59

Технологии сейсморазведки, № 2, 2011, с. 59–69 http://ts.ipgg.nsc.ru

УДК 550.834

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАЧЕСТВО ДАННЫХ ВЕРТИКАЛЬНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО ПРОФИЛИРОВАНИЯ

Г.А. Шехтман1, Н.В. Нарский2

1ООО “Геофизические системы данных”,117198, Москва, Ленинский просп., 113/1, Парк Плэйс, офис Е-321, Россия, e-mail: gregs22@rambler.ru

2Московский филиал ФГУП “ВСЕГЕИ”,123154, Москва, ул. Маршала Тухачевского, д. 32, к. А, Россия, e-mail: mfvsegei@mfvsegei.ru

На качество данных, полученных методом ВСП, влияет много причин, их условно можно раз-делить на две группы. Первую из них составляют те, которые не вполне зависят от возможностей исполнителя. Вторая группа содержит причины, зависящие от исполнителя и вполне поддающиеся контролю при сейсмических исследованиях. Основное внимание уделяется второй группе причин. Рекомендуется в процессе проведения работ на скважине контролировать качество записей не только вертикальной, но и горизонтальных компонент. Это позволит избежать трудностей на этапах обра-ботки и интерпретации, возникающих из-за плохого качества записей. Предлагаются процедуры, предназначенные для количественной оценки качества записей ВСП, и приведены примеры оценки качества записей на различных компонентах скважинного прибора.

Метод ВСП, качество данных, контроль качества

REASONS RESPONSIVE FOR VERTICAL SEISMIC PROFILING DATA QUALITYG.A. Shekhtman1 and N.V. Narskij2

1“Geophysical Data Systems” Ltd.,Office E-321, Leninsky prosp., 113/1, Park Place, Moscow, 117198, Russia, e-mail: gregs22@rambler.ru

2Moscow Branch of FGUP “VSEGEI”,Marshal Tukhachevsky str., 32/A, Moscow, 123154, Russia, e-mail: mfvsegei@mfvsegei.ru

Quality of VSP data is influenced by many reasons, which may be divided in two groups. The first group contains reasons that not quite depend on abilities of the executor. The second one contains reasons depending on the executor and quite responsive for control during the borehole running. The main attention in the article was paid to the second of the groups. During running of the borehole controlling the quality of raw records, obtained not only from vertical but also from horizontal components, should be recommended. It will allow avoiding difficulties at the processing and interpreting stages, caused by low quality of the records. Procedures for quantitative evaluating of the VSP records quality are recommended and examples of such evaluating for different components of a borehole probe are given.

VSP method, data quality, quality control

ВВЕДЕНИЕ

За полвека, прошедших с начала создания верти-кального сейсмического профилирования (ВСП), до-стигнуты большие успехи в решении им методических и геологических задач, усложнение которых обусло-вило совершенствование методики проведения работ методом ВСП и развитие способов обработки, позво-ляющих извлекать максимально возможную инфор-мацию из кинематических и динамических парамет-ров записей, полученных внутри среды. В течение этих десятилетий совершенствовались также техни-ческие средства этого метода. К настоящему времени работы ВСП проводят во всем мире исключительно трехкомпонентными зондами. В отличие от наземной сейсморазведки, где трехкомпонентная регистрация совсем не означает, что применяют не только про-дольные волны, метод ВСП уже давно превратился в многоволновой метод, в котором наряду с продольны-ми волнами используют обменные и поперечные вол-

© Г.А. Шехтман, Н.В. Нарский, 2011

ны. Однако на пути к полноценному применению тех возможностей, которые обещает неискаженная регис-трация волн внутри среды, стоит низкое качество по-левых записей, которое, к сожалению, все больше становится правилом, чем исключением.

В настоящее время в методе ВСП отсутствуют пакеты программ, позволяющие объективно и свое-временно оценить качество получаемых записей, вни-мание к которому давно приковано в нашей стране и за рубежом [1–3]. Операторы, оценивающие качество записей в процессе проведения работ на скважине, принимают в учет лишь монтажи, компонуемые из записей, зарегистрированных вертикальными прибо-рами зонда (z-компонента). Но и после завершения работ оценка качества записей, полученных различ-ными компонентами зонда, далека, мягко выражаясь, от совершенства. Опирается такая оценка, как прави-ло, на формальную возможность регистрировать в ме-

60

тоде ВСП область отсутствия сигнала до вступлений полезных волн и волновое поле, регистрируемое в последующей части записи непосредственно после этих вступлений. Процесс подобной оценки качества записей ВСП, осуществляемой автоматически, при-чем с использованием для количественной оценки лишь одного параметра – интенсивности записи, не учитывает тот непреложный факт, что сразу же после вступлений могут наблюдаться не полезные волны, а помехи технического характера (технические помехи), обусловленные различными причинами. Так что от-ношение интенсивности записи, регистрируемой пос-ле вступлений прямой волны, к интенсивности шу-мов, регистрируемых до вступлений, может совсем не соответствовать количественной оценке отношения сигнал/помеха. Ниже будет приведен один из типич-ных примеров того, как на этапе приемки материалов с оценкой “отлично” принимались записи горизон-тальных компонент зонда, которые следовало бы оце-нить как брак. Получилось это именно оттого, что для автоматической оценки качества записей исполь-зовали только что описанный критерий.

