О речных сейсморазведочных работах в Западно-Сибирской низменности
А.К. ШМЕЛЕВ
Применение обычных приемов наземной сейсморазведки с целью поисков структур, благоприятных для накопления газа и нефти, в центральной и северной частях Западно-Сибирской низменности затруднено из-за отсутствия дорог.
Единственными удобными коммуникациями этих районов являются реки, по берегам которых преимущественно и проводились сейсморазведочные работы, а за ними и бурение.
В связи с этим в 1957-1958 гг. Тюменским геологическим управлением были организованы сейсморазведочные работы на реках при помощи специальной методики, которую мы далее будем для сокращения называть речной. Эта методика была предложена в 1954 г. и опробована опытными работами 1955-1956 гг.
Линия наблюдения и взрывы при речной сейсморазведке располагаются непосредственно на реке. Линия наблюдения (группы сейсмоприемников и соединительные провода) помещаются на боне, который представляет собой цепочку бревен. При простреле судно-сейсмостанция стоит на якоре и удерживает за собой бон, вытягивающийся вниз по течению (рис. 1).
Взрывы производятся или из водоема, или из скважин, пробуренных у берега гидромониторным способом. При смене установки линии наблюдения судно-сейсмостанция снимается с якоря, переходит на следующую установку и буксирует за собой бон. При этом не надо сматывать и разматывать линию, повышается производительность, снижаются затраты.
Речная методика сейсморазведки создавалась для решения региональных задач. При ее помощи выяснен характер погружения пород доюрского фундамента от Урала на восток до глубины 3200 м. Выявлены и подтверждены крупные тектонические элементы: Сартыньинский, Шаимский, Мужинский своды, Ляпинская и Шурышкарская впадины, Нахрачинский уступ и др.
В настоящее время речные сейсморазведочные профили служат опорой для региональных сейсмозондирований и электроразведочных работ методом теллурических токов (ТТ), по данным речных сейсморабот размещаются глубокие структурно-поисковые скважины для изучения разреза в известных структурно-тектонических условиях.
Кроме региональных задач, речная сейсморазведка успешно решает задачи поисков локальных структур по перегибам отражающих горизонтов, которые рекомендуются для последующих площадных сейсморазведочных работ.
К началу 1959 г. были разведаны площадными сейсмоработами Неремовская, Алтатумпская, Сартыньинская, Кугинская, Игримская, Большекаменская и Учиньинская структуры, выявленные речными сейсмоработами.
Ниже мы приводим некоторые сведения о технических приемах речной сейсморазведки.
Звенья бона состоят из двух спаренных бревен длиной 10 м, очищенных от коры и сучьев и заостренных по концам для уменьшения сопротивления при буксировке в воде. Бревна для бона выбираются прямые, диаметром 15- 22 см в верхнем отрубе. На размеченных точках в звеньях бона сверлятся вертикальные сквозные отверстия под сейсмоприемники.
Готовые звенья крепятся скобами на буксирный 18-мм трос с интервалом между звеньями 10-15 см. Вместо троса можно применять использованный каротажный кабель КТО-4 или КТШ-4, уложенный вдвое.
Головная часть бона швартуется за судно-сейсмостанцию, и бон свободно вытягивается по течению воды.
Головные и хвостовые звенья бона подвергаются наибольшим колебаниям от течения и волнения воды, поэтому они должны быть свободными от сейсмоприемников.
Стабильная регистрация ОВ от линии наблюдения, установленной на подвижной среде, может быть достигнута только при группировании сейсмоприемников (СП).
Для Западно-Сибирской низменности оптимальным является группирование восьми СП на канал при базе группы в 20-30 м. Оптимальный шаг между группами определен в 20 м.
Сейсмоприемники СПМ-16 необходимо дополнительно гидроизолировать.
Отводы СП в местах их соединения с проводами косы подняты над боном для обеспечения их изоляции и исключения подсоса влаги в СП при изменениях температуры.
Длина рабочей части бона (расстояние между центрами крайних групп СП) задается по условиям плавания; на крупных реках она составляет 500 м, на малых реках длину рабочей части бона приходится укорачивать до 300 м.
Запись сейсмограмм производится как обычно, причем оптимальные фильтрации усилителей при речных работах не отличаются от фильтраций, применяемых в том же районе при наземных работах.
Из регулярных помех регистрируется звуковая волна только при малой глубине погружения заряда. Очень редко наблюдается явление реверберации при взрывах из водоема; при взрывах из скважин явления реверберации не наблюдались.
