RU2570589C1 - Method of determining effective geometrical dimensions of fracture zone filled with fluids - Google Patents
Method of determining effective geometrical dimensions of fracture zone filled with fluids Download PDFInfo
- Publication number
- RU2570589C1 RU2570589C1 RU2014126742/28A RU2014126742A RU2570589C1 RU 2570589 C1 RU2570589 C1 RU 2570589C1 RU 2014126742/28 A RU2014126742/28 A RU 2014126742/28A RU 2014126742 A RU2014126742 A RU 2014126742A RU 2570589 C1 RU2570589 C1 RU 2570589C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- zone
- seismic
- fault
- length
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к сейсмологии и может быть использовано для определения эффективных геометрических размеров зоны разлома, заполненной флюидами, по инструментальной регистрации сейсмических волн и обработке данных.The proposed technical solution relates to seismology and can be used to determine the effective geometric dimensions of the fault zone filled with fluids by instrumental recording of seismic waves and data processing.
Известен способ обнаружения зарождения или существования по меньшей мере одной заполненной жидкостью трещины в среде, содержащий этапы, на которыхA known method for detecting the nucleation or existence of at least one fluid-filled crack in the medium, comprising stages in which
регистрируют колебания среды;register fluctuations in the environment;
сопоставляют частоты зарегистрированных колебаний с имеющимися частотами колебаний среды в отсутствие заполненных жидкостью трещин;compare the frequencies of the recorded oscillations with the available frequencies of the medium in the absence of cracks filled with liquid;
при этом определяют частоты v(n) стоячих граничных волн (n - целое), распространяющихся вдоль поверхностей, по меньшей мере, одной заполненной жидкостью трещины, как соответствующие выделенным резонансным частотам колебаний, по меньшей мере, одной заполненной жидкостью трещины и вычисляют групповую скорость V (v(n), w) граничной волны, которая зависит от ширины трещины w и свойств элемента конструкции и жидкости, и вычисляют характерный размер трещины вдоль распространения стоячей граничной волны;in this case, the frequencies v (n) of standing boundary waves (n is an integer) propagating along the surfaces of at least one fluid-filled crack are determined as corresponding to the selected resonant vibration frequencies of the at least one fluid-filled crack and the group velocity V is calculated (v (n), w) a boundary wave, which depends on the width of the crack w and the properties of the structural element and the fluid, and calculate the characteristic size of the crack along the propagation of the standing boundary wave;
обнаруживают зарождение или существование по меньшей мере одной заполненной жидкостью трещины (патент РФ №2370791, G01V 1/00, 2009 г., [1]).detect the nucleation or existence of at least one fluid-filled crack (RF patent No. 2370791, G01V 1/00, 2009, [1]).
Недостатки известного решения - необходимость использования достаточно сложной аппаратурной схемы, включающей виброисточник, что повышает расходы на реализацию способа, также ограничены технологические возможности использования данного решения.The disadvantages of the known solution is the need to use a fairly complex hardware circuit, including a vibration source, which increases the cost of implementing the method, the technological possibilities of using this solution are also limited.
Известен способ определения геометрических характеристик трещины гидроразрыва, в соответствии с которымA known method for determining the geometric characteristics of a fracture, in accordance with which
- до осуществления гидроразрыва проводят предварительные сейсмические изыскания, представляющие собой возбуждение сейсмического сигнала по меньшей мере одним сейсмоисточником и регистрацию отраженных и преломленных сейсмических сигналов по меньшей мере одним сейсмоприемником,- prior to hydraulic fracturing, preliminary seismic surveys are carried out, which are the excitation of a seismic signal by at least one seismic source and registration of reflected and refracted seismic signals by at least one seismic receiver,
- создают скоростную модель путем комбинирования результатов предварительных сейсмических изысканий и дополнительной геологической информации,- create a high-speed model by combining the results of preliminary seismic surveys and additional geological information,
- оценивают сейсмические характеристики исследуемой геологической области,- evaluate the seismic characteristics of the studied geological area,
- на основе скоростной модели выявляют по меньшей мере один мощный и плоский литологический отражатель, расположенный ниже планируемой трещины,- based on the velocity model, at least one powerful and flat lithological reflector located below the planned crack is revealed,
- создают численную модель распространения упругих волн в пласте с трещиной, обладающей заданными свойствами,- create a numerical model of the propagation of elastic waves in the reservoir with a crack having the desired properties,
- оптимизируют расположение сейсмических источников и приемников и их свойства на основе численной модели с учетом глубины выявленного литологического отражателя, геометрии и расположения планируемой трещины,- optimize the location of seismic sources and receivers and their properties based on a numerical model taking into account the depth of the identified lithological reflector, the geometry and location of the planned crack,
- осуществляют гидроразрыв пласта,- carry out hydraulic fracturing,
- проводят сейсмические изыскания после формирования трещины гидроразрыва, когда трещина поддерживается в открытом состоянии и находится под давлением, и- conduct seismic surveys after the formation of the fracture, when the crack is maintained in an open state and is under pressure, and
определяют размеры и форму трещины гидроразрыва на основе сравнения зарегистрированных до и после гидроразрыва отраженных и преломленных сейсмических сигналов посредством решения обратной задачи с использованием созданной численной модели (патент РФ №2461026, G01V 1/40, E21B 47/14, 2012 г., [2]).determine the size and shape of the hydraulic fracture based on a comparison of the reflected and refracted seismic signals recorded before and after hydraulic fracturing by solving the inverse problem using the created numerical model (RF patent No. 2461026, G01V 1/40, E21B 47/14, 2012, [2 ]).
