Способ магнитных вариаций
Изобретение относится к области магниторазведки и может быть использовано для обнаружения, нанесения на карту и оценки спектрально магнитоактивных месторождений, например залежей углеводородов или руды. Сущность: измеряют изменяющиеся с течением времени аномальные магнитные поля (2), существующие во взаимодействии со спектрально магнитоактивными породными массивами (1), на/над поверхностью (8) земли в виде переменных сигнала и/или поля в хотя бы одном направлении трехмерного пространства. Измеренные данные временного ряда, зафиксированные для каждого положения измерений в области исследований, преобразуют путем обработки (в частности спектрального анализа) в показатели спектральной плотности мощности в диапазоне частот 0,01-100 Гц. На основании полученных данных определяют по меньшей мере один спектральный атрибут (6), в частности мощность. Распознают наличие и отсутствие под землей спектрально магнитоактивных породных массивов путем сравнения значений переменных атрибутов, приведенных к эталонному значению (7), со стандартным эталонным значением. Технический результат: обнаружение, нанесение на карту и оценка спектрально магнитоактивных месторождений; оптимизация работ по освоению месторождений. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к способу магнитных вариаций для обнаружения, нанесения на карту и оценки спектрально магнитоактивных подземных месторождений.
На предшествующем уровне техники известен способ магнитных вариаций, который не предусматривает использования источников сигнала с активным управлением, а использует пассивный прием постоянно присутствующих и изменяющихся с течением времени магнитных полей (Simpson, F. & Bahr, К.: Practical Magnetotellurics, с.182, Cambridge University Press, 2005). Согласно традиционным способам эти магнитные поля создаются под действием внешних индукционных эффектов в ионосфере и магнитосфере. Кроме того, известные способы предназначены для определения возникающих в результате горизонтальных градиентов электрической проводимости, однако не позволяют обнаруживать спектрально магнитоактивные подземные месторождения.
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ магнитных вариаций вышеупомянутого типа, позволяющий определять местонахождение спектрально магнитоактивных подземных месторождений, в частности залежей углеводородов и скоплений руды, и основанный преимущественно на использовании полей, геогенетически возникающих под землей.
Указанная цель достигается благодаря отличительным признакам пункта 1 формулы настоящего изобретения.
Зависимые пункты формулы изобретения представляют собой дополнительные усовершенствования предложенного решения.
Согласно предложенному способу магнитных вариаций для обнаружения, нанесения на карту и оценки спектрально магнитоактивных подземных месторождений выполняют измерение изменяющихся с течением времени аномальных магнитных полей, существующих во взаимодействии с такими породными массивами, в зависимости от положения и времени в области исследования на или над поверхностью земли; в виде переменных сигнала и/или поля в по меньшей мере одном направлении трехмерного пространства; измеренные данные временного ряда, зафиксированные для каждого положения измерений, преобразуют путем обработки (в частности спектрального анализа) в показатели спектральной плотности мощности в диапазоне частот 0,01-100 Гц, исходя из чего определяют по меньшей мере один спектральный атрибут, в частности мощность, и выполняют распознание наличия и отсутствия под землей спектрально магнитоактивных породных массивов путем сравнения значений переменных атрибутов, приведенных к эталонному значению, со стандартным эталонным значением.
Под спектрально магнитоактивными подземными месторождениями подразумеваются, например, залежи углеводородов (нефти, природного газа) или руды. В настоящее время используется тот факт, что по сравнению с породами, не содержащими углеводородов и/или руды, указанные месторождения обладают аномальными спектральными магнитными свойствами. Указанные свойства могут быть измерены, благодаря чему соответствующие подземные месторождения могут быть идентифицированы и нанесены на карту. Такие измерения, осуществляемые в области исследований над поверхностью земли, могут, например, производиться с помощью вертолета; соответственно, область исследований может быть также весьма обширной и/или труднодоступной, но при этом такие измерения по-прежнему могут оставаться оправданными с экономической точки зрения. В контексте данного изобретения выражение «на поверхности земли или над поверхностью земли» также включает дно водоема, например озера или моря; иными словами, указанные измерения в области исследований могут производиться как на дне какого-либо водоема, так и на поверхности земли или над поверхностью земли.
