Настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения характера подводных и подземных пластов. Настоящее изобретение наиболее целесообразно применять для определения того, содержит ли пласт, геометрия и местоположение которого приблизительно известны, углеводородные соединения или же воду, хотя оно может быть также применено и для обнаружения пластов с конкретными характеристиками.
В настоящее время наиболее широко применяемыми при проведении геологических изысканий способами, в частности, при обследовании подводных месторождений являются сейсмические способы. Применяя эти сейсмические способы, можно с определенной точностью обрисовать структуру подземной формации. Однако, тогда как сейсмическими изысканиями можно обозначить местоположение и очертания разведуемого пласта, такое исследование неспособно вскрыть сам характер обследуемого пласта.
Поэтому в такой ситуации принимают решение бурить скважину в данный пласт. Однако затраты, связанные с бурением разведочной скважины, выливаются в значительную сумму, а поскольку успешный результат обычно получают только в одном случае из десяти, то эти затраты чаще всего оказываются непроизводительными.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание способа и устройства определения с большей уверенностью характера подземного пласта, не прибегая к бурению скважины.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предлагается способ определения характера подземного пласта, приблизительное местоположение которого и геометрия известны, предусматривающий: наложение изменяющегося во времени электромагнитного поля на формацию, содержащую обследуемый пласт; регистрацию ответного сигнала электромагнитного волнового поля; поиск в ответном сигнале волнового поля составляющей, которая представляет собой преломленную волну, исходящую от слоя углеводородных соединений; и определение содержимого обследуемого пласта исходя из наличия или отсутствия волновой составляющей, преломленной слоем углеводородных соединений.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается способ поиска подземного пласта, содержащего углеводородные соединения, предусматривающий: наложение изменяющегося во времени электромагнитного поля на подземную формацию; регистрацию ответного сигнала электромагнитного волнового поля; поиск в ответном сигнале волнового поля составляющей, которая представляет собой преломленную волну; и определение наличия и/или характера любого обнаруженного пласта исходя из наличия или отсутствия волновой составляющей, преломленной слоем углеводородных соединений.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается устройство для определения характера подземного пласта, приблизительное местоположение которого и геометрия известны, либо для поиска подземного пласта, содержащего углеводородные соединения, причем указанное устройство содержит: средства для наложения изменяющегося во времени электромагнитного поля на формацию, содержащую обследуемый пласт; средства для регистрации ответного сигнала электромагнитного волнового поля и средства для поиска в ответном сигнале волнового поля составляющей, которая представляет собой преломленную волну, что обеспечивает возможность определить наличие и/или характер пласта.
Заявителями по настоящему изобретению был принят во внимание тот факт, что тогда как сейсмические свойства нефтеносной формации и водоносной формации различаются весьма незначительно, тем не менее по своему электромагнитному удельному сопротивлению /диэлектрической проницаемости/ эти формации довольно сильно отличаются друг от друга. Таким образом, применяя электромагнитный способ проведения изысканий, можно использовать эти различия и в значительной мере повысить вероятность успешного прогнозирования характера обследуемого пласта. В этом и кроется потенциальная возможность огромного сокращения производимых затрат.
Настоящее изобретение основывается на том факте, что в случае, когда на подземную формацию, включающую в свой состав обследуемый пласт, производят наложение соответствующего электромагнитного поля, помимо составляющей в виде прямой волны и составляющей в виде отраженной волны, исходящей от обследуемого пласта, зарегистрированный ответный сигнал волнового поля будет включать в себя также и составляющую в виде "преломленной" волны, исходящей от обследуемого пласта. При этом пласт, содержащий углеводородные соединения, ведет себя в какой-то степени как волновод. Однако для целей нижеследующего описания настоящего изобретения данная волна будет именоваться и далее "преломленной волной" независимо от конкретного механизма, которым на самом деле обусловлено ее возникновение.
