Способ изучения межскважинного пространства методом радиолокации
Владельцы патента RU 2382386:
Институт космофизических исследований и аэрономии СО РАН (RU)
Изобретение относится к скважинной разведочной геофизике, в частности для изучения межскважинного пространства при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, в том числе кимберлитовых трубок при малом углублении поисковых скважин во вмещающие породы. Сущность: помещают в каждую из двух соседних скважин электрические диполи и магнитные датчики, в качестве которых используют магнитометры на основе эффекта Джозефсона. Из скважин поочередно излучают последовательность идентичных импульсов электрического поля заданной длительности и скважности. Регистрируют магнитометрами на основе эффекта Джозефсона две ортогональные компоненты перпендикулярной скважине магнитной составляющей прямого импульса и импульсов, отраженных от неоднородностей в изучаемой среде, время пробега прямого импульса до приемного устройства в наблюдательной скважине, для отраженных импульсов время пробега от излучателя до отражающей границы и обратно, их амплитуду, форму и фазу. Технический результат: увеличение объема изучаемого пространства, надежное определение существования, местоположения и примерных размеров рудного тела в ячейке сети поисковых скважин и возможность обнаружения рудных тел, незначительно отличающихся от вмещающих пород по комплексу электромагнитных свойств. 2 ил.
Изобретение относится к скважинной разведочной геофизике, в частности для изучения межскважинного пространства при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых, в том числе кимберлитовых трубок при малом заглублении поисковых скважин во вмещающие породы.
Известен способ радиопросвечивания межскважинного пространства, предусматривающий непрерывное излучение высокочастотного электрического поля электрическим диполем в одной скважине и измерение интенсивности прямого сигнала в наблюдательной скважине с помощью электрического диполя или магнитной рамки при перемещении излучающего и приемного устройств по стволам скважин одновременно или поочередно с заданным шагом между точками наблюдений [1]. Прототип.
Недостатками этого способа являются относительно малый объем изучаемого пространства, возможность обнаружения рудных тел лишь на линии между скважинами при необходимости большого различия рудных тел от вмещающих пород по электрическим свойствам и потому довольно большая вероятность пропуска рудных тел, трудность определения местоположения рудных тел и их размеров, возможного лишь при весьма благоприятных условиях, включающих свободу маневра взаимным расположением излучающего и приемного устройств вследствие значительного углубления поисковой скважины во вмещающие породы.
Техническая задача: определение местоположения кимберлитовой трубки в межскважинном пространстве при малом углублении (50 м) поисковых скважин во вмещающие породы.
Технический результат: определение существования и местоположения кимберлитовой трубки в обширной области вне линии, соединяющей скважины и на ее продолжении при условии, что максимальная дальность обнаружения трубки больше или равна расстоянию между скважинами, и надежное определение существования, местоположения и примерных размеров кимберлитовой трубки в плоскости исследования в пределах квадратной ячейки сети поисковых скважин и в обширной области вне ее.
Предлагается способ изучения межскважинного пространства с помощью электрического поля высокой частоты, включающий использование электрического диполя в составе излучающего устройства и магнитного датчика в составе приемного устройства, заключающийся в том, что электрические диполи и магнитные датчики, в качестве которых используют магнитометры на основе эффекта Джозефсона, помещают в каждую из двух соседних скважин, из которых поочередно излучают последовательность идентичных импульсов электрического поля заданной длительности и скважности и регистрируют магнитометрами на основе эффекта Джозефсона две ортогональные компоненты перпендикулярной скважине магнитной составляющей прямого импульса и импульсов, отраженных от неоднородностей в изучаемой среде, время пробега прямого импульса до приемного устройства в наблюдательной скважине, для отраженных импульсов время пробега от излучателя до отражающей границы и обратно, их амплитуду, форму и фазу.
Введенный в формулу изобретения такой существенный признак как излучение импульсов электрического поля позволяет многократно увеличить мощность сигналов и отсюда объем изучаемого пространства.
