Способ геоэлектроразведки

Изобретение относится к электроразведочным исследованиям - зондирование методом переходных процессов, входящих в область импульсных индуктивных методов электроразведки. Технический результат: повышение информативности сигнала в процессе выделения слабоконтрастных особенностей строения разреза при снижении трудозатрат на проведение измерений. Сущность: способ основан на измерениях ЭДС переходных процессов в незаземленных совмещенных квадратных контурах разных размеров, определяемых в зависимости от глубины исследования с последующим определением индукционных и поляризационных параметров исследуемого разреза горных пород. Совмещенные контуры выбирают двух размеров: L₁ - большего размера и L₂ - меньшего размера, и измерения осуществляют в микромиллисекундном интервале времени, одинаковом для каждого размера контуров. Результаты измерений ЭДС с контура большего размера пересчитывают к контуру меньшего размера. Значения ЭДС, полученные в результате пересчета, сравнивают с измеренными значениями ЭДС, полученными с контура меньшего размера. При совпадении указанных сигналов делают вывод об отсутствии индукционно вызванной поляризации. При отсутствии совпадения указанных сигналов делают вывод о наличии вызванной поляризации. 1 ил.

 

Изобретение относится к электроразведочным исследованиям - зондирование методом переходных процессов, входящих в область импульсных индуктивных методов электроразведки, применяемых при решении различных задач геоэлектрики: инженерных, структурных, экологических, поисковых, в том числе нефтегазопоисковых и разведочных задач.

Известен способ геоэлектроразведки, в котором осуществляется количественное разделение эффектов электромагнитной индукции и вызванной поляризации (Пат. РФ №2399931, приор. 23.10.2008, опубл. 20.09.2010). В этом способе измеряют процесс становления поля над поляризующейся средой дипольно-осевой установкой при пропускании импульсов тока. Формируют несколько функций так, что они по-разному зависят от полей электромагнитной индукции и вызванной поляризации. Одну из этих функций формируют так, чтобы повысить соотношение электромагнитной индукции и вызванной поляризации по сравнению с DU(t)=ΔU(t)/ΔU₀, где ΔU₀ - разность потенциалов ΔU, измеренная во время пропускания тока. Вторую из функций формируют так, чтобы понизить указанное соотношение по сравнению с DU(t). Третью из функций формируют как комбинацию временных и пространственных производных поля становления. Осуществляют инверсию одновременно для всех функций, включая DU(t), полученных в одной точке записи. Получают геоэлектрическую модель разреза среды. В полученной модели обнуляют поляризуемость для всех слоев и путем решения прямой задачи рассчитывают поле электромагнитной индукции. В той же модели обнуляют волновые числа и путем решения прямой задачи рассчитывают поле гальванической составляющей вызванной поляризации IP. Оценивают изменение гальванической составляющей по площади и осуществляют ее геологическую интерпретацию.

Этот способ характеризуется возможностью формирования в процессе измерений функций, по-разному зависящих от полей электромагнитной индукции и вызванной поляризации, и в процессе инверсии этих функций получают геоэлектрическую модель среды. При этом поле вызванной поляризации вызывается гальваническим способом, что делает практически невозможным проведение измерений в зимнее время.

