Документ 2599642

Численное решение прямых многомерных задач сейсморазведки сеточно-­‐
характеристическим методом Петров И.Б., Муратов М.В., Голубев В.И. Результаты 2D-­‐моделирования откликов пластов макротрещин Постановка задачи —  Плоский волновой фронт, частота ~30Гц —  Одиночные трещины и их системы на глубине ~2000м —  Сейсмоприемники на поверхности через 50м —  Геологическая среда: однослойная и многослойная Отклик от одиночной макротрещины флюидонасыщенная Высота: 40м X Дифракция на концах трещины Z Высота: 200м X Переходы на фазу Z пустая Волновые отклики от кластеров трещин Отклики – рассеянные волны X Z
Флюидонасыщенные трещины I
обменные продольные II
Пустые трещины Рис 2 Сейсмограммы, характеризующие волновые
Объяснение природы многофазности !
!
X t!=!0.03c!
t!=!0.032c!
!
X!
Сумма откликов 11 единичных трещин !
X!
!
t!=!0.03c!
t!=!0.032c!
t!=!0.034c!
!
!
Б-1
t!=!0.032c!
Z !
Z!
!
Z!
!
!
!
t!=!0.036c!
Б-1
!
!
!
X!
!
!
!
!
t!=!0.032c! !
t!=!0.034c!
t!=!0.036c!
!
!
Отклик кластера 11 трещин !
!
!
Z!
!
t!=!0.036c!
1
Б-2
!
!
!
X!
Z!
!
!
Б-2 !
t!=!0.036c!
!
!
!
Z!
!
2
1
!
Рис.4 Объяснение природы многофазности фронта рассеянных волн.
!
!
А – волновые
картины, иллюстрирующие
образование
межтрещинных отражений,
!!
!
!
Рис.4
Объяснение
природы
многофазности
фронта
рассеянных
волн. t
.4
фронта
рассеянных волн.
! Объяснение природы Z!многофазности
!
подпитывающих
колебательную
энергию
отклика
в
момент
времени
волновые картины, иллюстрирующие образование межтрещинных отражений,
А –отклика
– сравнение
волновые
картины,
иллюстрирующие
межтрещинных
отражений,
дпитывающих колебательную энергию
в момент времени
t
Б
сейсмограмм
: суммы 11-ти образование
единичных откликов
от 11 макротрещин
!
!
Выделение откликов от кластеров трещин в многослойном разрезе Флюидонасыщенные трещины X X
ZZ
I
3-­‐хслойная среда, кластер трещин во втором слое Kотр ~ 0.18 Фронты рассеянных обменных волн II
5-­‐ислойная среда, кластер трещин в третьем слое Kотр ~ 0.08 -­‐ 0.11 Рис.6 Характер отклика (фронта рассеянных волн) от кластера насыщенных
жидкостью макротрещин в 3 - х и 5 – ти слойном разрезе. Остальные параметры и
Выделение откликов от кластеров трещин в многослойном разрезе Пустые трещины X X
ZZ
I
3-­‐хслойная среда, кластер трещин во втором слое Kотр ~ 0.18 Фронты рассеянных обменных волн II
5-­‐ислойная среда, кластер трещин в третьем слое Kотр ~ 0.08 -­‐ 0.11 Рис.5 Характер отклика ( фронта рассеянных волн) от кластера газонасыщенных
макротрещин в 3-х и 5-ти слойном разрезе. X – сейсмограммы с регистрацией
Устойчивость формирования отклика к изменчивости интервалов и наклонов Dad
а)
б)
Dad
а)
Идеальный б)
в)
случай – нулевая дисперсия б)
Совместное в)
г)
отклонение угла и расстояния между трещинами в)
20% г)
Совместное д)
отклонение угла и расстояния между д)
г)
трещинами е)40% Vx
Vz
X Vx
Z Vz
E2
Изменение энергии компонент отклика из-­‐за дисперсии параметров Графики энергии dE/E
обменного рассеянного E1
фронта (E1) Графики отношения E1/E2
энергии полезной E2
части отклика к остальной энергии (E1/E2) Рис.7 Графики зависимостей энергетических характеристик волн, регистрируемых на
Х компоненте от уровня изменчивости (дисперсии) интервалов между трещинами
