СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ
GEOELECTRIC SURVEY METHOD

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.
0
0
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)/ΔU, где ΔU - 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.
1
2
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: L - большего размера и L - 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:
<mrow><msub><mtext>Z</mtext><mrow><mtext>L2</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mtext>Z</mtext><mrow><mtext>L1</mtext></mrow></msub><mfrac><mrow><mtext>F</mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mtext>L</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow><mrow><msub><mtext>L</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mtext>k</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mtext>F</mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mtext>k</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
L1
где Z - сигнал ЭДС контура большего размера, B/A,
L2
Z - сигнал ЭДС контура меньшего размера, B/A,
1
L - сторона контура большего размера, м,
2
L - 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
2
1 - приведенные значения ЭДС с большей петли L контура к меньшей петле L,
2
2 - измеренные значения с петли L.
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.
1
2
1
2
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 - L, L. 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 L выполняются в пределах меньшего контура L.
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
<mrow><msub><mtext>Z</mtext><mrow><mtext>L2</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mtext>Z</mtext><mrow><mtext>L1</mtext></mrow></msub><mfrac><mrow><mtext>F</mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac bevelled="true"><mrow><msub><mtext>L</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow><mrow><msub><mtext>L</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mtext>k</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mtext>F</mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>k</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mtext>,</mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
L1
где Z - сигнал ЭДС контура большего размера, B/A,
L2
Z - сигнал ЭДС контура меньшего размера, B/A,
1
L - сторона контура большего размера, м,
2
L - сторона контура меньшего размера, м.
Формула (1) получена из условий:
<mrow><msub><mtext>k</mtext><mtext>1</mtext></msub><mrow><mo>(</mo><mtext>t</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mtext>2</mtext><mrow><msub><mtext>L</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><mtext>h</mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>t</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mtext>t</mtext><mrow><mtext>μ</mtext><mo>⋅</mo><mtext>S</mtext></mrow></mfrac></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mtext>k</mtext><mtext>2</mtext></msub><mo>=</mo><mfrac><mtext>2</mtext><mrow><msub><mtext>L</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>h</mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>t</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mtext>t</mtext><mrow><mtext>μ</mtext><mo>⋅</mo><mtext>S</mtext></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
и
<mrow><mfrac><mrow><msub><mtext>L</mtext><mtext>2</mtext></msub><mo>⋅</mo><msub><mtext>k</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow><mtext>2</mtext></mfrac><mo>=</mo><mtext>h</mtext><mo>+</mo><mfrac><mtext>t</mtext><mrow><mtext>μS</mtext></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><msub><mtext>L</mtext><mtext>1</mtext></msub><mo>⋅</mo><msub><mtext>k</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow><mtext>2</mtext></mfrac><mo>=</mo><mtext>h</mtext><mo>+</mo><mfrac><mtext>t</mtext><mrow><mtext>μS</mtext></mrow></mfrac></mrow>
и
<mrow><msub><mtext>Z</mtext><mrow><mtext>L1</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mtext>F</mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mtext>k</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mtext>S</mtext></mfrac></mrow>
<mrow><msub><mtext>Z</mtext><mrow><mtext>L2</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mtext>F</mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mtext>k</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mtext>S</mtext></mfrac></mrow>
и
<mrow><msub><mtext>Z</mtext><mrow><mtext>L2</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mtext>Z</mtext><mrow><mtext>L1</mtext></mrow></msub><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><mtext>F</mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mtext>k</mtext><mtext>2</mtext></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mtext>F</mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mtext>k</mtext><mtext>1</mtext></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
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;
-7
µ=4·π·10 - магнитная проницаемость вакуума, Гн/м.
Безразмерный параметр к определяют из уравнения:
<mrow><mi>ϕ</mi><mrow><mo>(</mo><mtext>t</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>ϕ</mi><mrow><mo>(</mo><mtext>k</mtext><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>2</mtext><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext></mrow>
,
<mrow><mi>ϕ</mi><mrow><mo>(</mo><mtext>t</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>−</mo><mtext>μL</mtext><mfrac><mrow><mtext>Z'</mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>t</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msup><mtext>Z</mtext><mtext>2</mtext></msup><mrow><mo>(</mo><mtext>t</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mi>ϕ</mi><mrow><mo>(</mo><mtext>k</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>−</mo><mtext>2</mtext><mfrac><mrow><mtext>F'</mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>k</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msup><mtext>F</mtext><mtext>2</mtext></msup><mrow><mo>(</mo><mtext>k</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>
где
,
,
Z'(t)-производная по времени сигнала Z(t), B/(A·c);
F'(k) - производная функции F(k) по параметру k, безразмерная величина;
2
2
Z(t) - величина Z(t) в квадрате (B/A);
2
F(k) - безразмерная величина F(k) в квадрате;
-7
µ=4·π·10 - магнитная проницаемость вакуума, Гн/м.
F(k) рассчитывается по формуле:
<mrow><mtext>F</mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>k</mtext><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mtext>4k</mtext></mrow><mtext>π</mtext></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mfrac><mtext>1</mtext><mtext>k</mtext></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mtext>1</mtext><mrow><msqrt><mrow><msup><mtext>k</mtext><mtext>2</mtext></msup><mo>+</mo><mtext>1</mtext></mrow></msqrt></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><mtext>1</mtext><mo>+</mo><msup><mtext>k</mtext><mtext>2</mtext></msup></mrow></msqrt></mrow><mrow><msup><mtext>k</mtext><mtext>2</mtext></msup></mrow></mfrac><mo>−</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><mtext>2</mtext><mo>+</mo><msup><mtext>k</mtext><mtext>2</mtext></msup></mrow></msqrt></mrow><mrow><msup><mtext>k</mtext><mtext>2</mtext></msup><mo>+</mo><mtext>1</mtext></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>3</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
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.