Настоящая статья посвящена восполнению про-бела, касающегося оценки качества записей ВСП. Ос-новная задача авторов состояла в разработке алго-ритмов оценки качества записей, опирающихся на кинематические и динамические параметры техни-ческих помех, регистрируемых в скважине. Влиянием технических помех, однако, не исчерпывается оцен-ка качества данных ВСП. Можно, к примеру, полу-чить записи отличного качества, но они могут быть практически полностью обесценены, если при изме-рении координат источников сейсмических колеба-ний или приемников имели место грубые ошибки. Поэтому, в широком смысле, оценка факторов, вли-яющих на качество данных ВСП, сводится не только к оценке непосредственно качества сейсмических за-писей, хотя последнему обычно уделяют наибольшее внимание.

ПРИЧИНЫ ИСКАЖЕНИЙ КИНЕМАТИЧЕСКИХИ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОЛН,

РЕГИСТРИРУЕМЫХ ПРИ ВСП

Искажение кинематических параметров волн, ре-гистрируемых внутри среды, обусловлено:

1) изменением условий возбуждения колебаний (уплотнением забоя при работе наземных источни-ков, сменой местоположения источника и др.);

2) изменением глубины источника колебаний;3) сменой источника колебаний в процессе отра-

ботки скважины;4) изменением погодных условий (для газодина-

мических источников);5) изменчивостью ВЧР (для модификаций ВСП с

подвижным источником: профильное и площадное уровневое ВСП, ВСП-ПИ, ВСП в искривленных скважинах на вертикальных лучах);

6) изменением условий на контакте зонда со стенкой скважины;

7) изменением параметров скважинной аппара-туры в процессе отработки скважины (температура и др.);

8) искажением вступлений волн из-за высокого уровня шумов в скважине;

9) интерференционными эффектами в окрест-ности сейсмических границ;

10) неправильным расположением контрольного сейсмоприемника, используемого для введения стати-ческих поправок за глубину источника;

11) несовпадением отметки момента в аппаратуре с началом возбуждаемого сигнала.

На искажение динамических параметров волн влияют следующие факторы:

1) неподходящая для работ ВСП конструкция скважины и плохое качество контакта скважинного прибора со стенкой скважины;

2) изменение условий возбуждения колебаний в процессе отработки скважины;

3) влияние помех на ориентирование трехкомпо-нентных записей по направлению осей выбранной системы координат;

4) искажения записей в условиях искривленных скважин, вызванные ограничениями характеристик направленности сейсмоприемников.

Из перечисленных факторов видно, что некото-рые из них в равной мере влияют как на кинемати-ческие, так и на динамические характеристики волн, регистрируемых внутри среды (изменение условий возбуждения колебаний, некачественный контакт приборов зонда со стенкой скважины, присутствие шумов и др.).

Неудачная для работ ВСП конструкция скважи-ны подразумевает, прежде всего, отсутствие цемента в затрубном пространстве обсадных колонн или его плохое качество, а в скважинах необсаженных – нали-чие каверн на значительных интервалах глубин. В том и другом случае исключен надежный контакт сква-жинных приборов со стенкой скважины, поэтому скважинные приборы регистрируют главным образом не объемные волны, распространяющиеся в около-скважинном пространстве, а технические помехи, обусловленные существованием скважины и ее кон-струкцией. Рассмотрим кратко особенности этих по-мех [4].

ОСОБЕННОСТИ ПОМЕХ,ОБУСЛОВЛЕННЫХ СУЩЕСТВОВАНИЕМ

СКВАЖИНЫ И ЕЕ КОНСТРУКЦИЕЙ

Трубные волны возникают в условиях скользящего контакта труб с окружающими горными породами. Скорость их составляет 4700–4900 м/с, она мало зави-сит от скорости волн в окружающих породах и буро-вом растворе. Трубные волны обладают сравнительно большой интенсивностью в верхней части разреза (ВЧР), в первых вступлениях отличаются высокочас-тотным составом, быстро затухают с глубиной и с удалением пункта возбуждения (ПВ) от устья скважи-ны. Для них характерна поляризация колебаний по направлениям, близким к вертикали, что позволяет ослабить их искажающее влияние путем выбора гори-зонтальных компонент записи.

Трубные волны наблюдаются обычно в первых вступлениях. Менее известны восходящие трубные волны, отраженные от уровня подъема цемента в за-трубном пространстве [5].

