CC BY
14
26 ГЕОФИЗИКА
УДК 550.3
Изучение геологических разрезов в морских скважинах с использованием ГИС, ПМ ВСП, МОВ ОГТ (на примере скважины № 3 Медынское-море-1)
Ю.Д. Мирзоян
д.т.н., зам. генерального директора1 В.Я. Ойфа
к.т.н., начальник газонакопительной станции1
1ОАО НПО «Нефтегеофизприбор», Краснодар, Россия
В работе описывается система наблюдений, методика и техника полевых работ поляризационным методом ВСП, результаты обработки материалов, возможности изучения геологического разреза в окрестностях скважины с использованием выделенных продольных, обменных и поперечных волн и полученных характеристик среды — гамма Y, коэф. Пуассона а, а также аномалий сейсмоакустической энтапии и энтропии,связанных с нефтегазонасыщением в отложениях овинпарнского горизонта девона и глубже.
Материалы и методы Сейсмозаписи ВСП, волновые поля продольных, обменных, поперечных волн, упругие характеристики.
Ключевые слова
поляризация, скорости, трехкомпонентная запись, временные разрезы РР и РБ волн, упругие характеристики
Значительные перспективы открытия нефтяных месторождений на континентальном шельфе РФ вызвали необходимость увеличения объёмов сейсморазведочных работ на море.
В общем комплексе геолого-геофизических работ на море, исследования ПМ ВСП занимают особое место и интерес к ним с каждым годом усиливается.
Системы наблюдений ВСП, применяемые на море, так же как и на суше, отличаются по взаимному расположению точек регистрации и возбуждения. Наиболее широкое развитие на море получили продольные и непродольные наблюдения, ВСП увязанные с многоуровенными профилями, полученными по Способу обращённого годографа (СОГ), морскими наблюдениями МОВ ОГТ.
Технология ПМ ВСП на море
Условия возбуждения при работах ВСП в морских скважинах существенно влияют на качество сейсмических материалов, что связано, прежде всего, с наличием толщи морской воды, физические свойства которой определяют характер возбуждения и регистрации сейсмических волн.
Сравнительная однородность водного слоя, отсутствие в нем резких акустических границ весьма благоприятны для возбуждения упругих колебаний. Однако наличие свободной границы вода-воздух и менее жесткой границы вода-дно моря оказывает значительное влияние на формирование волнового поля. Эти границы обусловливают образование волн-помех большой
интенсивности — реверберационной последовательности отражений, донно-кратных и многократно отражённых волн.
Неоптимальный выбор источника и глубины его погружения может привести к ухудшению прослеживаемости на записях ВСП отраженных волн, связанных с глубокими границами [2].
В качестве примера представлены материалы по скважине № 3 Медынь-море.
Обработка полевых материалов проводилась с использованием различных составляющих вектора смещения в локальной и пространственной системах координат [1], их анализ позволил выделить и проследить в волновом поле все основные типы сейсмических волн (Р, РР, РБ'Т ,РБф и др.).
Анализ волнового поля
Прямая Р-волна, дающая начало всему волновому процессу, прослежена непрерывно вдоль всего вертикального профиля от забоя скважины (3410 м) до дневной поверхности наиболее оптимально на Р и Ъ компонентах и представлена двухфазным колебанием сравнительно высокой интенсивности (рис. 1). Спектр колебаний лежит в диапазоне частот 10-60 Гц, форма годографа первых вступлений относительно простая.
Продольные отраженные РР-волны связаны практически со всей исследуемой толщей, в том числе и с границами, залегающими глубже забоя вскрытого геологического разреза.
Глубины образования от-
раженных РР-волн совпадают с
Рис. 1 — Сейсмограммы Р и Z составляющих ПВ-1, скв. №3 Медынская-море-1
литолого-стратиграфическими границами. Кажущиеся скорости продольных отражений составляют 3200-3500 м/с, области их оптимальной регистрации расположены в конусе между компонентами 17, 18, 19, 22 в окрестности 1-составляющей.
Обменные РБ-волны поляризованы, в основном, в горизонтальной плоскости. Границы обмена, как отраженных, так и проходящих волн совпадают с границами образования РР-волн, особенно в верхней части разреза. РБ-волны по интенсивности уступают РР-волнам. Они оптимально выделяются на горизонтальных или близких к горизонту компонентах.
Поляризация волн и оценка ее информативности в исследуемом разрезе
Поляризация сейсмических волн является одним из наиболее тонких сейсмических параметров, в котором рельефно проявляются акустические неоднородности среды, ее структурные особенности, а также анизотропия физических свойств разреза.
Для анализа поляризации колебаний, прежде всего, в Р-волне привлекались углы с вертикалью большой оси эллипса во временной и частотной области, траектории движения частиц в горизонтальных и вертикальных плоскостях, полярные сейсмограммы в отдельных интервалах разреза.
На рис. 2 представлены графики изменения угла между направлением смещения и вертикалью (ф) во временной области. На построенных графиках ф (Н) отмечены существенные изменения углов ф подхода волн. В верхней, наиболее неоднородной части разреза, отмечены значительные скачки углов ф, обусловленные особенностями среды. Верхняя часть разреза (100-1200 м) дифференцирована по физическим свойствам, что находит свое отражение по параметрам поляризации, причем на высоких частотах аномальные участки ф (Н) выражены более рельефно, чем в среднечастотной полосе.
Нефтенасыщенные интервалы разреза в скважине № 3 по разному проявляются в параметрах поляризации — угла ф из разных ПВ. В частности, ПВ 4 расположен вдоль сводовой ненарушенной части структуры Медынь-море 1, а ПВ 2 и 3 в осложненной зоне.
Эти графики были сопоставлены с кривой АК и ГГК и литологической колонкой. Установлено, что целевые нефтенасыщен-ные горизонты (объекты) в нижнем карбоне глубины (1406-1437 м) и (1532-1563 м), выделенные по данным ГИС на графиках ф(н) характеризуются уменьшением углов ф. Для этой части разреза (глубины 1369-2031 м), представленных плотными известняками, глинами с прослоями алевролитов и доломитов, характер кривых ф(Н) отличается большой изрезанностью.
Глубже в отложениях девона (2031-2470 м) вдоль вертикального профиля происходят небольшие изменения, хотя отдельные значения достигают 30-350. Они приурочены к пропласткам песчаников, известняков, аргиллитов, доломитов, но, в целом, изменения в значениях ф не превышают 15-200. Характер кривых ф(Н) для ПВ-2 отличен. Здесь значительным уменьшением значений ф выделяется ангидрито-доломитовая толща в низах девона.
Анализ графиков ф (Н) для непродольных
Параметры поляризации во временной области рНе 5 «,1
Скважина №3 Медынская -мор е 1 2» 4№ «осЛ1 Углы подхода Р волны
пв_1 тш_2 пв_э пв_4
О 2 О 20 40 60 НО 20 40 И 100 20 40 60 №0 20 40 60 М
Рис. 2 — Графики ф(Н) во временной области ПВ-1, скв. №3 Медынская-море-1
Параметр эффективного поглощения
Скважина »3 Медан ская-море 1
Рис. 3 — График изменения коэффициента поглощения ар(н) эф с глубиной ПВ-1, скв. №3 Медынская-море-1
Стратиграфическая привязка
Скважина №3 Медынская-море 1
«•иснио-и«» 1Сие,
1(юо ноо «<» воо ноо цоо гю 1адо 19® гооо гюо ггоо иоо гвд
Рис. 4 — Стратиграфическая привязка, скв. №3 Медынская-море-1
вертикальных профилей показывает, что направления смещений зависят не только от взаимного расположения источника и приемника, но и для градиентных сред — от коэффициента возрастания скорости с глубиной.
Для слоистых сред, где наблюдаются скачки скоростей, графики ф(Н) претерпевают разрывы (рис. 2).
Участки вертикального профиля, приуроченные к наиболее резким скоростным границам (1370 м и 1950 м), отмечены значительными изменениями угла ф, увеличением их значений для ПВ-2 до 650 и уменьшением ф до 15-250 для ПВ3 и ПВ4.
Закономерности изменения углов ф подтверждаются тем фактом, что графики ф(Н) коррелируются практически между собой. Глубины всех изломов на графиках ф(Н) для ПВ, находящихся примерно в одинаковых условиях, совпадают или близки.
Рассмотренные данные иллюстрируют принципиальные возможности расчленения
разреза по параметрам поляризации в Р-волне. Для отражённых РР и РБ волн можно отметить отклонение направлений движения частиц среды от плоскости профиля. Имеющиеся теоретические представления позволяют связывать эти эффекты с двумя факторами [5]:
1-й — со структурным, ввиду несовпадения линии профиля с направлением падения границ;
2-й — с влиянием анизотропии физических свойств разреза на поляризацию.
Для анализа использованы наборы из 23 фиксированных компонент Р1^Г локальной системы координат, характеризующих сложность регистрируемого волнового поля, присутствие на записях значительного количества колебаний поперечного типа (обменных отраженных и проходящих). Применением ППК удаётся выделить продольные отраженные РР и обменные РБ волны из всех ПВ за исключением ПВ-3, где область прослеживания РБ-волн не превышает 200
Рис. 5 — Скоростная характеристика среды ПВ-1 скв. №3 Медынская-море-1
:5
Рис. 6 — Упруго-деформационные модули среды ПВ-1 скв. №3 Медынская-море-1
м. Из ПВ-2 и ПВ-4 отраженные РБ'Т волны выделяются на двух-трёх компонентах. Наилучшее прослеживание продольных волн реализуется на составляющих, ориентированных в азимутах от 0о до 60о, что характеризует пространственный подход регистрируемых отражений. При пологом залегании отражающих границ, в частности, в терри-генной толще вплоть до пермо-карбонских отложений, продольные волны поляризованы близко к вертикали. Для глубинных волн, соответствующих границам в толще карбона и девона азимутальные отклонения существенно выше, чем для РБ'Т и достигают значений 80-900, что вероятно обусловлено особенностями строения исследуемого карбонатного разреза, возможно анизотропными свойствами среды.
Поглощающие свойства среды
Результаты изучения поглощающих свойств разреза представлены графиками изменения амплитудно-частотных спектров Р-волны с глубиной, пластовых коэффициентов эффективного поглощения аг(Н)эф.
Основная энергия Р-волны сосредоточена в полосе частот 10-50 Гц. По данным коэффициента аг(Н)эф (рис. 3) разрез расчленяется по поглощающим свойствам. Первый интервал (глубины 500-1369 м), сложенный чередованием слабых песчаников, алевролитов с переслаиванием глин, характеризуется значительной микронеоднородностью по сравнению с нижележащими отложениями. Параметр аг(Н)эф отличается максимальными значениями, равными (20,5х10-3 1/м). Второй интервал (глубины 1369-2552 м) включает породы пермо-карбона и фа-менского горизонта верхнего девона, представленных известняками, плотными глинами, прослоями аргиллитов, доломитами. Величины аг(Н)эф в этом интервале принимают значения 5,7x10-3 1/м. Третий интервал (глубины 2950-3400 м) составляют породы среднего и нижнего девона (франский и пражский ярусы), сложенные чередованием плотных глин, аргиллитов, песчаников, мергелей и известняков. Здесь значения аг(Н)эф являются минимальными (1,2,5х10-3 1/м). Четвертый интервал (глубины 34004100 м), представленный породами нижнего девона, характеризуется величиной аг(эф) = 4x10-3 1/м.
Можно отметить, что изменение эффективного коэффициента поглощения в общих чертах увязывается с особенностями исследуемого разреза и указывает на возможность использования этого параметра совместно с другими в разведочных целях.
Стратиграфическая привязка волн
Стратиграфическая привязка продольных волн и определение скоростной модели для исследуемого объекта осуществляется по наблюдениям ПМ ВСП из ближнего ПВ.
Достаточно уверенное совпадение кинематической и динамической привязки до глубин 3000 метров позволяет выполненную стратификацию горизонтов считать вполне удовлетворенными (рис. 4). Для стратификации волн, отраженных от геологических границ, вскрытых скважиной в интервале глубин 3400-4270 м, следует пользоваться кинематической привязкой соответствующих отражений на вертикальном и горизонтальном
профилях. Для более глубоких отложений, ниже девона (4270 м и глубже) характерно резкое осложнение сейсмической записи, отсутствие на временном разрезе в районе скважины № 3 Медынская-море-1 устойчивых отражений на профиле ОГТ, так как скважина оказалась в области разрывных нарушений, а складка образована боковым сжатием. В тоже время на вертикальном профиле выделяется еще ряд динамически выраженных продольных отраженных волн. В более глубокой, нижней части разреза, как на вертикальном, так и горизонтальном профиле МОВ ОГТ наблюдаются коротко протяженные отражающие элементы, радиус корреляции которых не превышает 200-300 м.
Скоростные и упруго-деформационные модули среды
Возможность одновременного определения скорости Р и Б волн является одной из важнейших особенностей поляризационного метода. Полученные данные свидетельствуют о том, что изменения скоростей продольных и поперечных находятся в тесной связи с литологией пород (рис.5). Скорости распространения сейсмических волн закономерно увеличиваются с глубиной. Верхняя часть разреза, сложенная осадками разновозрастных пород (глубины от дна моря до 1370 м) и охватывающая нижнемеловые отложения вплоть до триасовых — характеризуется пластовыми скоростями продольных волн(Ур) от 2150 м/с до 3500 м/с. На границе нерасчлененных пермь-сред-некарбоновских известняков отмечается резкое увеличение пластовых скоростей продольных волн до 5900 м/с. Глубже (интервал глубин 1370-2520 м) значения скоростей продольных волн остаются высокими 5800-6300 м/с, связанными с переслаиванием разнородных отложений плотных известняков, песчаников и доломитов, за исключением интервала 1834-1957 м, приуроченного к бобриковскому ярусу карбона, сложенного глинами, аргиллитами.
Можно отметить, что девонская толща осадков отмечается высоким уровнем величин пластовых скоростей продольных волн, максимальные значения которых составляют 5800-7000 м/с. На глубинах 2520-3900 м, представленных породами верхнего, среднего и нижнего девона, скорости продольных волн постепенно возрастают от 4250 м/с до 7100 м/с. В отложениях предположительно силура скорости Ур уменьшаются, но продолжают оставаться высокими — более 5500 м/с. Примерно такой же характер изменения скоростей наблюдается для поперечных волн (Уб). Скорости Уб в терригенных отложениях неоген-триаса, представленных песчано-глинистыми и алевролитовыми породами, изменяются от 850 м/с до 1700 м/с. На кровле пермь-кар-бонских отложений, сложенных плотными карбонатами, скорости Уб увеличиваются до 3300 м/с.
В нижней части карбона, в глинисто-а-левролитовых отложениях, скорости поперечных волн резко уменьшается до значений 1800 м/с, а затем возрастают до 2700 м/с в верхнедевонских известняках. Начиная с глубины 2100 м в девонских отложениях, сложенных карбонатами, скорости Уб
постепенно увеличивается до 3650 м/с.
В целом, разные глубины залегания разновозрастных пород с различными ли-тологическим составом определяют значительные изменения скоростей по разрезу: Ур = 2100-7100 м/с, Уб = 800-3350 м/с.
Упруго-деформационные модули среды.
Совокупность упругих параметров и их корреляционное прослеживание является источником сведений о локальных изменениях геологического разреза в пространстве (рис. 6). Минимальные значения у (0,32) наблюдаются в неоген-четвертичных отложениях. Здесь отмечается максимальные значения коэффициента Пуассона — о = 0,44. Изменения параметра у в терриген-ном, преимущественно в глинисто-алевро-литовом разрезе мела-юры с прослоями песчаников характеризуется увеличение параметра у до 0,47 и уменьшением параметра о до 0,35. Еще более высоким уровнем значений у до 0,56 отмечается отложения
триаса, где величина коэффициента Пуассона на отдельных участках составляет 0,22-0,24, что отражает эффект гравитационного уплотнения с глубиной терригенных отложений.
Литологостратиграфические границы также проявляются в параметрах упругости. В частности, в интервале глубин 1370-1900 м значения у возрастают до 0,67, а значения коэффициента Пуассона соответственно уменьшаются до 0,10-0,12, обусловленные по всей видимости, особенностями литологии и, в меньшей, степени давлением вышележащих осадков. Повышенными значениями у характеризуются карбонатные отложения девона (у = 0,48-0,6). В анги-дритово-доломитовой толще Лохковского яруса значения у уменьшается до 0,41.
Сопоставление модулей упругости (Е) и сдвига | с параметрами у и о (рис. 6) показывает, что повышенным значениям у и пониженным о соответствуют повышенные значения модулей упругости и сдвига.
Рис. 7 — Разрез распределения аномалий САЭЭ-анализа по профилю ПВ-4- скв. -ПВ-2
Гийиннмй ратя ВСП-МОГТ РРволн ПВ4-ПВ2
Рис. 8 — Глубинный разрез ВСП II-II РР-волны с выделенными перспективными объектами. скв. №3 Медынская-море-1
