Комплексный мониторинг месторождений сейсмическими технологиями
Одной из ключевых тенденций современных технологий геологоразведки является переход от дискретных измерений (в скважинах, шахтах, выработках) к непрерывному мониторингу геологических и технологических процессов эксплуатации месторождений. Контроль разработки сосредоточен на получении и корректной интерпретации информации о реальных процессах, происходящих при разработке месторождения. Это включает определение временных и пространственных аспектов, а также изучение особенностей фильтрации различных флюидов и связанных с ними физико-химических процессов в пласте и скважинах. Процесс разработки месторождений часто отличается от проектного из-за недостаточного изучения объектов, упрощения геологического строения и схематизации процессов. Эффективность горнодобывающих предприятий во многом зависит от стабильности подземной геомеханической системы, что требует информированности о состоянии производственной среды и контроля за ее изменениями, учитывающими свойства массива и его взаимодействие с выработками. Виды исследований, применяемых для мониторинга: Пассивный микросейсмический мониторинг: Активная сейсморазведка: Каждый проект мониторинга месторождений требует разработки и внедрения своего комплекса методик, которые обеспечивают постоянное или периодическое наблюдение за процессом эксплуатации объекта недропользования. Такие методики должны учитывать уникальные особенности каждого месторождения и предусматривать различные подходы к оценке текущей эффективности разработки и контроля за изменениями в геологических и технологических условиях в течение всего периода эксплуатации. Эффективный мониторинг помогает своевременно выявлять и решать возникающие проблемы, а также оптимизировать использование природных ресурсов. Примеры выполненных проектов мониторинга месторождений Комплексный подход при геофизическом мониторинге ПХГ– гарантия бережной эксплуатации уникального объекта в Арктике. В 2020 году на Восточной Мессояхе реализован уникальный проект утилизации попутного нефтяного газа (ПНГ). ПНГ, получаемый в процессе добычи нефти, проходит подготовку и транспортируется на Западно-Мессояхское месторождение (ЗМЛУ), где закачивается в неразработанные газовые пласты. Мощность этого подземного хранилища газа (ПХГ) исчисляется миллиарами кубометров ПНГ. ПХГ является по своей сути огромным и сложным геологическим объектом с меняющимися характеристиками по простиранию пласта. Заполнение этого объекта происходит по законам природы, разобраться в которых можно только создав постоянно действующию комплексную систему мониторинга объекта дистанционными геофизическими методами. АО «Мессояханефтегаз» внедрила программу мониторинга, реализованную специалистами компаниями «Геосейс», основанную в значительной мере на сейсмических технологиях, направленных на наблюдение за динамикой закачиваемого в пласт ПНГ по мере эксплуатации ПХГ, и на контроль за сохранностью покрышки ПХГ. Комплекс технологий для мониторинга ПХГ. Принятые в проектной Программе мониторинга ПХГ решения основаны на отечественном и зарубежном опыте эксплуатации ПХГ с учетом арктических условий расположения и горногеологических характеристик объекта: Для определения оптимальной технологии постоянного площадного мониторинга ПХГ были проанализированы все применяемые дистанционные технологии, а также изучен опыт мониторинга ПХГ в России и мире. В результате всесторонней оценки возможных технологий мониторинга ПХГ, для отслеживания распространения закачиваемого газа по пласту и контроля герметичности глинистой покрышки был выбран и организован комплекс сейсмических наблюдений, включающий вертикальное скважинное профилирование в модификациях НВСП, ВСП-МОГ, профили высокоплотной сейсмики 2D, повторяемые периодически, а также полигон для постоянных микросейсмических он-лайн исследований. На полигоне МСМ были запроектированы обязательные работы по ВСП/НВСП/МОГ в 2022 и 2023 годах, включая скважинный источник возбуждения для настройки скоростной модели. В качестве эталонного источника возбуждения сигнала в скв.22-ПО была применена шнуровая торпеда типа ТШД. Также выполнены работы по переинтерпретации выполненной ранее 3D сейсмики с учетом новой информации по специальной методике с оценкой микротрещиноватости. Суть технологии