способ обнаружения участков аномального выхода на поверхность летучих газов

Формула изобретения

Способ обнаружения участков аномального выхода на поверхность летучих газов, включающий измерение геофизического параметра в выбранных точках исследуемого участка поверхности, отличающийся тем, что в качестве геофизического параметра используют напряженность атмосферного электрического поля, предварительно в контрольной точке на поверхности и одновременно над ней на заданной высоте измеряют напряженность атмосферного электрического поля (Е_1эт и Е_2эт), определяют значения эталонного параметра С=Е_2эт/Е_1эт, проводят измерения напряженности атмосферного электрического поля над точками исследуемого участка поверхности на заданной высоте и одновременно в контрольной точке на поверхности и судят о наличии аномального выхода на поверхность летучих газов при выполнении следующих неравенств:

Е_i/Е_ki<С- или Е_i/Е_ki>С+,

где Е_i - напряженность атмосферного электрического поля над точкой исследуемого участка поверхности, измеренная на заданной высоте, В/м;

Е_ki - напряженность атмосферного электрического поля в контрольной точке на поверхности, измеренная одновременно с _i, В/м;

- погрешность определения значений напряженности атмосферного электрического поля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для геофизического определения сравнительных характеристик выхода на поверхность летучих газов, в том числе и аномальных, из подземных газохранилищ и нефте- и газопроводов, при поиске и контроле эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, обнаружении зон активизации современных движений земной коры, глубинных геодеформационных процессов естественного и техногенного происхождения, при резком изменении режима сейсмичности и подготовке сейсмических событий, при картировании с дневной поверхности объемов закачки и отбора флюида в геологическую среду.

Известен способ определения газортутных аномалий, включающий измерение концентраций радона и ртути в/на поверхности почвы и на высоте не менее 1 метра от поверхности Земли и суждение о наличии газортутных аномалий (см. а.с. СССР №1402999, кд. G 01 V 9/00, 1988).

Недостатком данного способа является низкая достоверность определения газортутных аномалий.

Известен способ поиска месторождений, включающий отбор проб из приповерхностного слоя в выбранных точках исследуемой территории и определение в них концентрации компоненты летучего газа (см. а.с. СССР №996974, кл. G 01 V 9/00, 1983).

Однако данный способ имеет низкую достоверность поиска, т.к. не позволяет разделить степень участия глубинного и мелкого субвертикальных потоков, что особенно важно при работах на аварийных газопроявлениях, грифонообразованиях над скоплениями углеводородов; более того, при необходимости достижения высокого разрешения лишен оперативности, т.к. требует последующего лабораторного анализа отобранных проб газа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ геофизической разведки, включающий измерение геофизических параметров в выбранных точках исследуемого участка поверхности и суждении о наличии участков аномального выхода на поверхность летучих газов (см. патент РФ №1764436, кл. G 01 V 9/00, 1993).

Недостатком данного способа является низкая достоверность и оперативность поиска. Отбираемые пробы отвечают за концентрации газа в объемах с характерным размером сантиметры-дециметр при характерных размерах исследуемых неоднородностей десятки-сотни метров. За сутки возможен набор десятков-сотни проб.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности и оперативности обнаружения участков аномального выхода на поверхность летучих газов. Техническим результатом является повышение достоверности обнаружения участков аномального выхода на поверхность летучих газов за счет увеличения объема, в котором производятся измерения контролируемого геофизического параметра и оперативности наблюдений, т.к. измерения в выбранных точках исследуемого участка производятся в движении, например, с автотранспортного средства.

Технический результат достигается в способе обнаружения участков аномального выхода на поверхность летучих газов, включающем измерение геофизического параметра в выбранных точках исследуемого участка поверхности, в качестве которого используют напряженность атмосферного электрического поля, предварительное измерение в контрольной точке на поверхности и одновременно над ней на заданной высоте напряженности атмосферного электрического поля (Е_1эт и Е_2эт), определение значения эталонного параметра С=Е_2эт/E_1эт, измерение напряженности атмосферного электрического поля над точками исследуемого участка поверхности на заданной высоте и одновременно в контрольной точке на поверхности и суждение о наличии аномального выхода на поверхность летучих газов при выполнении следующих неравенств

E_i/E_ki<C- или E_i/E_ki>C+ ,

где E_i - напряженность атмосферного электрического поля над точкой исследуемого участка поверхности, измеренная на заданной высоте, В/м;

E_ki - напряженность атмосферного электрического поля в контрольной точке на поверхности, измеренная одновременно с _i, В/м;

- погрешность определения значений напряженности атмосферного электрического поля.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются использование в качестве геофизического параметра напряженности атмосферного электрического поля, предварительное измерение в контрольной точке на поверхности и одновременно над ней на заданной высоте напряженности атмосферного электрического поля (E_1эт и Е_2эт), определение значения эталонного параметра С=Е_2эт/E_1эт, измерение напряженности атмосферного электрического поля над точками исследуемого участка поверхности на заданной высоте и одновременно в контрольной точке на поверхности и суждение о наличии аномального выхода на поверхность летучих газов при выполнении указанных выше неравенств.

Это позволяет повысить достоверность обнаружения участков аномального выхода на поверхность летучих газов. Связующим звеном между выходом на поверхность летучих газов и атмосферным электрическим полем является радон, накопленный в приповерхностных слоях грунта и транспортируемый в атмосферу пузырьковыми образованьями летучих газов. В среднеширотных условиях на уровне дневной поверхности эксхалирующий с пузырьковыми образованьями летучих газов почвенный радон является единственным естественным ионизатором воздуха, т.е. основным элементом, определяющим в конечном итоге локальную напряженность атмосферного электрического поля.

