Разнообразие невзрывных источников говорит о том, что до сих пор не создано достаточно эффективных источников для работы в различных условиях

Пантилеев Сергей Петрович, заведующий лабораторией источников сейсмических колебаний НПП «ГЕРС»

Сейсморазведка – наиболее точный глубинный геофизический метод, основанный на изучении реакции геологической среды на упругие колебания, возбуждаемые в ней искусственным путём.

С самого начала развития сейсморазведки основным источником возбуждения упругих колебаний является взрыв твёрдых взрывчатых веществ (ВВ). Благодаря своим многочисленным достоинствам, прежде всего, практически неограниченной мощности воздействия, возможности её регулирования в широких пределах, непосредственному действию продуктов взрыва на частицы среды, близость частотного спектра к сейсмическому и т. д., этот способ, изменяясь лишь незначительно, до последнего времени остаётся одним из самых распространенных при возбуждении продольных и поперечных волн. Для повышения сейсмической эффективности взрыва и уменьшения интенсивности волн-помех заряд ВВ обычно помещают в скважину на заданную глубину.

Однако скважинно-взрывной способ возбуждения сейсмических колебаний не свободен от существенных недостатков. Это высокая опасность взрывных работ для обслуживающего персонала: высокая стоимость охраны и транспортировки ВВ; необратимые изменения окружающей среды при использовании мощных воздействий; трудности, связанные с накапливанием отдельных воздействий с целью уменьшения величины единичных зарядов, оказывающих меньшее влияние на окружающую среду; сравнительно высокая стоимость расходуемых взрывчатых материалов; высокая стоимость и трудоёмкость буровых работ; необходимость применения различной техники для проведения буровых и взрывных работ; ограниченность применения стандартных буровых работ в породах высокой прочности (базальт, габбро, диабазы и другие породы трапповых областей, высокоабразивные песчаники Южно-Якутского угольного бассейна и др.); невозможность механизировать и автоматизировать процесс возбуждения из-за повышенной опасности применяемых ВВ и средств взрывания и по этой причине низкая производительность подготовительных работ, особенно при повторных воздействиях. Эти недостатки особенно существенны при использовании широко применяемых в настоящее время в отечественной и зарубежной сейсморазведке систем с многократным перекрытием, характеризующихся высокой плотностью пунктов возбуждения и регистрации сейсмических колебаний.

Основным путём устранения указанных недостатков является разработка более безопасных невзрывных источников возбуждения сейсмических колебаний. К настоящему времени разработаны и внедрены в производство десятки способов и устройств для возбуждения упругих колебаний, использующие различные виды исходной энергии: потенциальную энергию падающего или специально разогнанного до требуемой скорости тела; энергию сжатого газа (воздушные пушки и другие пневматические источники); гидравлическую энергию от насосных агрегатов и от гидростатического давления в скважине; энергию взрыва газообразных смесей; электрическую и другие виды энергии. Такое разнообразие невзрывных источников говорит, прежде всего, о том, что, несмотря на большие затраты времени и средств, до сих пор не создано достаточно эффективных источников для работы в различных условиях.

Указанные выше недостатки взрывных способов частично устраняются взрывогенераторной технологией, разработанной в ЦНИИ Подземного Машиностроения, основанной на использовании жидких взрывчатых смесей (ЖВС) для образования непрерывного взрывного процесса, регулируемого в широких пределах по частоте (до 600-1500 взрывов в минуту) и мощности (от 8 до 600 г на импульс). Недостатком этой технологии является ещё не отработанная конструкция аппаратов для использования источника в глубоких скважинах при проведении обращённого вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и при волновом межскважинном просвечивании.

Данная работа посвящена анализу скважинных источников упругих колебаний в отношении возможности их применения при проведении обращённого вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и подводных источников при проведении ВСП на шельфе мирового океана при доразведке околоскважинного пространства в процессе бурения скважин.

