Description:

"Техническая статья: Будущее низких частот: наземное и морское оборудование (Toward the low frequencies: land and marine equipment) Denis Mougenot*" Введение. Значительное увеличение вертикального разрешения наземной сейсморазведки (на один порядок величины от декаметров до метров!) рассматривается нефтяными компаниями как самый важный шаг для более широкого использования сейсмических данных при описании коллектора. Дифференциальное поглощение более высоких частот при распространении отраженного сигнала и невозможность сгенерировать и зарегистрировать широкополосный сигнал мешало сейсмической промышленности решить эту задачу. Скважинная сейсморазведка может улучшить ситуацию, сокращая траектории лучей и исключая прохождение волн через высоко поглощающую зону малых скоростей. Сейсмические данные с разрешением до метра и преобладающими частотами приблизительно 1 кГц регистрируются межскважинной сейсморазведкой (Sheline, 1998). Однако отсутствие скважин с соответствующим набором данных привело к довольно спорной интерпретации межскважинных сейсмических исследований. Разрешение по вертикали (то есть возможность выделять каждое отражение) зависит, кроме прочих параметров, от соотношения сигнал-помеха и частотного спектра. Если мы возьмем нуль фазовый сейсмический сигнал (рис 1), его детальность зависит от ширины центрального пика при отделении пика от вторичных боковых лепестков. Ширина определяется средней частотой сигнала \( F_{av} = \frac{F_{max} + F_{min}}{2} \), и отделением относительной ширины полосы пропускания, измеренной в октавах \( n (2^n - \frac{F_{max}}{F_{min}}) \). Обычный частотный диапазон наземной сейсморазведки (10-80 Гц) представлен тремя октавами, которые являются треми удвоениями частоты (10-20 Гц; 20-40 Гц; 40-80 Гц рис 2). Мы предполагаем, что для улучшения вертикального разрешения легче добавить одну октаву, делая запись сигнала от 5 до 10 Гц, чем делать запись сигнала от 80 до 160 Гц. Что препятствовало промышленности использовать эту возможность? Сначала мы не хотели регистрировать низкие частоты из-за их чрезвычайного зашумления, мешающего выделять глубинные отражения (рис 1). Использование нуль фазового сигнала Butterworth, ширина центрального лепестка определена средней частотой \( F_{av} = \frac{F_{max} + F_{min}}{2} \), он выделен относительной шириной полосы пропускания частот, измеренной в октавах \( n (2^n - \frac{F_{max}}{F_{min}}) \). *E-mail: d.mougenot@sercel.fr.* Рис 2 Типично испускаемые сейсмические частоты обычно содержат 10-80 Гц. Кроме того, большинство низких частот отсеиваются в процессе регистрации для исключения высокоамплитудных поверхностных помех и соответствующей потери в динамическом диапазоне. Это объясняет то, почему мы не сосредотачивали усилия на источниках или на технике регистрации с обработкой данных. Сегодня мы можем использовать все преимущество нового морского и наземного оборудования для получения данных, которое позволяет генерировать и регистрировать широкополосный сигнал, включающий низкие частоты. Наземные источники. Ясно, что первое требование для записи широкополосного сигнала это получение такого сигнала под землей. Вибраторы дают преимущество контроля ширины полосы пропускания и излучаемой энергии в пределах каждого частотного диапазона. Стандартный вибратор имеет опорный сигнал с началом в 10 Гц с 0,5 тапером (рис 2). Форма стремится к более высокой частоте, когда поверхностная волна имеет простую форму или возможно структурное нарушение. Замечено что при большинстве технических характеристик вибратора отражения опорного сигнала начинаются на 5 Гц, но эта частота не стабильна и не достигается при полном приводе. Это ограничение нижнего предела низких частот связано со смещением D (при ударе) массы вибратора M, которая ограничена возможным гидравлическим потоком. \( D \approx HPF \cdot M_w^2 (\sqrt{2\pi n} - 2nf), \) смещение массы вибратора увеличивается к более низким частотам и соответствует наибольшему максимальному гидравлическому усилию (HPF). Однако использование большей массы ограничивает необходимое смещение для эмиссии низких частот. В то же время такая большая масса улучшает весовое соотношение массы-к-опорной-плите и увеличивает способность вибратора генерировать высокие частоты. У мощных современных тяжелых вибраторов (97 350 lbf) нижний порог частот с приводом 75-5 Гц. Длина ударного хода поршня 10 см и соотношение массы-к-опорной-плите составляет 3,2 (7,1 T 2,2 T). Эта модель вибратора дает возможность высокоразрешающей сейсморазведки при помощи широкополосного опорного сигнала. Диапазон значений от низких до высоких частот такого вибратора приближается к 6 октавам (5-250 Гц). Его толкающее усилие (90 000 lbf) является достаточно большим, чтобы использовать такой вибратор как точечный источник. Рис 3 Тяжелый вибратор (97 350 lbf) имеет самое высокое соотношение массы-к-опорной-плите (3,2 _ 7,1 T 2,2 T). Рис 4 Точка взрыва, зарегистрированная от взрывчатого вещества вертикальной компонентой цифрового датчика (в центре). Спектр FK (слева) от общего пункта взрыва показывает очень низкочастотное содержание поверхностной волны (GR). Амплитудный спектр (справа) отраженного сигнала (Si) показывает нехватку низких частот. Эффективность использования энергии в упругие волны сильно зависит от пород, окружающих