способ геоэлектроразведки

Формула изобретения

Способ геоэлектроразведки, включающий возбуждение электрического поля в исследуемой среде с помощью двух основных и двух дополнительных питающих электродов, измерение первичного и нестационарного вторичного электрических полей в среде с помощью приемных электродов и суждение об исследуемой среде по параметру кажущейся поляризуемости, отличающийся тем, что каждый из дополнительных питающих электродов устанавливают по разные стороны от основных питающих электродов соответственно на предыдущем и последующем относительно основной питающей линии участках профиля на расстоянии, равном длине питающей линии, при этом измерения вторичного электрического поля на участке профиля внутри основной питающей линии осуществляют установкой срединного градиента (СГ) и на каждой половине указанного участка - установками внешнего градиента (ВГ), образованными каждым из основных питающих электродов и соответствующим удаленным от него на длину основной питающей линии дополнительным электродом, а параметр кажущейся поляризуемости исследуемой среды определяют для каждой половины участка профиля внутри основной питающей линии по разности измеренных вторичных полей установками СГ и ВГ на указанных участках.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области геофизики, а именно к геоэлектроразведке методом вызванной поляризации, и может быть использовано при изучении геоэлектрического разреза и разведки месторождений полезных ископаемых, в том числе для оценки нефтегазоперспективности площадей в сложных геоэлектрических условиях.

Широко известны способы проведения геоэлектроразведки методом вызванной поляризации, основанные на исследовании нестационарных полей, возбуждаемых в исследуемой среде постоянным током. [1]. Метод включает измерения нестационарного электрического поля, остающегося после выключения тока, а также поля, существующего в земле во время пропускания поляризующего тока. Основным информативным параметром в данном методе является кажущаяся поляризуемость, по повышению которой судят об исследуемой среде. Это повышение обусловлено тем, что под действием миграции углеводородов над глубокозалегающими залежами нефти и газа происходят изменения электрического сопротивления и поляризуемости вышележащих или отдельных слоев разреза. При любой из известных применяемых методик ВП: частотно-временной, срединного градиента (СГ), дипольно-осевой или дифференциально-нормированной (ДНМЭ) в измеряемом вторичном поле V присутствуют как процессы вызванной поляризации (ВП) - V_ВП, так процессы становления поля (СП) - V_СП. Особенно велико влияние СП при нефтепоисковых работах в средах с низким электрическим сопротивлением разреза (например, в Западной Сибири, в Прикаспии), а также при чередовании пластов высокого и низкого сопротивления (Восточная Сибирь, Татарстан и др. регионы). Объем пород, отражаемый в сигналах V_СП и V_ВП, разный на всех временах наблюдения, поскольку связаны они с индукционными или гальваническими токами. Необходимая нормировка эффектов ВП на сигналы первичного поля -

имеет физический смысл только для определения параметров поляризуемости - _k.

Поскольку эффекты становления поля (СП) являются мешающими при определении параметра поляризуемости, для повышения достоверности выделения поляризационных эффектов, особенно при изменениях электрических сопротивлений пород по латерали и глубине на изучаемой площади, необходимо решение задачи по компенсации или, во всяком случае, значительного уменьшения вклада СП во вторичное поле.

Известен способ геоэлектроразведки, принятый за прототип, в котором для уменьшения влияния неоднородностей на измеряемое вторичное поле, в том числе влияния становления поля, используют компенсационную схему измерительного процесса [2]. В данной схеме используются встречные питающие установки B₁A₁ и А₂В₂, имеющие одинаковое расстояние от измерительной установки MON.

Эта установка применяется для "исключения влияния локальных неоднородностей, находящихся в некоторой -окрестности измерительной установки". Действительно при размерах неоднородностей, значительно меньших разноса приемно-питающих линий, аномальное поле этих объектов от данных питающих линий будет разнополярным и компенсируется при суммировании полей от линий B₁A₁ и А₂В₂ . Но для процессов ВП и СП в изучаемом разрезе от таких питающих установок происходит только суммирование вторичных полей, поскольку обе установки являются внешними относительно приемных электродов MON. В данном случае компенсируются лишь эффекты ВП и СП от локальных неоднородностей, но не решается задача уменьшения эффекта становления поля во вторичном измеряемом поле от всего геоэлектрического разреза, что снижает достоверность и информативность электроразведочных работ методом вызванной поляризации.

Задачей изобретения является повышение информативности и достоверности электроразведочных работ методом вызванной поляризации.