По технической сущности, наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога. По известному решению определяют размеры и форму трещины гидроразрыва на основе сравнения зарегистрированных до и после гидроразрыва отраженных и преломленных сейсмических сигналов посредством решения обратной задачи с использованием созданной численной модели.By technical nature, the presence of similar features, this solution is selected as the closest analogue. According to a well-known solution, the size and shape of a hydraulic fracture is determined based on a comparison of the reflected and refracted seismic signals recorded before and after hydraulic fracturing by solving the inverse problem using the created numerical model.
Основной недостаток известного решения - необходимость использования достаточно сложной аппаратурной схемы, включающей виброисточник, что повышает расходы на реализацию способа, также ограничены технологические возможности использования данного решения из-за проблемы возбуждения сейсмических колебаний в низкочастотном (минутном) диапазоне частот. Это связано с различным масштабом трещин гидроразрыва (метры, сотни метров) и разломных зон (десятки и сотни километров).The main disadvantage of the known solution is the need to use a rather complicated hardware circuit, including a vibration source, which increases the cost of implementing the method, the technological possibilities of using this solution are also limited due to the problem of exciting seismic vibrations in the low-frequency (minute) frequency range. This is due to the different scale of hydraulic fractures (meters, hundreds of meters) and fault zones (tens and hundreds of kilometers).
Задачами предлагаемого технического решения являются повышение точности определения эффективных геометрических размеров зоны разлома, заполненной флюидами, снижение затрат на реализацию способа.The objectives of the proposed technical solution are to increase the accuracy of determining the effective geometric dimensions of the fracture zone filled with fluids, reducing the cost of implementing the method.
Техническими результатами являются инструментальная регистрация сейсмических волн с использованием действующего оборудования, определение длины и ширины зоны разлома путем анализа графика спектральных отношений низкочастотных микросейсмических колебаний (микросейсм) и математических вычислений.The technical results are instrumental recording of seismic waves using existing equipment, determining the length and width of the fault zone by analyzing the graph of spectral ratios of low-frequency microseismic vibrations (microseisms) and mathematical calculations.
Технические результаты достигаются тем, что в способе определения эффективных геометрических размеров зоны разлома, заполненной флюидами, включающем инструментальную регистрацию сейсмических волн, обработку данных с выделением в процессе обработки информативных спектров колебаний, анализ спектров и оценку на основе анализа эффективных геометрических размеров зоны разлома, отличающемся тем, что используют данные сейсмического мониторинга зоны разлома с частотой дискретизации 100 Гц, производят обработку данных по выборке с частотой 0,00833 Гц, построением спектров низкочастотных микросейсмических колебаний (микросейсм) и по анализу графика спектральных отношений определяют эффективную длину зоны разлома по зависимости частот (периодов) основной моды резонансных колебаний от длины разлома, а ширину зоны определяют через частоту (или период) выделенной волны Стоунли с использованием формулы:Technical results are achieved in that in a method for determining the effective geometric dimensions of a fracture zone filled with fluids, including instrumental recording of seismic waves, processing data with the selection of informative vibration spectra during processing, analysis of spectra and estimation based on the analysis of the effective geometric dimensions of the fracture zone, characterized in that they use data of seismic monitoring of the fault zone with a sampling frequency of 100 Hz, they process data from a sample with a frequency 0.00833 Hz, by constructing the spectra of low-frequency microseismic vibrations (microseisms) and by analyzing the graph of spectral relations, the effective length of the fault zone is determined by the dependence of the frequencies (periods) of the fundamental mode of resonant vibrations on the length of the fault, and the width of the zone is determined through the frequency (or period) of the selected wave Stoneley using the formula:
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, показывает следующее.A comparative analysis of the proposed technical solution with the solution selected as the closest analogue shows the following.
Известное решение и предлагаемое характеризуются сходными общими признаками:The known solution and the proposed are characterized by similar common features:
- инструментальная регистрация сейсмических волн;- instrumental registration of seismic waves;
- обработка данных с выделением в процессе обработки информативных спектров колебаний;- data processing with the allocation in the process of processing informative vibration spectra;
- анализ спектров и оценка на основе анализа размеров и формы зоны разлома ,заполненной флюидами.- analysis of the spectra and assessment based on the analysis of the size and shape of the fault zone filled with fluids.
