С чем пойдем в сейсморазведку?

04.02.13 12:14

По мнению самих нефтяников, существенно сократить затраты на поисковое бурение помогает сейсморазведка — один из наиболее информативных геофизических методов исследования земной коры. Метод предполагает искусственное создание упругих волн, которые распространяются в толще земли, отражаются от границ разных пород, преломляются и частично возвращаются к поверхности. Изучая время распространения волн, амплитуду колебаний, а затем интерпретируя полученные данные, можно сделать заключение о глубине залегания и форме геологических границ, о свойствах пород и пластовых флюидов.

Таким образом, сейсморазведка позволяет заглянуть глубоко в земную кору и обнаружить продуктивные пласты, которые могут находиться на глубине тысяч метров. Условной альтернативой этому методу может быть только поисковое бурение. «Условной», во-первых, потому что бурение дает информацию о породе только в непосредственной близости от скважины. А, во-вторых, потому что стоимость бурения одной скважины сопоставима с суммой, которая позволит с помощью сейсморазведки изучить перспективный участок полностью.

И все же надо понимать, что данных, точных на сто процентов, сейсмический метод не дает и последующее разведочное бурение полностью не отменяет. Однако позволяет организовать его максимально продуктивно и свести к минимуму количество непродуктивных скважин.

По опыту нефтяники убеждены, что потраченные на сейсморазведку средства с лихвой окупятся, так как полученная информация позволит качественно и эффективно спланировать глубокое бурение и существенно сэкономить на этом этапе. Именно поэтому ни одна крупная компания не приступит к бурению, пока не получит данные от сейсмики.

«Сегодня наметилась тенденция, что даже к поисковому бурению компании приступают только после тщательного изучения сейсморазведочных данных, — говорит Ирина Диденко, главный специалист Тюменского нефтяного научного центра. — Выгоднее вложить средства в повышение качества сейсморазведочных данных».

 

Станция регистрации упругих колебаний (Фото Института электро-физических проблем)

 

Создать волну

Для проведения сейсморазведки необходим источник упругих волн. Это могут быть взрывы динамита или тротила, которые производят в скважинах различной глубины. Другой вариант — невзрывной способ возбуждения колебаний (к примеру, применение специальных машин-вибраторов). У последнего есть несколько преимуществ перед взрывным — он не требует длительной и дорогой подготовки, а также работ по ликвидации, меньше воздействует на окружающую среду, более безопасен для человека. К тому же может неоднократно использоваться в одной и той же точке.

С другой стороны, мощность вибрационного источника, как правило, слабее, чем у взрывного. Огромные машины-вибраторы невозможно применять в труднодоступных местах — лесах, болотах и т.д.

Помимо вибрационных также используются поверхностные импульсные источники.

Если разведка ведется на шельфе, то в качестве источника упругих волн используются батареи пневмопушек, излучающие короткие интенсивные акустические сигналы. Пневмопушки буксирует специальное судно.

Один из способов повышения эффективности сейсморазведки — увеличение количества источников сигнала на единицу площади (конечно, в данном случае речь идет о невзрывных источниках). К примеру, в некоторых случаях используется несколько машин-вибраторов, поделенных на две группы. За счет суммарного воздействия увеличивается мощность распространяемых колебаний, к тому же процесс становится непрерывным — пока одна группа машин вибрирует, другая — переезжает на следующий участок.

Правда, реально увеличить число источников можно только на открытом пространстве — в степи, пустыне или тундре. Большее количество точек возбуждения волн сильнее влияет на окружающую среду, что вызывает опасения экологов, особенно если речь идет о морской сейсморазведке.

 

В разведку — с сейсмоприемником

Второй обязательный элемент, необходимый для сейсморазведки — это приемник отраженных или преломленных волн. Сейсмоприемник преобразует механические колебания упругих волн в электрический ток переменного напряжения. Сигналы, собранные сейсмоприемниками (а их может быть несколько сотен), передаются к сейсмостанциям. Графики колебаний объединяются в сейсмограммы — получается первичный полевой материал.

Сегодня чаще всего применяются индукционные сейсмоприемники. Под воздействием упругих волн корпус устройства смещается, а в индукционной катушке наводится ЭДС. При разведке на морской акватории используют пьезоэлектрические сейсмоприемники, преобразующие энергию механических колебаний в электрическую. Одна из последних тенденций — применение в качестве сейсмоприемников многокомпонентных измерителей ускорений (акселерометров).