Недостатком предложенного способа является возможность выделения эффектов вызванной поляризации только на поздних стадиях становления поля, то есть в миллисекундном-секундном диапазоне. Этот диапазон не соответствует электродинамическим процессам над нефтяными залежами в осадочных породах, которые оканчиваются в миллисекундном диапазоне времени. С другой стороны регистрируемая вызванная поляризация является в самой поздней стадии эффектом от суммарной поляризации всех вызванных поляризаций от залежей на всех этажах. Поэтому по таким измерениям нельзя определить поляризацию залежей на каждом вышележащем стратиграфическом этаже.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ электроразведки по авт. св. 1125579 (приор. 10.02.1983, опубл. 23.11.1984). Способ основан на измерениях ЭДС переходных процессов в незаземленных контурах и предусматривает повторение измерений при заданных размерах незаземленных контуров, по результатам измерений определяют параметры электропроводности и поляризуемости горных пород. Для повышения точности определения исследуемых свойств, первое измерение проводят с незаземленным контуром, размер которого выбирают в пределах от 0,1 до 1,0 требуемой глубины исследования, определяют наличие или отсутствие изменений знака производной сигнала, затем при смене знака производной повторяют измерения, увеличивая каждый раз размер незаземленного контура в 2-5 раза до тех пор, пока при очередном размере незаземленного контура смены знака производной не будет, а при отсутствии смены знака производной при первоначальном размере незаземленного L контура производят повторные измерения с уменьшением размеров незаземленного контура каждый раз в 1,5-2 раза до тех пор, пока на переходном процессе не будет зафиксирована смена знака производной.

Недостатками данной методики являются большие трудозатраты, связанные с тем, что для выявления поляризационных процессов требуется проводить измерения с несколькими размерами установок, уменьшающимися в 1,5-2 раза до тех пор, пока на переходном процессе не будет зафиксирована смена знака производной сигнала. При этом нет необходимости добиваться смены знака производной, достаточно установить наличие немонотонности в спаде первой производной сигнала и последующих производных.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого изобретения, заключается в повышении информативности сигнала в процессе выделения слабоконтрастных особенностей строения разреза при снижении трудозатрат на проведение измерений.

Указанная задача решается тем, что в способе геоэлектроразведки, основанном на измерениях ЭДС переходных процессов в незаземленных совмещенных квадратных контурах (приемно-генераторных петлях) разных размеров, определяемых в зависимости от глубины исследования, последующее определение индукционных параметров исследуемого разреза (удельной электропроводности, продольной проводимости и мощности слоя горных пород) и поляризационных параметров, в отличие от прототипа, совмещенные контуры выбирают двух размеров: L₁ - большего размера и L₂ - меньшего размера, и измерения осуществляют в микро-милиссекундном интервале времени, одинаковом для каждого размера контуров. Результаты измерений ЭДС с контура большего размера пересчитывают к контуру меньшего размера по формуле:

$${\text{Z}}_{\text{L2}}={\text{Z}}_{\text{L1}}\frac{\text{F}\left(\raisebox{1ex}{${\text{L}}_{\text{1}}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${\text{L}}_{\text{2}}$}\right.\cdot {\text{k}}_{\text{1}}\right)}{\text{F}\left({\text{k}}_{\text{1}}\right)}\left(\text{1}\right)$$

где Z_L1 - сигнал ЭДС контура большего размера, B/A,

Z_L2 - сигнал ЭДС контура меньшего размера, B/A,

L₁ - сторона контура большего размера, м,

L₂ - сторона контура меньшего размера, м,

k - безразмерный параметр, изменяющийся от 0 до бесконечности.

Значения ЭДС, полученные по формуле (1), сравнивают с измеренными значениями ЭДС, полученными с контура меньшего размера, при совпадении указанных сигналов делают вывод об отсутствии индукционно вызванной поляризации, а при отсутствии совпадения указанных сигналов делают вывод о наличии этой поляризации.

На фигуре показаны результаты приведения измеренных сигналов ЭДС к одному размеру контуров над плоскослоистым нефтеносным разрезом:

1 - приведенные значения ЭДС с большей петли L₁ контура к меньшей петле L₂,

2 - измеренные значения с петли L₂.

Способ осуществляют следующим образом.

В генераторную петлю посылают питающий ток в импульсном режиме, который создает первичное электромагнитное поле и после выключения тока в паузах между импульсами измеряют вторичные электромагнитные поля, принимаемые приемной петлей в очень малые микро-миллисекундные интервалы времени. Интервал времени выбирают от 2 мкс до 500 мс. Совмещенные петли перемещают по профилю и в каждом пункте регистрируют переходный процесс - зависимость ЭДС от времени при различных временах задержек измерительной аппаратуры. При дальнейших расчетах величину ЭДС нормируют на величину питающего тока в генераторном контуре.

