применения широкополосных электромагнитных измерений для определения свойств пласта-коллектора

Формула изобретения

1. Способ определения свойств пласта-коллектора, содержащий этапы, на которых:

i) возбуждают пласт-коллектор электромагнитным возбуждающим полем;

ii) измеряют электромагнитный сигнал, создаваемый электромагнитным возбуждающим полем в пласте-коллекторе;

iii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное комплексное удельное сопротивление как функцию частоты;

iv) согласуют спектральное комплексное удельное сопротивление с моделью вызванной поляризации; и

v) определяют свойства пласта-коллектора на основании согласования с моделью вызванной поляризации.

2. Способ по п.1, в котором этап извлечения спектрального комплексного удельного сопротивления на основании измеренного электромагнитного сигнала содержит извлечение действительной и мнимой частей указанного комплексного удельного сопротивления.

3. Способ по п.1, в котором этап согласования спектрального комплексного удельного сопротивления с моделью вызванной поляризации содержит согласование мнимой части указанного спектрального комплексного удельного сопротивления с указанной моделью вызванной поляризации.

4. Способ по п.3, в котором свойства пласта-коллектора содержат смачиваемость пласта-коллектора.

5. Способ по п.3 или 4, в котором свойства пласта-коллектора содержат одно из глинистости, структуры породы или гидравлической проницаемости пласта-коллектора.

6. Способ по п.1, в котором этап возбуждения пласта-коллектора содержит возбуждение пласта-коллектора электромагнитным полем на множестве частот.

7. Способ по п.6, дополнительно содержащий этап повторения этапов с i) по v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту свойств пласта-коллектора для всей области пласта-коллектора.

8. Способ по п.6, дополнительно содержащий этап повторения этапов с i) по v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту свойств пласта-коллектора на многочисленных глубинах вдоль буровой скважины, пробуренной через пласт-коллектор.

9. Способ по п.1, дополнительно содержащий этапы, на которых:

vi) повторяют этапы с i) no v) на различных временных интервалах;

vii) сравнивают свойства пласта-коллектора для различных временных интервалов, чтобы осуществлять мониторинг изменений указанных свойств пласта-коллектора как функцию времени.

10. Способ по п.9, в котором свойства пластов-коллектора содержат смачиваемость пласта-коллектора, и в котором этап сравнения свойств пласта-коллектора для различных временных интервалов позволяет осуществлять картирование перемещения фронта заводнения в пласт-коллектор.

11. Реализуемый компьютером способ определения свойств пласта-коллектора содержащий этапы, на которых:

i) собирают в компьютерной программе пакета программного обеспечения электромагнитный сигнал, принимаемый от электромагнитного прибора;

ii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное комплексное удельное сопротивление как функцию частоты;

iii) согласуют спектральное комплексное удельное сопротивление с моделью вызванной поляризации; и

iv) определяют свойства пласта-коллектора на основании согласования с моделью вызванной поляризации.

12. Способ определения смачиваемости пласта-коллектора, содержащий этапы, на которых:

i) возбуждают пласт-коллектор электромагнитным возбуждающим полем;

ii) измеряют электромагнитный сигнал, создаваемый электромагнитным возбуждающим полем в пласте-коллекторе;

iii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное

комплексное удельное сопротивление как функцию частоты;

iv) извлекают мнимую часть из спектрального комплексного удельного сопротивления;

v) определяют смачиваемость пласта-коллектора на основании указанной извлеченной мнимой части.

13. Способ по п.12, в котором этап возбуждения пласта-коллектора содержит возбуждение пласта-коллектора электромагнитным полем на множестве частот.

14. Способ по п.13, дополнительно содержащий этап повторения этапов с i) no v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту смачиваемости пласта-коллектора для всей области указанного пласта-коллектора.

15. Способ по п.13, дополнительно содержащий этап повторения этапов с i) no v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту смачиваемости пласта-коллектора на многочисленных глубинах вдоль буровой скважины, пробуренной через пласт-коллектор.