Предложенный способ позволяет определять наличие подземных пластов-коллекторов, содержащих углеводороды, а также нефте- и газоносных пластов, наносить на карту распределение указанных пластов, получать качественные показатели их потенциальной продуктивности по углеводородам, а также осуществлять повременной контроль на этапах освоения месторождения и добычи.
Преимущество данного способа заключается, в частности, в возможности непосредственного определения подземных скоплений нефти и природного газа и выбора удельной продуктивности по этим ресурсам в качестве дополнительного критерия оценки. Такие результаты дают возможность значительно повысить экономическую рентабельность разведки месторождений, поскольку, помимо всего прочего, позволяют точнее определять место бурения глубоких скважин и избегать неудачных скважин. Кроме того, контрольные измерения позволяют оптимизировать эксплуатацию месторождений углеводородов.
Также данный способ позволяет определять горные области со скоплениями руды, наносить на карту их распределение и получать качественные показатели возможной концентрации руды.
Преимущество данного способа заключается, в частности, в возможности непосредственного определения подземных скоплений руды и выбора их удельной концентрации в качестве дополнительного критерия оценки. Такие результаты дают возможность значительно повысить экономическую рентабельность разведки месторождений, поскольку, помимо всего прочего, позволяют точнее определять место бурения разведочных скважин и избегать неудачных скважин. Кроме того, это позволяет оптимальным образом планировать работы по освоению месторождения, например компоновку горнодобывающих сооружений.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения измерения магнитных вариаций производятся синхронно по меньшей мере в двух положениях измерений. Такие синхронизированные измерения могут осуществляться в двух положениях, расположенных рядом друг с другом или одна над другой. Например, два вертолета, оборудованные соответствующими измерительными устройствами, могут лететь приблизительно перпендикулярными курсами и производить измерения, например, в положениях, расположенных на расстоянии около 10-500 м друг от друга, предпочтительно с интервалом 100-350 м. Такие градиентные измерения могут использоваться для определения распределения подземных пластов-коллекторов, содержащих углеводороды, а также нефте- и газоносных пластов по глубине. Также в положении измерений могут производиться синхронные измерения по разным направлениям трехмерного пространства.
Для измерения неравномерного электромагнитного поля может применяться магнитометр, используемый одним из известных способов. Кроме того, можно заземлить пару электродов и определить разность потенциалов между этими электродами с тем, чтобы измерить электрическую составляющую изменяющегося с течением времени магнитного поля с помощью датчика электрического поля.
Совершенно очевидно, что упомянутые выше и описанные ниже отличительные признаки могут использоваться не только в описанном сочетании, но и в других сочетаниях. Объем настоящего изобретения определяется лишь формулой изобретения.
Более подробно настоящее изобретение описано ниже, на примере одного из вариантов его осуществления и со ссылкой на сопутствующие чертежи, где:
на фиг.1 представлены профилированное сечение и график, иллюстрирующие измерение и результат согласно предложенному способу;
фиг.2 представляет собой диаграмму двух частотных спектров;
фиг.3 представляет собой контурное изображения граничной области нефтяного месторождения.
Согласно фиг.1, измерение изменяющихся с течением времени магнитных полей, создаваемых подземным месторождением углеводородов и обозначенных стрелками 2, выполняют в зависимости от времени на отдельных станциях приема (положениях измерений) на поверхности 8 земли в виде сигналов напряжения с помощью традиционных магнитометров 3 и устройств 4 сбора данных. Последующая обработка 5 данных осуществляется с помощью компьютера на основе вычислительных методов спектрального анализа; при этом данные спектральной плотности мощности получают для каждого положения измерений на основе замеренных данных временного ряда в зависимости от частоты для диапазона 0,01-100 Гц (фиг.2). Исходя из этих данных могут быть рассчитаны значения переменной по меньшей мере одного спектрального атрибута 6, в частности мощности.
Устройство для использования предложенного способа содержит по меньшей мере один магнитометр 3 или два электрода и по меньшей мере одно устройство 4 сбора данных, которые подключены к вычислительному устройству для оценки полученных данных.