Обращенное ВСП или Система Обращенного Годографа (СОГ), отличается от методики ВСП взаимной заменой положения пунктов взрыва и пунктов приема. При работах СОГ источник сейсмических волн располагается в скважине, а регистрация на поверхности Земли проводится стандартной многоканальной сейсмической станцией.

Технология Tomex, была зарегистрирована компанией Western Geophisical, хотя похожие экспериментальные работы проводились многими геофизическими компаниями. В нашей стране технология сейсмического сопровождения бурения скважин или ВСП в процессе бурения проводится достаточно редко. Идея метода состоит в использовании бурового долота в качестве источника сейсмического сигнала.

Регистрация данных аналогична методике СОГ. Патент РФ № 2066469 от 10.09.1996г. (Заявитель - Всероссийский научно-исследовательский институт геофизических методов разведки. Авторы: Михальцев А.В.; Шехтман Г.А.; Федотов С.А.). Изобретение относится к геофизическим методам исследования, в частности к модификации обращенного вертикального сейсмического профилирования (ВСП), использующей в качестве источника упругих колебаний работающее буровое долото. В этой модификации упругие колебания, распространяющиеся от забоя бурящейся скважины по окружающим горным породам, регистрируются сейсмоприемниками, расположенными в приповерхностной зоне, а опорный сигнал, возбуждаемый долотом, регистрируется в верхней части бурильной колонны и используется для выделения из записей, зарегистрированных сейсмоприёмниками, полезных волн, несущих информацию о сейсмических параметрах горных пород, окружающих скважину, а также расположенных ниже ее забоя. Этот метод так и не был внедрён в производство по причине слабости сигнала, идущего от долота и большой ошибки в определении опорного сигнала, который принимался датчиком, установленном на колоне бурильных труб.

Увеличить силу сигнала можно применением гидроударников, а опорный сигнал записывать автономным регистратором, находящимся в непосредственной близости от долота. Эти усовершенствования могли бы дать жизнь этому способу ВСП, но этого никто не захотел проделать.

В НПО «ГЕРС» разработан способ обращённого вертикального сейсмического профилирования и устройство для его реализации (Заявка №2009148981 от 28.12.2009).

Вариант обращённого ВСП мог бы быть реализован, если бы появился мощный автономный источник, закреплённый в непосредственной близости от долота, который бы не мешал процессу бурения и включался бы по команде с устья скважины по гидравлическому каналу. Он должен был бы иметь внутренний регистратор для записи опорного сигнала в соответствии с внутренними, синхронизированными со станцией, часами. В качестве источника в этом случае можно, к примеру, использовать аппарат скважинный электрогидравлический ЭРА-5, серийно выпускаемый ООО «Ризолит», оборудованный турбогенератором мощностью 2-3кВт. На устройство для возбуждения мощных сейсмических импульсов давления в глубоких скважинах подана заявка на патент № 20091373342 от 08.10.2009.

Одним из методов обращённого ВСП является глубинное сейсмическое торпедирование (ГСТ), опробованный в ОАО «Пермнефтагеофизика».

Технология проведения работ по методике ГСТ позволяет достигнуть высокой оперативности с минимальным временем задействия скважин и максимальным объёмом полученной информации. Появилась реальная возможность применения пространственных систем сбора данных, а также совместного комплексного использования двух встречных наземно-скважинных систем наблюдений с глубинными источниками (ГСТ) и приёмниками колебаний (ВСП), реализации межскважинных наблюдений. Внедрение ГСТ в производство сдерживается отсутствием специализированного программного обеспечения для обработки и интерпретации.

Межскважинное прозвучивание – это технология одновременной работы на нескольких скважинах. Как следует из названия, источники сейсмических колебаний и приемники располагаются в разных скважинах, расположенных достаточно близко друг от друга. Комбинация положений источников и приемников в скважинах позволяет собрать данные, достаточные для томографической реконструкции свойств геологического разреза между скважинами.