16. Способ по п.12, дополнительно содержащий этапы, на которых:

vi) повторяют этапы с i) no v) на различных временных интервалах;

vii) сравнивают смачиваемость пласта-коллектора для различных временных интервалов, чтобы осуществлять мониторинг изменений указанных свойств пласта-коллектора как функцию времени.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к использованию электромагнитных измерений для определения свойств пласта-коллектора. Более конкретно, изобретение относится к определению и/или картированию одного или нескольких свойств коллектора, таких как смачиваемость, глинистость и/или структура породы. Способ согласно изобретению может быть применен к данным электромагнитного метода любого типа, включая, но без ограничения ими, результаты скважинных измерений, межскважинных исследований и наземных исследований.

Уровень техники

Разведка углеводородов обычно включает в себя различные геофизические способы, предназначенные для обнаружения присутствия углеводородов в естественном поровом пространстве породы (регистрируемом как «пористость») или для картирования структурных особенностей в представляющем интерес пласте, в которых могут захватываться углеводороды.

Чтобы осуществлять геофизическое картирование, пласт, содержащий углеводород, должен иметь физическое свойство, сопоставимое с физическим свойством, на которое реагирует геофизический способ. Например, электрическая удельная проводимость (с) или ее обратная величина, удельное сопротивление (р), представляет собой физическое свойство, которое может быть измерено электрическими или электромагнитными методами. Удельное сопротивление породы сильно зависит от удельного сопротивления порового флюида и еще сильнее от пористости породы. Типичный рассол в осадочной породе является высокопроводящим. Присутствие рассола в породе, насыщенной флюидами, оказывает влияние на проводимость породы.

Углеводороды являются электрически непроводящими. Следовательно, объемное удельное сопротивление породы снижается при наличии углеводородов. В общем случае различные породы в данном осадочном разрезе имеют различные пористости, поэтому даже в отсутствие углеводородов может быть определена информация об осадочном разрезе.

Обычно удельное сопротивление измеряют с помощью источника постоянного тока, который инжектирует ток в грунт, или с помощью полей, изменяющихся во времени с низкой частотой. В качестве варианта можно измерять магнитные поля, возбуждаемые наведенным током. Поэтому, измеряя величину наведенного тока или вторичных магнитных полей, возникающих на основании него, можно получать удельную проводимость подземного пласта.

При электромагнитных исследованиях обычно используют обстоятельство, заключающееся в том, что комплексное удельное сопротивление пласта обычно измеряют как функцию частоты возбуждающего сигнала. Комплексное удельное сопротивление пласта может быть определено как =1/ +j , где является удельной проводимостью пласта и является диэлектрической постоянной пласта.

Однако в настоящее время решение обратной задачи при электромагнитных исследованиях (также известных как электромагнитная разведка с помощью глубокого бурения) ограничено картированием действительной части удельного сопротивления пласта для получения распределения насыщения в коллекторе. Электромагнитные методы являются идеальными в геологических ситуациях, когда породы с сильно различающимися электрическими удельными сопротивлениями наложены друг на друга.

Однако традиционное решение обратной задачи при электромагнитных исследованиях с помощью глубокого бурения ограничено определением и картированием действительной части удельного сопротивления пласта для получения распределения насыщения в коллекторе.

Одна задача осуществления настоящего изобретения заключается в описании способа использования данных электромагнитной разведки или скважинных данных комплексного удельного сопротивления для определения петрофизической информации, относящейся к подземному пласту.

Дополнительные задачи и преимущества изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники при обращении к подробному описанию в сочетании с сопровождающими чертежами.

Сущность изобретения

В соответствии с предпочтительным осуществлением изобретения предложен способ определения свойств пласта-коллектора, содержащий, предпочтительно, этапы, на которых: i) возбуждают пласт-коллектор электромагнитным возбуждающим полем; ii) измеряют электромагнитный сигнал, создаваемый электромагнитным возбуждающим полем в пласте-коллекторе; iii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное комплексное удельное сопротивление как функцию частоты; iv) согласуют спектральное комплексное удельное сопротивление с моделью вызванной поляризации (ВП); и v) определяют свойства пласта-коллектора на основании согласования с моделью вызванной поляризации.