Увеличение количества регистраторов — еще один способ сделать сейсморазведку более информативной. Он хорош тем, что применим в любых, в том числе труднодоступных условиях. Его значение особенно велико для тех территорий, где нельзя увеличить число источников колебаний. В любом случае, чтобы нивелировать влияние шумов и удовлетворить растущие требования к качеству информации, получаемой в ходе сейсморазведки, необходимо повышать плотность сейсмических данных.

 

Оборудование для сейсморазведки на шельфе (Компания «Сейсмо-шельф»)

 

Обработка и интерпретация данных

Но на самом деле получение полевого материала — только первый этап разведки. Ее окончательный результат во многом будет зависеть от качества обработки и интерпретации данных. Сейсмограмму, отражающую поступление колебаний на временной шкале, необходимо преобразовать в изображение, на котором будут зафиксированы глубины залегания различных пород. На основе обобщенного первичного материала строят модели исследуемого участка, а затем привязывают его к реальным геологическим границам.

«Если мы будем уверены в точности полученной модели, — поясняет Ирина Диденко, — мы сможем прогнозировать свойства коллектора. Объемная модель позволяет представить приблизительное распределение этих свойств в резервуаре».

Именно на этом этапе кроется важный резерв совершенствования метода сейсморазведки. Развитие информационных технологий позволяет создавать современное оборудование и программное обеспечение, позволяющие с высокой производительностью собирать и обрабатывать огромное количество данных. Иногда переинтерпретация полученных ранее данных позволяет добывающим компаниям существенно увеличить свои запасы.

 

Классические методы

Впервые «искусственные землетрясения» стали использовать в научных целях в середине XIX века. Затем Эмилю Вихерту, первому председателю Немецкого сейсмологического общества, пришло в голову использовать их для поиска месторождений полезных ископаемых. В 20-х гг. XX века в мире впервые успешно применили сейсморазведку для поиска залежей нефти. В конце 20-х – начале 30-х годов были опробованы и внедрены методы преломленных и затем отраженных волн.

Метод преломленных волн (МПВ) предполагает регистрацию волн, преломляющихся в слоях земной коры при попадании под определенным углом на границу двух пластов. Сегодня этот метод используется достаточно редко, так как существенно уступает другим методам по точности и детальности.

Метод отраженных волн (МОВ) наиболее распространен. В его основе — регистрация волн, однократно отраженных от границы пластов. Метод позволяет детально (до 0,5 % от глубины залегания) изучать геологические структуры и определить, какие из них могут быть нефтегазоносными (как правило, это пористые породы — коллекторы). Однако точно установить, есть ли в коллекторе углеводороды, с его помощью невозможно.

Как правило, МОВ дополняют методом общей глубинной точки (МОГТ). Этот метод массово применяется в нашей стране с 1960-х гг. Он предполагает многократное получение сейсмических отражений от каждого элемента геологической границы и их суммирование. МОГТ позволяет существенно повысить информативность разведки, однако для решения сложных задач, к примеру, прогнозирования состава среды, он не пригоден.

Поиски методов и способов, которые обеспечивали бы высокую точность сейсморазведки и минимальные затраты, продолжается. Причем прогресс движется в самых разных направлениях, рассмотрим основные из них.

 

Пример визуализации сейсмических данных (Фото Steven T. Hackstadt and Allen D. Malony)

 

В другом измерении

До начала 1990-х гг. использовалась только двухмерная сейсморазведка. Источники волн и приемники размещались вдоль линейного профиля, а результатом было изображение одного разреза. Переход от бумажных технологий к компьютерным позволил внедрить 3D-сейсморазведку.

При 3D-разведке источники и датчики размещаются на всей площади исследуемого участка, ее результатом становится трехмерная модель — сейсмический куб. При этом метод сбора данных остается сходным — просто сначала получают модели разрезов, которые впоследствии суммируются. Это значит, что 3D-разведка не располагает радикально новыми возможностями — к примеру, «заглянуть» на большую глубину и т.д. И все же эксперты полагают, что при правильном подходе к интерпретации надежность и информативность трехмерного метода будет выше на 20-30 %. Так что, не смотря на более высокую стоимость (которая, впрочем, постепенно снижается), 3D-разведка сегодня применяется очень широко.

Но и на трех измерениях прогресс не останавливается. Существует и 4D-сейсморазведка, имеющая второе, более прозаическое название — «периодическая». Предполагается, что спустя некоторое время после получения первого куба данных, проводится точный повтор разведочных работ с полным сохранением расположения пунктов возбуждения волн и сейсмоприемников. Таким образом, получают второй куб данных, полностью идентичный первому, но отражающий состояние пласта на другом временном отрезке. Несовпадения каких-то параметров сейсмоданных при сравнении двух кубов свидетельствуют об изменениях в изучаемом пласте.

