СПОСОБ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ ЗАЛЕЖЕЙ ВОДЫ И УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 1997 года по МПК G01V3/14 

Настоящее изобретение относится к способам геологической разведки, а более точно к способам магнитно-резонансной геологической разведки залежей воды и углеводородов.

Известен способ магнитно-резонансной геологической разведки, при котором в исследуемой среде создают электромагнитное поле частотой тока, которая возбуждает магнитный резонанс в залежи искомого минерала, и после прекращения подачи тока над залежью искомого минерала детектируют затухающие колебания переменного магнитного поля, по которым судят о наличии искомого минерала в точке измерения (патент США N 3019383, кл. G01V 1/12, 1962).

Указанный способ позволяет получать информацию и не позволяет получить данных о параметрах залежи искомого минерала в Земле, таких, как глубина залегания искомого минерала, толщина его слоя и концентрация минерала в залежи.

Известен способ магнитно-резонансной геологической разведки, заключающийся в том, что создают электромагнитное поле частотой тока, которая возбуждает магнитный резонанс в залежи искомого минерала в Земле, и измеряют сигнал магнитного резонанса на поверхности Земли после прекращения подачи тока, по которому судят о параметрах залежи искомого минерала в Земле (авт. св. СССР N 1079063, кл. G01 V 1/14, 1988).

В указанном способе создают электромагнитное поле с помощью импульсов переменного тока в расположенной на поверхности Земли проволочной петле и измеряют зависимость начальной амплитуды сигнала магнитного резонанса в той же петле от произведения амплитуды переменного тока на площадь импульса. После окончания измерения полученные данные обрабатывают и в результате получают параметры залежи искомого минерала.

Однако разрешающая способность указанного способа резко падает при увеличении глубины залегания искомого минерала. Фактически глубина, на которой достоверно определяются границы залегания минерала, в два-три раза меньше, чем глубина, с которой может быть измерен сигнал магнитного резонанса при обычном уровне шума. Причина этого заключается в том, что измеренные зависимости от глубоких слоев залегания минерала имеют почти одинаковую форму, поэтому, если залежь искомого минерала находится ниже границы достоверности, то, например, нельзя отличить очень глубокий и толстый слой залегания минерала от менее глубокого и менее мощного слоя.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработки способа магнитно-резонансной геологической разведки, по которому сигнал магнитного резонанса измеряли бы таким образом, что позволило бы увеличить предельную глубину достоверного определения границ залежи искомого минерала до глубины, с которой надежно измеряется сигнал магнитного резонанса, что позволило бы, в свою очередь, значительно увеличить разрешающую способность способа и достоверно определять параметры залежи искомого минерала.

Это достигается тем, что в способе магнитно-резонансной геологической разведки залежей воды и углеводородов, заключающемся в том, что создают электромагнитное поле частотой тока, которая возбуждает магнитный резонанс в залежи искомого минерала в Земле, и измеряют сигнал магнитного резонанса на поверхности Земли после прекращения подачи тока, по которому судят о параметрах залежи искомого минерала в Земле, согласно изобретению, сигнал магнитного резонанса измеряют в разных точках поверхности Земли в зоне расположения залежи искомого минерала, а о параметрах залежи искомого минерала в Земле судят по зависимости величины сигнала магнитного резонанса от расстояния между точкой его возбуждения и точками измерения.

Целесообразно, чтобы измерение сигнала магнитного резонанса осуществляли одновременно во всех точках поверхности Земли в зоне расположения залежи искомого минерала.

Вполне разумно, чтобы измерение сигнала магнитного резонанса осуществляли последовательно во всех точках поверхности Земли в зоне расположения залежи искомого минерала.

Такое выполнение патентуемого способа обеспечивает увеличение его разрешающей способности, что, в свою очередь, обеспечивает увеличение достоверности определения предельной глубины границ залежи в два-три раза.

Далее изобретение поясняется описанием конкретных примеров его осуществления и прилагаемым чертежом, на котором изображены зависимости величины начальной амплитуды сигнала магнитного резонанса от координат точек поверхности Земли, в которых измеряют сигнал магнитного резонанса способом магнитно-резонансной геологической разведки, согласно изобретению.

Способ магнитно-резонансной геологической разведки залежей воды и углеводородов, согласно изобретению, заключается в том, что создают электромагнитное поле частотой тока, которая возбуждает магнитный резонанс в залежи искомого минерала в Земле. Затем измеряют сигнал магнитного резонанса на поверхности Земли после прекращения подачи тока в разных точках поверхности Земли в зоне расположения залежи искомого минерала. О параметрах залежи искомого минерала в Земле судят по зависимости величины этого сигнала магнитного резонанса от расстояния между точкой его возбуждения и точками измерения.

В описываемом первом варианте выполнения способа измерение сигнала магнитного резонанса осуществляют одновременно во всех точках поверхности Земли, далее точки измерения, в зоне расположения залежи искомого минерала.

