченным количеством каналов при обес-
печении высокоточной синхронизации времени может дать толчок к масштабному внедрению в практику геологоразведочных работ давно обсуждаемой высокоперспективной "тотальной" сейсморазведки, когда требуется покрыть плотной сетью приемников большие, в том числе и труднодоступные площади.
Применение БСПГИ повысит технологичность одного из самых "тонких" и перспективных инструментов современного комплекса геологоразведочных работ
- многоволновой сейсморазведки, требующей многокомпонентной регистрации поля упругих волн. На настоящий момент уже разработана и изготавливается трехкомпо-нентная система SCOUT, причем незначительно отличающаяся по стоимости от од-ноканального варианта.
Важное практическое значение имеет и уменьшение при регистрации бескабельными системами уровня помех, так как сейсмические косы создают эффект "кабельной волны" и увеличивают уровень микросейсм, а радиоканал повышает уровень электромагнитных помех.
Беспроводные системы также могут сыграть значительную роль в решении весьма актуальных в настоящее время проблем
- проведения сейсмических работ на акваториях и согласования получаемых данных с данными наблюдений на суше. С целью повышения эффективности решения указанных проблем разработчики системы SCOUT предусмотрели возможность ее работы как с геофонами, так и с гидрофонами. Причем тип сейсмодатчика учитывается при согласовании со входом регистрирующего устройства автоматически.
Практически неограниченная длина записи БСПГИ обеспечивает возможность детального изучения стационарности и динамических характеристик поля случайных волн с целью оптимизации параметров полевых интерференционных систем, а также
реализации методических приемов пассивной сейсморазведки, в том числе с задачами прямых поисков. Одновременное применение кабельных и бескабельных регистрирующих систем легко позволяют реализовать внутриметодное комплексирование активной и пассивной сейсморазведки. Применение комплекса кабельной и бескабельной систем целесообразно для обеспечения возможности оперативной корректировки методики полевых наблюдений при изменении сейсмогеологических условий производства работ (значительное уменьшения отношения сигнал/помеха, существенное изменение глубин залегания целевых горизонтов, усложнение строения верхней части разреза и др.). Такая корректировка может осуществляться путем изменения максимального удаления источник-приемник за счет увеличения или уменьшения количества дополнительных каналов, сгущения шага 1111 вблизи источника возбуждения. К примеру, максимальное расстояние источник-приемник выбирается с учетом области прослеживаемости волн различного типа, требуемых глубины изучения разреза и точности определения эффективных скоростей, нужного уровня ослабления кратных волн. Глубинные сейсмогеоло-гические условия зачастую меняются даже в пределах относительно небольших по размеру площадей, что и определяет необходимость корректировки полевой интерференционной системы.
Ближайшие перспективы широкого внедрения бескабельных систем регистрации в практику сейсморазведочных работ, вероятно, связаны с получением более точной информации о верхней части разреза (ВЧР). Так, детальное изучение ВЧР может обеспечиваться дополнением основной системы наблюдения МОГТ расстановкой автономных полевых регистраторов сейсмических сигналов с небольшими (от 1-го до 5 м) переменными удалениями между каналами. Для этого целесообразно применять уже разра-
ботанные многоканальные автономные полевые модули. Имея всего лишь 16 трехка-нальных модулей, можно реализовать полноценные малоглубинные наблюдения МПВ с получением систем нагоняющих и встречных годографов. Небольшие расстояния между каналами позволят осуществлять обработку и интерпретацию записей первых вступлений традиционно применяющимися в малоглубинной сейсморазведке способами с построением детальной скоростной модели, необходимой для вычисления статических поправок. Причем, надежность определения статических поправок в рассматриваемом случае может быть значительно повышена за счет интерпретации первых волн не только на записях вспомогательной уплотненной системы наблюдений, но и на позиционных сейсмограммах ОПВ основной (кабельной) системы наблюдения МОГТ. На них, помимо прочего, прослеживается преломленная волна, формирующаяся на кровле коренных пород. Важно подчеркнуть, что в данном варианте внутриметодного комплексирова-ния используется один и тот же источник колебаний. Это устраняет проблемы учета искажающего влияния ВЧР, возникающие в связи с различной формой импульсов при вспомогательных и основных сейсморазве-дочных работах.
Перспективы применения автономных бескабельных систем связываются нами и с проблемами сейсморазведки МОВ на территориях с близким к дневной поверхности залеганием резкой первой жесткой отражающей границы. В пределах таких территорий неточности построения и учета искажающего влияния первой жесткой границы в конечном итоге вызывают значительные ошибки в определении глубин залегания целевых горизонтов. "Стандартная" сейсморазведка МОГТ встречает большие трудности в регистрации отражения от границ раздела, особенно при глубине их залегания менее 150 м. Преодоление указанных
трудностей, как и в ранее рассмотренном случае, может обеспечиваться дополнением основной системы наблюдения МОГТ расстановкой автономных полевых регистраторов сейсмических сигналов с уменьшенным расстоянием между каналами. В зависимости от обеспечиваемой плотности наблюдений построение первой жесткой границы возможно либо на основе интерпретации годографов преломленной волны, либо на основе технико-методических приемов малоглубинной модификации МОВ. Выделение палеозойской волны, регистрируемой при малой глубине залегания палеозоя, может осуществляться по признаку резкого изменения кажущейся скорости в точке пересечения годографов прямой и преломленной на поверхности палеозоя волн.
Приведенные варианты применения БСПГИ далеко не исчерпывают потенциальные возможности беспроводной сейсморазведки. Вследствие практически неограниченных длины записи и свободы в выборе пикетов установки, она имеет очевидные преимущества перед проводными системами при реализации ряда новых, получивших известность и признание технологий. В первую очередь речь идет о вертикальном сейсмическом профилировании в процессе бурения глубоких скважин (ВСППБ), пассивном сейсмическом мониторинге разработки нефтегазовых месторождений, сейсмической локации бокового обзора (СЛБО).
Первые полевые испытания бескабельной телеметрической сейсморегистрирую-щей системы SCOUT прошли в период с 2010 по 2011 год. Работы выполнялись специалистами СКБ СП, ФГУП "НВНИИГГ" и ООО "Сибгеотехсервис" в пределах Озин-ской зоны Саратовской области. В поле применялась продольная ассиметричная система наблюдений с шагом между ПВ, 1111 - 50 м, количеством рабочих каналов -120, общей длиной приемной расстановки 5900 м, Хмакс - 5000 м и кратностью про-
слеживания ОГТ - 60. Возбуждение сейсмических колебаний осуществлялось группой вибраторов СВ27-150БКГ, генерирующих ЛЧМ сигнал с частотным диапазоном A f = 10-70 гц и длительностью т = 10 с. Регистрация велась с применением групп вертикальных сейсмоприемников GS-20DX (D = 45, n = 16). Сейсмическая информация с полевых модулей снималась по локальной сети. После считывания данных оператор проводил сборку и контроль качества полевых сейсмограмм. На этом же этапе производилось преобразование виброграмм в кор-релограммы.
В ходе испытаний системы SCOUT было отработано 123 погонных километра МОГТ-2Д по сети сейсмических профилей, ранее отработанных с использованием те-
Рис.1. Пример полевой сейсмограммы
(технология БСПГИ)
леметрической кабельной системы "Прог-ресс-ТЗ". При этом для обеспечения корректного сопоставления результатов различных вариантов сбора данных при дублировании отрабатываемых профилей параметры системы наблюдения и возбуждения сейсмических колебаний были сохранены.
На рисунках 1 и 2 представлены примеры позиционной сейсмограммы ОПВ и временного разреза ОГТ для случая наблюдений по технологии БСПТИ. Приведенные сейсмограмма и временной разрез ОГТ не уступают по качеству материалам, полученным с применением телеметрической кабельной системы "Прогресс-ТЗ".
Конечно же, применение беспроводных автономных систем регистрации будет вызывать в первое время и определенные проблемы. Для них, в частности, более остро стоит вопрос контроля состояния профиля и технического состояния полевого оборудования в процессе регистрации. Отношение специалистов к данной проблеме неоднозначно. С одной стороны, отмечается эффективность двухступенчатого контроля -вначале автоматический контроль параметров полевого модуля, а затем контроль качества на ЭВМ. С другой стороны, активное продолжение работ по совершенствованию беспроводных систем в части повышения эффективности систем контроля за состоянием приемной расстановки в полевых условиях косвенно свидетельствует о наличии определенных проблем. Для их решения могут использоваться различные подходы. Так, для контроля рабочего состояния полевого модуля предусмотрена све-
ОПВ
см>_я
i "ОЙ г®5 за» «ж WK тчпза wwi иимг чти пои iwa ■<**№ IWM
I I I I I I i i г I I I I I I I I I I
Рис.2. Пример временного разреза ОГТ (технология БСПГИ)
тодиодная индикация результатов выполнения внутренних тестов модуля, а также запись результатов тестов во внутреннюю память модуля. Кроме того, разработанное оборудование позволяет контролировать техническое состояние регистраторов посредством специальных точек доступа, которые размещаются на профиле и через направленную антенну передают информацию о состоянии устройств на управляющий компьютер.