Система наблюдений - непрерывное профилирование ОВ при двух пунктах взрыва (ПВ), шаг между ПВ равен длине рабочей части бона. Взрывы производятся против средин групп крайних каналов. При переходе на новую установку совмещение крайних групп предыдущей и последующей установок производится глазомерно по береговой вехе или буйку, выставленным против соответствующей точки предыдущей установки.
Точность совмещения концов установок по профилю ± 20 м. Взрывы производятся в стороне от бона. Если работы ведутся со взрывами из водоема, то относ взрывов в сторону от бона составляет 5-10 м, относ скважин в сторону от бона допускается до 50 м.
На регистрацию отраженных волн существенно влияет состав донных осадков. На участках песчаного ложа реки частота и интенсивность этих волн уменьшаются. При переменных донных осадках получаются трудно сопоставимые сейсмограммы. Взрывы из скважин дают возможность регистрировать отраженные волны более стабильно. Необходимо стараться располагать линию наблюдения (бон) на фарватере реки, где изменчивость донных осадков наименьшая.
В связи с неточным совмещением концов установок и несовмещением взрыв - прибор увеличивается невязка в годографах отраженных волн. Поэтому приходится считать допустимой невязку в 0,015 сек., что соответствует половине периода регистрируемых отраженных волн. Корреляция производится без учета поправок за глубину скважины и зоны малых скоростей, так как по абсолютной величине обычно много меньше 0,015 сек.
На участках резкой изменчивости состава донных осадков появляются невязки в годографах отраженных волн более 0,015 сек. Если на таких участках невозможно провести корреляцию по динамическим критериям, то участок должен быть перестрелян со взрывами из водоема. При получении некоррелируемых отражений и при перестреле участок нужно еще раз перестрелять взрывами из скважин с минимальным относом пунктов взрыва от бона, с регистрацией вертикального времени. В этом случае при корреляции отраженных волн учитываются поправки за вертикальное время.
Малая длина взрывного интервала и криволинейность линии наблюдения не позволяют определять эффективную скорость по годографам отраженных волн, полученным водной методикой. Поэтому параметры сейсмогеологического разреза берутся из других работ на смежном или аналогичном участке.
В Тюменском геологическом управлении практикуется построение схем корреляции по трем точкам гиперболы вместо годографов, что характеризует прослеживаемость отдельных отражающих горизонтов и точность корреляционной увязки. Построение сейсмических разрезов производится способом t0 с учетом альтитуд пунктов взрыва. Глубины до опорного отражающего горизонта определяются под пунктами взрывов, наносятся на схему или карту расположения сейсмического профиля, линия которого обычно извилиста. Отчетный сейсмический разрез составляется по данным этой схемы глубинного строения с учетом площадного распределения глубин до опорного отражающего горизонта (рис. 2).
Точность определения глубин до отражающих горизонтов зависит от точности корреляции и правильности выбора параметров сейсмического разреза, Корреляция отраженной волны производится с точностью до фазы волн ±0,03 сек., что соответствует глубине 30-50 м. Таким образом, точность относительных превышений по отражающему горизонту составляет ±30 - ±50 м.
Точность определения абсолютных глубин зависит от того, насколько хорошо известна средняя скорость.
В неблагоприятных условиях ошибка в определении скорости может достигнуть 10%, такой же будет точность, определения абсолютных глубин до отражающих горизонтов.
Бурение взрывных скважин в речном дне ведется при помощи гидромониторного бура, представляющего собой колонну обсадных труб, внутри которой помещена свеча штанг. На конец свечи штанг навертывается буровой наконечник - гидромониторная насадка. Свеча штанг шарнирным хомутом удерживается на колонне обсадных труб в таком положении, чтобы гидромониторная насадка находилась на уровне башмака колонны обсадных труб (рис. 3).
При прокачке воды через штанги в гидромониторной насадке создается мощная струя, которая размывает забой под башмаком обсадки, и вся система погружается в грунт. Речные отложения бурятся легко со скоростью до 0,1 м/сек. Этот способ бурения с успехом применяется для инженерных целей.
Однако для сейсморазведочных работ гидромониторное бурение имеет ряд дефектов. Предел глубины гидромониторного бурения равен высоте вышки, так как перенаращивание труб и штанг очень длинная и трудоемкая операция.
После погружения обсадных труб в грунт необходимо поднять свечу штанг, опустить в обсадные трубы заряд, приподнять обсадные трубы над нарядом, отойти станком от скважины, а после взрыва вновь подойти к скважине для подъема обсадки и ликвидации скважины или для повторения всего цикла работ на повторный взрыв. Это требует больших затрат труда и времени.
Поэтому было предложено гидромониторное погружение боевых зарядов в грунт. Гидромониторная насадка удерживает на себе боевой заряд при погружении его в грунт и оставляет заряд на глубине при подъеме штанг. При бурении этим методом отпадает необходимость в обсадных трубах. Размеры гидромониторной насадки для погружения зарядов в грунт определяются размерами стандартного тротилового заряда (вес заряда 2,5- 2,6 кг).