Возбуждение точечными импульсами при суммировании МОГТ X Плоский фронт МОГТ Z Трещины неправильной формы Сравнение откликов ступенчатой и прямой трещины Ступенчатая трещина Разность откликов Моделирование отклика мегатрещины: постановка задачи Осреднённая модель Набор параллельных тонких трещин Длина прямоугольника 200 м, ширина 10 м Моделирование отклика мегатрещины: результаты Осреднённая модель Набор параллельных тонких трещин Моделирование разрывных трещин, конфигурация трещин —  Одиночная —  Прерывистая L
L
lп
α
α
—  Прерывистая с флуктуациями L
α
lтр
—  Двойная прерывистая lсм
d
Сравнение откликов прерывистой и сплошной трещин Сплошная, заполненная Сплошная, пустая Прерывистая, заполненная Прерывистая, пустая Сейсмограммы отклика прерывистых трещин Результаты 2D-­‐моделирования откликов пластов мезотрещин Характеристика модели Трещиноватый слой
• Ф л ю и д о н а с ы щ е н н ы е
трещины
• Высота трещин 2м
• Наклон трещин 5°
• Р а с с т о я н и е м е ж д у
трещинами 2м
• Параметры среды – как
в первом слое
• Следующий ряд трещин
смещен на половину
расстояния между
трещинами
Протяженность приемной расстановки 6000м
Расстояние между приемниками 100м (61 приемник)
Трещиноватая зона – в середине базы приема
Процесс образования отклика
Фронт обменных
дифрагированных
(рассеянных) волн
Фронт продольных
дифрагированных
(рассеянных) волн
Отражение от
горизонтальной
границы двух пластов
Зона трещиноватости
Падающий фронт
t = 150 ms
t = 200 ms
Дифрагированные
в ол н ы от к р а е в
трещиноватой зоны
Обменный фронт от
прохождения зоны снизу
отраженной волной
t = 350 ms
t = 600 ms
Общая характеристика отклика
Дифрагированные волны от краев
трещиноватой зоны
X
Ф р о н т о бм е н н ы х д и ф р а г и р о в а н н ы х
(рассеянных) волн
‒ Наиболее интенсивный волновой отклик.
‒ Горизонтальная ось синфазности с
простой формой сигнала.
О т к л и к от п р охож д е н и я зо н ы с н и зу
отраженной волной (существенно более
слабый).
Z
Фронт продольных дифрагированных
(рассеянных) волн.
‒ Интенсивность в 3 раза ниже фронта
обменных рассеянных волн.
‒ Сложная форма сигнала из-за генерации
волн от кровли и подошвы трещиноватого
пласта.
Интенсивное отражение от горизонтальной
границы двух пластов, которое полностью
отсутствует на Х компоненте.
Влияние плотности мезотрещин
d = 1м
d = 2м
d = 4м
Х
Z
При четырехкратном уменьшении
п л от н о с т и а м п л и т уд а ф р о н та
обменных волн сокращается в 2
раза, а фронта продольных – в 7 раз
Влияние высоты мезотрещин
h = 2м
h = 4м
h = 8м
Х
Z
Четырехкратное увеличение высоты
мезотрещин мало меняет амплитуду
и форму сигналов обоих рассеянных
фронтов
Влияние угла наклона мезотрещин
α = 5°
α = 10°
α = 15°
Х
Z
Трехкратное увеличение наклона
мезотрещин приводит к усилению
рассеянных фронтов: обменного – в
2 раза, продольного – в 4 раза
Влияние частоты импульса
f = 15 Гц
f = 30 Гц
f = 60 Гц
Х
Z
Уменьшение частоты импульса
приводит к многократному усилению
обменного фронта, а продольный
фронт слабо зависит от частоты.
Влияние мощности пласта
H = 2м
H = 10м
H = 100м
Х
Z
Обменный фронт демонстрирует
высокую стабильность и амплитуды,
и простой формы сигнала во всем
диапазоне мощности пласта. У
продольного фронта при малой
изменчивости амплитуды
существенно меняется форма
сигнала.