МСМ заключается в фиксировании приповерхностными сейсмодатчиками (геофонами) волн микросейсмической эмиссии (МСЭ), возникающих в процессе эксплуатации ПХГ. Для микросейсмического полигона использовано боле 1700 датчиков (геофонов) с чувствительностью 240 Вольт/метр/секунду, помещенные в скважины, глубиной до 30 м, для минимизации поверхностных шумов. При этом, учитывая, что регистрация МСМ осуществлялась кабельной системой, поддерживаемой внешними аккумуляторами, для повышения технологичности полигона, использовались дополнительные устройства генерации энергии. После опробования различных устройств автономной подзарядки батарей, были выбраны солнечные батареи. В результате такой модернизации смена батарей производилась втрое реже режима стандартной эксплуатации. Солнечные батареи помогают работать в условиях экологических ограничений тундры. Геологические результаты мониторинга ПХГ. Результаты микросейсмического мониторинга (МСМ) отражают большинство процессов в геологической среде, включая движение закачиваемого газа, трещинообразование и др. С увеличением градиента пластового давления (∆Рпл) микросейсмическая активность растёт, а при уменьшении – снижается. При этом резкие перепады ∆Рпл (как положительные, так и отрицательные) активизируют микросейсмическую эмиссию (МСЭ, или просто микросейсмическая активность). В процессе сейсмического мониторинга была получена информация и выполнен анализ по следующим направлениям: Применение технологии МСМ позволяет анализировать динамику МСЭ на любом участке полигона за любой период времени, с учетом геологического районирования недр и технологических параметров эксплуатации ПХГ. Рассмотрены примеры разной динамики МСЭ при остановке закачки (режим тишины при плановом техобслуживании компрессора) и дифференциация показателя сейсмической эмиссии для разных геологических условий при достижении определенного роста пластового давления в зоне нагнетания газа. Примеры карт распределения МСЭ за выбранные периоды эксплуатации ПХГ. Этап 524.05.2022-31.08.2022 Этап 631.08.2022-31.10.2022 Этап 731.10.2022-н.в. Этап 524.05.2022-31.08.2022 Этап 631.08.2022-31.10.2022 Этап 731.10.2022-н.в. Интересные результаты были получены при интерпретации высокоплотной сейсмики 2D, выполненной в 2021 и 2023 годах. Система наблюдений МОГТ-2D – центрально-симметричная с переходом в начале и окончании профиля в асимметричную вплоть до фланговой. Расстояние между пунктами возбуждения (ПВ) — 20 м., Расстояние между пунктами приема (ПП) — 10 м., общая протяженность пяти профилей – более 31км. Изменение акустического импеданса при эксплуатации ПХГ ЗМЛУ по результатам высокоразрешающей сейсмической съемки 2D в 2021 и 2023 годах. Обработка данных 2D обоих сезонов была проведена по единому графу, качество достаточно для выполнения 4D обработки. По всем профилям для интервала закачки зафиксированы участки снижения импеданса на 20-25%, что позволяет говорить о надежном выделении сейсмического сигнала 4D, обусловленного закачкой газа в хранилище. Фиксируется динамика сигнала 4D во времени и в пространстве. Вокруг поисково-разведочных скважин 21ПО, 22ПО, 205Р, 32ПО, 31Р, 5П динамика изменения импеданса минимальна. Причиной этого может быть фиксируемое по пьезометрам снижение пластового давления как после капитального ремонта скважин при их переводе в пъезометры, так и после отбора газа при испытании. Области с ухудшенными ФЕС в рамках одного и того же структурно-формационного объекта соответствуют участкам повышенной микросейсмической активности и пониженных значений сигнала 4D. Напротив, области с улучшенными ФЕС соответствуют участкам со сниженной микросейсмической активностью и повышенными значениями сигнала 4D. Разлом, который фиксируется по профилю 1002 между скважинами 21Р и 22ПО по данным 2D (4D) является экранирующим. Одним из интересных и показательных примеров комплексного анализа явилась корреляция карт МСЭ, фиксируемых в интервале 100 метров вдоль стволов газонагнетательных скважин, и профилей приемистости данных скважин согласно интерпретации промыслово-геофизических исследований (ПГИ). Интервалы горизонтальных скважин с меньшей удельной приемистостью коррелируют с большей микросейсмической эмиссией и наоборот. Проницаемость участков горизонтального участка газонагнетательной скважины №1 и 3 более чем в два