Пусть залежь искомого минерала залегает горизонтальным тонким слоем, размеры которого можно считать бесконечными. Возбуждение сигнала I магнитного резонанса осуществляют переменным током, протекающим по расположенной на поверхности Земли проволочной петле:
I(t) = I_osinωt, 0 < t < t₁,
где I₀ амплитуда тока;
ω частота тока;
t текущее время измерения сигнала магнитного резонанса;
t₁ длительность импульсов тока.

Для наиболее эффективного возбуждения необходимо, чтобы частота w тока:
w = γB_o,
где γ гиромагнитное отношение магнитного ядра, входящего в состав искомого минерала;
B₀ магнитная индукция Земного поля.

Если Земное магнитное поле направлено вертикально, то величина осциллирующего магнитного поля, созданного магнитными ядрами искомого минерала, зависит только от одной координаты расстояния между проволочной петлей и точкой измерения.

На прилагаемом к описанию патентуемого способа чертеже показаны кривые 1 и 2 зависимости величины начальной амплитуды сигнала магнитного резонанса - амплитуды осциллирующего поля от координат точек измерения, где по оси абсцисс отложено отношение координаты расстояния X точки измерения от проволочной петли к глубине залегания залежи искомого минерала, а по оси ординат
отношение амплитуды B осциллирующего поля к безразмерной площади P импульса тока (все в относительных единицах). Амплитуда поля нормирована на так называемую безразмерную площадь P импульса тока:

где S площадь проволочной петли;
μ_o магнитная проницаемость вакуума;
π 3, 14.

Кривая 1 соответствует значению P 0,01, а кривая 2 7,5.

Итак, величина амплитуды осциллирующего поля над залежью искомого минерала зануляется при координате расстоянии X₀ от проволочной петли X₀ (1,75 1,9)L. Таким образом, измерив это расстояние X₀, вычисляют глубину L залегания залежи.

Указанный разброс в коэффициентах от 1,75 до 1,9 на самом деле не влияет на точность измерений, а, следовательно, на разрешающую способность способа, поскольку можно принимать во внимание зависимость этого коэффициента от площади P импульса тока.

Итак, точность измерений глубины залегания залежи искомого минерала здесь определяется только уровнем шума, так как от него зависит точность измерения X₀.

Выше рассмотрен вариант выполнения способа, согласно изобретению, когда необходимо быстро осуществить разведку искомого минерала.

По второму варианту выполнения способа, согласно изобретению, способ осуществляют аналогично вышеописанному варианту выполнения способа. Отличие заключается только в том, что измерения сигнала магнитного резонанса осуществляют последовательно во всех точках поверхности Земли в зоне расположения залежи искомого минерала. В этом случае абсолютное значение сигнала пропорционально процентному содержанию воды в слое, а по характеру зависимости сигнала от расстояния между точками измерения и возбуждения можно судить о глубине слоя.

Ниже приведены конкретные примеры первого и второго вариантов выполнения патентуемого способа.

Квадратную проволочную петлю со стороной 200 м располагают на поверхности Земли в плоскости XY. Земное магнитное поле имеет наклонение 70^o к горизонту (вектор лежит в плоскости XZ). Резонансная частота протонов воды 2500 Гц. На петлю подают два возбуждающих импульса тока: первый импульс с амплитудой тока I₀ 261 А, а второй с I₀ 522 А, длительность импульсов T 20 мс, частота 2500 Гц. После каждого импульса проводят регистрацию амплитуды ЭДС сигнала ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) на резонансной частоте.

Использование: для магнитно-резонансной геологической разведки залежей воды и углеводородов. Сущность изобретения: создают электромагнитное поле частотой тока, которая возбуждает магнитный резонанс в залежи искомого минерала в Земле, и измеряют сигнал магнитного резонанса в разных точках на поверхности Земли в зоне расположения залежи искомого минерала, после прекращения подачи тока, а о параметрах залежи искомого минерала в Земле судят по зависимости величины сигнала магнитного резонанса от координат точек поверхности Земли, в которых измеряют сигнал магнитного резонанса. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ магнитно-резонансной геологической разведки залежей воды и углеводородов, заключающийся в том, что создают электромагнитное поле частотой тока, которая возбуждает магнитный резонанс в залежи искомого минерала в Земле, и измеряют сигнал магнитного резонанса на поверхности Земли после прекращения подачи тока, по которому судят о параметрах залежи искомого минерала в Земле, отличающийся тем, что сигнал магнитного резонанса измеряют в разных точках поверхности Земли в зоне расположения залежи искомого минерала, а о параметрах залежи искомого минерала в Земле судят по зависимости величины сигнала магнитного резонанса от расстояния между точкой его возбуждения и точками измерения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение сигнала магнитного резонанса осуществляют одновременно во всех точках поверхности Земли в зоне расположения залежи искомого минерала. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение сигнала магнитного резонанса осуществляют последовательно во всех точках поверхности Земли в зоне расположения залежи искомого минерала.