Этап согласования спектрального комплексного удельного сопротивления с моделью вызванной поляризации содержит, предпочтительно, согласование действительной и мнимой частей указанного спектрального комплексного удельного сопротивления с указанной моделью вызванной поляризации.

Этап согласования спектрального комплексного удельного сопротивления с моделью вызванной поляризации содержит, предпочтительно, согласование и мнимой части указанного спектрального комплексного удельного сопротивления с указанной моделью вызванной поляризации.

Свойства пласта-коллектора содержат, предпочтительно, смачиваемость пласта-коллектора.

Свойства пласта-коллектора содержат, предпочтительно, одно из глинистости, структуры породы или гидравлической проницаемости пласта-коллектора.

В предпочтительном осуществлении этап возбуждения пласта-коллектора содержит возбуждение пласта-коллектора электромагнитным полем на множестве частот.

Способ содержит, предпочтительно, этап повторения этапов с i) по v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту свойств пласта-коллектора для всей области пласта-коллектора.

Способ дополнительно содержит, предпочтительно, этап повторения этапов с i) по v) для каждой из множества частот, чтобы образовать карту свойств пласта-коллектора на многочисленных глубинах вдоль буровой скважины, пробуренной через пласт-коллектор.

Способ дополнительно содержит, предпочтительно, этапы, на которых: vi) повторяют этапы с i) по v) на различных временных интервалах; vii) сравнивают свойства пласта-коллектора для различных временных интервалов, чтобы осуществлять мониторинг изменений указанных свойств пласта-коллектора как функцию времени.

Свойства пластов коллектора содержат, предпочтительно, смачиваемость пласта-коллектора и при этом этап сравнения свойств пласта-коллектора для различных временных интервалов позволяет осуществлять картирование перемещения фронта заводнения в пласт-коллектор.

В предпочтительном осуществлении предложен реализуемый компьютером способ определения свойств пласта-коллектора, и этот указанный способ содержит этапы, на которых: i) собирают в компьютерной программе пакета программного обеспечения электромагнитный сигнал, принимаемый от электромагнитного прибора; ii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное комплексное удельное сопротивление; iii) согласуют спектральное комплексное удельное сопротивление с моделью вызванной поляризации (ВП); и iv) определяют свойства пласта-коллектора на основании согласования с моделью вызванной поляризации.

В еще одном предпочтительном осуществлении предложен способ определения смачиваемости пласта-коллектора, содержащий этапы, на которых: i) возбуждают пласт-коллектор электромагнитным возбуждающим полем; ii) измеряют электромагнитный сигнал, создаваемый электромагнитным возбуждающим полем в пласте-коллекторе; iii) извлекают из измеренного электромагнитного сигнала спектральное комплексное удельное сопротивление как функцию частоты; iv) извлекают мнимую часть из спектрального комплексного удельного сопротивления; v) определяют смачиваемость пласта-коллектора на основании указанной извлеченной мнимой части.

В осуществлении настоящего изобретения производится интерпретация мнимой части комплексного удельного сопротивления пласта для определения и по желанию также и картирования одного или нескольких из смачиваемости, глинистости, структуры породы и гидравлической проницаемости указанного пласта. У смоченных водой пород коллектора обнаруживается измеримая мнимая часть комплексного удельного сопротивления пласта. Мнимая часть удельного сопротивления возникает вследствие нескольких поляризационных механизмов, обычно называемых «эффектами вызванной поляризации (ВП)». В неметаллических породах эффект вызванной поляризации относят к поляризации двойного слоя, а смачиваемость предполагается влияющей на свойства двойного слоя и, следовательно, величину мнимой части удельного сопротивления. Поэтому мнимая часть комплексного удельного сопротивления пласта может быть использована для картирования смачиваемости.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фигура 1 - схема, иллюстрирующая эффект вызванной поляризации;