Предлагаемое решение отличается от известного решения следующими признаками:The proposed solution differs from the known solution in the following features:
- используют данные сейсмического мониторинга зоны разлома с частотой дискретизации 100 Гц;- use data of seismic monitoring of the fault zone with a sampling frequency of 100 Hz;
- производят обработку данных по выборке с частотой 0,00833 Гц;- produce data processing on a sample with a frequency of 0.00833 Hz;
- построение спектров низкочастотных микросейсмических колебаний (микросейсм);- construction of spectra of low-frequency microseismic vibrations (microseism);
- анализ графика спектральных отношений и определение эффективной длины зоны разлома - по зависимости частот (периодов) основной моды резонансных колебаний от длины разлома;- analysis of the graph of spectral relations and determination of the effective length of the fault zone - according to the dependence of the frequencies (periods) of the main mode of resonant oscillations on the length of the fault;
- ширину зоны определяют через частоту (или период) выделенной волны Стоунли с использованием формулы:- the width of the zone is determined through the frequency (or period) of the selected Stoneley wave using the formula:
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличительных от признаков, характеризующих решение, принятое в качестве ближайшего аналога, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «новизна».The presence in the proposed solution of signs that are distinct from the signs characterizing the decision taken as the closest analogue allows us to conclude that the proposed technical solution meets the condition of patentability of the invention of "novelty."
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.The technical essence of the proposed solution is as follows.
Для изучения разломных зон, в частности Прибайкалья, применяются методы очаговой сейсмологии (source seismology), основанные на статистическом исследовании пространственно-временных параметров и характеристик разрывных процессов. Полученные результаты позволяют в первом приближении рассматривать зону разлома как неоднородное объемное низкодобротное тело высокой степени трещиноватости, разделяющее монолитные высокодобротные блоки литосферы. Разломные зоны являются основными элементами геофлюидных систем, через которые осуществляется перенос флюида. Поперечный размер Н зоны нарушения сплошности горных пород иногда интерпретируется как ширина области динамического влияния разлома, оцениваемая по формуле:To study the fault zones, in particular the Baikal region, methods of source seismology are used, based on a statistical study of spatio-temporal parameters and characteristics of discontinuous processes. The results obtained make it possible to consider, as a first approximation, the fault zone as an inhomogeneous volume low-Q solid body with a high degree of fracture, separating monolithic high-Q blocks of the lithosphere. Fault zones are the main elements of geofluidic systems through which fluid is transported. The transverse size H of the zone of violation of the continuity of rocks is sometimes interpreted as the width of the region of the dynamic influence of the fault, estimated by the formula:
H=bL, гдеH = bL, where
L - длина разлома,L is the length of the fault
b=0.03÷0.09 - эмпирический коэффициент.b = 0.03 ÷ 0.09 - empirical coefficient.
Вариации коэффициента b отражают, вероятно, реологическое состояние геоматериала разломных зон в условиях неоднородного разломообразования, концентрации напряжений и деформаций на разных иерархических уровнях.Variations in coefficient b probably reflect the rheological state of the geomaterial of fault zones under conditions of inhomogeneous fault formation, stress and strain concentration at different hierarchical levels.
В основе предлагаемого способа лежат экспериментально-теоретические результаты по выделению и параметризации медленных сейсмических волн в модельных конструкциях типа узкой щели, заполненной флюидом. На основании теоретических исследований волн Стоунли (разломных волн) и результатов экспериментов установлено, что в спектре сейсмических колебаний фиксируются частоты, обусловленные низкочастотными колебаниям на границе массив-флюид. Наиболее отчетливо такие колебания наблюдаются на горизонтальной компоненте сейсмической волны, ориентированной в направлении на разломную зону - амплитуда волн, распространяющихся перпендикулярно трещине, на порядок выше амплитуды волн, движущихся вдоль нее. Проведенные исследования показали, что по результатам сейсмических наблюдений, проводимых на некотором расстоянии от трещины, можно судить о характерной длине и ширине последней. Несмотря на то что амплитуда сейсмических колебаний мала, их низкая частота дает основание полагать и это экспериментально доказано, что они могут быть зарегистрированы на некотором расстоянии от трещины.The proposed method is based on experimental and theoretical results on the separation and parameterization of slow seismic waves in model structures such as a narrow gap filled with fluid. On the basis of theoretical studies of Stoneley waves (fault waves) and experimental results, it was found that in the spectrum of seismic vibrations frequencies are fixed due to low-frequency vibrations at the mass-fluid interface. Most clearly, such oscillations are observed on the horizontal component of the seismic wave, oriented in the direction of the fault zone — the amplitude of the waves propagating perpendicular to the crack is an order of magnitude higher than the amplitude of the waves moving along it. The studies showed that according to the results of seismic observations conducted at a certain distance from the fracture, one can judge the characteristic length and width of the latter. Despite the fact that the amplitude of seismic vibrations is small, their low frequency suggests that it has been experimentally proved that they can be detected at a certain distance from the crack.