Техническим результатом изобретения является компенсация влияния процессов становления поля (СП) на результаты измерений процессов вызванной поляризации.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе геоэлектроразведки, включающем возбуждение электрического поля в исследуемой среде с помощью двух основных и двух дополнительных питающих электродов, измерение первичного и нестационарного вторичного электрического поля в среде с помощью приемных электродов и суждение об исследуемой среде по параметру кажущейся поляризуемости, согласно изобретению каждый из дополнительных питающих электродов устанавливают по разные стороны от основных питающих электродов (соответственно на предыдущем и последующем относительно основной питающей линии участке профиля) на расстоянии, равном длине питающей линии, при этом измерения вторичного электрического поля на участке профиля внутри основной питающей линии осуществляют установкой срединного градиента (СГ) и на каждой половине указанного участка - установками внешнего градиента (ВГ), образованными каждым из основных питающих электродов и соответствующим, удаленным от него на длину основной питающей линии дополнительным электродом, а параметр кажущейся поляризуемости исследуемой среды определяют для каждой половины участка профиля внутри основной питающей линии по разности измеренных вторичных полей установками СГ и ВГ на указанных участках.

Сущность изобретения заключается в том, что при исследованиях методом вызванной поляризации (ВП) во вторичном измеряемом поле, как было сказано выше, кроме поляризационных эффектов возникают процессы становления поля (СП), которые являются мешающими при выделении аномалий параметра поляризуемости. Известно также, что при измерениях способом срединного градиента (СГ), то есть когда приемные линии находятся внутри питающей линии, эффекты СП и ВП имеют противоположный знак поля, а для внешних установок (ВГ), если измерения по профилю проводятся влево или вправо от питающей линии, знаки полей СП и ВП совпадают. При обработке полевых материалов, когда сигналу ВП ( V_ВП) придается положительный знак, знак поля СП искусственно изменяется. За счет этого, так как способ согласно изобретению включает цикл измерений каждой приемной линией установками как СГ, так и ВГ для каждой точки измерений внутри линии АВ, то при суммировании этих сигналов происходит компенсация эффекта СП. Для получения параметра поляризуемости _k в каждой точке наблюдения суммарное поле ВП нормируют на сумму значений проходящего поля от обеих установок.

На фиг.1 показан пример установки для реализации способа геоэлектроразведки согласно изобретению; на фиг.2 и 3 показаны расчетные данные, иллюстрирующие сущность способа согласно изобретению; на фиг.4 и 5 приведены графики, иллюстрирующие результаты математического моделирования и практической реализации способа согласно изобретению.

Способ геоэлектроразведки согласно изобретению осуществляют следующим образом.

Первоначально для питающей линии A ₁B₁ с центром O₁ проводят измерения вторичного поля способом срединного градиента (СГ) на участках A₁O₁ и O₁B₁. Затем при питающем электроде B₁ и удаленном от него на расстояние A₁B₁, дополнительном электроде В₂ , измерения проводят на участке O₁B₁ установкой внешнего градиента (ВГ) (фиг.1). Далее измерения проводят на участке A₁O₁ установкой ВГ от питающих электродов A₁ и А₂, удаленного влево на расстояние A₁B₁ от питающего электрода A₁. Таким образом, для одних и тех же приемных электродов на симметричных участках A₁O₁ и O₁ B₁ осуществляют измерения вторичного поля установками СГ и ВГ при одинаковых размерах питающих линий, что обеспечивает практически равнозначные глубины исследований обеими установками. Каждый из питающих электродов используется дважды сначала для установки СГ, а потом для установки ВГ.

Для последующего интервала наблюдения между питающими электродами B₁ и В₂ проводят измерения способом СГ, затем от питающей линии A₁B₁ на интервале B₁O ₂ - способом ВГ и далее на участке O₂В₂ способом ВГ с использованием питающих электродов В₂ и удаленного электрода В₃. Для отрезка наблюдения A₂A₁ также проводят наблюдения способом СГ, далее для отрезка О₃А₁ способом ВГ от линии A₁B₁, а для отрезка А₂ О₃ - способом ВГ с питающим электродом A₂ и новым удаленным электродом А₃. Описанным образом процесс продолжается в заданном направлении с последующим последовательным переносом одного из питающих электродов на величину, равную разносу питающей линии.