Введенный в формулу изобретения такой существенный признак, как измерение времени пробега импульса до отражающей границы и обратно, позволяет оценить удаление рудного тела от каждой из скважин и отсюда его местоположение в области по обе стороны и вне соединяющей их линии, равно как на ее продолжении в обе стороны, и мощность, как и в случае, если сигналы одного из излучателей или обоих, отраженные от ближней и дальней границ рудного тела, разрешаются, т.е. разделяются во времени.
Введенный в формулу изобретения такой существенный признак, как регистрация магнитной составляющей отраженного сигнала, позволяет значительно, в несколько раз, увеличить энергетической потенциал радиолокационной установки за счет использования высокочувствительных современных магнитометров как датчиков, в частности магнитометров на основе эффекта Джозефсона, и тем самым почти на порядок, при прочих равных условиях, увеличить объем изучаемого межскважинного пространства или обнаруживать границу раздела сред, незначительно отличающихся по своим электромагнитным свойствам (импедансу).
Введенный в формулу изобретения такой существенный признак, как регистрация двух ортогональных компонент магнитной составляющей отраженного импульса, обеспечивает надежность его регистрации и определение линии, на которой находится рудное тело, что имеет значение при его расположении вне досягаемости из одной из скважин.
Способ поясняется чертежами, на которых показаны: на фиг.1 - область, заштрихованная, в пределах которой возможно обнаружение кимберлитовой трубки, определение ее местоположения и, при благоприятных обстоятельствах, ее линейных размеров; вне ее, в пределах кругов с радиусом, равным максимальной дальности возможного обнаружения кимберлитовых трубок, кимберлитовую трубку на прямой С'С'', но без указания в какой ее части: АС' или АС''; на фиг.2 - в темной заштрихованной области возможно как обнаружение кимберлитовой трубки, так и определение ее местоположения и, возможно, размеров по наблюдениям из 2-4 скважин при условии АВ≤Lk; то же самое в более светлой заштрихованной области - по наблюдениям из одиночной скважины. Условные обозначения, принятые на чертежах: окружности проведены с радиусами, равными максимальной дальности возможного обнаружения кимберлитовых трубок; А, В, С и D - скважины. Прочее пояснено выше.
Способ осуществляется следующим образом.
Излучающие электрические диполи помещаются в обе скважины. Магнитные датчики, использующие современные высокочувствительные магнитометры, например на основе эффекта Джозефсона, для измерения двух ортогональных компонент горизонтальной (перпендикулярной скважине в общем случае) магнитной составляющей прямого и/или отраженного импульса также размещают в обеих скважинах. В процессе работы излучающая антенна и датчики приемного устройства одновременно перемещаются по стволу скважины с сохранением расстояния между ними, непрерывно или с остановками для измерений в соответствии с заданным по проекту шагом. Операция повторяется лишь с тем отличием, что работает, в свою очередь, излучатель во второй скважине. Излучающее устройство вырабатывает последовательность практически идентичных (это зависит от вмещающих скважину пород) электрических импульсов заданной длительности и скважности, а приемное устройство надежно, благодаря использованию двух ортогональных датчиков, фиксирует наличие прямого во второй, наблюдательной, скважине импульса и/или отраженного (отраженных) импульса (импульсов) в первой, исходной, скважине, время их прихода относительно момента излучения, амплитуду, форму и фазу. Возможны следующие варианты: 1) отраженные сигналы отсутствуют, а прямой сигнал приходит в наблюдательную скважину без аномально большого ослабления и, стало быть, межскважинное пространство в пределах исследуемой его части однородно; 2) фиксируется отраженный сигнал в одной из скважин или в обеих при расстоянии между ними меньше максимальной дальности возможного обнаружения кимберлитовой трубки при имеющих место свойствах изучаемых сред (фиг.1). Тогда определяется не просто наличие поглощающего объекта между скважинами - предположительно кимберлитовой трубки: в заштрихованной