В заполненном флюидами неоднородном объемном низкодобротном теле высокой степени трещиноватости могут формироваться низкочастотные сейсмические волны, выделение и исследование которых позволяет оценить геометрические размеры и состояние разломных зон как совокупности большого количества трещин. Структура геоматериала и стратификация массива будут предопределять низкую доминантную частоту, к которой перекачивается энергия по мере движения сейсмической волны сквозь массив. Поскольку реальные разломы имеют обычно сложную конфигурацию, то, по-видимому, можно говорить лишь об эффективных (характерных) размерах разломной зоны в целом, как зоны повышенной трещиноватости. Появляется возможность по найденной частоте сейсмических волн, формируемых разломной зоной, в целом оценить ее эффективные размеры.Low-frequency seismic waves can form in a heterogeneous volumetric low-Q solid body filled with fluids with a high degree of fracture, the selection and study of which allows us to evaluate the geometric dimensions and state of fault zones as a combination of a large number of cracks. The structure of the geomaterial and the stratification of the array will determine the low dominant frequency, to which energy is pumped as the seismic wave moves through the array. Since real faults usually have a complex configuration, it seems that we can only talk about the effective (characteristic) dimensions of the fault zone as a whole, as zones of increased fracture. It becomes possible to estimate its effective dimensions by the found frequency of seismic waves generated by the fault zone.
В предлагаемом решении представлен способ по выделению, обработке и интерпретации сейсмических волн на записях микросейсм, которые принимаются здесь как интерференционно-модулированный сигнал, генерируемый источниками разной природы и прошедший амплитудно-частотные преобразования в результате распространения в сложноорганизованной структурно-неоднородной геологической среде. Мы основываемся на том, что сигналы, возникающие в естественных условиях, можно считать модулированными колебаниями. В технике связи модулирующие сигналы являются информационными, т.е. содержащими передаваемую информацию, тогда как несущее колебание, частота которого, как правило, много больше ширины спектра информационного сигнала, обеспечивает более эффективную передачу этой информации на расстояние. В радиолокации модулированные колебания используют для обнаружения целей и определения их важнейших геометрических (размеры, конфигурация) и физических (температура, плотность, диэлектрическая проницаемость и т.п.) параметров. Обычно под модулированными колебаниями понимаются колебания, параметры которых (амплитуда, фаза, частота, длительность и т.п.) изменяются во времени. Однако это понятие распространяется и на колебания, параметры которых изменяются в пространстве, и тогда говорят о пространственно-модулированных колебаниях: в отличие от временных модулированных колебаний они могут быть двух- и трехмерными. В общем случае модулированные колебания отражают пространственно-временную модуляцию сигналов, в том числе и микросейсм.The proposed solution presents a method for extracting, processing and interpreting seismic waves on microseismic records, which are accepted here as an interference-modulated signal generated by sources of various nature and undergoing amplitude-frequency transformations as a result of propagation in a complexly organized structurally heterogeneous geological environment. We are based on the fact that signals arising under natural conditions can be considered modulated oscillations. In communication technology, modulating signals are informational, i.e. containing transmitted information, while the carrier wave, the frequency of which, as a rule, is much greater than the width of the spectrum of the information signal, provides a more efficient transmission of this information over a distance. In radar, modulated oscillations are used to detect targets and determine their most important geometric (dimensions, configuration) and physical (temperature, density, permittivity, etc.) parameters. Usually, modulated vibrations are understood to mean vibrations whose parameters (amplitude, phase, frequency, duration, etc.) change over time. However, this concept also extends to vibrations whose parameters vary in space, and then they speak of spatially modulated oscillations: in contrast to temporal modulated oscillations, they can be two- and three-dimensional. In the general case, modulated oscillations reflect the spatio-temporal modulation of signals, including the microseism.
Для определения частоты сейсмических волн, связанных с разломной зоной, необходимо знать и длину l и ширину h трещины. Данные параметры можно оценить, если учесть, что такие волны имеют резонансную природу, т.е. обусловлены явлением резонанса и формируются структурой резонатора.To determine the frequency of seismic waves associated with the fault zone, it is necessary to know both the length l and width h of the crack. These parameters can be estimated if we take into account that such waves have a resonant nature, i.e. are caused by the phenomenon of resonance and are formed by the structure of the resonator.
Резонатор - устройство или природный объект (в нашем случае зона повышенной трещиноватости), в котором происходит накопление энергии колебаний, поставляемой извне. Обычно он относится к линейным колебательным системам и характеризуется резонансными частотами - при приближении частоты внешнего воздействия к резонансной частоте в резонаторе наблюдается достаточно резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний. Наиболее простой вариант резонатора - труба, стоячие волны в которой возможны лишь для тех случаев, когда на длине трубы укладывается нечетное число четвертей длин волн. Соответственно, резонансные частоты будут равны:A resonator is a device or a natural object (in our case, a zone of increased fracturing) in which an accumulation of vibrational energy supplied from outside occurs. Usually it refers to linear oscillatory systems and is characterized by resonant frequencies - when the frequency of the external action approaches the resonant frequency, a rather sharp increase in the amplitude of the forced oscillations is observed in the resonator. The simplest version of the resonator is a tube, standing waves in which are possible only for those cases when an odd number of quarters of wavelengths fit along the length of the tube. Accordingly, the resonant frequencies will be equal to:
где С0 - скорость звуковых волн, а L - длина резонатора. Хотя резонансных частот несколько, однако сильнее всех выражена первая мода колебаний и этому случаю соответствует четвертьволновый резонатор длинойwhere C 0 is the speed of sound waves, and L is the length of the resonator. Although there are several resonant frequencies, the first oscillation mode is most pronounced and this case corresponds to a quarter-wave resonator with a length of
Для оценки возможных параметров первой моды резонансных колебаний в таблице даны вычисленные по формуле (2) частоты и периоды основной моды, соответствующие набору длин L зоны разлома-резонатора. Из полученных оценок следует, что для крупных протяженных разломов (L>20 км) связанные с ними максимальные резонансные колебания следует искать в минутном диапазоне периодов.To assess the possible parameters of the first mode of resonance oscillations, the table shows the frequencies and periods of the fundamental mode calculated by formula (2), which correspond to the set of lengths L of the fault-resonator zone. From the estimates obtained, it follows that for large extended faults (L> 20 km), the maximum resonant oscillations associated with them should be sought in the minute range of periods.