Сейсмические отклики от трехмерных трещиноватых структур Трещиноватый кластер 3D Пустые трещины -­‐ сечение перпендикулярно плоскости трещин Цветом отображён модуль скорости. Цифрами – отдельные фазы для количественного анализа. Пустые трещины -­‐ сечение параллельно плоскости трещин Цветом отображён модуль скорости. Цифрами – отдельные фазы для количественного анализа. Пустые трещины -­‐ характер колебаний в отдельных фазах Направление стрелок – скорость точек среды. Цветом отображён модуль скорости. Сопоставление направления распространения волны и скорости среды -­‐> продольные\поперечные волны. Флюидонасыщенные трещины -­‐ сечение перпендикулярно плоскости трещин Цветом отображён модуль скорости. Цифрами – отдельные фазы для количественного анализа. Флюидонасыщенные трещины -­‐ сечение параллельно плоскости трещин Цветом отображён модуль скорости. Цифрами – отдельные фазы для количественного анализа. Флюидонасыщенные трещины -­‐ характер колебаний в отдельных фазах Направление стрелок – скорость точек среды. Цветом отображён модуль скорости. Сопоставление направления распространения волны и скорости среды -­‐> продольные\поперечные волны. Пустые трещины при наклонном фронте Сечения объемного отклика от кластера из 31 газонасыщенной вертикальной макротрещины длиной 3 км по нормали к их плоскости (вдоль оси X – рис. А) и параллельно ей (вдоль оси Y – рис. Б) при падении плоской волны под углом 5 градусов. Сверху вниз представлены кадры регистрации компонент записи: 1 –вертикальной (Vz), 2 – горизонтальной (Vx) и 3 -­‐ горизонтальной (Vу). Пустые трещины при вертикальном фронте Сечения объемного отклика от кластера из 31 газонасыщенной вертикальной макротрещины длиной 3 км по нормали к их плоскости (вдоль оси X – рис. А) и параллельно ей (вдоль оси Y – рис. Б) при падении плоской волны вертикально. Сверху вниз представлены кадры регистрации компонент записи: 1 –
вертикальной (Vz), 2 – горизонтальной (Vx) и 3 -­‐ горизонтальной (Vу). Флюидонасыщенные трещины при наклонном фронте Сечения объемного отклика от кластера «субвертикальных» (при слабо наклонном ПФ) флюидонасыщенных макротрещин длиной 3 км по нормали к их плоскости (вдоль оси X – рис. А) и параллельно ей (вдоль оси Y – рис. Б). Сверху вниз представлены кадры регистрации компонент записи: 1 –вертикальной (Vz), 2 – горизонтальной (Vx) и 3 -­‐ горизонтальной (Vу). Флюидонасыщенные трещины при вертикальном фронте Сечения объемного отклика от кластера «субвертикальных» (при вертикальном ПФ) флюидонасыщенных макротрещин длиной 3 км по нормали к их плоскости (вдоль оси X – рис. А) и параллельно ей (вдоль оси Y – рис. Б). Сверху вниз представлены кадры регистрации компонент записи: 1 –вертикальной (Vz), 2 – горизонтальной (Vx) и 3 -­‐ горизонтальной (Vу). Определение структуры трещиноватых и слоистых массивов Положение трещины Математическая формулировка:
2
I z = ∑∑"#Vy z, xi ,t j − V!y xi ,t j $%
()
i
)
(
j
(
)
min I ( z )
z ∈ D = [h1; h2 ] × [α1;α2 ]
Зависимость значения функционала от глубины залегания
трещины
Трещина под углом 30
Значение функционала
2.5E-05
градусов к горизонту
2.0E-05
1.5E-05
1.0E-05
5.0E-06
0.0E+00
350
450
550
650
750
Глубина залегания, м
850
950
Распознавание слоистой среды Математическая формулировка:
2
!
!
~
I ( z ) = ∑∑ V y ( z , xi , t j ) − V y ( xi , t j )
!i j
min I(z)
[
]
!
z ∈ {1, 2, 3} × [H min , H max ]{1, 2, 3}
Параметры слоёв:
• 1: ρ=2000 кг/м3, Сp=2000 м/с, Cs=1400 м/с
• 2: ρ=2500 кг/м3, Сp=2400 м/с, Cs=1600 м/с
• 3: ρ=2000 кг/м3, Сp=2600 м/с, Cs=1700 м/с
Эталонный расчёт:
H1=300 м, H2=600 м
Импульс Берлаге, частота 30 Гц, амплитуда 1 см/с Результаты —  2D-­‐исследование систем макротрещин —  Изучение откликов трещин сложной формы —  Изучение мегатрещин —  2D-­‐исследование пластов мезотрещ —  Изучение природы образования отликов —  3D-­‐исследования систем макротрещин —  Обратные задачи определения структуры трещиноватых и слоистых массивов