«Геотон» — импульсные малогабаритные источники для больших задач
Электромагнитный источник сейсмических волн «Геотон» предназначен для возбуждения сейсмических колебаний в земной коре при проведении сейсморазведочных работ. Источник «Геотон» относится к группе импульсных наземных невзрывных источников сейсмических колебаний, исполнительный механизм которого осуществляет единичные воздействия на геологическую среду. Длительность этих воздействий меньше периода возбуждаемых колебаний. В основе конструктивного решения импульсного электромагнитного сейсмоисточника положена идея применения в качестве источника силы короткоходового электромагнита, возбуждаемого от импульсной схемы питания, обеспечивающей энергопреобразование в режиме, близком к постоянству потокосцепления магнитного поля электромагнита. Это решение позволило обеспечить к.п.д. преобразования энергии, потребляемой от емкостного накопителя схемы питания, (60-70)% и развивать усилия в десятки тонн короткой длительностью, что и определило эффективное создание сейсмических волн в необходимом для сейсморазведочных работ частотном диапазоне. Электромагнитный двигатель – это тяговый короткоходовый электромагнит с грузом, встроенным в каркас – полоз сейсмоисточника (СИ), в санном варианте. Для увеличения тягового усилия через обмотку электромагнита пропускают ток значительной величины в течение короткого времени, достаточного для срабатывания электромагнита и создания импульса для реакции и движения в пространстве массы каркаса полоза СИ, что и является фактором механического воздействия на почву и излучения полозом сейсмоволн. Возникающая при этом электромагнитная сила, притягивает к якорю индуктор с грузом (пригрузом), в результате чего осуществляется линейное движение индуктора с грузом электромагнита вверх. Одновременно ответная реактивная сила через стойки якоря 2.4. воздействует вниз на массу полоза-излучателя. В результате этого воздействия в грунте формируется сейсмическая волна, которая фиксируется сейсмоприемниками установленных сейсмических кос. Для исключения «вторичного удара» при резком возвращении пригруза на полоз, установлены два демпфера, которые обеспечивают плавное его возвратное опускание. В настоящее время «Геотон» разработан и выпускается в нескольких модификациях – как относительно легкие «Геотон-12», — «Геотон-6», так и утяжеленные – «Геотон-15», и более тяжелый – «Геотон-30». По условиям эксплуатации источник соответствует исполнению У категория I по ГОСТ 15150-69, при температуре окружающей среды от -40°С до +40 °С и относительной влажности воздуха не более 80% при +20°С. В качестве транспортного средства источника применяется трактор Т-170 или другое аналогичное ему по тягово-сцепным характеристикам транспортное средство (МТ-ЛБ, ГТ-Т). Транспортное средство осуществляет транспортировку источника (системы возбуждения) от ПВ к ПВ по профилю при отработке физнаблюдений и между профилями. При эксплуатации источников, работы могут выполняться на площадках с уклонами рельефа не более 15о при любом азимуте относительно направления азимута «транспортное средство-источник». В том числе при работе на грунтах различной влажности, при возможном увеличении скольжения источника или группы источников в сцепке по влажному снегу, оттаявшему участку профиля с мокрым грунтом и т.д. Требование это определяется расположением центра масс источника и предотвращением опрокидывания. Источник «Геотон-12» может использоваться в единичном исполнении при проведении сейсморазведочных работ по изучению верхней части разреза, но возможно построение более мощных систем возбуждения при параллельной работе в едином составе нескольких МИ. Источник можно использовать для производства сейсморазведочных работ на покрытых льдом акваториях рек. Необходимая толщина льда в этом случае определяется согласно инструкции «Правила безопасности при геологоразведочных работах». «Геотон -15» «Геотон-30Д» Вариативность использования источника «Геотон» позволяет решать задачи заполнения ПВ эксклюзивных зон в населенных пунктах, на узких просеках, при меньшей толщине льда. С источником «Геотон» выполнены успешно проекты: Патент на источник «Геотон» оформлен на компанию ООО «Фирма «Геосейс», которая производит, эксплуатирует и предоставляет услуги по аренде электромагнитных источников более 15 лет.