«ВСП и трехмерные системы наблюдений в сейсморазведке» - это актуальная и своевременная тема. Она отвечает современным представлениям о технологических возможностях метода ВСП и необходимости комплексирования его с наземными сейсмическими наблюдениями для решения геологических задач разведки и доразведки месторождений нефти и газа.

По-прежнему одним из востребованных геофизических методов остается скважинная сейсморазведка (ВСП). По сравнению с наземной сейсморазведкой ВСП обеспечивает лучшую латеральную разрешенность, т. к. сейсмоприемники располагаются ближе к исследуемым объектам. Кроме того, благодаря однократному прохождению сейсмических волн через верхнюю приповерхностную зону обеспечивается лучшая разрешенность по вертикали.

Зарубежными организациями предлагаются оригинальные решения в области методики ВСП. В частности, компания Schlumberger рекламирует систему seismic VISION для осуществления вертикального сейсмического профилирования в процессе бурения. Система включает модуль каротажа в процессе бурения (LWD) с сейсмоприемниками, установленными вблизи бурового долота, источник возбуждения сейсмических волн на поверхности, располагаемый на буровой или на морском судне, а также систему измерений в процессе бурения (MWD) в виде телеметрии для передачи данных в реальном масштабе времени. Данные записей волновой картины четырехкомпонентного ВСП передаются на поверхность в ходе извлечения прибора из скважины и могут быть обработаны в течение нескольких часов непосредственно на скважине или переданы в центр обработки для более детальной интерпретации. Полученная информация используется в процессе дальнейшего бурения. Seismic VISION имеется в нескольких модификациях для диаметров 6¾, 8¼ и 9 дюймов (171, 210 и 229 мм). Она совместима со всеми приборами LWD компании Schlumberger. Система работает при температуре до 150° С и давлении до 250 МПа (Drilling Contractor, March - April 2004, v.60, 2, с.41).

Компанией Baker Hughes Inc получен патент США на способ тактовой синхронизации при проведении сейсмокаротажа. Согласно способу, при проведении одновременно с бурением ствола скважины сейсмокаротажа учитывают сейсмический источник и используют скважинный приемник упругих волн и импульсный генератор, который передает удары или вибрацию на бурильную колонну. По этой колонне сигнал поступает в скважинный приемник и отражается к акселерометру и таймеру наземного импульсного генератора. Блок скважинных датчиков оснащен синхронизирующим устройством, обеспечивающим точность синхронизации в пределах + 2 мс (Пат. 6424595 США).

Сравнивая отечественный и зарубежный уровни в области скважинной сейсморазведки, необходимо отметить определенное отставание отечественных разработок в области сейсмической томографии, визуализации информации и использования данных ВСП в комплексе с данными наземной сейсморазведки и ГИС. В то же время новые АМК ВСП, созданные отечественными производителями в соответствии с основными тенденциями и требованиями к аппаратуре подобного класса, превосходят по своим параметрам лучшие зарубежные аналоги.

Отечественные разработки в области скважинной сейсморазведки целесообразно развивать в следующих направлениях:

повышение термобаростойкости скважинной аппаратуры;

разработка отечественных невзрывных скважинных сейсмических источников;

создание аппаратурно-методических комплексов для осуществления сейсмического мониторинга и использования в 'интеллектуальных' скважинах;

создание новых технологий ВСП в процессе бурения с использованием в качестве сейсмического источника колебаний бурового долота, а также технологий ВСП в процессе бурения, в которых осуществляется прием сигналов от сейсмоприемников, установленных вблизи долота, принимающих сигналы от источника, находящегося на поверхности.

Благодаря применению глубинных источников колебаний в открытом стволе скважины оказалось возможным вовлечение большого числа поисковых и разведочных скважин в геологические исследования по новой методике. По сравнению с известными разведочными модификациями была достигнута высокая оперативность околоскважинных работ с минимальным временем задействования скважин и максимальным объемом получаемой информации. Волновые поля, возбуждаемых глубинным источником, позволяют вовлечь в исследования районы с неблагоприятными поверхностными условиями возбуждения и тем самым расширить область применения скважинной сейсморазведки.