На фиг.2 показаны результаты расчетов первичного проходящего электрического поля для двух питающих линий A ₁B₁ и A₂A₁ [3, 4]. Результаты расчетов представлены в виде токовых линий в нижнем полупространстве (плоскость XZ) при питающей линии A₁B₁ (область с х-координатами 0-500 м соответствует области измерений установкой срединного градиента, фиг.2, а) и питающей линии A ₂A₁ (эта же область соответствует участку измерений установкой внешнего градиента, фиг.2, б). Как видно из сравнения приведенных графиков, векторы токовых линий для участка измерений A₁О₂ от питающих линий A₁B ₁ и A₂A₁ имеют разное направление, соответственно такую же поляризацию будут иметь и измеряемые на этих участках вторичные электрические поля ВП.

На фиг.3 изображены расчетные изолинии величины Е_х напряженности электрического поля Е для участков измерений A₁О ₁ и O₁B₁ внутри питающей линии A ₁B₁ установкой СГ и тех же участков A₁ О₁ и O₁B₁ с внешними электродами А₂А₁ и A₁B₂ (установка ВГ).

Как видно из приведенных данных (фиг.2 и 3), изолинии равного уровня напряженности электрического поля Е_х для участков измерений A₁О₁ и O₁ B₁ при измерениях с установкой СГ и для тех же участков с установкой ВГ близки по абсолютным значениям, но имеют противоположные знаки (изолинии 2,7·10^-6, 1,9·10^-6 и т.д.).

Пример 1. На фиг.4 представлены графики зависимости , от времени наблюдения для линии АВ=1500 м, иллюстрирующие результаты расчетов эффектов становления поля и вызванной поляризации ( - нормированное значение становления поля ; - нормированное значение поляризуемости , V_ПР - сигнал первичного поля) для модели нормального поля одного из восточных нефтеперспективных участков Западной Сибири (фиг.4, а), а также практические данные, полученные в нормальном поле (фиг.4, б) и над реальным поляризующимся объектом (фиг.4, в).

При расчетах принята следующая модель нормального поля: H₁=200 м, ₁=50 Ом·м, ₁=1%; Н₂=400 м, ₂=15 Ом·м, ₂=1%; Н₃=450 м, ₃=3 Ом·м, ₃=1%; Н₄= , ₄=200 Ом·м, ₄=2%. Расчеты проведены в диапазоне времен 200-1200 мс (фиг.4, а) при длине питающей линии АВ, равной 1500 м, и расстоянии от ближайшего питающего электрода до центра приемной линии MN - r=625 м.

На фиг.4, а показаны результаты теоретических расчетов параметра поляризуемости _k и для модели нормального поля: кривая (1) - при измерениях установкой срединного градиента (СГ), кривая (2) - при измерениях установкой внешнего градиента (ВГ), кривая (3) - среднее значение измерений установками СГ и ВГ, кривая (4) - график расчетного значения _k без влияния эффектов СП. Из сопоставления графиков, приведенных на фиг.4, а, полученных по результатам расчетов для установок СГ и ВГ, очевиден факт заметного влияния процессов СП на изучаемое поле ВП даже на поздних временах измерения (500 мс). Однако среднее значение вторичного поля установок СГ и ВГ фактически полностью компенсирует влияние становления поля (СП), поскольку расчетный параметр _k без влияния СП, кривая (4), мало отличается от значений _k, полученных как среднее значение результатов расчетов для установок СГ и ВГ, кривая (3). Недокомпенсация СП на времени 500 мс составляет всего 0.02%, а далее еще меньше.

Приведенные на фиг.4, б практические данные измерений для нормального поля установками СГ и ВГ и их средние значения (кривая (1) - измерения установкой срединного градиента (СГ), кривая (2) - измерения установкой внешнего градиента (ВГ), кривая (3) - среднее значение измерений установками СГ и ВГ) соответствуют расчетным данным для нормального поля, показанным на фиг.4, а.

На фиг.4, в приведены графики значений параметра кажущейся поляризуемости _k, полученные над поляризующимся объектом при реализации предлагаемого способа: кривая (1) - при измерениях установкой срединного градиента (СГ), кривая (2) - при измерениях установкой внешнего градиента (ВГ), кривая (3) - среднее значение измерений установками СГ и ВГ. Приведенные данные наглядно демонстрируют то, что область повышенных значений поля ВП (фиг.4, в) для средних значений измерений установками СГ и ВГ существенно отличается от этих же значений для нормального поля, приведенных на фиг.4, б. Однако если бы измерения проводились только установками ВГ или СГ, не было бы уверенности в достоверности выделения повышенной поляризуемости, поскольку данной площади присущи достаточно резкие латеральные изменения сопротивления разреза.