Вибрационные трубные волны обусловлены вибра-циями обсадной колонны на тех участках ствола сква-жины, где в затрубном пространстве колонны отсут-ствует цемент либо качество его плохое. Помехи это-го типа регистрируются на одних и тех же интервалах глубин практически при всех удалениях ПВ от сква-жины и обладают большой интенсивностью, образуя

61

на сейсмограммах ВСП почти вертикальные оси синфазности. Частотный состав очень неустойчив и зависит от длины незакрепленных участков колонны. Количество и интенсивность помех данного типа возрастают в скважинах сложной конструкции с не-сколькими колоннами. В верхней части скважины, перекрытой кондуктором, эти помехи наиболее ин-тенсивны и регистрируются наиболее часто.

Трубные и вибрационные трубные волны реги-стрируются обычно в пределах одних и тех же интер-валов глубин, искажая как вступления первых волн, так и последующую часть записи.

Гидроволна распространяется по столбу жидкости, заполняющей исследуемую скважину, и примыкаю-щему к ней слою горных пород. За рубежом ее назы-вают “трубной волной” (tube wave), а волну, дейст-вительно распространяющуюся по обсадной трубе, т. е. трубную, называют “волной по обсадке” (casing break), что иногда приводит к путанице при переводе текстов с английского языка на русский.

Скорость падающих и восходящих гидроволн в необсаженной скважине не превышает скорости в бу-ровом растворе, зависит от упругих постоянных раст-вора и пород, окружающих скважину. При наличии обсадной колонны скорость гидроволн повышается до 40 %. При жестком контакте колонны с породой скорость гидроволны может отличаться от скорости волны в безграничной жидкости и зависит от толщи-ны обсадки и свойств окружающих пород. Как прави-ло, гидроволны возбуждаются: в верхней части сква-жины и на больших глубинах в интервалах, соответ-ствующих границам незацементированных участков скважин, а также на стыках обсадных колонн. При воздействии на эти интервалы импульсов прямой волны, а также других волн, отличающихся большой интенсивностью, возбуждаются гидроволны, распро-страняющиеся вдоль ствола скважины и претерпев-шие нередко несколько отражений от поверхности бурового раствора. Место возбуждения гидроволн мо-жет не совпадать с местом их отражения при последу-ющем распространении. Наиболее интенсивные гид-роволны возникают при воздействии поверхностных волн непосредственно на верхнюю часть скважины, до устья заполненной водой. Отражение и преломле-ние гидроволн происходит на участках скважины, где изменяются физические параметры (плотность гли-нистого раствора, диаметр скважины, модули упру-гости раствора и пород, окружающих скважину, а также толщина стенок или диаметр обсадных ко-лонн).

Интенсивность гидроволн зависит от плотности бурового раствора, уменьшаясь с увеличением его плотности, а также от силы прижима к стенке сква-жины. При достаточно большой силе прижима меша-ющее влияние гидроволн становится несуществен-ным. Гидроволны поляризованы линейно вдоль оси скважины, по направлению к стенке скважины появ-ляется эллиптичность, при пересечении стенки поля-ризация становится почти круговой. На средних сей-смических частотах смещение частиц в породах раз-личной жесткости при прохождении гидроволны различается: в мягких породах оно преимущественно горизонтально, а в жестких – вертикально.

Скорость гидроволн не зависит от расстояния до ПВ, а их интенсивность резко убывает с удалени-ем ПВ от устья скважины. По этим признакам гидро-

волны отличаются от низкоскоростных поперечных волн.

Гидроволны в основном регистрируются на вер-тикальных компонентах записей ВСП. Присутствие их на горизонтальных компонентах, иногда в виде интенсивных высокочастотных квазисинусоидальных колебаний, скорее свидетельствует о том, что на вре-мени ее прихода преобладает не сама гидроволна, а результат ее воздействия на скважинный прибор, па-разитные вращательные колебания которого происхо-дят в рабочем диапазоне частот.

В том случае, когда путем использования жест-ких прижимов величину контактных резонансов (при продольных, вращательных и других паразитных ко-лебаниях) выводят за пределы рабочего диапазона частот, то в момент прихода гидроволны к зонду не регистрируется не только сама гидроволна, но и вы-званные ею собственные колебания снаряда. Отсут-ствие гидроволны на записях ВСП косвенно сви-детельствует о хорошем качестве контакта снаряда со стенкой скважины.

На рис. 1, а в качестве примера приведена сейс-мограмма ВСП, полученная при возбуждении колеба-ний виброисточником с ближнего ПВ. Скважина имела сложную конструкцию: кондуктор опущен на глубину 1000 м, первая и вторая технические колон-ны – до глубин 2700 и 4700 м соответственно. Цемент в затрубном пространстве этих колонн поднят до устья. Эксплуатационная колонна опущена до глуби-ны 6000 м, и цемент в ней поднят лишь до глуби-ны 3800 м. Следует отметить, что отсутствие контакта эксплуатационной колонны со стенками скважины на значительных интервалах глубин привело к формиро-ванию сильных трубных и вибрационных трубных волн (для них характерны вертикальные оси синфаз-ности), а также мощной гидроволны, испытавшей за-тем отражения на забое и на тех участках скважины, где в процессе бурения изменялась ее конструкция (уменьшался диаметр скважины и диаметр обсадки). Полезные волны выделить и проследить вдоль верти-кального профиля без глубокой последующей обра-ботки почти не удается.