Исходными данными для анализа служили непрерывные сейсмические записи компоненты цифровых станций "Байкал", с частотой дискретизации 100 Гц. С целью перехода к шагу дискретизации 120 сек (2 мин) вычислялись средние значения последовательности непересекающихся интервалов длиной 12000 отсчетов. В качестве примера на фиг. 1 приведены записи сейсмических колебаний с исходной частотой дискретизации (фиг. 1а) и после перехода к среднеквадратичной амплитуде и шагу по времени 2 минуты (фиг. 1б).The initial data for the analysis were continuous seismic records of the components of Baikal digital stations, with a sampling frequency of 100 Hz. In order to go to the sampling step of 120 sec (2 min), the average values of the sequence of disjoint intervals with a length of 12000 samples were calculated. As an example in FIG. Figure 1 shows the records of seismic vibrations with the original sampling frequency (Fig. 1a) and after the transition to the rms amplitude and time step of 2 minutes (Fig. 1b).
Если по исходным записям невозможно представить характер вариаций микросейсм в минутном диапазоне периодов, то на графиках среднеквадратичной амплитуды можно наблюдать интенсивные низкочастотные составляющие, в том числе суточные и приливные. Далее по сглаженным рядам в окне 720 отсчетов (1 сутки) определялись спектры горизонтальных и вертикальной компонент записи и рассчитывались их спектральные отношения. Это позволяет выделить резонансные колебания, формируемые разломной зоной, и подавить колебания, связанные с временными вариациями. В результате получаем график спектральных отношений, где по оси ординат взято отношение спектра горизонтальной компоненты к вертикальной (Фиг. 2). Максимум на периоде 8,8 мин нами интерпретируется как связанный с разломной зоной, длина которой составляет ~200 км.If it is impossible to imagine the nature of the microseismic variations in the minute range of periods from the source records, then the low-frequency amplitude graphs show intense low-frequency components, including diurnal and tidal ones. Further, the spectra of the horizontal and vertical recording components were determined from the smoothed rows in the window of 720 samples (1 day) and their spectral ratios were calculated. This makes it possible to isolate the resonance vibrations formed by the fault zone and to suppress vibrations associated with time variations. As a result, we obtain a graph of spectral relations, where the ordinate is the ratio of the spectrum of the horizontal component to the vertical one (Fig. 2). The maximum over a period of 8.8 minutes is interpreted by us as associated with the fault zone, whose length is ~ 200 km.
Второй параметр разломной зоны - ширину определяют через частоту (или период) выделенной волны Стоунли по формулеThe second parameter of the fault zone - the width is determined through the frequency (or period) of the selected Stoneley wave according to the formula
где
При выделенном периоде 8,8 минут эффективную ширину разломной зоны оцениваем величиной 2180 м.With an allocated period of 8.8 minutes, the effective width of the fault zone is estimated at 2180 m.
Сравнение предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области техники показывает следующее.Comparison of the proposed technical solutions with other known solutions in the art shows the following.
Известен способ обнаружения региональных зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов литосферы, основанный на возбуждении и регистрации электромагнитного поля, включающий выделение из совокупности геологических данных по литосфере областей, характеризующихся отсутствием разломов, измерение магнитного поля с помощью двух магнитометров, расположенных так, что первый находится в области отсутствия разломов, выбранной из совокупности, а второй - в исследуемой зоне, и определение координат расположения зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов, в котором производят излучение искусственного гармонического колебания электромагнитного поля в крайне низком (от 3 до 30 Гц) или сверхнизком (от 30 до 300 Гц) частотных диапазонах и осуществляют измерение вертикальной составляющей магнитного поля от искусственного источника электромагнитного поля на частотах излучения, причем измерения производят на границе раздела сред атмосфера - литосфера и выполняют сравнительный анализ полученных данных, наличие аномальных превышений значений величин вертикальной составляющей магнитного поля от источника искусственного излучения указывает на положение зон повышенной трещиноватости или глубинных разломов, положение разломов, протяженность зон определяют по участкам с величинами превышений вертикальной составляющей магнитного поля по полученным результатам на магнитометре, перемещаемом в исследуемой зоне, а по изменениям градиентов измеряемых значений определяют границы зон разломов, при этом показания магнитометра, находящегося в области отсутствия разломов, дополнительно используют для дистанционного контроля стабильности параметров излучаемого электромагнитного поля и среды распространения радиоволн (патент РФ №2374666, G01V 3/12, 2009 г., [3]).There is a method of detecting regional zones of increased fracturing and deep faults of the lithosphere, based on the excitation and registration of the electromagnetic field, including the selection of areas characterized by the absence of faults from the set of geological data on the lithosphere, measuring the magnetic field using two magnetometers located so that the first is in the region the absence of faults selected from the aggregate, and the second in the study area, and the determination of the coordinates of the location of the zones of increased fracture and deep faults, in which they emit artificial harmonic oscillations of the electromagnetic field in extremely low (from 3 to 30 Hz) or ultralow (from 30 to 300 Hz) frequency ranges and measure the vertical component of the magnetic field from an artificial source of electromagnetic field at radiation frequencies moreover, the measurements are made at the interface between the atmosphere – lithosphere and perform a comparative analysis of the data obtained, the presence of anomalous excesses of the values of the vertical component of the magnetic field from the source of artificial radiation indicates the location of the zones of increased fracture or deep faults, the position of the faults, the length of the zones is determined by areas with excesses of the vertical component of the magnetic field according to the results obtained on a magnetometer moving in the studied area, and determined by changes in the gradients of the measured values the boundaries of the fault zones, while the readings of the magnetometer located in the absence of faults are additionally used for distance monitoring the stability of the parameters of the radiated electromagnetic field and the propagation medium of radio waves (RF patent No. 2374666, G01V 3/12, 2009, [3]).
Известен способ обнаружения региональных зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов литосферы, включающий измерение магнитного поля Земли и определение геомагнитных координат расположения зон повышенной трещиноватости и глубинных разломов, в котором производят выделение из совокупности геологических данных по литосфере областей, характеризующихся отсутствием разломов, затем осуществляют измерение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью двух магнитовариационных станций, расположенных на одной геомагнитной широте так, что первая находится в области отсутствия разломов, выбранной из совокупности, а вторая в исследуемой зоне, и сравнение полученных данных, наличие аномальных значений величины горизонтальной составляющей магнитного поля определяет положение зоны повышенной трещиноватости или глубинного разлома, по величине превышения значения горизонтальной составляющей, полученного на второй станции, определяют активность или неактивность разломов, а путем сравнения значений горизонтальной составляющей, одно из которых получают с помощью второй станции, перемещаемой в зоне обнаружения разломов до тех пор, пока значения горизонтальной составляющей, полученные с помощью двух станций, не сравняются, определяют размеры зоны разломов (патент РФ №2226283, G01V 9/00, 2004 г., [4]).A known method of detecting regional zones of increased fracture and deep faults of the lithosphere, including measuring the Earth's magnetic field and determining the geomagnetic coordinates of the location of zones of increased fracture and deep faults, in which areas from the lithosphere are selected that are characterized by the absence of faults, then measure the horizontal component Earth’s magnetic field using two magnetovariational stations located on the same geomag latitude so that the first is in the area of absence of faults selected from the aggregate, and the second in the study area, and a comparison of the data obtained, the presence of anomalous values of the horizontal component of the magnetic field determines the position of the zone of increased fracture or deep fault, by the magnitude of the excess of the horizontal component obtained at the second station, determine the activity or inactivity of the faults, and by comparing the values of the horizontal component, one of which receive using the second station, moved in the fault detection zone until the horizontal component values obtained by the two stations are equal, the dimensions of the fault zone are determined (RF patent No. 2226283, G01V 9/00, 2004, [4] )
Не выявлено в результате поиска и сравнительного анализа технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, обеспечивающей при использовании достижение аналогичных результатов, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».It was not revealed as a result of a search and comparative analysis of technical solutions that are characterized by a combination of features similar to the proposed solution, which ensures the achievement of similar results when using, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the patentability condition of the invention “inventive step”.
Предлагаемое техническое решение осуществляется следующим образом.The proposed technical solution is as follows.
ПримерExample
Способ реализуется на основе записей микросейсм станциями Байкальского филиала геофизической службы СО РАН. Для анализа были взяты записи сейсмостанции "Тырган" (TRG) за февраль, март 2013 г. Исходными данными для анализа служили непрерывные сейсмические записи компоненты цифровых станций "Байкал", с частотой дискретизации 100 Гц. С целью перехода к шагу дискретизации 120 сек (2 мин) вычислялись средние значения последовательности непересекающихся интервалов длиной 12000 отсчетов. В качестве примера на фиг. 1 приведены записи сейсмических колебаний с исходной частотой дискретизации (фиг. 1а) и после перехода к среднеквадратичной амплитуде и шагу по времени 2 минуты (фиг. 1б).The method is implemented on the basis of microseismic records by stations of the Baikal branch of the geophysical service of the SB RAS. For analysis, we took the records of the Tyrgan seismic station (TRG) for February, March 2013. The initial data for the analysis were continuous seismic records of the components of digital Baikal stations with a sampling frequency of 100 Hz. In order to go to the sampling step of 120 sec (2 min), the average values of the sequence of disjoint intervals with a length of 12000 samples were calculated. As an example in FIG. Figure 1 shows the records of seismic vibrations with the original sampling frequency (Fig. 1a) and after the transition to the rms amplitude and time step of 2 minutes (Fig. 1b).
Если по исходным записям невозможно представить характер вариаций микросейсм в минутном диапазоне периодов, то на графиках среднеквадратичной амплитуды можно наблюдать интенсивные низкочастотные составляющие, в том числе суточные и приливные. Далее по сглаженным рядам в окне 720 отсчетов (1 сутки) определялись спектры горизонтальных и вертикальной компонент записи и рассчитывались их спектральные отношения. Это позволяет выделить резонансные колебания, формируемые разломной зоной, и подавить колебания, связанные с временными вариациями. В результате получаем график спектральных отношений, где по оси ординат взято отношение спектра горизонтальной компоненты к вертикальной (Фиг. 2). Максимум на периоде 8,8 мин нами интерпретируется как связанный с разломной зоной, длина которой составляет ~200 км.If it is impossible to imagine the nature of the microseismic variations in the minute range of periods from the source records, then the low-frequency amplitude graphs show intense low-frequency components, including diurnal and tidal ones. Further, the spectra of the horizontal and vertical recording components were determined from the smoothed rows in the window of 720 samples (1 day) and their spectral ratios were calculated. This makes it possible to isolate the resonance vibrations formed by the fault zone and to suppress vibrations associated with time variations. As a result, we obtain a graph of spectral relations, where the ordinate is the ratio of the spectrum of the horizontal component to the vertical one (Fig. 2). The maximum over a period of 8.8 minutes is interpreted by us as associated with the fault zone, whose length is ~ 200 km.
Второй параметр разломной зоны определяем через частоту (или период) выделенной волны Стоунли по формулеThe second parameter of the fault zone is determined through the frequency (or period) of the selected Stoneley wave according to the formula
где 
При выделенном периоде 8,8 минут эффективную ширину разломной зоны оцениваем величиной 2180 м.With an allocated period of 8.8 minutes, the effective width of the fault zone is estimated at 2180 m.
Таким образом, по предлагаемому решению определены эффективная длина и ширина озера Байкал.Thus, the proposed solution determines the effective length and width of Lake Baikal.
Аналогично возможно определение эффективных геометрических размеров и параметров зоны любого разлома, заполненного флюидами, что позволит определять структуру и рельеф местности, при необходимости вносить изменения в картографическую информацию.Similarly, it is possible to determine the effective geometric dimensions and parameters of the zone of any fault filled with fluids, which will determine the structure and topography, and if necessary, make changes to the cartographic information.
Получаемую по предлагаемому техническому решению информацию по определению геометрических размеров и оценке состояния разломных зон, как совокупности большого количества трещин, возможно использовать для оценки сейсмической обстановки в зонах возможного промышленного и гражданского строительства, т.е. предлагаемое решение соответствует условию патентоспособности изобретения «промышленная применимость».The information obtained by the proposed technical solution for determining the geometric dimensions and assessing the state of fault zones, as a combination of a large number of cracks, can be used to assess the seismic situation in areas of possible industrial and civil construction, i.e. the proposed solution meets the condition of patentability of the invention "industrial applicability".
ИнформацияInformation
1. Патент РФ №2370791, G01V 1/00, 2009 г.1. RF patent No. 2370791, G01V 1/00, 2009
2. Патент РФ №2461026, G01V 1/40, E21B 47/14, 2012 г.2. RF patent No. 2461026, G01V 1/40, E21B 47/14, 2012
3. Патент РФ №2374666, G01V 3/12, 2009 г.3. RF patent No. 2374666, G01V 3/12, 2009
4. Патент РФ №2226283, G01V 9/00, 2004 г.4. RF patent No. 2226283, G01V 9/00, 2004
Claims (1)
h=ν2/8L3ζ (2). A method for determining the effective geometric dimensions of a fracture zone filled with fluids, including instrumental recording of seismic waves, processing data with the selection of informative vibration spectra, analysis of spectra and estimation based on the analysis of the effective geometric dimensions of the fracture zone, characterized in that they use seismic zone monitoring data fault with a sampling frequency of 100 Hz, produce data processing on a sample with a frequency of 0.00833 Hz, the construction of low-frequency spectra the cross-seismic vibrations and the analysis of the graph of spectral relations determine the effective length of the fault zone according to the dependence of the frequencies and periods of the main mode of resonant vibrations on the length of the fault, and the width of the zone is determined through the frequency or period of the selected Stoneley wave using the formula:
h = ν 2 / 8L 3 ζ (2).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014126742/28A RU2570589C1 (en) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | Method of determining effective geometrical dimensions of fracture zone filled with fluids |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014126742/28A RU2570589C1 (en) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | Method of determining effective geometrical dimensions of fracture zone filled with fluids |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2570589C1 true RU2570589C1 (en) | 2015-12-10 |
Family
ID=54846655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014126742/28A RU2570589C1 (en) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | Method of determining effective geometrical dimensions of fracture zone filled with fluids |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2570589C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106405678A (en) * | 2016-11-22 | 2017-02-15 | 临沂大学 | Mining overlying strata water flowing fracture zone height detection method based on stress monitoring |