Различные модификации сейсморазведки 2D, 3D, 4D, ВСП, ВСП-ОГТ и другие методики, в том числе с использованием технологий «Зеленой сейсмики»
Сейсморазведка — один из самых важных и точных, хотя и дорогих, и трудоемких, методов геофизической разведки. Этот метод используется для решения различных геологических задач, начиная с нескольких метров — для изучения физико-механических свойств пород для инженерных задач, и заканчивая километрами и даже несколькими десятками — для анализа земной коры и верхней мантии. Одной из ключевых задач сейсморазведки является поиск и разведка месторождений нефти и газа. В условиях сложного геологического строения, когда другие методы могут оказаться недостаточными, сейсморазведка представляет собой эффективный инструмент для получения высококачественных данных о расположении углеводородных ресурсов. Широкий круг задач определяет и широкий набор технологических инструментов, применяемых в сейсморазведке. Идет постоянное развитие технологий, позволяющее решать более сложные геологические задачи в самых сложных поверхностных условиях. Компания Геосейс, обладая широкой линейкой собственного оборудования: источники возбуждения взрывные и невзрывные различной мощности, сейсморегистрирующие системы от различных производителей, включая оборудование для морских и транзитных работ, сопутствующая техника и полевые лагеря, может формировать полевые партии под любые задачи. Компетенция специалистов Компании «Геосейс» позволяет не просто профессионально решать поставленные Заказчиком задачи, но и предлагать оптимизацию технологий, опираясь на собственный богатый практический опыт. Компания Геосейс обладает обширным ассортиментом собственного оборудования, включая как взрывные, так и невзрывные источники возбуждения различной мощности. В дополнение к этому, в нашем арсенале представлены сейсморегистрирующие системы от различных производителей, что позволяет обеспечивать высокое качество сейсмических исследований. Мы также имеем специализированное оборудование для морских и транзитных работ, а также современную сопутствующую технику и полевые лагеря, что дает возможность формировать полевые партии под любые задачи и требования клиентов. Специалисты компании «Геосейс» не только обладают высокой квалификацией и профессиональным опытом, но и имеют возможность оптимизировать применяемые технологии с учетом конкретных условий и потребностей заказчика. Наш богатый практический опыт позволяет нам находить эффективные решения для широкого спектра геофизических задач, гарантируя максимальную производительность и качество выполнения работ. Мы стремимся не только соответствовать ожиданиям клиентов, но и превосходить их, предлагая инновационные подходы и методы на основе самых современных достижений в области сейсморазведки. Сейсморегистрирующая аппаратура Sercel 408, 428, 508, ARAM, RT-2 (WirelessSeismic), Геотом (Россия) Сейсмоприемники Группы сейсмоприемнкиов 6 шт, 12 шт, одиночные сейсмоприемники 5Гц, болотофоны и др. Источники возбуждения Буровые станки на различной транспортной базе Оборудование для технологии «Зеленая сейсморазведка» Оборудование для работ на акватории Судно источник «СКАТ» с осадкой 1,2 метра может быть оборудовано всем необходимым сейсмическим оборудованием, что обеспечивает работу на профилях до глубин менее 2,5 метров. На мелководных участках работ предполагается использование мелководного судна источника (тримарана) с осадкой 0,3 метра на пневмобаллонах и объёмом пушек 500-700 cu.in (куб. дюймов). Оборудование для работ ВСП SlimWave™ – это цифровой скважинный сейсмокаротажный комплекс малого диаметра использующий до 12 зондов производства компании Sercel. Технологический транспорт и инфраструктура Опыт выполнения проектов в различных регионах и условиях
ПАК ГЕОТОМ