Удаление ПВ до 500 м привело к полному ослаб-лению гидроволн, но вибрационные волны и трубные волны, искажающие первые вступления прямой вол-ны, остались, однако их относительная интенсивность уменьшилась так, что стало возможным проследить отраженные волны в пределах почти всего вертикаль-ного профиля (см. рис. 1, б).

Примером, приведенным на рис. 2, иллюстриру-ется расшифровка на этапе интерпретации абсурдно-го результата, полученного при обработке данных ВСП в другой скважине. Видно, что восходящие вол-ны, распространяющиеся по обсадной незацементи-рованной трубе, могут на разрезах сформировать лож-ные “наклонные границы”, залегающие с несогласи-ем по отношению к реальным границам. Отличаются трубные волны скоростями, существенно превышаю-щими пластовые скорости. В первых вступлениях эти помехи исключают выделение прямой продольной волны, а в последующих вступлениях восходящие трубные волны создают иллюзию отражения прямой волны от фактически не существующей границы, рас-положенной на глубине 2100 м. Именно эта глубина соответствует глубине подъема цемента в затрубном пространстве обсадной колонны.

62

Рис. 1. Сейсмограмма ВСП на z-компоненте в скважине со сложной конструкцией, зарегистрированная с ближнего ПВ (а) и с удаленного (500 м) ПВ (б).

На рис. 3 приведены сейсмограммы ВСП, заре-гистрированные на z-компоненте при различной силе прижима скважинного прибора к стенке скважины. Видно, что не прижатый к стенке скважины прибор отчетливо регистрирует гидроволну (указана стрел-кой), интенсивность которой близка к интенсивности прямой волны, а ее импульс более короткий и высо-кочастотный. Форма импульса гидроволны выдержана и допускает уверенное фазовое прослеживание по глу-бине. По мере увеличения силы прижима интенсив-ность гидроволны уменьшается, импульс на времени прихода гидроволны при слабом прижиме становится

квазисинусоидальным, его фазовое прослеживание по глубине практически исключено. При силе прижима, равной 115 кг (почти в 4 раза превышающей вес при-бора), гидроволна практически не регистрируется. Су-щественно, что эту силу прижима обеспечивало элект-ромеханическое управляемое устройство, содержащее жесткий прижимной рычаг, а примеры с меньшей си-лой прижима приведены для скользящих прижимов рессорного типа. Поэтому квазисинусоидальные коле-бания на времени прихода гидроволны вполне могли быть вызваны резонансными паразитными колебания-ми прижимных устройств нежесткого типа.

63

Рис. 2. Пример формирования при миграции записей ВСП ложных отражающих границ из трубных отраженных волн.

На сейсмограмме ВСП (а) трубные волны показаны стрелками; б – глубинный разрез, полученный путем миграции. Слева от линии, указанной стрелкой, из трубных отраженных волн сформированы ложные границы.

Рис. 3. Сейсмограммы ВСП, полученные при различной силе прижима прибора к стенке скважины.

Сила прижима в килограмм-силах: а – 0, б – 2, в – 13, г – 113. Стрелкой указана гидроволна.

64

УСЛОВИЯ НЕИСКАЖЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИСЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

В СКВАЖИНЕ

Наилучшие условия для приема упругих колеба-ний обеспечиваются при жестком контакте сейсмо-приемника со стенкой скважины, так как при этом частота собственных колебаний на контакте находит-ся за пределами регистрируемого диапазона, в облас-ти высоких частот. Обеспечение силы прижима (на порядок выше веса прибора), достигаемое путем ис-пользования достаточно жестких управляемых при-жимных устройств, позволяет в современной сква-жинной аппаратуре добиться практически неиска-женного приема упругих колебаний, направление смещения которых близко к направлению оси сква-жинного прибора. Однако в случае значительных уг-лов подхода волн к скважинному прибору, а также при регистрации непродольных (обменных и попе-речных) волн требования их неискаженного приема становятся существенно жестче. Даже когда прижим-ное усилие на контакте со стенкой скважины доста-точно велико для предотвращения паразитных про-дольных колебаний прибора, а также для ослабления натяжения кабеля, на котором висит зонд, остается опасность возникновения паразитных вращательных колебаний прибора, обусловленных наличием у него, кроме продольных его перемещений, еще одной сте-пени свободы.

Сильные помехи, обусловленные паразитными колебаниями скважинного прибора, начинаются сра-зу же после прихода прямой волны. И эти помехи, наиболее опасные на записях горизонтальных компо-

нент, при таком подходе к оценке отношения поме-ха/сигнал можно ошибочно принять за полезный сиг-нал, хотя по виду они все же существенно отличаются от импульсов полезных волн тем, что имеют квазиси-нусоидальный характер. Пример сейсмограмм ВСП с такими помехами представлен на рис. 4. Видно, что на z-компоненте квазисинусоидальные помехи почти отсутствуют, в то время как на горизонтальных ком-понентах они видны почти на каждой глубине. Выше отмечалось, что в акте приемки материалов качество всех этих записей по упомянутой методике оценива-лось как “отличное”.