По сути дела 4D-сейсмика — это «идеальный» вариант проведения сейсмического мониторинга. Тут надо понимать, что на практике провести совершенно идентичные сейсмосъемку и обработку данных чаще всего невозможно. Тем не менее, даже «неидеальный» вариант мониторинга позволяет изучить изменения в состоянии месторождения и сделать его разработку более бережной и планомерной.

 

Не только 3D, но и 3С

В традиционной сейсморазведке для анализа используются только продольные волны, характеризующиеся большими скоростями и распространяющиеся практически во всех породах. Но на самом деле источник возбуждает в породе волны сразу нескольких типов. Многоволновая (или многокомпонентная) сейсморазведка (МВС или 3С) позволяет использовать не только продольные, но и поперечные и обменные волны.

За счет учета волн всех типов можно получить дополнительные сведения о структурных особенностях границ, составе и свойствах геологического разреза, локализовать зоны трещинноватости. МВС позволяет детально представить внутренние характеристики резервуара, его структуру, а также успех его дальнейшей эксплуатации. Понятно, что метод требует специального оборудования и существенных затрат, поэтому актуален только для тех ситуаций, когда действительно необходима детальная информация.

 

Гидрографическое судно собирает сейсмические данные (Иллюстрация Davis Meltzer, National Geographic Stock)

 

С высоким разрешением

При доразведке и освоении открытых месторождений часто требуется детально уточнить структуру разрабатываемых залежей. Для этой цели применяют метод высокоразрешающей сейсморазведки. ВРС использует данные максимально широкого спектра полезного сигнала, как высоких (90-200 Гц), так и низких частот (6-10 Гц).

Трехмерная сейсморазведка высокого разрешения с использованием отраженных волн позволяет очень детально изучать геологические объекты с размытыми контурами, и сложной конфигурацией границ. Такое видение среды открывает возможности для существенного расширения класса экономически рентабельных ловушек углеводородов.

 

Микросейсморазведка

В процессе исторического развития сейсмология перешла от изучения природных колебаний к изучению искусственных. Современные технологии позволяют вернуться вновь к анализу естественно распространяющихся в земной коре колебаний только уже на новом уровне. Речь идет об изучении микросейсмического фона с целью выявления углеводородов.

Так, в России разработана инфразвуковая технология микросейсморазведки, создатели которой полагают, что залежи нефти и газа генерируют инфразвуковые волны (микросейсмы), которые усиливают внешние шумы. Причем сейсмоакустический фоновый шум используют в качестве широкополосного сигнала, а коллектор вносит изменения в его спектр.

Также существует технология сейсмической локации очагов эмиссии. Она предполагает «прослушивание» глубинных процессов, происходящих на месторождении. При этом исходная информация — микроволны сейсмической эмиссии и техногенного шума. Сейсмический мониторинг, основанный на такой технологии, позволяет получать информацию о состоянии коллектора постоянно, без каких-либо временных ограничений, в отличие от 4D-разведки.

 

Сейсмоприемники (Фото Weihai Sunfull Electronics Group Co.)

 

Скважинная сейсморазведка

Сейсмическую съемку можно проводить не только на поверхности породы, иногда упругие колебания регистрируют и на глубине — в буровых скважинах. Такой метод называется вертикальным сейсмическим профилированием (ВСП). На самом деле ВСП — отнюдь не новый метод, впервые он был предложен в нашей стране полвека назад, тогда это было прорывом на мировом уровне. Тем не менее, и сегодня он не теряет актуальности и продолжает развиваться.

Проверка бурением показывает, что точность структурных построений, сделанных по данным ВСП, в 3-5 раз выше, чем по данным наземной сейсморазведки. Это связано и с прямым определением скоростей, и с небольшими размерами изучаемой области околоскважинного пространства.

Часто ВСП используется как он-лайн сопровождение бурения. С помощью поверхностной сейсморазведки определяют места для первых скважин, а выполненная в них сейсмика позволяет оптимально спланировать места для скважин следующей очереди и т.д. Иногда на основе вертикального профилирования корректируют траекторию уже бурящихся скважин.

 

Как обойтись без кабеля?

Одна из интересных новых технологий — бескабельная сейсморазведка, не предполагающая использования кабелей для передачи управляющих сигналов и сейсмических данных, а также обеспечения электропитания оборудования. Отказ от кабельной архитектуры позволяет решить целый ряд проблем.