На фиг.2 изображены два типичных частотных спектра плотности мощности, полученных для измерений магнитных вариаций. Кривая, обозначенная пунктирной линией 9, представляет результат измерений, полученный приемной станцией в точке, где углеводородов нет, а кривая, обозначенная сплошной линией 10, представляет результат измерений, полученный приемной станцией в точке подземного скопления углеводородов. Кривая наличия углеводородов отличается заметно большими значениями плотности мощности в определенном диапазоне частот, а кривая отсутствия углеводородов отличается стабильно низкими значениями по всему диапазону.
Приведенное на фиг.3 контурное изображение представляет область исследований с распределением изолиний нормализованного спектрального атрибута, определенным на основании результатов измерений магнитных вариаций. Эталонные измерения за пределами этой области, произведенные в положениях измерений на некотором расстоянии, отложенном перпендикулярно над поперечной границей известных залежей углеводородов, позволяют получить эталонное значение 7 атрибута (фиг.1), которое использовалось в качестве эталонного значения для нормализации соответствующих значений 6 переменной атрибута, полученных в данной области исследований. Расчет распределения нормализованных значений переменной атрибута позволяет получить профиль положения для изолинии 11 нормализованного эталонного значения, которая описывает линию постоянных значений атрибута, равных эталонному значению 7. Соответственно, нормализованные значения переменной, превышающие единицу, соответствуют зоне залежей углеводородов в области исследований, а значения, меньшие единицы, обозначают области, где подземные залежи углеводородов отсутствуют. Кроме того, нормализованные значения переменной атрибута служат основой для качественного определения продуктивности по углеводородам, иллюстрируемого относительными классами.
1. Способ магнитных вариаций для обнаружения, нанесения на карту и оценки спектрально магнитоактивных подземных месторождений, отличающийся тем, что
а) выполняют измерение изменяющихся с течением времени аномальных магнитных полей (2), существующих во взаимодействии со спектрально магнитоактивными породными массивами (1), в зависимости от положения и времени в области исследования на или над поверхностью (8) земли в виде переменных сигнала и/или поля в по меньшей мере одном направлении трехмерного пространства;
б) измеренные данные временного ряда, зафиксированные для каждого положения измерений в области исследования, преобразуют путем обработки (в частности спектрального анализа) в показатели спектральной плотности мощности в диапазоне частот 0,01-100 Гц, исходя из чего определяют по меньшей мере один спектральный атрибут (6), в частности мощность, и
в) выполняют распознание наличия и отсутствия под землей спектрально магнитоактивных породных массивов путем сравнения значений переменных атрибутов, приведенных к эталонному значению (7), со стандартным эталонным значением (11).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нормализованные значения переменной атрибута, полученные в зависимости от положения в области исследований, используют для определения их поперечного распределения, которое отображается в виде карты с изолиниями, в результате чего зоны со спектрально магнитоактивными подземными месторождениями разграничивают с точки зрения точности измерения на основе профиля положения для изолинии (11) нормализованного эталонного значения, который определяют путем расчета распределения и отображают в графической форме.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что спектрально магнитоактивные подземные месторождения представляют собой залежи углеводородов, где в качестве критерия для относительной оценки продуктивности по углеводородам используют нормализованные значения переменной по меньшей мере одного спектрального атрибута.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что спектрально магнитоактивные подземные месторождения представляют собой зоны скопления руды, где в качестве критерия для относительной оценки концентрации руды используют нормализованные значения переменной по меньшей мере одного спектрального атрибута.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения магнитных вариаций производят синхронно по меньшей мере в двух положениях измерений.
6. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что эталонные измерения, выполненные в по меньшей мере одном положении измерений над поперечной границей спектрально магнитоактивного подземного месторождения, используют для определения эталонного значения (7) по меньшей мере одного спектрального атрибута, которое используют в качестве эталонного значения для нормализации значений (6) переменной соответствующего атрибута, полученных в области исследований, и которое служит для определения нормализованного эталонного значения (11).
7. Устройство для использования способа по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один магнитометр (3) или два электрода и по меньшей мере одно устройство (4) сбора данных подключены к вычислительному устройству для оценки полученных данных.