Диаметр тела насадки (80 мм) равен диаметру заряда, длина ствола (350 мм) равна длине заряда, наружный диаметр ствола 19,5 мм суживается к концу до 18,5 мм и равен внутреннему диаметру стандартного тротилового заряда. Внутренний диаметр ствола 15-16 мм.
Перед прокачкой воды боевой заряд надевается на ствол насадки и удерживается на ней натяжением магистрали, после чего включается насос и свеча штанг с зарядом на конце опускается на грунт.
Струя воды размывает забой под зарядом, и заряд под давлением веса штанг погружается в грунт. Помощник взрывника центрирует положение свечи штанг.
При погружении заряда до нужной глубины насос выключается, заряд на забое зажимается осевшим шламом, и при подъеме штанг с насадкой он остается на забое, а из скважины идет только боевая магистраль. Станок отводится на 10 м от скважины, и производится взрыв. Для гидромониторного погружения зарядов в грунт нами использовались станки УКБ-2-100, поставленные на понтоны.
Успешно опробовалось с участием отдела бурения Тюменского геологического управления погружение зарядов в грунт мотопомпой М-600. Испытания показали, что в плотных породах погружение заряда на 10 м станком УКБ-2-100 (насос ЗИФ-200-40) производится за 6-12 мин., мотопомпа погружает заряд в такие же породы за 4 мин. Применение мотопомпы резко улучшает транспортабельность бурения, она широко используется при авиадесантных сейсмоработах.
Гидромониторное погружение зарядов может найти применение при дноуглубительных и других работах, связанных со взрывами в рыхлых породах.
Принцип гидромониторного погружения можно использовать также для радиометрических наблюдений.
Некоторые особенности имеют и топографические работы при речной сейсморазведке.
Высотная привязка пунктов наблюдений производится интерполяцией урезов реки, снятых по карте с точностью ±10 м. При необходимости вводится поправка за уровень стояния воды по наблюдениям государственных водомерных постов. Наблюдения проводятся на поверхности воды, имеющей незначительный уклон, и превышения между соседними точками очень малы.
Плановая привязка пунктов наблюдений производится по топографическим картам масштаба 1:100000. Твердые ситуационные опознаки берутся по этим картам с интервалом 5- 8 км.
На опознанный пункт составляется абрис, пункт закрепляется столбом с крестовиной и маркировкой. Точки геофизических наблюдений (пункты взрывов) разбиваются между опознаками двумя способами.
1. Однократный промер шнуром по берегу с выставлением вех на точках, соответствующих пунктам взрывов.
2. Промер по реке непосредственно боном - совмещение конца рабочей части бона с буем или вехой, выставленными против соответствующей точки предыдущей установки бона.
В обоих случаях данные промера между опознаками контролируются длиной линии, снятой с карты. Второй способ менее трудоемок и в то же время обеспечивает достаточную точность работ.
Следует отметить, что за 2 года (1957-1958) производственных работ Тюменским геологическим управлением выполнено речной методикой 3750 пог. км сейсмических профилей. Фактически затрачено на эти работы 10 037 тыс. руб.
Таким образом, стоимость 1 пог. км составляет около 2650 руб., что в 2- 2,5 раза меньше стоимости 1 пог. км наземного сейсморазведочного профиля, выполненного в тех же по трудности районах.
За этот период на речных работах отработано 8 отрядо-сезонов со средней продолжительностью сезона полевых работ 4 месяца. Средняя производительность на 1 приборо-месяц составляет более 100 пог. км. Учитывая частично двухсменную работу, средняя производительность составляет 75 пог. км на 1 приборо-смену, т. е. почти в 2 раза выше производительности наземных работ. При работе на малых реках с длиной бона 300 м производительность, естественно, будет ниже.
Следует отметить высокий уровень механизации всех работ. Общая численность речной сейсморазведочной партии при двухсменной работе не превышает 60 человек.
Тюменское территориальное геологическое управление
Рис. 2. Схема расположения речного профиля и сейсмогеологический разрез по р. Конда.
1 - отражающий горизонт; 2 - поверхность фундамента; 3 - поисково-разведочные скважины.
Рис. 3. Гидромониторный бур.
1- нагнетательный шланг, d = 42/69; 2 - обсадная труба, d =127; 3 - буровая штанга, d = 50/42; 4 - гидромониторная насадка, d - 60/22 (внутренняя поверхность шлифуется); 5 – соединительная муфта буровых штанг, d = 60/47; 6 - обжимной хомут, d=60.