Определение сейсмической добротности продуктивного интервала по данным ВСП скважины пеляткинская-830 модифицированным методом спектральных отношений

Царапкин Михаил Евгеньевич; Дугаров Гэсэр Александрович; Карстен Владимир Викторович; Горшкалёв Сергей Борисович

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ДОБРОТНОСТИ ПРОДУКТИВНОГО ИНТЕРВАЛА ПО ДАННЫМ ВСП СКВАЖИНЫ ПЕЛЯТКИНСКАЯ-830 МОДИФИЦИРОВАННЫМ МЕТОДОМ СПЕКТРАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ

Михаил Евгеньевич Царапкин

ИНГГ СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, инженер лаборатории многоволновой сейсморазведки, тел. +7(383)333-39-08, e-mail: tsarapkin. mikhail@gmail.com.

Гэсэр Александрович Дугаров

ИНГГ СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, инженер лаборатории многоволновой сейсморазведки, тел. +7(383)333-39-08, e-mail: dugarovga@ipgg.sbras.ru.

Владимир Викторович Карстен

ИНГГ СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, научный сотрудник лаборатории многоволновой сейсморазведки, тел. +7(383)330-90-02, e-mail: KarstenVV @ipgg.sbras.ru.

Сергей Борисович Горшкалёв

ИНГГ СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, 3, к.т.н., заведующий лабораторией многоволновой сейсморазведки, тел. +7(383)330-90-02, e-mail: GorshkalevSB@ipgg.sbras.ru

Сейсмическая добротность определяется по данным ВСП модифицированным методом спектральных отношений, с линейной аппроксимацией логарифмов спектров вместо их отношения, что позволило интерактивно выделять слои с постоянным Q. Анализ в различных частотных диапазонах показал изменение Q в зависимости от частоты, что требует усложнения методов анализа поглощения.

Ключевые слова: сейсмическое поглощение, ВСП, метод спектральных отношений, переменное поглощение.

DETERMINING THE SEISMIC QUALITY FACTOR

IN THE RESERVOIR INTERVAL FROM VSP DATA OF PELYATKINSKY-830 WELL USING THE MODIFIED SPECTRAL RATIO METHOD

Mikhail E. Tsarapkin

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Aсad. Koptyuga prosp., Novosibirsk, 630090, Russia, engineer, Laboratory of multi-wave Seismic survey, tel. +7(383)330-90-02, e-mail: tsarapkin. mikhail@gmail. com

Geser A. Dugarov

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Aсad. Koptyuga prosp., Novosibirsk, 630090, Russia, engineer, Laboratory of multi-wave Seismic survey, tel. +7(383)330-90-02, e-mail: dugarovga@ipgg.sbras.ru

Wladimir V. Karsten

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Aсad. Koptyuga prosp., Novosibirsk, 630090, Russia, scientist, Laboratory of multi-wave Seismic survey, tel. +7(383)330-90-02, e-mail: KarstenVV @ipgg.sbras.ru

Sergei B. Gorshkalev

Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, 3, Aсad. Koptyuga prosp., Novosibirsk, 630090, Russia, PhD in techn., Head of multi-wave Seismic survey laboratory, tel. +7(383)330-90-02, e-mail: GorshkalevSB@ipgg.sbras.ru

Seismic quality is determined from VSP data using the modification of the spectral ratio method using linear approximation of spectra logarithms instead of their ratio. This allowed determining the layers of constant Q interactively. Analysis of different frequency bands revealed variations of Q with frequency requiring more sophisticated technique of attenuation analysis.

Key words: seismic attenuation, VSP, spectral ratio method, attenuation variations.

Введение

Достоверное определение коэффициента поглощения сейсмической энергии в геологическом разрезе представляет весьма большой интерес, как для более обоснованного выбора параметров при коррекции частотных искажений сейсмического сигнала, связанных с затуханием, так и непосредственно, в качестве величины, характеризующей степень консолидированности вещества, и помогающей прогнозировать флюидонасыщенность пород.

Система наблюдений ВСП имеет ряд преимуществ при исследовании поглощения сейсмических волн, поскольку при ВСП имеется возможность анализировать падающую прямую волну в первых вступлениях, что значительно уменьшает влияние интерференции волн разных типов, повышает отношение сигнал/помеха, увеличивает частотный диапазон изучаемого сигнала и позволяет анализировать волны по мере их распространения.

В данной работе проводится анализ поглощения продольных волн в продуктивном интервале по данным ВСП скважины Плт-830, расположенной в Северной части западной Сибири [1]. Модель поглощающей среды

Поглощение сейсмических волн может быть описано введением мнимой составляющей упругих модулей [2], в этом случае решением волнового уравнения являются затухающие монохроматические волны вида

U (z, t, f) = Uо (/)exp(- a(f )z)exp\lm{ft - k(f )z)], (1)

где U (z, t, f) — смещение, создаваемое плоской волной с круговой частотой f и волновым числом k (f ■), и регистрируемое на глубине z в момент времени t, и0 (f ) — амплитуда в источнике, a(f) — коэффициент поглощения. При малом поглощении добротность может быть аппроксимирована выражением

Q = ——, где С (f) — скорость волны, имеющей частотную дисперсию.

Са

Известен ряд методов для определения параметров поглощения, которые можно разделить на 3 группы [3, 4]. При этом методы, основанные на изменении амплитуд, чувствительны к нестабильности условий возбуждения и приёма. Методы, использующие фазовые спектры, подвержены влиянию статических погрешностей, и методы, действующие в частотной области, оказываются наиболее помехоустойчивыми. В данной работе используется относящийся к последней группе метод спектральных отношений.