фигуры 2 и 3 - схемы, иллюстрирующие катионоизбирательную мембрану;

фигуры 4 и 5 - схемы, иллюстрирующие соответственно гранулярную модель и капиллярную модель;

фигура 6 - график, показывающий зависимость частоты от фазы ( ) для образца с изменяющимся насыщением рассолом;

фигура 7 - схема гипотетической антиклинальной ловушки, образующей нефтяной коллектор, и при этом показана действительная часть комплексного удельного сопротивления;

фигура 8 - схема гипотетической антиклинальной ловушки, образующей нефтяной коллектор, и при этом показана мнимая часть комплексного удельного сопротивления для смоченного водой коллектора;

фигура 9 - схема гипотетической антиклинальной ловушки, образующей нефтяной коллектор, и при этом показана мнимая часть комплексного удельного сопротивления для смоченного нефтью коллектора;

фигура 10 - график зависимости постоянной времени от среднего размера зерен;

фигура 11 - график зависимости вертикальной гидропроводности от времени релаксации Коула-Коула;

фигура 12 - график зависимости содержания монтмориллонита в процентах по массе от поляризуемости;

фигура 13 - схема, иллюстрирующая модель комплексного удельного сопротивления для решения обратной задачи геофизики;

фигуры 14 и 15 - экспериментальные данные, согласованные с общей моделью комплексного удельного сопротивления, для различных лабораторных данных в виде зависимости импеданса от частоты (14) и зависимости фазового угла от частоты (15);

фигура 16 - график полевых данных, согласованных с общей моделью комплексного удельного сопротивления, в виде зависимости фазового угла от частоты;

фигура 17 - схема трехслойной геологической среды;

фигуры 18 и 19 - графики зависимости импеданса от частоты и зависимости фазы от частоты соответственно;

фигура 20 - картина электромагнитной разведки (четырехмерной) с осуществлением мониторинга;

фигура 21 - последовательность выполняемых действий при интерпретации для случая многочастотных данных; и

фигура 22 - последовательность выполняемых действий при интерпретации для случая одночастотных данных.

Подробное описание

Мнимая часть комплексного удельного сопротивления пласта возникает вследствие низкочастотных поляризационных эффектов, обычно называемых эффектами вызванной поляризации. Явление вызванной поляризации открыл Conrad Schlumberger в 1912 г. Оно проявляется в относительно медленном спаде электрического поля после прекращения импульса возбуждающего тока (вызванная поляризация, ВП, во временной области) и в частотной зависимости действительной части комплексного удельного сопротивления пласта (вызванная поляризация в частотной области).

Проще говоря, характеристика вызванной поляризации отражает степень, с которой геологическая среда может сохранять электрический заряд аналогично конденсатору. В процессе разработки методов вызванной поляризации для разведки полезных ископаемых был выбран для использования ряд параметров поля. Они включают в себя поляризуемость во временной области, выраженный в процентах частотный фактор и фазовый угол.

Данные электромагнитной разведки получают в широком диапазоне частот, и важно понимать их частотную зависимость и при необходимости вводить поправку за нее. Действительно, если известно, каким образом комплексное удельное сопротивление пласта ведет себя как функция частоты, то становится возможным вводить поправку в действительную часть удельного сопротивления за дисперсионные эффекты, которые в ином случае будут интерпретироваться как изменение удельного сопротивления пласта. Кроме того, анализ частотной зависимости удельного сопротивления пласта потенциально может дать дополнительную информацию об исследуемом пласте.

См. Lancaster U.: Binley, A., Slater, L.D., Fukes, M., and Cassiani, G., 2005, Relationship between spectral induced polarization and hydraulic properties of saturated and unsaturated sandstone , Water resources research и фигуру 1. Фактически фигура 1 представляет собой общую иллюстрацию эффекта вызванной поляризации во временной области и в частотной области, который проявляется в частотной зависимости импеданса и фазового угла.