Регистрируемый сигнал ЭДС является суммарным процессом от чисто индукционного процесса спада, связанного с электродинамическими процессами в среде и поляризационного процесса, вызванного вторичными индукционными токами. Для выявления поляризационных процессов в исследуемом процессе спада ЭДС достаточно провести измерения совмещенными контурами двух размеров - L₁, L₂. Размеры контуров определяются требуемой глубиной исследования. Основными необходимыми условиями для измерений являются: использование одного временного диапазона при измерениях с разными размерами совмещенных контуров, измерения с контуром большего размера L₁ выполняются в пределах меньшего контура L₂.

При использовании такой технологии измерений процесс спада ЭДС можно разделить на индукционную и поляризационную составляющие. Результаты измерений ЭДС с контура большего размера приводят, т.е. пересчитывают к контуру меньшего размера по аналитической формуле

$${\text{Z}}_{\text{L2}}={\text{Z}}_{\text{L1}}\frac{\text{F}\left(\raisebox{1ex}{${\text{L}}_{\text{1}}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${\text{L}}_{\text{2}}$}\right.\cdot \text{k}\right)}{\text{F}\left(\text{k}\right)}\text{,}\left(\text{1}\right)$$

где Z_L1 - сигнал ЭДС контура большего размера, B/A,

Z_L2 - сигнал ЭДС контура меньшего размера, B/A,

L₁ - сторона контура большего размера, м,

L₂ - сторона контура меньшего размера, м.

Формула (1) получена из условий:

$${\text{k}}_{\text{1}}\left(\text{t}\right)=\frac{\text{2}}{{\text{L}}_{\text{1}}}\left[\text{h}\left(\text{t}\right)+\frac{\text{t}}{\text{μ}\cdot \text{S}}\right]$$ и $${\text{k}}_{\text{2}}=\frac{\text{2}}{{\text{L}}_{\text{2}}}\left(\text{h}\left(\text{t}\right)+\frac{\text{t}}{\text{μ}\cdot \text{S}}\right)$$

$$\frac{{\text{L}}_{\text{2}}\cdot {\text{k}}_{\text{2}}}{\text{2}}=\text{h}+\frac{\text{t}}{\text{μS}}$$ и $$\frac{{\text{L}}_{\text{1}}\cdot {\text{k}}_{\text{1}}}{\text{2}}=\text{h}+\frac{\text{t}}{\text{μS}}$$

$${\text{Z}}_{\text{L1}}=\frac{\text{F}\left({\text{k}}_{\text{1}}\right)}{\text{S}}$$ и $${\text{Z}}_{\text{L2}}=\frac{\text{F}\left({\text{k}}_{\text{2}}\right)}{\text{S}}$$

$${\text{Z}}_{\text{L2}}={\text{Z}}_{\text{L1}}\cdot \frac{\text{F}\left({\text{k}}_{\text{2}}\right)}{\text{F}\left({\text{k}}_{\text{1}}\right)}$$

где t - время регистрации в секундах (c) от момента выключения тока в квадратном контуре,

h(t) - расстояние от поверхности до проводящей плоскости, м;

S - продольная проводимость плоскости, эквивалентная разрезу по сигналу в момент времени t, расположенная на глубине h(t), См;

µ=4·π·10^-7 - магнитная проницаемость вакуума, Гн/м.