Метод спектральных отношений

Амплитудный спектр падающей волны A(z, f), зарегистрированной при

наблюдениях ВСП пунктом приема на глубине z, может быть представлен выражением вида

A(z, f )= A0 (f )P(z)eXP(- a(f )z)= A0 (f p(z)eXP - Q—z(f) . (2)

Здесь A0 (f) — амплитудный спектр исходного сигнала, а множитель G(z) описывает все частотно-независимые изменения спектра (например, влияние геометрического расхождения).

Если теперь предположить, что добротность и фазовая скорость слабо зависят от частоты, Q(/) ~ Q = const, C(f) « С = const, то логарифм отношения

амплитудных спектров R(zu z2, f) сигналов на двух глубинах z1 и z2 может

быть аппроксимирован прямой с параметрами h(z1, z2 ) и k (z1, z2 )

R(z^ z2 , f )= ln { AA(2 , f )l = ln [ ^ ^]-—(z^ ^ zi ) f = h(zl, z2 )+ k(zl, z2 )f > (3)

A(zl,f)J I G(zl W

CQ

откуда можно определить интервальную добротность

(4)

к \2\, 22 с к \2\, 22 )

где и ^ — времена первых вступлений прямой волны на глубинах г1 и г2, соответственно.

Модифицированный метод спектральных отношений

Поскольку логарифм отношения амплитудных спектров ^(^, г2, /) представляет собой разность логарифмов амплитудных спектров на соответствующих глубинах

Я(^1 > г2> /) = 1п(л(г2 > /))- (а(*1 > /)) >

(5)

а выражения для коэффициентов аппроксимирующей прямой являются линейными по отношению к аппроксимируемым значениям, можно провести аппроксимацию логарифма амплитудного спектра сигнала

1п (а(г /)) -к(г)+к (z У (6)

на всех глубинах, и для параметра к (г) будет соблюдаться условие

к(г1, г2 )= к(г1)- к(г2 ) . (7)

Таким образом, к (г) представляет собой аддитивный параметр, отражающий изменение спектра сигнала в результате поглощения, и в слоях с постоянной добротностью Q он должен уменьшаться линейно. Соответственно, выделяя на графике к(г) линейные участки, можно разбить изучаемый интервал на

~ „ Аt ж Аг

слои с постоянной добротностью ^ = ж— =-----------, определяемой скоростью

Ак С Ак

изменения параметра к (г).

Модифицированный метод спектральных отношений реализован в виде модуля интерактивной системы обработки данных ВСП «V SPLab», разработанной в лаборатории многоволновой сейсморазведки ИНГГ СО РАН.

Обработка данных ВСП

Определение поглощения производилось по данным 2-компоненты с ближнего ПВ с выносом 272 м, отработанного с взрывным источником. Предварительно была выполнена нормировка в окне падающих продольных волн и их выделение. Анализ проводился в окне 140 мс от времени первых вступлений. В этом окне, помимо падающей прямой волны, содержатся нисходящие волны-спутники разной кратности, однако, поскольку все эти волны распространяются по близким субвертикальным лучам, параметры затухания у них одинаковы.

Анализируемые изменения спектра с глубиной, и пластовая разбивка показаны на рис. 1. На нем видно сильное затухание спектра на высоких частотах.

Анализ поглощения проводился как в частотном диапазоне, 10 — 60 Гц, захватывающем основную энергию сигнала, так и отдельно в поддиапазонах 10 — 35 Гц и 35 — 60 Гц. Определение пластовых значений добротности в различных частотных диапазонах показано на рис. 2.

Рис. 1. Одно из окон модуля анализа поглощения в системе «УБРЬаЬ». В левой части показаны спектры в окне анализа и пластовая разбивка, в правой — график параметра к(г) (чёрная линия) и его послойная линейная аппроксимация (серая линия)

0.05 -1------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------—

2370 2420 2470 2520 2570 2620 2670

Глубины, м

X -10 - 60 Гц; □ - 10 - 35 Гц; О - 35 - 60 Гц

Рис. 2. Значения параметра к(£), определённые в различных частотных диапазонах, и их послойная линейная аппроксимация. Подписаны найденные значения добротности. Серым цветом выделены газонасыщенные интервалы

Аппроксимация линейными трендами угловых коэффициентов трендов логарифма спектров и получившиеся значения добротностей Q приведены на рис. 2. Видно, что в основной части анализируемого интервала добротность не превышает 30, и определяется с погрешностью не более 30%. При этом значения добротности, найденные в высокочастотном диапазоне, ниже значений, полученных на низких частотах. Графики определённых в различных частотных диапазонах пластовых значений добротности приведены на рис. 3.

Заключение

Проведённый анализ показал, что достаточно низкая (не превышающая 30) добротность газонасыщенных слоёв толщиной не менее 40 м может быть определена методом спектральных отношений с точностью до 30%, и введённый аддитивный параметр позволил более надёжно определить границы этих слоёв. Обнаруженная зависимость добротности от частоты требует проведения дополнительных исследований и усложнения методов анализа поглощения.

Рис. 3. Пластовые значения добротности, определённые в различных частотных диапазонах

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. С.Б. Горшкалев, В.В. Карстен, Е.В. Афонина, П.С. Бекешко, И.В. Корсунов. Результаты изучения азимутальной анизотропии геологического разреза на Пеляткинской площади по данным многоволнового ВСП и сейсморазведки 3D. // Технологии сейсморазведки, № 3, с. 60-70, 2011.

2. К. Аки, П. Ричардс. Количественная сейсмология. Том 1. М., Мир, 1983.

3. Tonn R. The determination of the seismic quality factor Q from VSP data: a comparison of different computational methods // Geophysical Prospecting, v. 39, pp 1-27, 1991.

4. Blias E. Accurate interval Q-factor estimation from VSP data // Geophysics, v. 77, n. 3, pp WA149-WA156, 2012.