Отрицательный заряд Земли приводит к проявлению у ее поверхности электродного эффекта - концентрация отрицательного объемного заряда у дневной поверхности равна нулю. По результатам многочисленных расчетов и экспериментов объемный заряд атмосферного воздуха в среднем выходит на сбалансированный устойчивый уровень, определяемый локальной скоростью ионизации, на высоте первых метров. Отсюда понятно, что именно в зоне проявления электродного эффекта напряженность локального атмосферного электрического поля будет наиболее полно отражать локальный режим выхода на поверхность летучих газов, т.о. выбираемая заданная высота измерения напряженности атмосферного электрического поля над точками исследуемого участка поверхности должна лежать в зоне проявления электродного эффекта - не более первых метров относительно дневной поверхности.

Заряд атмосферного воздуха в полусфере радиуса порядка 2-х метров будет определять локальную напряженность атмосферного электрического поля. Таким образом, сигнал с измерительного инструмента будет нести в себе усредненную информацию о выходе на поверхность летучих газов в объеме характерным размером порядка 4-х метров.

В средних широтах вариации атмосферного электрического поля на 80% будут определяться локальными условиями, т.е. выносом летучими газами почвенного радона, и на 20% - глобальными эффектами - текущим зарядом конденсатора Земля-ионосфера. Тем не менее, для минимизации вклада глобальных эффектов, которые синфазны и одинаковы по абсолютным значениям в контрольной точке и на исследуемом участке, во введенных неравенствах рассматривается не абсолютное значение атмосферного электрического поля, а их отношения. Измерение напряженности атмосферного электрического поля в контрольной точке на поверхности и над ней на заданной высоте необходимо производить одновременно для эффективного уменьшения вклада глобальных эффектов. Последующие измерения напряженности атмосферного электрического поля над точками исследуемого участка поверхности на заданной высоте и в контрольной точке на поверхности также производятся одновременно с той же целью.

Контрольная точка выбирается в непосредственной близости от исследуемого участка или даже на нем, где выход на поверхность летучих газов считается нормальным и табулируется как эталонный для всего исследуемого участка.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где изображено отношение напряженности атмосферного электрического поля, измеренного на поверхности и над ней в контрольной точке С=Е_2эт/Е_1эт и над поверхностью на исследуемом участке E_i и на поверхности в контрольной точке Е_ki для случая Е_i/Е_ki<С- и е_i/Е_ki>С+ .

Способ обнаружения участков аномального выхода на поверхность летучих газов осуществляется следующим образом.

Пример 1

Исследованию подвергалась территория над подземным хранилищем газа общей площадью порядка 100 км². На исследуемом участке поверхности было выбрано 500 точек. В непосредственной близости от исследуемого участка была выбрана контрольная точка. В контрольной точке на поверхности и одновременно над ней на высоте 1,62 м измерялась напряженность атмосферного электрического поля (Е_1эт Е_2эт). Е_1эт=96 В/м; 92 В/м; 92 В/м; 101 В/м; 98 В/м, Е_2эт=254 В/м; 246 В/м; 244 В/м; 267 В/м; 260 В/м. Затем определялось значение эталонного параметра С=Е_2эт/Е_1эт=2,6.

Погрешность определения значений напряженности атмосферного электрического поля определялась с учетом функциональных связей между регистрируемыми параметрами и относительных ошибок измерительных инструментов r(E_1эт)=r(E_2эт)=r(E_ki)=0.05, r(Е_i)=0.08:

С=[(dC/dE_2эт E_2эт)²+(dC/dE_1эт E_1эт)²]^1/2=

E_2эт/E_1эт [(r(E_1эт)²+r(E_2эт)²]^1/2=0.07 E_2эт/E_1эт

(E_i/E_ki)={[d(E_i/E_ki)/dE_i E_i]²+d((E_i/E_ki)dЕ_ki Е²_ki]^1/2=

E_i/E_ki [(r(E_i)²+r(E_ki)²]^1/2=0.094 E_i/E_1i,

где E_1эт=r(E_1эт) E_1эт, E_2эт=r(E_2эт) Е_2эт, Е_ki=r(E_ki) E_ki, Е_i=r(Е_i) E_i.

Отсюда = С+ (E_i/E_ki)=0.07 E_2эт/E_1эт+0.094 E_i/E_ki.

Затем проводились измерения напряженности атмосферного электрического поля над точками исследуемого участка поверхности (E_i) на высоте 1,62 м и одновременно в контрольной точке на поверхности (E_ki). В таблице приведены значения E_i и E_ki, измеренные одновременно над 36 точками исследуемого участка и на поверхности в контрольной точке. В последних столбцах таблицы даны расчетные значения отношений E_i/E_ki и эталонного параметра С с учетом погрешности измерений напряженности атмосферного электрического поля. В графическом виде эти данные представлены на чертеже.

Для точек участка наблюдений 1-6, 17-25 и 28-35 выполняется неравенство E_i/E_ki>С+ (см. чертеж и таблицу). Здесь выход летучих газов на поверхность аномален и меньше его выхода в контрольной точке.

Для точек участка наблюдений 7-11 выполняется неравенство E_i/E_ki<С- (см. чертеж и таблицу). Здесь выход летучих газов на поверхность аномален и больше его выхода в контрольной точке. Территория газохранилища в окрестности точек 7-11 подлежит подробному геофизическому контролю в годовом цикле эксплуатации.

В остальных точках участка наблюдений 12-16, 26-27 и 36 выход на поверхность летучих газов сравним с его выходом в контрольной точке и нормален.