Искажения сигналов, регистрируемых горизон-тальными сейсмоприемниками зонда, происходят из-за возникновения вращательных колебаний относи-тельно линии касания корпуса прибора со стенкой скважины. В соответствии с этим следовало ожидать, и это достоверно подтверждено экспериментальными данными, что наибольшую чувствительность к таким паразитным колебаниям будет иметь сейсмоприем-ник, расположенный в зонде перпендикулярно к плоскости, проходящей через ось прибора и при-жимной рычаг. Паразитные вращательные колебания прибора на контакте со стенкой скважины удавалось устранить с помощью жесткого крепления к прибору двух опор, позволяющих достичь контакта со стенкой скважины в трех рассредоточенных по окружности точках (конец прижимного рычага и еще две точки на ребрах опор) [6]. Качественно близкие результаты, касающиеся природы паразитных вращательных ко-лебаний скважинного прибора и способов их по-давления, были получены позже за рубежом [7]. От-

Рис. 4. Сейсмограмма ВСП на z-компоненте (а), x-компоненте (б) и y-компоненте (в).

На горизонтальных компонентах сразу после первых вступлений наблюдаются сильные квазисинусоидальные помехи, вы-званные паразитными вращательными колебаниями скважинных приборов.

65

работка скважины, в которой находился трехком-понентный прибор, из различных азимутов и при различных удалениях ПВ показала, что прижимной рычаг способен сам по себе обеспечить жесткость контакта со стенкой скважины лишь в плоскости, проходящей через этот рычаг и ось прибора, и что сейсмоприемник, расположенный ортогонально этой плоскости, наиболее чувствителен к вращательным колебаниям прибора. Крепление к корпусу прибора жесткой пластины со стороны, противоположной при-жимному рычагу, обеспечило контакт со скважиной в трех точках (конец рычага и края пластины), и в ре-зультате – уверенное подавление на записи помех, обусловленных паразитными вращательными коле-баниями.

Для контроля качества контакта скважинного прибора со стенкой скважины целесообразно исполь-зовать встроенные в скважинные приборы излучате-ли. В качестве таких миниатюрных виброисточни-ков, предназначенных для контроля качества кон такта со стенкой скважины, можно использовать дополни-тельно установленные в приборах зонда сейсмопри-емники, которые преобразуют подаваемые на них с земной поверхности электрические колебания в меха-нические [8].

Научно обоснованные способы конструирования скважинных приборов, позволяющие избежать появ-ления паразитных колебаний при работах ВСП, были известны ранее [9], так же как давно известны упомя-нутые выше способы подавления паразитных враща-тельных колебаний. Однако качественные записи, кондиционные с точки зрения требований многовол-новой скважинной сейсморазведки, продолжают ос-таваться скорее исключением, чем правилом [2]. Тем самым многие возможности последующей обработки, нацеленной на изучение тонких кинематических и динамических характеристик сейсмических волн, ос-таются нереализованными.

В настоящее время наиболее слабым звеном при оценке качества записей ВСП, особенно записей на горизонтальных компонентах скважинных приборов, является количественная оценка. С точки зрения ка-чественной оценки записей больших проблем не воз-никает. Ясно, что если на горизонтальных компонен-тах наблюдаются такие помехи, как на рис. 4, то эти записи надо рассматривать как сплошной брак, а со-ответствующую скважинную аппаратуру для много-волновой скважинной сейсморазведки больше не ис-пользовать.

ТОЧНЫ ЛИ ДАННЫЕ О КООРДИНАТАХИСТОЧНИКОВ И ПРИЕМНИКОВ?

Кабельную глубину зонда и координаты источни-ков колебаний при обработке записей ВСП считают практически точными, как и данные инклинометрии, по которым кабельные глубины пересчитывают в де-картовы координаты точек приема. Однако все эти данные в той или иной мере могут быть неточными, что в конечном счете негативно влияет на надежность получаемых результатов. Рассмотрим факторы, влия-ющие на точность исходных данных, в надежности которых обычно не сомневаются.

Несоответствие показаний на счетчике глубин подлинной глубине, обусловленное растяжением ка-

беля под своим весом, обычно невелико (порядка 1 м). Однако нередко наблюдается неконтролируемое проскальзывание кабеля при его движении через блок-баланс, в результате чего показания счетчика в начале спуска зонда в скважину и при подъеме могут различаться, причем существенно. Эту невязку в глу-бинах, достигавшую обычно нескольких метров, авто-рам приходилось видеть неоднократно, однако ни в одном из рапортов операторов они подобной инфор-мации никогда не встречали. Судить о явных неточ-ностях глубин зонда приходится в основном в тех случаях, когда скважина с фиксированного ПВ отра-батывается не за одну спуско-подъемную операцию. И тогда возникает проблема стыковки кусков сейс-мограммы ВСП, полученных фактически в различных системах отсчета. Если в таких случаях верить ка-бельным глубинам, то остается, казалось бы, лишь одно – устранить статический сдвиг между этими кус-ками путем ввода статических сдвигов. Однако этот “косметический” прием приводит к тому, что появ-ляется статический сдвиг в последующей записи меж-ду фрагментами осей синфазности отраженных волн, а в итоге на изображениях среды, полученных путем миграции, формируются ложные тектонические на-рушения. Так что к кабельным глубинам, записан-ным в рапортах операторов, следует относиться кри-тически.