Ценность любой технологии изучения нефтяных и газовых месторождений оценивается по её способности уменьшать риски, то есть, на сколько точно данная технология предсказывает положение продуктивного пласта. Скважинные сейсмические исследования намного повышают ценность разведочных и эксплуатационных работ и уменьшают риски двумя основными способами:

· они предоставляют поверхностной сейсморазведке важные сведения о глубинах и скоростях, позволяют эффективно привязывать сейсмические горизонты к точным значениям глубин по скважинам и распространять скважинную информацию в межскважинное пространство;

· обеспечивают получение независимых детальных изображений и сведений об упругих свойствах пород для изучения среды в радиусе нескольких сотен метров от скважины и ниже достигнутой скважинной глубины.

Геофизики разработали множество разнообразных хитроумных способов привязки наблюдаемых данных по глубине. В настоящее время буровики наносят на сейсмические разрезы обновляемые данные о местонахождении бурового долота, пользуясь зависимостьями времени от глубины, полученными с помощью приборов скважиной разведки, которые находятся в скважине во время бурения (Breton P,Crepin J-C,…:”Well-positioned Seismic Measurements”, Oilfield Review 14, no. 1 Spring 2002; 32-45). Геофизики могут использовать данные каротажа и скважинной сейсмики, чтобы прогнозировать характер сейсмической записи и лучше проектировать поисковые сейсморазведочные работы.

Информация о распространении волн, полученная с помощью скважинной сейсмики, способствует выделению полезных сигналов и подавлению помех при обработке данных поверхностной сейсморазведки, получаемых в данном районе, что повышает качество новых и существующих результатов исследования и восстанавливает истинные амплитуды у обрабатываемых материалов. Одновременная регистрация в скважине сейсмических продольных и поперечных волн, известная под названием многокомпонентной регистрации и проводимая совместно с наблюдениями при нескольких расстояниях между источником и приёмником, позволяет отличать смену литологического состава от изменения содержания флюидов. Многокомпонентные при множестве выносов сейсмические наблюдения в скважине позволяют также проводить количественную оценку направленности распространения волн, вызываемых анизотропией скоростей. Анизотропия – это отличие скоростей при измерении их по направлению или параллельно трещинам и в перпендикулярном к трещинам направлении. Учёт этих эффектов при обработке данных поверхностной сейсморазведки позволяет создавать более точные сейсмические изображения геологической среды.

В настоящее время сейсмические изображения можно получать по данным, записанным в памяти скважинных приборов, являющихся составными частями бурового инструмента. Это позволяет бурильщикам получать полное представление об осложнениях, реперах и целевых горизонтах, прежде чем буровое долото достигнет их.

Рассмотрим существующие источники сейсмических колебаний.

Газовые источники – это так называемые пневмопушки или воздушные пушки (air guns) начали применяться в прошлом веке при морской сейсморазведке. В наиболее широко распространенных сейсмических источниках для морских работ используются группы так называемых воздушных пушек. Упругие колебания возбуждаются за счет выхлопа сжатого до высокого давления воздуха в окружающую воду на глубине 10 - 45 м. Воздушные смеси для работы в скважине запрещены. Работать приходится на азоте или углекислом газе. Для работы источников на больших глубинах приходиться использовать мощные компрессорные установки. В НПП «ГЕРС» запатентован способ заправки глубинных газовых источников твёрдым углекислым газом (патент РФ на заявку№2008152856 от 30.12.2008), который не требует использования компрессоров.

Также там разработаны скважинные газовый источник сейсмических колебаний: патент РФ на заявку№2388019 от 29.12.2008, заявка на патент № 2008152476 от 29.12.2009.

Имплозивные источники – это источники работающие от гидравлического удара в пустой камере, которая резко сообщается с высоким скважинным гидростатическим давлением. Впервые имплозивные камеры в качестве источника были предложены Новосибирским ЗАО НПП СИБНЕФТЕГАЗ. Это было модернизированное из ловушки КАБЕЛЬНОЕ ИМПЛОЗИВНОЕ УСТРОЙСТВО КИУ-3 СТП 9952-2007.

Известны источники, выполненные по: патенту РФ № 2133326, патенту РФ №2166779 от 03.02.2000.

ОАО НПП «ГЕРС» разработало ряд конструкций имплозивных излучателей, предназначенных для работы в глубоких скважинах (до 4000м), как на вертикальных, так и на сильно наклонённых и на горизонтальных участках скважин.

Скважинный имплозивный излучатель сейсмических сигналов СИИСС20-159 (патент РФ 3 2390802), спускаемый на кабеле, разработан с несколькими системами пуска, такими как:

· постановкой излучателя на забой (см. рис. 11);

· пуск при помощи создания свободного ненагруженного участка спускного каната (получено уведомление о положительном результате экспертизы по заявке № 2009104901 от 12.02.2009, авторы Беляков Н. В. И Пантилеев С. П.);

· пуск при помощи пускового устройства (см. рис. 13), обеспечивающего свободное падение излучателя во время импульса (получено решение о выдаче патента по заявке № 2008146896 от 27.11.2008, авторы Беляков Н. В. И Пантилеев С. П.).

Скважинный источник сейсмических колебаний СИИСС8В-108 (заявка на изобретение № 2009123814/28(032958) от 22.06.2009, авторы Беляков Н. В. И Пантилеев С. П.) предназначено для возбуждения сейсмических волн из скважин при их строительстве при помощи постановки излучателя на забой в периоды замены инструмента. Источник может быть применён только на вертикальных участках скважин, так как пуск его осуществляется при помощи постановки на забой. Источник имеет блокировку пускового механизма, которая обеспечивает пуск источника только по команде с пульта управления.

Выше рассмотренные имплозивные источники сейсмических колебаний, спускаемые на кабеле, имеют существенный недостаток: они могут быть применены только в слабо наклонённых скважинах. ОАО НПП «ГЕРС» разработало ряд источников, работающих по имплозивному принципу, спускаемых на насосных или бурильных трубах. Они могут быть доставлены в любой участок скважины, даже в горизонтальный.

Излучатель скважинный СИИССГП2-127 – это многоразовый излучатель с гидравлическим приводом зачистки рабочей камеры На конструкцию этого излучателя подана заявка на изобретение № 2009137338 от 08.10.2009 (авторы Беляков В. Н. и Пантилеев С. П.) и получено положительное решение.

ОАО НПП «ГЕРС» разработало встроенный в буровой инструмент излучатель скважинный ВИИСС2,5-180. На конструкцию этого излучателя подана заявка на изобретение № 2009137346 от 08.10.2009 (авторы Беляков В. Н. и Пантилеев С. П.) и получено положительное решение.

Также для работы в составе бурового инструмента предназначен излучатель ВИИСК-180. На это устройство подана заявка на изобретение № 2009 148982 от 28.12.2009 (авторы: Беляков Н. В. И Пантилеев С. П.).

В НПП «ГЕРС» также был разработан источник сейсмических колебаний ГАНГЕРС-М178 с гравитационным приводом для создания импульса ударной волны на больших глубинах моря и в скважинах. Количество производимых им импульсов ограничено только временем пребывания источника на забое или на дне водоёма.

СОДЕРЖАНИЕ ЖУРНАЛА "СЕВЕР ПРОМЫШЛЕННЫЙ" № 4 2010 Г. 

Еще статьи на тему "источников":

Мореходки: поиск источников финансирования

Установка альтернативных источников питания

Список использованных источников

Использование альтернативных источников энергии

Альтернативные источники энергии для России

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии Кольского полуострова

Источники привлечения инвестиций