Введение к работе
Актуальность проблемы
С момента зарождения сейсмоакуотических методов поиска и разведки месторождений полезных ископаемых,полевые работы, обработка и интерпретация данных базируются на использовании линей-но-упругой модели геологической среды. При этом полагается, "то сейсмические и акустэтеские свойства горных пород полностью характеризуются распределением в пространстве их плотности, скоростей распространения волн и величин поглощения. Развитие метода осуществляется, в основном, за счет усложнения модели в рамках указанной физической концепции (использование разных типов волн, учет анизотропии, рассеяния на неоднородностях и т. п.), а также путем увеличения объема обрабатываемой информации на базе применения все более сложных систем наблюдения и мощных вычислительных средств.
Оставаясь, несомненно, актуальными при решении структурных и стратиграфических задач, эти направления являются ограниченными, когда возникает необходимость изучать не только пространственно-геометрические характеристики геологических разрезов, но и вещественный состав, фильтрационно-емкостные и гидродинамические свойства горных пород, т.е. в свете того круга проблем, которые все чаще заявляют о себе, как первоочередные.
Альтернативным путем развития разведочной 'сейсмоакустики является создание методов, базирующихся на принципиально новых физических моделях реальных сред, учитывающих энергетическую активность и сейсмическую нелинейность коллекторов нефти, газа и воды, что резко отличает их от непроницаемых вмещающих горных пород.
Настоящая работа посвящена изучению нелинейных явлений, возникающих при распространении сейсмических и акустических волновых полей в гидродинамически неравновесных, пористых, про-ни/цаемых, насыщенных жидкостью или газом. При этом к нелинейным относятся все явления, при которых:
I. Возникают аномальные с точки зрения линейно-упругой теории искажения в спектральном составе волн (не обязательно только на кратных или комбинационных частотах);
-
Среда ведет себя как акустически и сейсмически активная, т.е. имеет место генерация волновой энергии за счет энергии термодинамического неравновесия в самой среде;
-
Не соблюдаются принципы взаимности и суперпозиции;
-
Наблюдается нелинейная зависимость динамических характеристик регистрируемых волновых полей от энергии исходных импульсов в источнике.
-
Величина нелинейных эффектов находится в корреляционной зависимости от коллекторских свойств пород, прежде всего проницаемости и может быть использована для их определения.
Наличие этих пяти основных особенностей сейсмических и акустических волн при их распространении в проницаемой, флюидо-насыщенной, гидродинамически неравновесной среде, в отличие от плотной непроницаемой,и является основным положением, защищаемым в настоящей работе.
Нелинейные, в указанном выше смысле, эффекты были изучены для акустического (данные АК и ультразвукового моделирования) и сейсмического диапазонов частот (ВСП и МОВ 0ТТ)< Полученные результаты могут существенно расширить наши представления о физике волновых явлений в проницаемых средах и служить научно-методической основой принципиально новых технологий промыслово-геофизических работ.
Цель работы
Разработать физические и методические принципы использования нелинейных свойств термодинамически неравновесных, проницаемых, флюидонасыщенных сред для определения коллекторских свойств горных пород.
Основные_за/(,ачи исследования^
1. Экспериментальное изучение характера нелинейного перерас
пределения энергии в спектрах акустических и сейсмических волн
в зависимости от фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) горных пород и свойств используемых зондирующих сигналов: исходных значений энергии, спектрального состава.
2. Изучение влияния на нелинейные сейсмические и акустичес
кие свойства проницаемых сред термодинамичесгсЛ-неравновесности в
поровом пространстве (прежде всего наличия и характеристик ква-
зистационарных потоков порозаполнителя, вызванных сторонними силами естественного или техногенного происхождения).
3. Разработка принципов теоретического обоснования наблюдаемых эффектов на основе целевых экспериментов и с привлечением методов из смежных отраслей знания.
Научная новизна
Впервые экспериментально установлено, что наличие флюида, способного к перемещению относительно скелета горной породы, а так же его термодинамическое состояние определяют нелинейные свойства акустических и сейсмических волн в проницаемых средах, в отличие от сред непроницаемых, которые достаточно адекватно описываются линейным приближением.
Впервые показано, что использование нелинейных характеристик сейсмических и'акустических волновых полей в коллекторах, позволяет решить задачу определения фильтрационно-емкостных свойств сложнопостроенных пород, прежде всего проницаемости.
йрактическая_ценность
Использование полученных результатов в практике поисков и разведки месторождений нефти, газа и воды позволит значительно повысить точность и достоверность определения коллекторских свойств горных пород, прежде всего сложнопостроенных - карбонатных, терригенных, низкопористых и, главным образом, такой важной их характеристики, как проницаемость, что невыполнимо при использовании традиционных геофизических методов. На этой основе могут быть значительно повышены экономико-технологические показатели процессов разведки и эксплуатации деторождении.
Апробация работы
Основные результаты докладывались на всесоюзном семинаре "Нетрадиционные методы геофизических исследований неоднородностей в Земной коре" (г.Звенигород, 1989г.), на 35-м Международном Геофизическом Симпозиуме (г.Зарна, 1990г.), на Международной Геофизической конференции ЕАГО (г.Москва, 1993г.); а также на семинарах в Институте физики Земли РАН и ВНИИГеофизики.
Публикации
По теме диссертации, -публиковано 7 научных работ.
Объем работы
Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 8^ страницах машинописного текста, содержит 23 рисунок, JT таблицы и список литературы из 85"наименований.
Работа выполнена в отделе сейсмоакустики флюидонасшценных сред Наро-Фоминского филиала ШИИГеофизики.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, профессору А.В.Николаеву за постоянное внимание и поддержку.
Основные результаты получены автором лично и совместно с сотрудниками НФФ ВНИИГеофизики во главе с зав.отделом, к.т.н. И.В.Логиновым, которому автор искренне благодарен за помощь в постановке задач, определении приоритетных направлений исследований, интерпретации результатов.
Автор благодарен сотрудникам отдела 800 ШЪ РАН и ЕНИИГео-физики А.С.Алешину, П.А.Троицкому., И.Г.Киссину, В.С.Соловьеву, В.А.Барабанову, В.Б.Писецкому и многим другим за полезные обсуждения и помощь при выполнении работы, а сотрудницам лаборатории 3.1 НФФ ВНИИГеофизики за помощь при ее оформлении.