Несколько физико-химических явлений и условий являются ответственными за существование эффекта вызванной поляризации. Сильный эффект вызванной поляризации наблюдается в случаях, когда присутствуют определенные минералы (такие как пирит, графит, некоторые угли, магнетит, пиролюзит, самородные металлы, некоторые арсениды и другие минералы с металлическим блеском). Кроме того, в породах существует неметаллический эффект вызванной поляризации, который обусловлен «сортировкой ионов» или «мембранными эффектами». Например, на фигурах 2 и 3 показаны зоны, соответственно 1 и 10, катионоизбирательной мембраны, в которых подвижность катиона является повышенной относительно подвижности аниона, вызывающей градиенты ионной концентрации и, следовательно, поляризацию.

Поляризация геологической среды является результатом наличия поверхностей раздела, на которых при подведении электрического тока возникают градиенты локальной концентрации зарядов. Поляризация возрастает на поверхностях раздела, имеющих отношение к металлам и глинам, но она также является значительной и измеримой в свободных от глины и свободных от металла осадках, где она связана с преимущественно тангенциальным смещением ионов в двойном электрическом слое, образующемся на поверхности раздела зерен и флюида. Подвижность ионов различается на поверхностях раздела между широкими и узкими порами и также считается источником повышения поляризации в песчанистых осадках.

Существуют два основных вида ионоизбирательных моделей, объясняющих происхождение неметаллического эффекта вызванной поляризации. Утверждается, что, как показано на фигуре 4, преобладающее время релаксации поляризации обуславливается размером зерен. В этом подходе, также известном как «гранулярная модель», время релаксации наведенного заряда пропорционально квадрату радиуса частиц и обратно пропорционально коэффициенту диффузии.

Гранулярную модель можно описать уравнением (1)

где D является коэффициентом диффузии ионов и R является радиусом частиц.

Вторую ионоизбирательную модель, «капиллярную модель», можно сформулировать на основе поверхностей раздела между ионоизбирательными устьями пор и более крупными порами, при этом она связывает механизм вызванной поляризации с размером устья поры (показанным на фигуре 5). В этой модели время релаксации, описываемое уравнением (2), пропорционально квадрату длины ионоизбирательной зоны и обратно пропорционально коэффициенту диффузии

где l является длиной устья поры и D является коэффициентом диффузии.

Даже при низком водонасыщении породы коллектора могут иметь измеримую мнимую часть комплексного удельного сопротивления (то есть измеримый фазовый угол). Как показано на фигуре 6, лабораторные данные свидетельствуют о зависимости фазового угла от водонасыщения. Величина пика фазового угла не изменяется в зависимости от насыщения, как можно видеть из кривых насыщения водой при 100%, 83%, 58%, 50%, 42% и 30%, но пиковая частота изменяется (см. также Lancaster et al. (2005)).

Это позволяет предположить, что даже нефтеносные толщи смоченных водой коллекторов имеют ненулевую мнимую часть комплексной поглотительной способности.

Источники эффекта вызванной поляризации в ионопроводящих породах и существование эффекта вызванной поляризации при частичных насыщениях позволяют предположить, что эффект вызванной поляризации можно использовать в качестве индикатора смачиваемости пласта в соответствии с одним осуществлением способа изобретения. Эффект вызванной поляризации в ионопроводящей среде возникает вследствие поляризации двойного слоя. Смачиваемость предполагается влияющей на свойства двойного слоя и, следовательно, величину эффекта вызванной поляризации. В смоченных водой коллекторах все еще будет иметься мнимая часть удельного сопротивления пласта. В отличие от этого в нефтеносных толщах смоченных водой коллекторов мнимая часть комплексного удельного сопротивления должна принимать нулевое значение в содержащих углеводороды зонах. На фигуре 7 показана гипотетическая антиклинальная ловушка, образующая нефтяной коллектор. Слой 2 непроводящей непроницаемой породы образует покрывающую толщу коллектора 3. На фигуре 7 показан профиль действительной части комплексного удельного сопротивления пласта. Резистивные слои включают в себя покрывающую толщу 2 и содержащую углеводороды зону 4, которая показана в виде более темных участков. Переходная зона и водяная часть залежи показаны в виде светло-серого участка 5.