Данные инклинометрии достаточно точны при уг-лах наклона ствола скважины, превышающих 1°. При меньших углах азимут наклона измеряется неточно, и его обычно в таблицах инклинометрии не приводят. Это не значит, что ствол скважины стал вдруг верти-кальным. Между тем авторы сталкивались со случая-ми, когда обработчики считали горизонтальные коор-динаты точек приема на протяженных интервалах глубин равными нулю из-за отсутствия данных об азимутах наклона. Однако если угол наклона близок к 1°, а азимут искривления ствола выдержан, то для интервала глубин, равного 3 км, проекция этого ин-тервала на земную поверхность составляет 50 м. Ясно, что отсутствие истинных значений координат точек приема может существенно сказаться на кинемати-ческих параметрах волн, по которым решают обрат-ную задачу. В итоге наблюдаются нестыковки в изоб-ражениях околоскважинного пространства, получен-ных с различных ПВ.

Координаты источников, как и приемников, на этапе обработки считают практически точными и ис-ходят из этого при решении обратных кинематичес-ких задач. Если это не так, то определяемые парамет-ры могут принимать нереальные значения. С грубыми ошибками в определении координат ПВ авторам при-ходилось сталкиваться в то время, когда расстояния промеряли шнурами и мерными лентами, а также сравнительно недавно, когда для этой цели использо-вали спутниковую связь.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ПОМЕХ,ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА

ЗАПИСЕЙ ВСП

Автоматизация процесса обоснованной количест-венной оценки качества записей ВСП предполагает использование не только интенсивности записи на сейсмической трассе до вступлений первой волны и

66

после них, как это сейчас принято. Технические по-мехи, регистрируемые в методе ВСП, существенно отличаются от полезных волн своими кинематически-ми и динамическими параметрами, а также областями их регистрации.

В качестве кинематических особенностей техни-ческих помех целесообразно использовать:

1) высокую скорость распространения трубных волн, не зависящую от параметров окружающих по-род и положения сейсмических границ;

2) регистрацию трубных волн до вступлений про-дольных объемных волн;

3) совпадение области регистрации интенсивных трубных волн с областью регистрации вибрационных трубных волн, для которых на сейсмограммах ВСП ха-рактерны вертикальные оси синфазности (из-за звона незацементированных интервалов обсадных колонн);

4) постоянную величину скорости гидроволн в обсаженных скважинах, не зависящую от парамет-ров окружающих пород и положения сейсмических границ.

В качестве динамических особенностей техничес-ких помех целесообразно применять:

1) более высокую частоту и квазисинусоидальный характер трубных волн по сравнению с прямой продоль-ной волной;

2) квазисинусоидальный характер вибрационных трубных волн и их более высокую интенсивность по сравнению с объемными волнами, регистрируемыми в пределах тех же интервалов глубин. В спектрах сей-смических записей это проявляется в виде допол-нительных локальных экстремумов, а на зависимос-тях интегральных параметров интенсивности от глу-бины – повышенными значениями;

3) квазисинусоидальный характер и повышенную интенсивность записи на временах регистрации гидро-волн. На записях z-компоненты это свидетельствует об отсутствии цемента в затрубном пространстве об-садных колонн (возбуждение вибрационных трубных волн гидроволнами) либо о недостаточной величине прижимного усилия на контакте со стенкой скважи-ны. На записях горизонтальных компонент это ука-зывает на ненадежный контакт приборов со стенкой скважины, при котором возбуждаются паразитные вращательные колебания. Спектральный анализ интервалов записей, расположенных на временах ре-гистрации гидроволны, позволяет обнаружить на спектрах локальные экстремумы. На зависимостях интегральных параметров интенсивности записи z-компоненты на этих интервалах от глубины повы-шенные значения позволят получить дополнительную информацию об отсутствии цемента в затрубном про-странстве обсадки.

В процессе разработки алгоритмов оценки каче-ства данных ВСП использовались подходы, ранее оп-робованные для оценки качества материалов назем-ной сейсморазведки. Основные идеи реализованной методики оценки качества состоят в следующем.

Оценка качества выполняется в два этапа. На первом этапе по серии параметров оценивается каж-дая сейсмическая трасса, на втором – эти параметры анализируются с помощью статистических методов, после чего выделяется средний для объекта уровень помех, который считается некоторой объективной ре-альностью, связанной с условиями проведения сейс-мических работ. Отбраковке подлежат сейсмические трассы, оцениваемые параметры которых или значи-

тельно хуже среднего уровня, или хуже наперед за-данного порогового значения, причем это значение должно характеризовать заведомо бракованный мате-риал (например, уровень шумов многократно превы-шает уровень полезного сигнала).

