CC BY
15
УДК 550.8.05
ОБ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ПРИЖАТИЯ СЕЙСМИЧЕСКОГО ЗОНДА В СКВАЖИНЕ С ПОМОЩЬЮ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ
Сергей Владимирович Яскевич
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Коптюга, 3, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории динамических проблем сейсмики, e-mail: [email protected]
Антон Альбертович Дучков
Новосибирский государственный университет, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Пирого-ва, 2, кандидат физико-математических наук, зав. лабораторией динамических проблем сейсмики, e-mail: [email protected]
В проектах по скважинному микросейсмическому мониторингу в России часто обсуждается низкое соотношение сигнал/шум. В работе с помощью интерферометрии проанализировано несколько наборов реальных данных скважинного микросейсмического мониторинга. Целью было оценка прижатия приборов к станкам скважины и исключение влияния этого фактора на качество данных как основного. Данные характеризовались низким соотношением сигнал/шум. Результаты интерферометрии говорят о хорошем прижатии. Следует отметить, что для одного набора данных, предположительно с очевидной проблемой прижатия на одном из приемников, проблема прижатия с помощью исследуемого метода выявлена не была. Также в рамках исследования показано, что интерферометрия может быть использована в качестве теста для анализа достаточности снижения уровня жидкости в наблюдательной скважине.
Ключевые слова: микросейсмический мониторинг, обработка данных, интерферометрия, прижатие прибора, затухание, слабый сигнал.
RECEIVERS COUPLING ASSESSMENT WITH INTERFEROMETRY APPROACH
Sergey V. Yaskevich
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, Koptyug Prospect 3, Ph. D., Researcher, e-mail: [email protected]
Anton A. Duchkov
Novosibirsk State University, 630090, Russia, Novosibirsk, Pirogova Str. 2, Ph. D., Head of the Laboratory, e-mail: [email protected]
For projects of downhole microseismic monitoring in Russia, often low signal to noise ratio is discussed. We analyzed several datasets with interferometric approach to exclude receivers coupling as the issue of poor data and interferometry analysis shows good clamping or coupling quality in our datasets even for the dataset with coupling issue. We show on the real data that borehole receiver clamping problems are not always recovered by interferometry. In some cases interferometry may be used as a good test for analysis of weather liquid level reduction was sufficient.
Key words: microseismic monitoring, data processing, interferometry, coupling, clamping.
ВВЕДЕНИЕ
Микросейсмический мониторинг является популярной технологией, которая широко используется в практических приложениях добычи нефти и газа за рубежом и в России. Частота ее применения обусловлена тем, что различные операции, сопровождающие добычу сырья или закачку, вызывают значительную сейсмическую активность, которую можно регистрировать, а путем обработки зарегистрированных данных извлекать ценную информацию о состоянии, качественных или количественных признаках, выполняемых операциях.
Скважинные микросейсмические системы наблюдений, как правило, позволяют осуществлять сейсмическую запись с высоким соотношением сигнал/шум. Считается, что сейсмические приемники размещены в тихой (относительно наземных систем наблюдений) обстановке глубоких скважин, близко к наблюдаемым процессам. Обычно сейсмоприемники прижаты к стенке ствола скважины с помощью прижимного механизма, с отношением этого усилия прижима к массе зонда, равным 10 или больше. Технологически приемники должны быть очень хорошо прижаты для записи сигнала с частотой до 200-500 Гц. Когда приемники размещены в глубокой скважине, трудно проверить, что прижимной механизм хорошо работает. Кроме того, проблемой являются не только прижим, а также ряд параметров, таких как неровности поверхности стенок скважины, качество цементажа и, возможно, некоторые другие. Основной трудностью выявления проблемы с установкой приборов является то, что для контроля качества установки необходимо проанализировать запись высокочастотного микросейсмического события, а последние начинают появляться, когда возможности поменять что-либо в установке уже нет.
Недавно Y. Vaezi и M. Van der Baan [1] предложили использовать интерферометрию для оценки качества прижима сейсмического зонда. Методы интерферометрии широко обсуждаются в современной сейсморазведке и сейсмологии [2, 3]. Постулируется, что записи шума содержат записи от событий, отношение сигнал/шум для которых намного ниже 1. Из этих записей можно восстановить прямые волны от одного приемника до остальных, если они одновременно записывали фоновый шум в течении промежутка времени с помощью достаточно простой обработки, объединенной под названием «интерферометрия». В микросейсмических приложениях было показано, что с помощью интерферометрии можно очень грубо калибровать скоростную модель для продольных волн [4]. Y. Vaezi и M. Van der Baan [1] выдвинули гипотезу о том, что чем более низкочастотный фильтр (пропускающий) используется, чтобы получить прямую волну из сумм кросс-корреляций записей, тем больше проблем с качеством прижима. Авторы называют частоту пропускания ФНЧ, при которой появляется отчетливая фаза прямой волны "emerging frequency", частотой появления, и чем она выше, тем лучше прижатие прибора.
В работе мы проанализировали данные скважинного микросейсмического мониторинга с помощью интерферометрии по методике, описанной в [1].
МЕТОД
Представим последовательность применяемых процедур.
1. На первом этапе из данных каждого сейсмоприемника удаляются средний и линейный тренды.
2. Далее наблюденные трассы корректируются за отклик приборов.
3. Далее важным этапом является выбор ширины временного окна, на котором впоследствии производится кросс-корреляция (окно должно быть достаточным, чтобы обеспечить появление сигналов прямых волн на результатах кросс-корреляций).
4. Далее отдельные окна нормируются во временной области, чтобы уменьшить влияние землетрясений, нестационарных источников шума и инструментальных помех на кросскорреляционные функции (для этого применяется 1-битная нормировка (замена наблюдаемых амплитуд их знаком)).
5. Для очистки данных от влияния стационарных помех применяются процедуры спектрального отбеливания. При этом спектр сигнала нормируется на свое сглаженное представление.
6. На следующем этапе выбирается опорный геофон, с которым рассчитываются кросс-корреляции трасс, записанных всеми остальными сейсмопри-емниками.
7. Результаты кросс-корреляций складываются, результат фильтруется и нормируется на максимум для каждой кросскорреляционной функции.
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ
В данной статье мы имеем дело с тремя наборами данных, наблюденными 210-метровой расстановкой скважинных трехкомпонентных приборов, всего восемь сейсмоприемников. Во всех случаях наблюдательная скважина вертикальна, в основном обсуждаются два набора и упоминается третий. В обработке участвовали 5 минут непрерывной записи, нарезанные на временные интервалы по 10 секунд. Мы применили последовательность обработки, описанную в предыдущем разделе. Сами данные были записаны до начала гидроразрыва.
Первый из наборов данных был обработан нами полностью по стандартной методике обработки данных микросейсмического мониторинга. Одной из проблем было малое количество высокоамплитудных микросейсмических событий, запись одного из них представлена на рисунке 1 (эта запись не входила в выборку для интерферометрии). Для этого набора данных результаты интерферометрии приведены на рис. 1 с параметрами фильтра [2-5-60-80] и на рис. 2 без фильтра (слева) и с фильтром [2-5-30-40] (справа). Мы кросс-коррелировали записи только вертикальной компоненты; базовым приемником был выбран четвертый.
Также в этом наборе данных наблюдалось большое количество трубных волн, которых, однако, не было в пятиминутной выборке, которая анализировалась. На неотфильтрованных данных преобладает энергия трубных волн с кажущейся скоростью 1,5 км/с, после фильтрации мы получим четкую фазу
Р-волн со скоростью, соответствующей акустическому каротажу, эта фаза также явно выделяется для обоих параметров фильтра.
Рис. 1. На левом рисунке пример триггер файла для первого набора данных: три компоненты на приемник 1-2-3 соответствуют X, У, 7; справа нормированные функции кросс-корреляций с параметрами фильтра 2-5-60-80, четвертый приемник выбран в качестве базового
Рис. 2. Для первого набора данных слева нормированные функции кросс-корреляций без фильтра; справа с фильтром 2-5-30-40
На рис. 3, 4 показаны результаты аналогичной обработки второго набора данных, только в качестве базового был выбран первый сейсмоприемник. На примере записи микросейсмического события для этого набора данных можно наблюдать проблему прижима 4-ого геофона (дребезг горизонтальной компоненты) (см. рис. 3 (слева)). Мы не видим отражение этого в полученных результатах интерферометрии. Результаты интерферометрии аналогичны результатам по первому набору данных, только трубные волны распространяются только вниз. При наблюдении третьего набора данных в наблюдательной скважине был значительно понижен уровень жидкости, и в результатах применения интерферометрии не содержится трубной волны вовсе. Это делает проблематич-
ным сравнение его с первыми двумя наборами данных, где спектры прямой и трубной волн накладываются друг на друга.
"Пте (те)
4200 4400 4600 4800 5000 5200
.25 -0 2 -0.15 -0 1 -0.05 0 0 05 0.1 0 15 0-2 0 25
■М
Рис. 3. На левом рисунке пример триггер файла второго набора данных: три компоненты на приемник, 1-2-3 (внутри троек) соответствуют X, Y, Z; справа нормированные функции кросс-корреляций с параметрами фильтра 2-5-60-80 , первый приемник выбран в качестве базового
-9-1-1-1-1-1- -9-'-1-1-1-'-
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 ( -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 Кэ) 4(8)
Рис. 4. Слева нормированные функции кросс-корреляций второго набора без фильтра; справа с фильтром 2-5-30-40
ВЫВОДЫ
В нашем исследовании мы применили методику интерферометрии для нескольких реальных наборов данных скважинного микросейсмического мониторинга. Целью было понять, связано ли низкое количество наблюдаемых микросейсмических событий с качеством установки приборов в скважины.
Интерферометрия не показывает серьезных проблем прижатия в анализируемых массивах данных и говорит о необходимости поиска других причин недостаточного количества обнаруженных микросейсмическими событий.
В работе с помощью интерферометрии были воспроизведены четкие фазы прямых Р- и трубных волн. Для двух из трех наборов данных кросс-корреляции
необходимо было фильтровать для получения отдельных трубной и прямой волн. Считается, что появление трубной волны не характеризует качество установки прибора в скважине, поэтому здесь выбираемые параметры фильтрации не отражают качество установки приборов, так как в основном они определяют возможность отделить трубную волну от прямой.
Для одного из наборов данных мы наблюдали умеренные проблемы, предположительно связанные с прижатием у одного из сейсмоприемников, интерферометрия, в свою очередь, не показывает каких-либо проблем для этого конкретного геофона в изучаемой частотной области. Предположительно, с помощью такой методики проблемы не выявляются.
С другой стороны, использование интерферометрии может послужить подсказкой для снижения уровня жидкости в наблюдательной скважине, чтобы снизить интенсивность трубных волн.
Работа была поддержана грантом РФФИ N 16-35-60087
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Vaezi Y., Van der Baan M. Interferometric assessment of clamping quality of borehole geophones // Geophysics. - 2015. - Vol. 80(6). - P. WC89-WC98.
2. Wapenaar et al. Tutorial on seismic interferometry: Part 1 Basic principles and applications // Geophysics. - 2010. - Vol. 75(5). - P. 75A195-75A209.
3. Schuster G.T. Seismic interferometry. - Cambridge University Press, 2009.
4. Grechka V., Zhao Y. Microseismic interferometry // The Leading Edge. - 2012 -Vol. 31(12). - P. 1478-1483.
© С. В. Яскевич, А. А. Дучков, 2016