Предполагается, что смачиваемость оказывает влияние на свойства двойного слоя и, следовательно, величину эффекта вызванной поляризации. На фигуре 8 показан профиль мнимой части комплексного удельного сопротивления пласта для случая смоченного водой коллектора. Мнимая часть является ненулевой в водонаполненной и содержащей углеводороды части. Зона 6 светлого цвета соответствует ненулевой мнимой части удельного сопротивления, а зона 7 темного цвета очерчивает равное нулю удельное сопротивление пласта.

На фигуре 9 показан профиль мнимой части комплексного удельного сопротивления пласта для случая смоченного нефтью коллектора. Мнимая часть принимает нулевое значение в смоченной нефтью, содержащей углеводороды зоне 8. Нижний водонаполненный участок 9 остается смоченным водой и отображает измеримую комплексную часть удельного сопротивления пласта.

В соответствии с другим осуществлением способа изобретения эффект вызванной поляризации также можно использовать для определения и картирования структуры породы пласта. Результаты измерений вызванной поляризации во временной области были экспериментально получены на коллекции просеянных песков с различными размерами зерен. На фигуре 10 показана корреляция между временем релаксации эффекта вызванной поляризации и средним размером зерен (или структурой породы для песчаников): кресты представляют экспериментальные данные, сплошная линия представляет приближенную теорию (см. St. Petersburg U.: Titov, K., Komarov, V., Tarasov, V., and Levitski, A., 2002, Theoretical and experimental study of time-domain induced polarization in water-saturated sands , J. of Applied Geophysics, vol.50, pp.417-433).

В соответствии с еще одним осуществлением способа изобретения эффект вызванной поляризации можно использовать для определения и картирования гидравлической проницаемости. Спектры вызванной поляризации при полном насыщении водой для различных песчаников были согласованы с эмпирической моделью Коула-Коула. Корреляция между характеристическим временем релаксации в модели Коула-Коула и гидропроводностью показана на фигуре 11 (См. Binley, A., Slater, L.D., Fukes, M., and Cassiani, G., 2005, Relationship between spectral induced polarization and hydraulic properties of saturated and unsaturated sandstone , Water Resources research, vol.41, W12417).

Эффект вызванной поляризации также можно использовать для определения глинистости и для картирования глинистости. На фигуре 12 представлен итог лабораторного исследования электрических свойств искусственных смесей стеклянных дробинок и глины (кальциевого монтмориллонита). (См. U. of Utah: Klein, J.D., and Sill, W.R., 1982, Electrical properties of artificial clay-bearing sandstones , Geophysics, vol.47, № 11, pp.1593-1605). Образцы, показанные здесь, насыщались 0,003-молярным NaCl. Обобщенная модель Коула-Дэвидсона использовалась для согласования с экспериментальными данными вызванной поляризации. В этих данных наблюдалась зависимость поляризуемости от процентного содержания массы сухой глины.

Чтобы иметь возможность интерпретировать данные полевой электромагнитной разведки относительно смачиваемости, параметров структуры и емкости катионного обмена и вводить поправки в действительную часть удельного сопротивления пласта за эффекты вызванной поляризации, может быть необходима общая модель вызванной поляризации (общая модель комплексного удельного сопротивления пласта), применимая к большому разнообразию пластов. Такая модель описана в Da Rocha, B.R., and Habashy, T.M., 1997, Fractal geometry, porosity and complex resistivity: from rough pore interface to hand specimens , Developments in Petrophysics, Geological Soc. Special Pub. № 122, pp.277-286, и графически показана на фигуре 13, а источник полностью включен в настоящую заявку путем ссылки. Модель считается общей и она охватывает некоторые другие, обычно используемые модели как частные случаи.