Так, кабели и сопутствующее оборудование, необходимые для стандартной наземной сейсмосъемки, имеют большой вес, который напрямую влияет на транспортные расходы. Размотка кабельных систем, их обслуживание и ремонт требуют большого количества обслуживающих специалистов. У компаний, занимающихся разведкой, нередко до 50 % рабочего времени уходит на выявление неисправностей и обслуживание кабелей. 

Кроме того, сложная сетевая архитектура негативно влияет на производительность регистрирующей системы, повышает вероятность сбоев. Она накладывает ограничения на проект съемки, иногда не позволяя учесть в нем особенности рельефа. Кабели ограничивают количество каналов передачи данных, а в итоге и качество окончательного изображения.

Новая бескабельная технология позволяет использовать беспроводные каналы передачи данных. Каждый приемник имеет независимую связь с центральной электроникой. Приемники можно располагать там, где это необходимо, а не по регулярной сетке. Данные локально сохраняются на самом пункте приема, нет необходимости передавать все данные в режиме реального времени, благодаря чему снижаются требования к питанию и полосе радиочастот. Каждый модуль оснащен системой GPS, что снижает расходы на топогеодезические работы.

 

Заправка секции сейсмокосы (ОАО «Морская арктическая геологоразведочная экспедиция»)

 

Сейсморазведка XXI века

Для решения сложных и узкоспециализированных задач, связанных с сейсморазведкой, возникают новые методы, позволяющие не только изучить структуру разреза, но и выявить индикаторы наличия углеводородов. К примеру, для этой цели используется метод поглощения и дисперсии скорости. Если в разрезе регистрируется аномальное увеличение поглощения и дисперсии фазовой скорости сейсмических волн, значит, на коллектор можно возлагать большие надежды.

Для изучения сложных геологических структур с высокой точностью, а также для определения состава среды используют метод дифференциальной сейсморазведки. Он предполагает, что на стадии интерпретации выполняются локальные преобразования исходных сейсмических данных на малых базах.

Иногда, чтобы получить больше информации, источники волн и сейсмоприемники размещают... за пределами изучаемого участка. Так организуют разведку по методу сейсмической локации бокового обзора. Он основан на анализе рассеянных волн. Метод помогает изучить трещиноватые зоны, в которых затухают отраженные волны, изучаемые традиционной сейсморазведкой, и возникают рассеянные волны.

 

А можно ли ей доверять?

Несмотря на то, что сейсморазведка — отнюдь не новый метод, споры по поводу ее эффективности вспыхивают снова и снова. Дело в том, что не всегда полученные с помощью сейсморазведки данные подтверждает последующее бурение. То есть, так или иначе, сделанные прогнозы носят вероятностный характер. Именно поэтому метод нередко подвергается жесткой критике. И поэтому не прекращаются поиски способов сделать его более точным и достоверным.

В любом случае специалисты признают, что, несмотря на все ограничения, альтернативы у сейсморазведки сегодня просто нет. Не случайно крупнейшие нефтяные компании ежегодно вкладывают огромные средства в проведение сейсмоисследований перспективных и уже разрабатываемых участков. Нефтяники рассчитывают на существенную прибыль от таких инвестиций, ведь разведка помогает не только сэкономить на непродуктивном бурении, но и получить прирост запасов.
«Методически, сейсморазведка способна решать поставленные задачи в самых сложных орогидрографических условиях — горная местность, заболоченные участки, транзитные зоны, открытые водные пространства и т.д. Думаю, что альтернативы ей в этом плане просто нет, — уверен Юрий Рошмаков, начальник отдела разведочной геофизики, главный геофизик ОАО «Пермнефтегеофизика». — На сегодняшний день сейсморазведочные методы были, есть и остаются самым достоверным способом изучения земных недр. Если кого-то смущает категоричность такого утверждения, то пусть он приведет мне пример, когда владельцы лицензионного участка заложили на своем месторождении хотя бы одну скважину по рекомендации, ну, допустим, данных магниторазведки или гравики».

«Проведение сейсмических работ — необходимое и обязательное условие с точки зрения поиска сырья, разработки месторождения и выхода на уровень добычи, — считает Игорь Дибцев, ИВП Разведка и добыча компании «ТНК-ВР», — Без этой работы невозможно приступить ни к чему. Это крайне важный и необходимый шаг, отправная точка при подходе к любому месторождению. Поэтому на сейсморазведке мы сегодня акцентируем серьезное внимание».

 

Кира Патракова

На первой фото: Машины-вибраторы. Сейсморазведка на лицензионном участке в Ливии (Фото ОАО «Газпром»)

Читайте также: