GEOLOGIJA .50, 423-434 (1987), Ljubljana j UDK 550.34.05=862 Kosa bušotina i mjerenje brzina Inclined borehole and velocity measurement Krešimir Stojanović Geološki zavod Ljubljana, Parmova 37, 61000 Ljubljana Sažetak U članku se razmatra kosa bušotina i njen utjecaj na točnost mjerenja brzina i vertikalno seizmičko profiliranje (V. S. P.)- Data su rješenja koja eliminiraju netočnosti proizašle iz nevertikalnosti bušotine a ujedno se daje i lista programa za kompjutorsko izračunavanje mjerenja brzina koje uzima u obzir i kosu bušo- tinu, te različite izvore signala. Dati su primjeri za tri slučaja mjerenja brzina u ovisnosti o azimutu pravca izvora i pravca dubinskog stajališta gdje je os vertikalne bušotine izhodište, te nagibu duboke bušotine. Abstract In the paper the inclination of borehole and its influence on accuracy of velocity measurement and vertical seismic profiling are considered. Solutions are given for elimination of inaccuracies owing to deviations from verticality, as well as listing of computer programs for calculation of velocity measurements which take into account also inclination of borehole and various sources of signal. Shown are examples for three cases of velocity measurements in dépendance of azimuth of source, of direction of depth standpoint with axis of vertical borehole as a reference, and of inclination of deep borehole. Uvod Za adekvatno prikazivanje seizmičkih mjerenja u vremenskoj domeni te pretvara- nje istih u dubinske odnose, potrebno je izvesti niz pomoćnih seizmičkih radova. Jedna od vrlo važnih pomoćnih seizmičkih metoda je i mjerenje brzina u dubokoj bušotini, te kao suvremeniji pristup tom problemu, upotreba računala, metoda V. S. P. - vertikalno seizmičko profiliranje. Prilikom takovih mjerenja dolazi do raznih anomalija koje se moraju eliminirati ili tehničkim postupkom ili matematičkim metodama koji korigiraju nepravilnost. U tehničke postupke spada upotreba geofona koji prijanja o stijenku bušotine i eliminira nailaske po prenosnom sistemu (kablu), bušenja pomoćnih bušotina do ispod rastrošne zone, registracija nailazaka prilikom spuštanja i dizanja geofona radi eliminacije eventualnog nasjedanja (zaglave) geofona, simetrično postavljanje izvora energije oko duboke bušotine radi eliminacije efekta anomalije zbog devijacije 424 Krešimir Stojanović Kosa bušotina Duboka bušotina koja nije vertikalna, a u pravilu ne postoji idealno vertikalna bušotina, naziva se kriva, kosa, dirigirana, usmjerena ili devijantna. Daljnja podjela naziva bušotina ide za tim da razlikujemo istražne i eksploatacione bušotine. Najve- ćim dijelom svjesno se usmjeravaju eksploatacione bušotine a manje istražne. Dok je kod prvih glavni uzrok eksploatacija i istraživanje okolnog područja stuba bušotine, istražne bušotine se usmjeravaju najčešće zbog nemogućnosti lociranja bušotine na površini (naselja, putevi, močvare i si.), pa se to ispravlja usmjeravanjem na zadane dubinske kote. Kose eksploatacione bušotine dobivaju uz naziv bušotine i dodatna grčka slova a, ß, Y, itd. pa se kose eksploatacione bušotine po tome i razlikuju od istražnih. Istražne bušotine su bez dodatnih oznaka, ali to nipošto ne znači da i one nisu kose ili usmjerene, a uzrok za nekontrolirano udaljavanje od vertikale je nagnutost podzem- nih slojeva, izvijanje teških sipki uslijed nepravilnog pritiska na dlijeto i različitost tvrdoće nabušenog materijala. Mjerenje brzina vrši se uglavnom u istražnim a samo iznimno i u eksploatacionim bušotinama. Sa nekoliko podataka ilustrirat će se vrijednosti nagiba i udaljenosti od vertikale kako bi se stekao uvid u neophodnost primjene korekcija zbog devijacije bušotine. Kod eksploatacionih bušotina udalje- nost dna bušotine od vertikale u ekstremnim slučajevima iznosi i 1200 m, dok je ta vrijednost kod istražnih do 400 m. Ekstremne vrijednosti nagiba kod eksploatacionih bušotina iznose od 50° do 60°, kod istražnih do 35°. Na slici 1 prikazan je tlocrt jedne bušotine obzirom na azimut pravca nekih stajališta u samom kanalu bušotine. Sa slike 1 je vidljivo da obzirom na azimut, smjer pojedinih stajališta može biti od 0° do 360°, te u kombinaciji sa dubinom zahtjeva prostorni (trodimenzionalni) pristup rješenju. Nadalje, vidljivo je da osim variranje horizontalne udaljenosti između stajališta mjerenja (geofona) i izvora signala (energije), a koje treba korigirati, postoji i druga anomalija koja proizlazi iz činjenice da duljina kanala bušotine do pojedinog stajali- šta je uvijek veća i ne može se poistovjetiti sa dubinom. Ukoliko je kanal bušotine spiralnog oblika kao na slici 1, tada je dubina još i manja. U praksi, smanjenje dubine je i do 150 m kod ekstremnih vrijednosti odklona. Udaljavanje kanala bušotine od vertikale istovjetno je kao da smo povećali horizontalnu udaljenost izvora signala na površini, te zajedno sa pogreškom dubine bušotine može se superponirati bilo sa negativnim ili pozitivnim predznakom. bušotine. Matematičkim metodama rješavamo nepravilnosti proizašle iz horizon- talne udaljenosti izvora energije od duboke bušotine, debljinu rastrošne zone, pretva- ranje duljine bušotine u vertikalnu dubinu, svođenje na referentni nivo i kose bušo- tine. Vrlo često zbog praktičnosti ili tehničkih nemogućnosti, nedostatka specijalne opreme ili nepristupačnosti oko same bušotine, tehničke postupke rješavamo mate- matičkim formulama. U ovom prikazivanju obradit će se utjecaj devijacije duboke bušotine na mjerenje brzina s osvrtom na V. S. P., zatim geometrijski model za eliminiranje utjecaja devijacije, te tehničko rješenje za eliminaciju jednog dijela nepravilnosti, čiji je uzrok devijacija bušotine. Kosa bušotina i mjerenje brzina 425 SI. 1. Horizontalna projekcija du- boke bušotine Fig. 1. Horizontal projection of deep borehole Korekcija devijacije bušotine Zbog devijacije bušotine dolazi do povećanja ili smanjenja horizontalne udaljeno- sti H između izvora signala i horizontalne projekcije D'gn, a koja inače služi za pretvaranje kosih vremena u vertikalna. Takova korekcija je proporcionalna horizon- talnoj udaljenosti a obrnuto proporcionalna dubini (Waters, 1981). Tehničko rješenje se sastoji u simetričnom izvoru signala, te se iz dva očitanja vremena t dobije srednje korigirano vrijeme obzirom na devijaciju bušotine (1) gdje je n = oznaka stajališta. Ovakova brza i jednostavna korekcija povećava točnost mjerenja i može se primjeniti za otklone do 100 m od osi. Međutim, u praksi je često nemoguće postaviti simetrično izvore signala, te se služimo prostornim modelom kao na slici 2. U tom modelu je azimut 0° identičan osi Y. Pojednostavljen prikaz slike 2 za izračunavanje horizontalne udaljenosti Hn je slika 3, iz koje proizlazi da je korigirana (stvarna) horizontalna udaljenost (Н,)2 ^ (Hn)2 + {dnf - 2-H„-d„-cosa„ a„ = 360 - (Yn - ßn). (2) (3) 426 Krešimir Stojanović SI. 2. Trodimenzionalni model kose bušotine Fig. 2. 3 D model of a deviated borehole Kosa bušotina i mjerenje brzina 427 Уп U SI. 3. Dvodimenzionalni model na X-Y ravninu Fig. 3. 2 D model on X-Y plane U - ušće duboke bušotine mouth of deep borehole Un - stajalište izvora signala (bušotina, vibratori i si.) signal source position (bor'ehole, vibrator etc.) ßn - azimut stajališta izvora signala u stupnjevima azimuth of the signal source location (degrees) Yn - azimut stajališta dubinskog geofona u stupnjevima azimuth of the deep geophon position (degrees) dn - udaljenost dubinskog geofona od vertikale (m) length between deep geophon and vertical axes (m) kn - nagib u mjernom stajalištu u stupnjevima angle in measured position (degrees) Dgn - duljina kanala bušotine do stajahšta (m) _ length of borehole channel to position (m) Dgn - stvarna dubina stajališta (m) real depth of the position (m) d'n - projekcija udaljenosti dn u ravnini xy length dn projecton on x-y plane n - oznaka stajališta ili reda izvođenja number of position Hn - horizontalna udaljenost izvora signala do ušća D.B. (m) horizontal length from deep borehole location to signal source position (m) Hn - horizontalna udaljenost projekcije dubinskog stajališta i izvora signala (m) horizontal length projection of deep position and of signal source (m) On - kut između dn i Hn (označen na slici 4) angle between dn and Hn (shown on Fig. 4) D'gn - projekcija dubinskog stajališta u ravnini ху projection of deep position on x-y plane 428 Krešimir Stojanović Korekcija dubine Prilikom spuštanja geofona na dubinsko stajalište u karotažnoj aparaturi se zapravo mjeri duljina kabla. Ukoliko je bušotina kosa ili spiralna kao na slici 1, znaci da duljina kabla ne odgovara i dubini i da je ona uvijek veća ili je jednaka dubini ako je kanal bušotine idealno vertikalan Dgn ^ Dgn. Da bi se odredila projekcija kosog kanala bušotine na okomicu, potrebno je poznavati nagib kanala i na kojoj duljini je taj nagib. Mjerenje nagiba kanala vrši se sa korakom od 25 m između mjernih stajališta, što je vrlo točan podatak za potrebe mjerenja brzina gdje su ti koraci veći u prosjeku cea 10 puta i više. Točnost mjerenja nagiba povećava se mjerenjem kroz bušaće šipke jer se izbjegavaju neravnine kanala bušotine. Prema slici 4 proizlazi da je Korekciju dubine možemo izračunati i iz podataka otklona »d« bušotine od vertikale. U slučaju velikih intervalnih razlika to će ponekad biti i jedini mogući način. Iz slike 4 proizlazi da je srednji nagib V. S. P. i kosa bušotina Vertikalno seizmičko profiliranje (V. S. P.) je vrlo slična metoda mjerenju brzina. Štoviše, istovremeno se dobivaju podaci i o refleksima i prvim nailascima tako da zapravo zajedno čine jedno mjerenje. U slučaju vertikalne bušotine, udaljenost izvora energije od bušotine određena je zahtjevom za dobivanjem refleksa te se udaljenost (offset) podešava obično prema dubini dna bušotine. Često su interes V. P. S.-a slojevi ispod dna bušotine te to određuje povećani offset. Obzirom da se V. P. S.-om mjere vremena refleksa koja su nešto veća od jednostrukih a znatno manja od dvostrukih vremena dobivenih seizmičkim mjerenjima, potrebna udaljenost (offset) u potpunosti zadovoljava kriterij za mjerenje brzina a taj je da offset bude što manji kako bi se dobila vertikalna (kosa) vremena (Galperin, 1974, Kenneth et al., 1980). U slučaju kose bušotine i mjerenja brzina izvor energije je potrebno locirati na polovini udaljenosti između bušotine i največjeg otklona dn te u smjeru devijacije. Ukoliko bi izvor energije ostao na mjestu, spuštanjem ili dizanjem dubinskog geofona smanjio bi se offset i ne bi se dobili reflektirani nailasci. Kosa bušotina i mjerenje brzina 429 SI. 4. Metoda srednjeg nagiba Fig. 4. An average angle method ksr - srednji nagib između dva mjerna stajališta average angle between two measured positions G, - intervalna duljina između dva mjerna stajališta _ interval length between two measured position Gi - korigirana intervalna duljina (dubinska razlika) corrected interval length U takvim slučajevima, ali i tada kada želimo proširiti snimljeno podzemlje, upotrebljavamo mjerenje V. S. P. sa više stajališta i to nazivamo V. S. P. s promjenji- vim off setom (izvorom). U takvim uslovima minimalni offset je određen kriterijem za mjerenje brzina a maksimalni s kriterijem optimalnih off seta za reflektirane nailaske. Napomenimo i to da programi za V. S. P. sadrže u sebi korekcije za kose bušotine pa se podaci za otklon i smjer koriste kao ulazni podaci. 430 Krešimir Stojanović Program za mjerenje brzina Program je tako koncipiran da je primenljiv na vertikalne bušotine, ali i na takove gdje se uzima deviacija. Nadalje, program uzima u obzir i vrste izvora dubinske (plitke bušotine) i površinske (vibratori, zračni i vodeni topovi itd.) a izra- čunava korekcije dubine i korekcije horizontalne udaljenosti. Koristi se srednji nagib bušotine ksr između stajališta. Listu programa, tabele 4, možemo podjeliti u 3 dijela. Od naredbe 10-260 ulazni podaci, 270-450 računanje i od 460 do 910 ispis rezultata. U tabelama 1, 2 i 3 data su tri primjera mjerenja brzina na jednoj lokaciji. U1. i 3. primjeru uzeti su u obzir podaci o nagibu bušotine »k«, udaljenosti od vertikale »d« i azimuti stajališta y i ß. Maksimalna udaljenost stajališta geofona je 270 m od vertikale a y = ß i y = 180° + ß. Iz tabela 1 i 3 je vidljivo da je zbog kose duljine kanala od 2155 m do 3047 m došlo do smanjenja dubine stajališta u odnosu na tabelu 2, ADgc = 3055-3011 = 44 m. Tabela 1. Rezultat sa у = 0°, d=t=0 Table 1. Result with y = 0°, аФО Kosa bušotina i mjerenje brzina 431 Tabela 2. Rezultat sa y = 0°, d = 0 Table 2. Result with y = 0°, d = O Ulazni podad Legenda za tab. 1, 2 i 3 Legend to Tabs. 1, 2 and 3 432 Krešimir Stojanović Najveća relativna pogreška dobije se za azimut y = ß, a ona u ovom slučaju iz- nosi Д Vo = 2943 - 2896 = 47 m po sekundi dubinskog presjeka. U slučaju gdje je kanal bušotine skrenut u suprotnom smjeru Y = 180 + ß relativna pogreška iznosi ДУо = 2943- -2929 = 14mpo sekundi dubinskog presjeka. Tabela 4. Ispis programa Table 4. Listing program Kosa bušotina i mjerenje brzina 433 Zaključci Utjecaj devijacije duboke bušotine nije konstantan parametar i varira od bušotine do bušotine. Nadalje, utjecaj netočnosti na determiniranje seizmičkih podataka i interpretaciju podzemlja veci je kod večih udaljavanja od vertikale, manjih brzina i manjih dubina, te kod spiralnih bušotina. Utjecaj azimuta je najveći ako su oba azimuta u istom smjeru te zbog toga i udaljenost izvora mora biti što manja odnosno kod V. S. P. metode poželjno je da izvor bude na polovici udaljenosti maksimalnog 434 Krešimir Stojanović Tabela 3. Rezultat sa y = 180°, d + 0 Table 3. Result with y = 180°, d + 0 Ulazni podaci otklona d i u smjerju otklona. Korekcija mjerenja brzina i V. S. P. obzirom na devijaciju bušotine je potreban postupak koji može povećati točnost prognoznih dubina a ujedno i omogućiti kvalitetniju interpretaciju podzemlja. Geofizičari seizmolozi moraju biti upoznati sa karakterom bušotine i obzirom da je svaka bušotina determinirana nagibom, azimutom i intervalom mjerenja, moguće je primjenom korekcija ispraviti utjecaj devijacije bušotine za mjerenje brzina i V. S. P. Literatura Galperin, E. J. 1974, Vertikal Seismic Profiling; SEG, Special Publication No. 12, Tulsa. Kenneth, P., Ireson, R. L. & Conn, P. J. 1980, Vertical Seismic Profiles: Their Application in Exploration Geophysics: Geophys. Prosp., Vol. 28, 676-699. Waters, H. K. 1981, Reflection Seizmology, 238-250, Toronto.