Технология ПАК «Геотом» — современный стандарт сейсморазведки. ПАК «Геотом» — разработка и производство ООО «Сейстех», продвижение и эксплуатация совместно с ООО «Фирма «Геосейс». Общее описание ПАК «Геотом» Программно-аппаратный комплекс (ПАК) «Геотом» является бескабельной сейсморегистрирующей системой с удаленным контролем и управлением всей полевой расстановкой. Предназначен для регистрации сейсмических данных с подключением внешних сейсмоприемников различного типа. Подключение осуществляется через стандартный разъем КСК-2 Полевой блок ПАК «Геотом» с подключенным сейсмоприемником. Управление системой Геотом осуществляется с рабочего места оператора – компьютера с ПО Геотом под управлением ОС Windows или Linux. Основным компонентом сейсмостанции является модуль «Шлюз». Он состоит из радио модуля, навигационного модуля и модуля интеграции с системой синхронизации источников возбуждения (все типы). Возможна организация нескольких рабочих мест управления системой, наладки и контроля напольного оборудования на одном проекте. Рабочий диапазон радиочастот системы Геотом – 433 МГц (не требует лицензирования). Устойчивая связь между блоками достигается на расстояниях порядка 300–500 м. Система позволяет управлять всей расстановкой дистанционно, включать и выключать регистрацию, контролировать позиционирование каналов и устойчивость радиосигнала, тестировать всю расстановку и выбранные каналы, контролировать уровень заряда батарей и состояние памяти. Оператор в режиме около реального времени определяет уровень шумов приемной расстановки. Непрерывная работа в режиме включенной регистрации данных без замены батарейного блока — более 100 суток при отрицательных температурах. Остановка записи увеличивает время работы батарей. Универсальный блок ПАК «Геотом» является автономным блоком, который может выполнять все основные (регистрация данных) и вспомогательные (управляющая линия, блоки вспомогательных каналов) функции системы. Имеется GNSS приёмник, плата управления с аналоговой и цифровой частью, память для хранения данных, разъём KCK-2 для подключения сейсмоприёмников. Помимо этого, в нём имеется радио модуль для коммуникации с сейсмостанцией и ИК порт для считывания данных. В блоке есть светодиод, служащий для индикации различных процессов, в которых участвует оборудование. Энергообеспечение блока реализовано комплектом литиевых не заряжаемых батарей длительного пользования. Инициация работы блока осуществляется движением магнита по правой части корпуса. Исправный блок после инициализации дает два световых сигнала с интервалом 2-3 сек. Компьютер с установленным ПО «Геотом» является главным элементом управления системы. Минимальные требования к компьютеру для установки ПО «Геотом»: ОС — Windows 10, Intel i5 или аналогичный от AMD, 16 Гб ОЗУ, не менее 512 Гб твердотельный диск (SSD), порт USB A для подключения шлюза, Ethernet RJ-45 (для подключения считывателей данных). ПО «Геотом» написано на русском языке, адаптируемо под новые задачи, интерфейс системы прост и доступен для быстрого освоения. Модуль «Шлюз» обеспечивает аппаратный интерфейс между полевым оборудованием, системой синхронизации и ПО сейсмостанции. Посредством встроенного GNSS приёмника, шлюз синхронизирует время и регистрирует временные метки при работе. Встроенный радио модуль через антенну отправляет команды и принимает ответы от полевых блоков ПАК «Геотом». Подключение к сейсмостанции производится через USB кабель. Шлюз имеет три разъёма для подключения системы синхронизации. Модуль для считывания данных представляет из себя блок с 6-ю ячейками для полевых блоков. Полка питается от 12В источника питания и подключена к сейсмостанции по Ethernet кабелю. Данные считываются с помощью ПО «Геотом». Данные считываются автоматически при помещении модулей в ячейки считывателя по оптическому