| RU2722971C1 (en) * | 2019-07-09 | 2020-06-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук (ИЗК СО РАН) | Method of determining effective depth of fracture-filled fluid |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003052458A1 (en) * | 2001-12-14 | 2003-06-26 | Chevron U.S.A. Inc. | Process for interpreting faults from a fault-enhanced 3-dimensional seismic attribute volume |
| RU2226283C1 (en) * | 2002-07-17 | 2004-03-27 | Полярный геофизический институт Кольского Научного центра РАН | Procedure determining regional zones of fracturing and abyssal fractures of lithosphere |
| US20080004847A1 (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-03 | Schlumberger Technology Corporation | Method for updating a model of the earth using microseismic measurements |
| RU2370791C2 (en) * | 2007-09-14 | 2009-10-20 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Detection method of generation or existing of one crack, filled with liquid, in medium |
| RU2461026C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-09-10 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Method of determining geometric characteristics of hydraulic fracture cracks |
-
2014
- 2014-07-01 RU RU2014126742/28A patent/RU2570589C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003052458A1 (en) * | 2001-12-14 | 2003-06-26 | Chevron U.S.A. Inc. | Process for interpreting faults from a fault-enhanced 3-dimensional seismic attribute volume |
| RU2226283C1 (en) * | 2002-07-17 | 2004-03-27 | Полярный геофизический институт Кольского Научного центра РАН | Procedure determining regional zones of fracturing and abyssal fractures of lithosphere |
| US20080004847A1 (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-03 | Schlumberger Technology Corporation | Method for updating a model of the earth using microseismic measurements |
| RU2370791C2 (en) * | 2007-09-14 | 2009-10-20 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Detection method of generation or existing of one crack, filled with liquid, in medium |
| RU2461026C1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-09-10 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Method of determining geometric characteristics of hydraulic fracture cracks |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| RU 2374666 C1, формула. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106405678A (en) * | 2016-11-22 | 2017-02-15 | 临沂大学 | Mining overlying strata water flowing fracture zone height detection method based on stress monitoring |
| RU2722971C1 (en) * | 2019-07-09 | 2020-06-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт земной коры Сибирского отделения Российской академии наук (ИЗК СО РАН) | Method of determining effective depth of fracture-filled fluid |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11098565B2 (en) | Method for estimating permeability of fractured rock formations from induced slow fluid pressure waves | |
| Tsang et al. | Numerical evaluation of the transient acoustic waveform due to a point source in a fluid-filled borehole | |
| Silver et al. | Active source monitoring of cross-well seismic travel time for stress-induced changes | |
| Gurevich et al. | How frequency dependency of Q affects spectral ratio estimates | |
| Chen et al. | Fracture filling fluids identification using azimuthally elastic impedance based on rock physics | |
| Suzuki et al. | Quantifying uncertainties in attenuation estimation at methane-hydrate-bearing zones using sonic waveform logs | |
| Matsushima et al. | Ultrasonic measurements of attenuation and velocity of compressional and shear waves in partially frozen unconsolidated sediment and synthetic porous rock | |
| Hayashi et al. | CMP spatial autocorrelation analysis of multichannel passive surface-wave data | |
| Tary et al. | Potential use of resonance frequencies in microseismic interpretation | |
| US10677051B2 (en) | Methods and apparatus to characterize acoustic dispersions in a borehole | |
| Matsushima et al. | Estimation of ultrasonic scattering attenuation in partially frozen brines using magnetic resonance images | |
| RU2570589C1 (en) | Method of determining effective geometrical dimensions of fracture zone filled with fluids | |
| Brie et al. | Quantitative formation permeability evaluation from Stoneley waves | |
| Sonley et al. | Effects of methods of attenuation correction on source parameter determination | |
| Carter et al. | Attenuation anisotropy and the relative frequency content of split shear waves | |
| RU2593782C1 (en) | Method for vibration seismic survey | |
| Li et al. | In situ evidence for frequency dependence of near-surface Q | |
| RU2336541C2 (en) | Method of low frequency seismic probing for research and survey of hydrocarbon deposits (versions) | |
| JP5517258B2 (en) | Q factor measurement method using vertical array seismometer | |
| Matsushima et al. | Laboratory experiments on compressional ultrasonic wave attenuation in partially frozen brines | |
| US20150301213A1 (en) | A method for processing acoustic waveforms | |
| Matsushima et al. | Attenuation estimation from sonic logging waveforms combining seismic interferometry and common-midpoint approach | |
| Adam et al. | Mudstone P-wave anisotropy measurements with non-contacting lasers under confining pressure | |
| US20160091625A1 (en) | System and Methodology for Identifying Time Differences between Clocks during Seismic Exploration | |
| Ma et al. | Identifying the occurrence type of gas hydrate via singularity analysis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200702 |