Одно из наиболее простых и эффективных решений проблемы контроля состояния профиля в процессе регистрации может быть основано на совместном использовании кабельных и автономных систем регистрации. Уже сейчас в отечественной телеметрической системе "Прогресс-Т3" предусмотрен вариант работы в комплексе с системой SCOUT, что обеспечивает высокую технологичность комбинированной системы регистрации. Целесообразность обсуждаемого подхода определяется и тем, что кабельные системы, занимающие сейчас
более 90 % рынка, в любом случае будут эксплуатироваться сервисными геофизическими компаниями еще длительное время.
Безусловно, как всякая новая, динамично развивающаяся система, БСПГИ имеет резервы для совершенствования. Актуально, в частности, снижение стоимости оборудования и эксплуатации. Последнее напрямую связано с надежностью оборудования, его весом, потребляемой мощностью, численностью персонала, количеством и грузоподъемностью необходимых транспортных средств.
На настоящий момент система SCOUT оказывается на 20 % дешевле (в пересчете на один канал) лучших зарубежных телеметрических систем кабельного типа. Согласно экспертным оценкам ее использование позволит в дальнейшем снизить стоимость геологоразведочных работ в целом на 20-28 %.
Приведенные выше данные дают объективные основания полагать, что бескабельные системы регистрации имеют большое
будущее, особенно в плане реализации новых технико-методических приемов сейсморазведки. Сейчас, преимущественно, осуществляется техническое совершенствование бескабельных систем регистрации. Однако с достаточной очевидностью актуаль-
ны также работы по совершенствованию методических подходов, направленных на повышение качества сейсмических материалов за счет конструирования усложненных приемных апертур с повышенной помехоустойчивостью.
Л и т е р а т у р а
1. Durham L.S. A Wireless Future? Cables Can Tangle Seismic Plans //AAPG EXPLORER.
- 2007, June 09.
2. Heath R.G. Trends in land seismic instrumentation //The Leading Edge. - 2008, July. - V.27.
- N 7. - P. 872-877.
3. Freed D. Cable-free nodes: The next generation land seismic system //The Leading Edge.
- 2008, July. - V.27. - N 7. - P.878-881.
4. Heath R.G. Land Seismic: the move towards the mega-channel //First Break. - 2008, February.
- V.26. - P.53-58.
5. Кузнецов И.М. Современные бескабельные телеметрические сейсморегистрирую-щие системы (обзор) //Приборы и системы разведочной геофизики. - 2011. - № 02 (36).
6. Опробование технологии бескабельного сбора полевой геофизической информации отечественной сейсморегистрирующей системой "SCOUT" /О.С. Аккуратов В.А. Селезнёв, В.В. Матвеев, Н.В. Тарасов и др. //Приборы и системы разведочной геофизики.
- 2011. - № 02 (36).
7. Воронов М.А., Жемчужников Е.Г., Рослов Ю.В. Бескабельная сейсмометрия на море, в транзитной зоне и на суше //Приборы и системы разведочной геофизики. - 2011.
- № 02 (36).
8. Красимир Н. Истинно бескабельная система. Демонстрационные испытания геофизического регистрирующего сейсмокомплекса ZLand на нефтяном месторождении в России //Приборы и системы разведочной геофизики. - 2012. - № 01 (39).
9. Прихода А.Г., Лапко А.Н., Мальцев Г.И., Бунцев И.А. GPS - технология геодезического обеспечения геологоразведочных работ: методические рекомендации /под науч. ред. А.Г. Прихода. - Новосибирск: СНИИГиМС, 2008. - 274 с., прил.5.
10. Череповский А., Дени М. Оправдан ли переход на бескабельные системы регистрации? //Приборы и системы разведочной геофизики. - 2011. - № 02 (36).