каналу. Скорость считывания данных в одной ячейке 8 мБ/сек для одного блока. Светодиодная индикация считывания данных на модуле («моргание»), и одновременная визуализация на экране компьютера позволяет контролировать процесс считывания данных. Технические характеристики ПАК «Геотом» Наименование параметра Количество, показатель Размеры, В⨯Д⨯Ш 310⨯135⨯130 мм Масса 1.6 кг Разъем для подключения геофонов КСК-2М Разрешение ADC 24 bits Формат данных SEGY Контроль статусов и управление полевыми блоками в около реальном времени По радиоканалу Частота радиомодема 433.9+/-0.8 МГц Объем встроенного накопителя 8 Гб Коэффициент усиления 0,6,12,24 дб Мощность в режиме радиопередачи 10 мВт Мгновенный динамический диапазон 121 дБ Полный динамический диапазон 144 дБ Максимальный входной сигнал, В rms при усилении 0 дб – 2.33 при усилении 6 дб – 1.16 при усилении 12 дб – 0.58 при усилении 18 дб – 0.29 при усилении 24 дб – 0.14 Аппаратный шум (1 мс, 3-200 гц, 24дб) мкв rms при усилении 0 дб – 1.56 при усилении 6 дб – 0.76 при усилении 12 дб – 0.38 при усилении 18 дб – 0.21 при усилении 24 дб – 0.13 Входное сопротивление 20кОм Анти-аляйсинглвый фильтр 206.5 Hz @ 2 ms (82.6% of Nyquist) Линейно-фазовый или Минимально-фазовый Питание Батарейный блок Время непрерывной записи Более 100 дней при отрицательных температурах Время в режиме запись/ожидание Работа до 180 дней в режиме 12 ч. запись/12ч. перерыв Период квантования 0.25, 0.5, 1, 2, мс Поддерживаемые навигационные системы ГЛОНАСС/GPS/GALILEO Точность временной синхронизации 10 мкс Точность определения координат (RTK в постпроцессинге) <0,5 м rms Периодичность статусной информации ~2 мин Передача данных по радиоканалу имеется Скорость считывания данных в модуле считывания данных с одного порта 8 Мб/c Последовательность технологических операций с ПАК «Геотом»: Мобилизация на площадь работ оборудования осуществляется в транспортировочных ящиках с ячейками на 4 блока. Габариты транспортировочного ящика – 0,15 х 0,4 х 0,55 м, вес – 7,5 кг. Возможна перевозка любым транспортом, включая авиационный. Проверка оборудования Геотом и подготовка каналов к работе. Загрузка SPS в блоки Проведение теста на идентичность и подготовка к работе оборудования ПАК «Геотом». Расстановка и наладка полевой системы наблюдения Блоки ПАК «Геотом» перевозятся на профиль без упаковочных ящиков. При использовании одиночных сейсмоприемников возможна доставка с подключенными датчиками. Тщательная укладка оборудования при перевозке обеспечивает сохранность оборудования при перевозке, повышают скорость расстановки и качество установки каналов на профиль. Управление полевой системой наблюдения ПАК «Геотом» производится через управляющую линию системы, формируемую стандартными блоками системы. При наличии рельефных или инфраструктурных помех, затрудняющих проложение управляющей линии по кратчайшему направлению, возможно включение в управляющую линию дополнительных обходных модулей для создания дополнительных точек управляющей линии в обход препятствий. Поднятие блоков над поверхностью земли повышает дальность и устойчивость радиосвязи Для расстановок 3D с шагом ЛПП 300 м. для формирования управляющей линии рекомендуется установка на каждой линии системы наблюдения один блок Геотом. Для работ 2D – рекомендуется устанавливать управляющие блоки через 300-500 м по кратчайшему оптимальному пути к полевой системе наблюдения Расстановка регистрирующих блоков ПАК «Геотом» и наладка профиля производятся последовательно вдоль приемных линий. После инициализации блока на приемном пикете, блок сбрасывает все предыдущие привязки из памяти и начинает искать ближайшие к своим координатам приемные пикеты из списка SPS, загруженного в память блока при подготовке оборудования. Оператор задает радиус поиска, в пределах которых ищется ПП. После