ствол скважины и характера взрывчатого вещества (скорость, давление, газообразование). Более длиннопериодные взрывы, в соответствии с новым двойным составом взрывчатого вещества, разработанным для сейсмического применения, улучшают передачу энергии в породу. Из анализа отраженного сигнала видно, что при низко и высокочастотных увеличениях энергии (+12 децибелов) максимальная амплитуда стремится к более низким частотам (Quigley, 2004). Морские пушки. При стандартной расстановке пневмопушек (три кабеля по 10 пушек, 3500 cu) - нижняя полоса пропускания ограничена на 10-12 Гц. Эта характеристика для создания более низких частот может быть улучшена увеличением давления воздуха, используемого в пушке (рис 5). В то время как промышленность использует пушки и компрессоры со стандартным давлением 138 бар (2000 фунтов на квадратный дюйм), некоторые пушки разработаны для стандартного использования при давлении 207 бар (3000 фунтов на квадратный дюйм). Нижний частотный порог \( F_{min} \) также зависит от индивидуального объема пушек. При доминирующем периоде пульсации \( T \), характеристика пушки изменяется кубическим корнем от объема и доминирующая частота сигнала, которая соответствует минимальной частоте \( F_{min} = 1/T \), уменьшается с ростом объема пушки. Поскольку большие пушки трудны в обращении, возможно применить группирование идентичных пушек, чтобы увеличить период пульсации пузырька. Для 2x250 cu в параллельно расположенных кластерах пушек на глубине 5 м. и 3000 фунтов на квадратный дюйм, доминирующая частота может быть столь же низкой, около 6 Гц (рис 5). Эффект погружения пушки не так заметен на низкочастотном спектре, как непосредственно на низкочастотной границе пропускания, которая зависит только от узкого диапазона, созданного волной спутника обусловленной поверхностью. Эта волна имеет разрушительный эффект на первый пузырь, где сконцентрированы более низкие частоты (Lunnon и др., 2003A). Увеличение глубины погружения пушки может изменить выбор момента времени главного и спутниковых пузырьков противоположной полярности, потенциально увеличивая количество низкочастотной энергии. Однако период пульсации пузырька уменьшается с глубиной из-за большего гидростатического давления, таким образом, соответствующая доминирующая минимальная частота увеличивается значительнее, чем убывает (Mayne и Quay, 1971). Был проверен другой способ расширить спектр низкочастотного сигнала. Он использовал запаздывание с других пушек расстановки, чтобы синхронизировать пузырьки вместо усиления первых пиков давления (Lunnon и др., 2003B). Эта техника хороший способ для усиления низких частот и оказалась полезным для изучения глубинных пород коры и описания пород под базальтами (Maresh and White, 2005). Рис 4 Точка взрыва, зарегистрированная от взрывчатого вещества вертикальной компонентой цифрового датчика (в центре). Спектр FK (слева) от общего пункта взрыва показывает очень низкочастотное содержание поверхностной волны (GR). Амплитудный спектр (справа) отраженного сигнала (Si) показывает, что низкие частоты чрезвычайно ослаблены (-18 децибелов) от максимальной амплитуды, которая находится между 10-30 Гц. Вероятно большая часть химической энергии взрывчатого вещества идет на получение трещин, газовый разогрев, и поверхностные волны. (c) 2006 EAGE Ключевые слова: децибел, поверхность, возможность, морской, эффект, глубокий сейсмоприёмный косы, использование, фунт, улучшить, наземный, пропускание, мочь, датчик, расстановка, отражённый сигнал, запись, вибратор, работа, буксировать сейсмоприёмный, низкочастотный, пузырёк, амплитудный характеристика, способность, пункт взрыв, постоянный, буксируемый сейсмоприёмный коса, коса, два сейсмоприёмный кос, доминировать, ослабление, нижний, сейсмоприемный кос, скорость, технический, сейсмоприёмный, вертикальный разрешение, помеха, пневмопушка, сейсмоприёмный косы, гц, промышленность, пик, значение, отражённый, характеристика, ширина полоса, источник, цифровая акселерометр, сейсмический, регистрировать, диапазон, ток, запись сигнал, чувствительный, связанный, опорный сигнал, измерить, резонансный частота, поверхностный, глубинный, снижение, получение, частотный спектр, буксировать, июль технический, дюйм, амплитудный, стандартный, область, относительный ширина, сейсмоприёмник, цифровой акселерометр, соотношение, июль, сейсмический промышленность, взрыв, частота, заряд, пушка, взрывчатый вещество, амплитудный спектр, сейсморазведка, соотношение масса-к-опорный-плита, описание, поверхностный волна, погружение, октава, масса-к-опорный-плита, энергия, высокий частота, взрывчатый, состояние, форма, оборудование, полоса, спектр, полоса пропускание, ограниченный, глубина погружение, затухание, сейсмоприемник, сейсмоприёмный коса, из-за, масса, технический статья, вещество, отношение, давление, глубина, квадратный дюйм, период, объём, цифровой, широкополосный, преимущество, применение, порода, акселерометр, спутник, большинство, непосредственный, высокочастотный, поверхностный помеха, постоянный ток, регистрация, увеличение, глубокий, разрешение, обработка, должный, резонансный, цифровая датчик, запаздывание, предел, вертикальный, полевой, частотный, октав, вертикаль, косы, гидрофон, волна, квадратный, время, ширина, статья, сигнал, широкополосный сигнал, образ, фазовый