Изучение строения околоскважинного пространства по данным ВСП

Глава V. Обработка данных азимутального НВСП с целью изучения вертикальной трещиноватости.

В пятой главе рассматривается оригинальная методика обнаружения в разрезе интервалов, характеризующихся азимутальной анизотропией, определения коэффициентов анизотропии и основных элементов симметрии среды. Методика основана на использовании данных обменных волн PS, зарегистрированных из выносных пунктов возбуждения.

Результат применения обменных проходящих волн для изучения азимутальной анизотропии впервые был опубликован Колином Макбетом в 1996 году. Он предложил использовать данные, полученные при проведении азимутального 3С ВСП с возбуждением по круговым профилям, вынесенным на незначительное расстояние от скважины. Работа имела пионерский характер, так как показала принципиальную возможность использования поляризации обменной при прохождении волны для изучения анизотропии трещиноватости. Аналогичные исследования проводились и в ИГФ СО РАН при участии Горшкалева С.Б. и Карстена В.В.

Существенным недостатком всех работ использующих для изучения азимутальной анизотропии обменные волны является отсутствие учета геометрии луча обменной волны. Поскольку в условиях горизонтально-слоистого разреза регистрация обменных волн на вертикальном профиле возможна только из удаленных ПВ методика изучения анизотропии, основанная на использовании кинематических параметров обменных волн, должна учитывать различия в скоростной модели и, соответственно, в геометрии лучей для этих ПВ.

На рис. 7 приведен результат полноволнового моделирования для модели среды содержащий азимутально-анизотропных слой. Волновое поле дано в виде записей фиксированных ортогональных компонент X,Y,Z волнового поля.

Приведенный фрагмент волнового поля содержит границу двух изотропных пластов на глубине 1540м и границу изотропного и анизотропного пластов на глубине 1650м. Анализ модельного поля позволяет установить следующие особенности, которые могут быть использованы при изучении азимутальной анизотропии по реальным данным.
1. Наличие аномально поляризованной отраженной обменной волны PS приводит к появлению на Y компоненте устойчиво коррелируемого отражения, сравнимого по интенсивности с записью этой волны на основной X компоненте. Незначительная интенсивность записи этой волны на вертикальной компоненте свидетельствует о субвертикальном положении луча отраженной волны и, соответственно, о субгоризонтальном положении вектора смещения, что наблюдается в большинстве случаев в реальном эксперименте.
2. Появление на побочной компоненте аномально поляризованной проходящей продольной волны.
3. Появление на кровле анизотропного слоя двух ортогонально поляризованных преломленных обменных волн PS1 и PS2, распространяющихся с различными скоростями.

Отмеченные особенности волнового поля являются признаками, позволившими построить излагаемую в данной главе методику обнаружения в разрезе интервалов с азимутальной анизотропией упругих параметров и измерения ее параметров.

Явление двулучепреломления поперечной волны является наиболее надежным признаком существования анизотропии. На этом свойстве основана, в частности, широко известная методика определения осей симметрии среды, названная <вращение Алфорда>. Эта методика использует запись двух ортогональных компонент волнового поля, полученных от двух ортогонально направленных источников поперечных волн [2]. Суть методики состоит в поиске таких двух ортогональных направлений воздействия источника поперечных волн (X,Y), для которых вся энергия сосредотачивается на приемных компонентах коллинеарных направлению u1074 воздействия ХХ и YY, при равенстве нулю энергии на ортогональных (побочных) компонентах XY и YX. Недостатком такого подхода является необходимость использования практически недоступных для производственных наблюдений источников монотипных поперечных волн.

В этой связи привлекательной является идея использования обменных волн типа PS, распространяющихся через анизотропный интервал как поперечные. В этом случае можно построить методику изучения азимутальной анизотропии, суть которой будет состоять в поиске таких двух ортогональных азимутов выносных источников продольных волн, для которых энергия обменных волн будет содержаться в вертикальной плоскости, проходящей через источник и приемник. Таким образом, интервалы с азимутальной анизотропией могут быть изучены при проведении наблюдений по методике кругового трехкомпонентного ВСП, что требует сбора и анализа большого количества данных и существенно повышает стоимость работ.

Обойти эту особенность можно, воспользовавшись предположением о том, что вектор поляризации проходящей обменной волны располагается в вертикальной плоскости, проходящей через источник и точку обмена. Такое предположение справедливо для горизонтально-слоистого разреза. В этом случае возможно управлять поляризацией проходящей обменной волны использовав линейную комбинацию полей, зарегистрированных из пунктов взрыва, расположенных в различных азимутах:
Wi(h,t,)= WiSP1(h,t)*cos(azSP1- ) + Ki(h)WiSP2(h,t-dt(h))*cos(azSP2- ),
где i - компоненты X, Y, Z поля W, h - глубина регистрации, t - время записи, -азимут синтетического источника, dt(h) - временная задержка, компенсирующая анизотропию покрывающей толщи на кровле исследуемого интервала, Ki(h) - амплитудная поправка, компенсирующая разницу в затухании для разных ПВ (SP).

Содержание предлагаемого подхода изучения анизотропии, вызванной вертикальной трещиноватостью, схематически представлено на рисунке 8. Волновые поля, зарегистрированные из ПВ1 и ПВ2 могут быть просуммированы с соответствующими коэффициентами u1076 для получения проходящей обменной волны с заданной поляризацией. Пройдя через анизотропный слой поперечная волна, вектор смещения которой ориентирован под углом к направлению трещиноватости, разделяется на быструю S1 и медленную S2 волны, что приводит к появлению эллиптически поляризованного колебания, параметры которого изменяются по мере распространения волн. И только для двух ортогональных направлений - в плоскости симметрии и в направлении оси симметрии проходящие S1 и S2 волны поляризованы линейно.

В силу использования регистрируемых на наклонном луче обменных волн методика обработки для получения параметров анизотропии требует применения специальных процедур для исключения маскирующих анизотропию факторов - влияния геометрии луча и скоростной модели на кинематику обменной волны и влияние интерференции на измеряемые параметры поляризации волны.

Предлагаемая методика является достаточно трудоемкой и ее применение оправдано, когда существование азимутальной анизотропии в разрезе установлено по данным других методов (скважинные, геологические, сейсмические и т.д. данные) или подтверждено косвенными признаками (наличие PS волн на побочной компоненте). Защищаемая методика определения элементов симметрии среды в рамках модели азимутальной анизотропии среды по данным проходящих обменных волн состоит в применении следующих процедур.
1. Выбор целевой обменной волны типа PS, обменявшейся при прохождении на границе выше исследуемого интервала.
2. Учет геометрии луча (приведение к вертикали) с учетом распределения скоростей продольных и обменных волн.
3. Компенсация влияния анизотропии покрывающей толщи на кровле изучаемого интервала.
4. Расчет следящих азимутограмм в изучаемом интервале.
5. Установление направлений симметрии.
6. Пересчет волновых полей на найденные направления симметрии среды.
7. Получение годографов быстрой и медленной u1087 поперечных волн.
8. Выделение анизотропного интервала, расчет коэффициента анизотропии.
9. Глубинная миграция волновых полей для ПВ, ориентированных под углом к направлению трещиноватости.

Предлагаемая методика применялась к данным НВСП, проведенного в вертикальной скважине в пределах Варандейского месторождения. Данные были получены из одного ближнего и трех выносных ПВ, ориентированных в плане под углом 120^o. Объектом изучения были трещиноватые карбонатные отложения артинского яруса. На рис 9 в сопоставлении с каротажными и стратиграфическими данными представлены результаты изучения анизотропии - скорости быстрой и медленной волн, график временной задержки между ними и глубинные мигрированные разрезы по отраженным обменным волнам, полученные для ПВ3, ориентированного под углом к направлениям элементов симметрии среды.

Графики задержки между временами пробега быстрой и медленной поперечных волн, и графики скоростей четко фиксируют появление в разрезе анизотропных интервалов. При этом нарастание задержки начинается выше интервала исследования - в плотных песчаниках нижней перми (Н=1640м). По данным анализа керна скважины, расположенной в 500м, установлена ярко выраженная вертикальная трещиноватость этого слоя песчаников.

Информацию о поведении трещиноватого интервала можно извлечь из анализа мигрированных разрезов основной и побочной компонент отраженных обменных волн. На разрезах кровля целевого интервала - карбонатов артинского возраста прослеживается в виде динамически выраженного отражения (синяя фаза на глубине 1650м) по всему разрезу.

После деконволюции по форме импульса сигнал имеет нольфазовую форму с двумя побочными максимумами, что приводит к появлению дополнительных фаз (красные фазы) на мигрированном разрезе. На расстоянии порядка 100м от скважины на мигрированном разрезе отмечается смещение оси синфазности отражения от кровли карбонатов. Величина смещения составляет около 10м, что свидетельствует о наличии малоамплитудного разлома. Анализ глубинного разреза побочной компоненты показывает также наличие интенсивного отражения, связанного с кровлей карбонатов. В сопоставлении с результатами изучения трещиноватости, полученными по данным проходящих обменных волн, можно сделать вывод о том, что аномальная поляризация отражения, фиксируемая в виде аномалии типа <яркое пятно> на разрезе побочной компоненты связана с наличием ориентированной трещиноватости в кровле артинских карбонатов. Ослабление этой аномалии, фиксируемое в зоне разлома, может быть проинтерпретировано как разупорядочивание ориентации трещин в зоне разгрузки напряжений, обусловленной наличием разлома.

Таким образом, проведенное исследование позволило установить наличие трещиноватых интервалов, определить направление преимущественной трещиноватости и изучить область распространения трещиноватости по латерали.

В компании ПетроАльянс по изложенной технологии обработаны десятки скважин. При этом уверенная информация по азимутальной анизотропии получена примерно для 10% обработанных скважин. В подавляющем большинстве случаев доказанного существования анизотропии эта информация была использована в практических целях.