При попытке перенести эту методику на оценки качества данных ВСП авторы столкнулись с рядом проблем, связанных со спецификой решаемой задачи. Во-первых, при оценке качества наземных сейс ми-ческих работ задача толкования помех с помощью вычислительных процедур просто не решалась. Это полностью отдавалось на откуп геофизику, а в задачу автоматизированной системы оценки качества входи-ло разграничение сейсмических трасс на кондицион-ные и бракованные. Описанные в настоящей статье технические помехи (трубная волна, вибрационная трубная волна, гидроволна) характеризуются комп-лексом признаков, и для их опознавания в автомати-зированном режиме необходимо анализировать соче-тания оцениваемых параметров, когда ни один из параметров не свидетельствует однозначно о наличии помехи определенного типа. Во-вторых, на материа-лах ВСП помеха часто коррелирует с полезным сиг-налом, так как полезные сейсмические волны воз-буждают колебания зонда или обсадной колонны. В наземной сейсморазведке корреляционные связи между полезным сигналом и помехой встречаются крайне редко, и такие зависимости при разработке процедур анализа качества не учитывались. Наконец, результаты ВСП представлены существенно меньшим объемом информации по сравнению с наземными сейсмическими работами, что снижает устойчивость статистических оценок.

Все эти обстоятельства потребовали пересмотра набора параметров, с помощью которого оценивают-ся отдельные трассы ВСП, а также способов анализа этих параметров. В настоящий момент сложился сле-дующий набор элементарных параметров для оценки качества трасс ВСП:

1. Средняя мощность (интенсивность) записи до прихода прямой волны – это информативный пара-метр, используемый для оценки отношения сигнал/помеха. Он был несколько модифицирован для запи-сей ВСП с вибратором. Интенсивность части записи, расположенной до прихода продольной волны, после формирования коррелограммы с опорным сигналом (свипом) обусловлена интенсивностью побочных компонент функции взаимной корреляции (ФВК). Ясно, что присутствие на записях квазисинусоидаль-ных помех довольно отчетливо проявится и на ин-тенсивности побочных экстремумов ФВК в виде их повышенных значений (выскоков) на фоне осредня-ющей кривой, отображающей зависимость этого па-раметра от глубины (рис. 5). Подобные закономер-ности наблюдаются и при использовании вибратора в наземных сейсмических работах, где природа выско-ков будет уже иной. Таким образом, зашумленными являются те трассы, мощность записи на которых до прихода продольной волны существенно превышает уровень аппроксимационной прямой.

2. Средняя мощность записи в окне, расположен-ном после прихода прямой волны. При выборе широ-кого окна данный параметр фиксирует прежде всего вибрационную трубную волну и собственные коле-бания зонда при плохом его прижатии, так как эти помехи затухают медленнее полезных сейсмических волн.

67

3. Преобладающая частота спектральной оценки трассы. Используется для обнаружения вибрационной трубной волны. Разные участки обсадной колонны “звенят” с разными частотами, поэтому изменение частоты спектра с максимальными энергиями колеба-ний по глубине применяют для оценки наличия труб-ной волны.

4. Коэффициент квазисинусоидальности трассы – параметр, характеризующий концентрацию энергии трассы в узком диапазоне частот, т. е. степень бли-зости трассы к синусоиде. Этот параметр можно оп-ределить как отношение пикового значения амп-литудного спектра на частоте помехи к осредненному значению компонент спектра в окрестности пиково-го значения. Самые большие его величины достига-ются при регистрации собственных колебаний зон-да в горизонтальной плоскости (рис. 6). Трубные волны также имеют повышенные значения данного коэффициента по сравнению с незашумленными трассами.

Процедуры выделения разных типов помех по-строены на использовании комбинаций описанных формальных параметров.

Вибрационная трубная волна выявляется по соче-танию следующих признаков:

– преобладающей частоте спектральной оценки трассы, стабильной для интервала глубин, на котором наблюдается вибрация колонны;

− повышенной средней мощности трассы в ши-роком окне после прихода прямой волны – вибраци-онной трубной волны, затухающей относительно мед-ленно;

− повышенному коэффициенту квазисинусоидаль-ности трассы;

− повышенной средней мощности трассы до при-хода прямой волны (проявляющейся не всегда).

Для обнаружении гидроволны используют следую-щие признаки:

− постоянную величину скорости гидроволн в об-саженной скважине в априорно известном диапазоне скоростей;

− большую интенсивность гидроволн на верти-кальной компоненте по сравнению с горизонтальны-ми компонентами.

Наконец, качество прижима зонда к стенкам скважины (наличие собственных колебаний зонда в горизонтальной плоскости) оценивают по набору сле-дующих признаков:

− очень высокому уровню квазисинусоидальнос-ти трассы;

− повышенной средней мощности трассы в ши-роком окне после прихода прямой волны: колебания зонда затухают относительно медленно;

− значительному преобладанию амплитуды соб-ственных колебаний на горизонтальных компонентах по отношению к вертикальной.