Безразмерный параметр к определяют из уравнения:

$$\varphi \left(\text{t}\right)=\varphi \left(\text{k}\right)\left(\text{2}\right)$$ ,

где $$\varphi \left(\text{t}\right)=-\text{μL}\frac{\text{Z'}\left(\text{t}\right)}{{\text{Z}}^{\text{2}}\left(\text{t}\right)}$$ , $$\varphi \left(\text{k}\right)=-\text{2}\frac{\text{F'}\left(\text{k}\right)}{{\text{F}}^{\text{2}}\left(\text{k}\right)}$$ ,

Z'(t)-производная по времени сигнала Z(t), B/(A·c);

F'(k) - производная функции F(k) по параметру k, безразмерная величина;

Z²(t) - величина Z(t) в квадрате (B/A)²;

F²(k) - безразмерная величина F(k) в квадрате;

µ=4·π·10^-7 - магнитная проницаемость вакуума, Гн/м.

F(k) рассчитывается по формуле:

$$\text{F}\left(\text{k}\right)=\frac{\text{4k}}{\text{π}}\left(-\frac{\text{1}}{\text{k}}+\frac{\text{1}}{\sqrt{{\text{k}}^{\text{2}}+\text{1}}}+\frac{\sqrt{\text{1}+{\text{k}}^{\text{2}}}}{{\text{k}}^{\text{2}}}-\frac{\sqrt{\text{2}+{\text{k}}^{\text{2}}}}{{\text{k}}^{\text{2}}+\text{1}}\right)\left(\text{3}\right)$$

Значения ЭДС, полученные по формуле (1), сравнивают с измеренными значениями ЭДС, полученными с приемной петли меньшего размера. При отсутствии индукционно вызванной поляризации, поскольку геоэлектрика для любых размеров контуров одинакова, то приведенные и измеренные сигналы будут совпадать, а при наличии поляризации - будут различаться. Таким образом определяют наличие влияния вызванной поляризации на индукционные переходные процессы.

Пример выполнения измерений представлен на прилагаемой фигуре, где 1 - приведенные значения сигнала Z(t) с установкой L=1000 м; 2 - измеренные значения сигнала с установкой L=500 м.

На фигуре видно, что в зоне времени от 32 до 106 мкс и в диапазоне от 154 до 5632 мкс наблюдаются несовпадения двух сигналов, что свидетельствует о влиянии вызванной поляризации в определенных интервалах. В остальных временных диапазонах сигналы (приведенный и измеренный) совпадают, что свидетельствует о том, что в них отсутствует влияние вызванной поляризации.

Таким образом, устанавливается наличие влияния вызванной поляризации в интервале регистрации электродинамических процессов (микро-миллисекундный интервал времени), связанной, в том числе, с нефтенасыщением.

Способ геоэлектроразведки, основанный на измерениях ЭДС переходных процессов в незаземленных совмещенных квадратных контурах разных размеров, определяемых в зависимости от глубины исследования, и включающий последующее определение индукционных и поляризационных параметров горных пород, отличающийся тем, что совмещенные квадратные контуры выбирают двух размеров: L₁ - большего размера и L₂ - меньшего размера, и измерения осуществляют в микро-милиссекундном интервале времени, одинаковом для каждого размера контуров, результаты измерений ЭДС с контура большего размера пересчитывают к контуру меньшего размера по формуле
$${\text{Z}}_{\text{L2}}={\text{Z}}_{\text{L1}}\frac{\text{F}\left(\raisebox{1ex}{${\text{L}}_{\text{1}}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{${\text{L}}_{\text{2}}$}\right.\cdot \text{k}\right)}{\text{F}\left(\text{k}\right)},\left(\text{1}\right)$$
где Z_L1 - сигнал ЭДС контура большего размера, B/A;
Z_L2 - сигнал ЭДС контура меньшего размера, B/A;
L₁ - сторона контура большего размера, м;
L₂ - сторона контура меньшего размера, м;
k - безразмерный параметр, изменяющийся от 0 до бесконечности,
далее значения ЭДС, полученные по формуле (1), сравнивают с измеренными значениями ЭДС, полученными с контура меньшего размера, и при совпадении указанных сигналов делают вывод об отсутствии индукционно вызванной поляризации, а при отсутствии совпадения указанных сигналов делают вывод о наличии этой поляризации.