Эта общая модель комплексного удельного сопротивления, разработанная Tarek Habashy et al., показана для адекватного описания характеристики комплексного удельного сопротивления большого разнообразия пород (которое отсутствует в других моделях, вроде Коула-Коула) и поэтому является предпочтительным кандидатом для обращения полевых данных электромагнитного метода. База данных, образованная для параметров модели типового месторождения нефти и осадочных пластов, может быть использована для введения поправки за эффект вызванной поляризации в картирование действительной части удельного сопротивления пласта. Анализ спектров комплексного удельного сопротивления пласта в широком диапазоне частот разведки может дать дополнительную петрофизическую информацию. Существует корреляция между характеристическим временем релаксации вызванной поляризации и характеристическим размером устьев пор. Кроме того, поляризуемость пропорциональна емкости катионного обмена пласта.

Интерпретация комплексного удельного сопротивления пласта наряду с другими параметрами дает «характеристическое время релаксации», которое выражает временной масштаб эффектов вызванной поляризации. Это время находится в корреляционной связи со структурными свойствами пород, такими как размер устьев пор. Размер устьев пор является тем, что в основном обуславливает гидравлическую проницаемость. Поляризуемость является еще одним параметром, получаемым в результате анализа спектров комплексного удельного сопротивления пласта. Она связана с величиной эффекта вызванной поляризации и находится в сильной корреляционной связи с глинистостью.

Анализ комплексного удельного сопротивления пласта может быть использован для картирования этих петрофизических параметров.

Как представлено на фигуре 13, модель можно использовать для интерпретации электрических характеристик пород, содержащих металлические или глинистые частицы. Она включает в себя импеданс z_w, который моделирует эффекты поверхностей раздела фрактальных неровных пор между проводящими зернами (металлических или глинистых минералов, которые блокируют траектории пор) и электролитом. Этот обобщенный импеданс Варбурга соединен последовательно с сопротивлением r блокирующих зерен, и они оба шунтированы емкостью C_dl двойного слоя. Это соединение включено последовательно с сопротивлением R₁ электролита в блокированных проходах пор. Неблокированные траектории пор представлены сопротивлением R₀, которое соответствует обычному удельному сопротивлению породы по постоянному току. И наконец, параллельное соединение этого сопротивления с емкостью С₀ объемной пробы включено параллельно остальной упомянутой выше цепи.

В предположении зависимости e^{i t} комплексное электрическое удельное сопротивление Z породы определяется как функция поляризуемости, времени релаксации двойного слоя, времени релаксации образца и величины удельного сопротивления зерен в процентах (см. уравнение (3))

₁=rC_dl, (5)

₂=R₀C₀ , (6)

где

₀ является удельным сопротивлением материала по постоянному току (находится под влиянием пористости породы); и

является параметром поляризуемости (связанным с низкочастотными и высокочастотными асимптотами удельного сопротивления породы): находится под сильным влиянием структуры породы; и

₁=rC_dl

является постоянной времени релаксации, связанной с осцилляциями двойного слоя, и находится под влиянием размера зерен и типа блокирующих минералов (обычно металлических минералов или глинистых частиц); и

K

является диффузионной способностью заряженных ионов в электролите, которая зависит от типа и концентрации ионов, присутствующих в электролите; и

является параметром, непосредственно связанным с фрактальной геометрией среды, и определяется типом и распределением минералов, вызывающих низкочастотную поляризацию; и

₂=R₀C₀

является постоянной времени объема, связанной с материалом в целом, которая зависит от строения породы, свойств матрицы и суммарного количества воды, присутствующей в породе; и

является показателем (или отношением) удельного сопротивления, который связывает удельное сопротивление проводящих зерен со значением удельного сопротивления породы по постоянному току. Его значение больше единицы для очень хорошо проводящих зерен и меньше единицы для оксидов.