Как бы то ни было, преломленная волна ведет себя по-разному в зависимости от характера формации, по которой она распространяется. В частности, потеря на распространение в углеводородной формации значительно ниже, чем в водоносной формации, тогда как скорость распространения значительно выше. Таким образом, при наличии нефтеносного пласта в случае наложения на него электромагнитного поля может быть зарегистрирована мощная, быстро распространяющаяся преломленная волна. Следовательно, это может служить указанием наличия такого пласта или же его характеристик, если о его наличии уже известно. В связи с этим предпочтительно было бы также, чтобы способ в соответствии с настоящим изобретением дополнительно предусматривал еще операцию анализа различных влияний, оказываемых обследуемым пластом на любую составляющую, присутствующую в виде преломленной волны, с тем чтобы определить, помимо всего прочего, также и содержащееся в этом пласте количество нефти исходя из результатов такого анализа.
Предпочтительно было бы, чтобы приложенное электромагнитное поле было к тому же поляризованным. При этом предпочтительно, чтобы поляризация поля была такова, как будто бы поле было создано расположенными на одной линии горизонтальными антеннами передатчика и приемника.
В том случае, если смещение передатчика и приемника друг относительно друга существенно больше, чем утроенная глубина залегания пласта под морским дном /т.е., иными словами, толщина покрова/, следует учитывать тот факт, что затухание преломленной волны будет зачастую меньшим, чем затухание прямой волны и отраженной волны. Причиной этого обстоятельства является тот факт, что путь, проходимый преломленной волной, будет в действительности представлять собой расстояние от передатчика в нижнем направлении до обследуемого пласта, т.е., иными словами, соответствовать толщине покрова плюс величине смещения вдоль пласта, плюс расстояние от пласта до приемников, т.е. опять же толщину покрова.
Поляризация передаваемого от источника сигнала позволит определить, сколько энергии передается на нефтеносный слой в направлении приемника. Поэтому предпочтительным передатчиком является в этом случае антенна в виде симметричного вибратора, хотя может быть использован и любой другой передатчик, способный создать соответствующее поляризованное поле. В общем, предпочтительно было бы остановить свой выбор на симметричном вибраторе с большой эффективной длиной. Таким образом, симметричный вибратор передатчика может иметь длину от 100 до 1000 метров, а в предпочтительном случае может также иметь поперечную поляризацию на протяжении от 10 до 1000 метров. Оптимальная длина симметричного вибратора приемника определяется толщиной покрова.
Рассмотренный способ может быть применен при проведении разведки соответствующих подземных пластов, находящихся на суше, но в особенности целесообразно применять его при разведочных работах по подземным пластам, залегающим под водой в море и, в частности под морским дном. Предпочтительно было бы, чтобы наложение поля осуществлялось с использованием одного или более передатчиков, расположенных на поверхности земли, а регистрация ответного сигнала проводилась при помощи одного или нескольких приемников, также расположенных на поверхности земли. В предпочтительном случае практического применения передатчик/и и/или приемники располагаются на морском дне или на дне какого-либо иного участка водной поверхности либо в непосредственной близости от дна. Удобно было бы, чтобы имелся всего один передатчик и целая цепочка приемников, причем указанные передатчик/и/ и приемники представляли бы собой симметричные вибраторные антенны или катушки, хотя могут быть применены и другие виды передатчика/приемников. Передатчик может находиться в уже существующей скважине. Кроме того, если желательно получить улучшенную направленность излучаемого поля, то может быть применено некоторое множество передатчиков с регулировкой их по фазе.
В одном из вариантов расположения предусматривается разместить один передатчик и несколько приемников на одном и том же тросе, который укладывают в требуемом местоположении на дно моря с надводного или подводного судна. Потом вся эта связка может быть перемещена в другое местоположение. Во втором варианте расположения несколько приемников размещают в определенных положениях на дне моря. Передатчик в этом случае может перемещаться в разные местоположения. В третьем варианте расположения передатчик может устанавливаться на первом судне, в то время как на втором судне устанавливаются один или несколько приемников. Это обеспечивает маневренность при выборе местоположения как для передатчика, так и для приемников. В четвертом варианте расположения предполагается разместить передатчик в уже существующей скважине, в то время как приемники могут располагаться неподвижно по определенной схеме либо может предусматриваться возможность перемещения их с места на место.