Пример 2. На фиг.5, а - фиг.5, в представлены расчетные графики значений , нормального поля одной из площадей Татарстана (расчеты проведены для времени наблюдения 500 мс при длине питающей линии 2000 м). Кривая (1) - для измерений установкой срединного градиента (СГ), кривая (2) - для измерений установкой внешнего градиента (ВГ), кривая (3) - среднее значение измерений установками СГ и ВГ, кривая (4) - график расчетного значения _k без влияния эффектов СП.

На фиг.5, а показаны данные для участка 1 с параметрами: H₁=200 м, Н₂=250 м, H₃=300 м, Н₄=250 м, Н₅=100 м, Н₆=150 м, Н₇=100 м, H₈=150 м, Н₉= ; ₁=50 Ом·м, ₂=25 Ом·м, ₃=10 Ом·м, ₄=60 Ом·м, ₅=3 Ом·м, ₆=20 Ом·м, ₇=3 Ом·м, ₈=50 Ом·м, ₉=500 Ом·м при начальной поляризуемости всех слоев =1%.

На фиг.5, б - расчетные результаты для участка 2 этой же площади, на котором сопротивление горизонтов Н ₇ и H₈, расположенных на глубине 1050-1150 м и 1300-1400 м, составляет 0.3 Ом·м.

На фиг.5, в показаны результаты расчетов для модели 3, имеющей повышенную поляризуемость (3%) на глубине 200-450 м (горизонты H₁ и Н₂ ).

Из результатов, представленных на фиг.5, а - 5, в, видно, что средние значения _k, кривые (3), полученные по результатам измерений установками СГ и ВГ согласно изобретению для всех используемых моделей среды, практически соответствуют вычисленному _k без учета СП, кривые (4). То есть совместное применение установок СГ и ВГ позволило скомпенсировать влияние изменения сопротивления глубокозалегающих слоев (модель 2), поскольку средние значения _k, полученные для моделей 2 и 3, совпадают, а горизонт, обладающий повышенной поляризуемостью (модель 3), нашел четкое отражение в графиках _k по сравнению с моделями 2 и 3. Таким образом, для всех рассмотренных моделей расчетное значение параметра _k, полученное как среднее значение из расчетных вторичных полей установками СГ и ВГ, совпадает с расчетным _k без учета СП.

На фиг.5, г представлены средние значения параметра поляризуемости _k для модели 1, полученные при практической реализации способа согласно изобретению. Данные представлены по 8 точкам наблюдения для времен 100-1500 мс на отрезке профиля внутри питающей линии (для каждой половины участка профиля внутри питающей линии). Полученные данные демонстрируют устойчивые (практически прямые линии) значения параметра поляризуемости при измерениях вдоль линии наблюдения АВ/2 карбонатного разреза от 10 метров до 600 метров в диапазоне времен 10-1500 мс. Устойчивые значения _k на каждом из времени наблюдения свидетельствуют о компенсации влияния процессов становления поля, а также о компенсации, в том числе влияния поверхностных неоднородностей по сопротивлению.

Таким образом, предлагаемая технология геоэлектроразведки методом вызванной поляризации позволяет повысить достоверность выделяемых аномалий по параметру поляризуемости за счет компенсации при последующей обработке результатов измерений мешающих эффектов становления поля, что соответственно существенно повышает информативность электроразведочных работ при изучении сложных геоэлектрических разрезов при поисках полезных ископаемых на этапе производства полевых исследований.

При этом способ согласно изобретению является достаточно технологичным, так как практически осуществляется с помощью традиционных установок питающих электродов по профилю и по сравнению с известными методиками СГ или ВГ дополнительные затраты фактически связаны лишь с дополнительными измерениями в приемных линиях.

Источники информации

1. Ю.В.Якубовский Электроразведка. Москва: Недра, 1980, с.264-267.

2. Легейдо П.Ю., Мандельбаум М.М., Рыхлинский Н.И. Дифференциально-нормированные методы геоэлектроразведки. // Иркутск, 1996. - с.26-31.

3. Моисеев B.C. Метод вызванной поляризации при поисках нефтеперспективных площадей // Новосибирск: Наука, 2002 г. - 150 с.

4. Моисеев B.C., Рояк М.Э., Соловейчик Ю.Г. Математическое моделирование процессов вызванной поляризации в сложнопостроенных средах для токовой линии с заземленными электродами. // Сибирский журнал индустриальной математики. - 1999. - Т.2. - №1. - С.79-94.