Эта модель, которая может быть использована в одном варианте осуществления способа изобретения, была исследована в широком диапазоне частот при сопоставлении с экспериментальными данными, полученными для амплитуды и фазы удельного сопротивления или удельной проводимости, а также для комплексной диэлектрической постоянной. Исследовавшимися образцами были образцы осадочных, метаморфических и магматических пород.

С целью демонстрации на фигуре 14 показаны некоторые типичные электрические данные, характеризующие зависимость импеданса от частоты, а на фигуре 15 данные, отражающие зависимость фазового угла от частоты (непрерывные линии даются моделью в отличие от линий с точками и крестами, которые представляют экспериментальные данные). Модель позволяет адекватно восстанавливать экспериментальные данные в широком частотном диапазоне. Инверсия спектральных данных комплексного удельного сопротивления с помощью обшей модели дает ряд параметров модели, таких как поляризуемость, время релаксации двойного слоя, время релаксации образца, выраженное в процентах удельное сопротивление зерен и т.д. Эти параметры могут быть связаны с петрофизическими свойствами, представляющими интерес.

Экспериментальные и аппроксимированные кривые для фазы комплексного удельного сопротивления для отложения Au на месторождении Йокисиву показаны на фигуре 16, см. Vanhala, Heikki; Peltoniemi, Markku, 1992, Spectral IP studies of Finnish ore prospects , Geophysics 57 (12), 1545-1555. Модель позволяет адекватно восстанавливать полевые данные и, следовательно, является пригодной для интерпретации результатов электромагнитных исследований.

Чтобы исследовать условия, при которых фрактальные параметры могут быть обнаружены (и, следовательно, измерены), была вычислена характеристика трехслойной геологической среды, в которой второй слой представляет собой поляризуемую среду с собственными электрическими свойствами, задаваемыми фрактальным комплексным удельным сопротивлением. На фигуре 17 показана характеристика слоистой геологической среды для случая толщины слоя покрывающей породы, равного 1 м. Как показано на фигурах 18 и 19, фаза в основном находится под влиянием параметров поляризуемого слоя, тогда как амплитуда в большей степени зависит от общей расслоенности. Значение фазы зависит от расслоенности, тогда как форма кривой зависит от фрактальных параметров. Это указывает на то, что можно определять параметры поляризуемого слоя даже при наличии толстой покрывающей породы. Для фигур с 17 по 19

₀=100 Ом·м,

m =0,5,

=10^-6 с,

_r=1,0,

_f=10^-3 с,

₀=10^-12 с.

Месторождения, которые подвергают заводнению, часто претерпевают изменения смачиваемости. При электромагнитных исследованиях периодическое картирование мнимой части комплексного удельного сопротивления пласта может помочь осуществлять мониторинг таких изменений смачиваемости (см. фигуру 20). Может оказаться трудным картирование перемещения фронта заводнения на основании только действительной части комплексного удельного сопротивления пласта (в случае небольшого интервала удельных сопротивлений нагнетаемой в пласт воды). В соответствии со способом изобретения картирование мнимой составляющей удельного сопротивления пласта может способствовать повышению качества картирования заводненных участков.

Хотя изобретение было описано с помощью приведенных выше примеров осуществлений, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что модификация и изменение показанных вариантов осуществления могут быть сделаны без отступления от концепций изобретения, раскрытых в настоящей заявке. Кроме того, хотя предпочтительные варианты осуществления описаны в сочетании с различными иллюстративными структурами, специалист в данной области техники должен признать, что система может быть осуществлена с использованием ряда конкретных структур. В соответствии с этим изобретение не должно рассматриваться как ограниченное, кроме как объемом и сущностью прилагаемой формулы изобретения. Способ согласно изобретению также можно использовать для межскважинных данных, которыми предоставляются действительная и мнимая части удельного сопротивления пласта в зависимости от координат и частоты, и его можно использовать таким же путем, как при наземных исследованиях.