области определяется ее местоположение по наблюдениям из обеих скважин, а внутри кругов вне ее по наблюдениям из одной скважины; 3) помимо указанного в п.2 фиксируются два разделенных во времени (разрешенных) отраженных сигнала в одной или обеих скважинах, что позволяет определить местоположение рудного тела и его мощность; 4) межскважинное просвечивание применяется из скважин, расположенных по регулярной сети ортогональных профилей, как правило в вершинах образуемых ими квадратов. Поэтому важно оценить оптимальное расстояние между скважинами - из двух условий: сеть скважин должна быть редкой; возможность пропуска кимберлитовой трубки должна быть исключена. Рассмотрим самый неблагоприятный случай: трубка находится в центре квадрата и размеры ее малы в той мере, что отражающая поверхность равна или несколько больше половины зоны Френеля. Для ее обнаружения расстояние от скважины до центра квадрата (ближняя поверхность трубки будет ближе на величину радиуса трубки, но здесь мы этим пренебрежем, что создаст некоторый запас прочности) должно быть равно или меньше Lк - наибольшей дальности обнаружения трубки по отраженному сигналу. Тогда расстояние между скважинами L0 для надежного обнаружения трубки в квадрате наблюдениями одновременно из 2-4 скважин должно быть равно 2LкCos450=l,4Lк. Оптимально принять расстояние между скважинами равным Lк. Тогда, при разрежении традиционной сети поисковых скважин более чем вдвое, во всей области возможного обнаружения кимберлитовой трубки никакой неопределенности в определении ее существования и местоположения не остается (фиг.2). Отсюда возникает возможность координировать бурение и операции в скважинах, по мере их ввода, с помощью радиолокации, решая две задачи: найти кимберлитовую трубку быстрее и сохранить регулярность сети поисковых скважин для исключения пропуска кимберлитовых трубок.
Преимущества предлагаемого способа:
- значительное, вдвое и более, разрежение сети поисковых скважин; определение местоположения рудного тела в обширной области по обе стороны соединяющей скважины линии и на ее продолжении в обе стороны при условии Lк≥АВ;
- возможность при указанном выше условии в квадратной ячейке сети поисковых скважин и в обширной области вне ее надежно, без пропуска рудных тел, определять их существование, местоположение и примерные размеры;
- возможность, при прочих равных условиях, обнаруживать рудные тела, незначительно различающиеся по комплексу электромагнитных свойств от вмещающих их сред, например только по магнитной проницаемости.
Подписи к фигурам
Фиг.1. Окружности определяют максимальную дальность возможного обнаружения кимберлитовой трубки импульсной радиолокацией из скважин А и В с определением ее положения. В заштрихованной области возможно как обнаружение кимберлитовой трубки, так и определение ее местоположения по наблюдениям из обеих скважин.
Фиг.2. В темной заштрихованной области возможно как обнаружение кимберлитовой трубки, так и определение ее местоположения по наблюдениям из 2-4 скважин при условии AB≤Lk; то же самое в более светлой заштрихованной области - по наблюдениям из одиночной скважины.
Источники информации
1. Справочник геофизика. Электроразведка. М.: Недра, 1980. С.298-299; 302-309.
Способ изучения межскважинного пространства с помощью электрического поля высокой частоты, включающий использование электрического диполя в составе излучающего устройства и магнитного датчика в составе приемного устройства, отличающийся тем, что электрические диполи и магнитные датчики, в качестве которых используют магнитометры на основе эффекта Джозефсона, помещают в каждую из двух соседних скважин, из которых поочередно излучают последовательность идентичных импульсов электрического поля заданной длительности и скважности и регистрируют магнитометрами на основе эффекта Джозефсона две ортогональные компоненты перпендикулярной скважине магнитной составляющей прямого импульса и импульсов, отраженных от неоднородностей в изучаемой среде, время пробега прямого импульса до приемного устройства в наблюдательной скважине, для отраженных импульсов время пробега от излучателя до отражающей границы и обратно, их амплитуду, форму и фазу.