Рис. 5. Зависимость средней амплитуды трассы до прихода прямой волны от глубины регистрации.

68

Тестирование алгоритмов, предназначенных для обнаружения помех разных типов, проводилось на нескольких сейсмограммах ВСП. Одна из них, содер-жащая трубные волны и гидроволну, представлена на рис. 1, а. По результатам тестирования гидроволна вполне устойчиво опознана на всем протяжении сква-жины, а вибрационная трубная волна обнаружена в следующих диапазонах глубин, м: 50–100, 580–730, 1100–1150, 1380–1510, 1650–1700, 2010–2040, 2640–2700, 3370–3420. Таким образом, рассмотренный под-ход позволил автоматически выделить большую часть интервалов с интенсивной вибрационной трубной волной, хотя некоторые зашумленные участки и ока-зались пропущенными. Разделить автоматически труб-ную волну и вибрационную трубную волну пока не удалось.

Рисунок 6 является примером того, насколько уверенно можно судить о качестве контакта скважин-ного прибора со стенкой скважины в части требо-ваний к качеству записей горизонтальных компонент. Следует отметить, что обе горизонтальные компонен-ты “расписывают” квазисинусоидальные колебания, обусловленные паразитными вращательными коле-баниями скважинного прибора. Существенно, что эти колебания возбуждаются в данном случае пря-мой продольной волной и регистрируются сразу же после ее прихода. При этом до ее прихода практи-чески никаких помех не наблюдается, поэтому фор-мальная оценка величины отношения сигнал/поме-ха, о которой речь шла выше, некорректна. На спект-рах записей горизонтальных компонент паразитные колебания выделяются характерным для них пиком,

Рис. 6. Пример регистрации собственных колебаний зонда в горизонтальной плоскости при плохом качестве контак-та скважинного прибора со стенкой скважины:

а, б – записи на горизонтальных компонентах и их спектры; в – запись на вертикальной компоненте и ее спектр.

69

Литература

1. Воцалевский З.С., Лабковскис Б.З., Шехтман Г.А., Та-раненко В.В. Сравнительные испытания зондов ВСП // Геофиз. вестн. 1998. № 7. С. 10–18.2. Шехтман Г.А., Кузнецов В.М., Редекоп В.А. Низкое качество полевых записей – причина нереализованных возможностей многоволнового ВСП: Тез. докл. на науч.-практ. конф. “Гальперинские чтения-2008”. М., 2008. С. 61–65.3. Kiowski J.W. In-field quality control of VSP data, Feb. 23 // Oil & Gas J. 1987. V. 85, No. 8. P. 71, 73–75.4. Шехтман Г.А. Помехи технического характера при скважинных сейсмических исследованиях и способы их подавления: Обзор ВИЭМС. М., 1975. 41 с.5. Шехтман Г.А. Методика ВСП, ее современное состоя-ние и перспективы развития // Прикл. геофизика. 1994. № 131. С. 252–276.6. Воронин Ю.А., Жадин В.В. О частотных искажениях сейсмического сигнала при регистрации трехкомпонент-ным скважинным сейсмоприемником // Геология и гео-физика. 1964. № 3. С. 154–156.7. Gaiser J.E., Fulp T.J., Petermann S.G., Karner G.M. Ver-tical seismic profile sonde coupling // Geophysics. 1988. V. 53, No. 2. Р. 206–214.8. Wuenschel P.C. The vertical array in reflection seismolo-gy, some experimental studies // Geophysics. 1976. V. 41. Р. 219–232.9. Aronstam P., Yasuda K. A new generation of borehole re-ceivers: 57th Ann Intern. Mtg. Publisher: Soc. of Expl. Geo-phys. 1987. Pages: Session: S16.6.

что и позволяет автоматизировать выделение этих помех.

***

Таким образом, использование особенностей технических помех позволяет обоснованно выделять интервалы вертикального профиля, содержащего эти помехи. Сопоставление этих интервалов с соседними интервалами, свободными от помех, дает возмож-ность количественно оценить отношение сигнал/по-меха.

Представляет значительный интерес оперативное решение вопроса о том, какова причина появления на записях ВСП технических помех, – обусловлены ли они конструкцией скважины или они вызваны пло-хим контактом скважинного прибора со стенкой скважины. В зависимости от ответа на этот вопрос принимаются совершенно разные решения. Если ис-полнитель никак не может повлиять на качество за-писей, так как оно обусловлено конструкцией сква-жины, то ему остается борьбу с помехами перенести на этап обработки данных с возможной коррекцией задач, поставленных заказчиком. Если же помехи на записях появляются из-за дефектов аппаратуры, то ответственность за низкое качество ложится полно-стью на исполнителя. И хорошо, если устранить эти дефекты он сможет непосредственно в начале работ на скважине. Описанные выше особенности помех могут помочь при решении этих вопросов.