Следует иметь в виду, что настоящее изобретение может быть использовано для определения местоположения, протяженности, характера и объема конкретной формации, а также может быть использовано в целях регистрации изменений этих параметров в течение некоторого периода времени.
Электромагнитные способы проведения изысканий сами по себе известны. Однако они не нашли широкого применения на практике. В общем, пласты, представляющие интерес для обследования, залегают на глубине примерно в 1 км и более ниже морского дна. Для того чтобы в этих условиях провести необходимые изыскания, ограничиваясь применением только лишь электромагнитного метода, с обеспечением при этом сколь-либо приемлемого показателя в отношении разрешающей способности, необходимо использовать короткие длины волн. К сожалению, для таких коротких длин волн характерен очень высокий коэффициент затухания. Длинные волны не обеспечивают достаточной разрешающей способности. По этим причинам предпочтительными являются сейсмические методы.
Однако, несмотря на то, что при использовании волн большей длины применительно к электромагнитным способам проведения изысканий нельзя получить достаточного количества данных для точного обозначения границ различных формаций, тем не менее, в том случае, когда геологическая конструкция уже известна, эти способы могут быть применены для определения характера конкретно обозначенной формации при условии, что возможные варианты для характера этой формации имеют значительные различия по своим электромагнитным характеристикам. Разрешающая способность при этом не имеет особо важного значения и поэтому могут быть использованы волны большей длины, которые не имеют столь высокого значения своего коэффициента затухания.
Удельное сопротивление морокой воды составляет примерно 0,3 Ом-м, а удельное сопротивление покрова, залегающего под морским дном, в типичных случаях находится в пределах от 0,3 до 4 Ом-м и, например, может составить приблизительно 2 Ом-м. Однако удельное сопротивление нефтеносного пласта находится, по всей вероятности, в пределах примерно 20-300 Ом-м. Такую большую разницу в показателях удельного сопротивления можно использовать при реализации способов, предлагаемых в соответствии с настоящим изобретением. В типичных случаях, удельное сопротивление формации, несущей в себе углеводородные соединения, будет в 20-300 раз превышать удельное сопротивление водоносной формации.
Благодаря разным электромагнитным свойствам газонефтеносной формации и водоносной формации можно ожидать возникновение явлений отражения и преломления на границе газонефтеносной формации. Однако схожесть в свойствах, показываемых покровом и пластом, содержащим воду, означает, что никаких явлений отражения либо преломления здесь, по-видимому, наблюдаться не будет.
Передаваемое поле может быть пульсирующим; однако следует отдать предпочтение когерентной незатухающей волне со ступенчатыми частотами. Оно может передаваться в течение довольно значительного периода времени, в течение которого предпочтительно было бы сохранять неподвижное положение передатчика /хотя он также мог бы и совершать медленное движение/, обеспечивая при этом устойчивую передачу. Таким образом, поле может передаваться в течение периода времени, находящегося в пределах от 3 секунд до 60 минут, предпочтительно - от 3 до 30 минут, составляя, например, около 20 минут. Приемники могут быть также расположены таким образом, чтобы регистрировать прямую волну и преломленную волну, исходящую от обследуемого пласта, а проводимый анализ может предусматривать извлечение данных по фазе и амплитуде преломленной волны из соответствующих данных для прямой волны.
Предпочтительно было бы, чтобы длина волны при передаче задана была в соответствии со следующей формулой:
0,1s≤λ≤5s,
где λ - длина волны при передаче через покров, a s - расстояние от морского дна до обследуемого пласта. Более предпочтительно было бы, чтобы λ находилась в пределах примерно от 0,5 s до 2 s. Частота передачи может находиться в пределах от 0,01 Гц до 1 кГц, предпочтительно - от 1 до 20 Гц, составляя, например, 5 Гц.
В предпочтительном режиме первая передача ведется на первой частоте и принимается каждым из приемников, находящихся в соответствующим образом настроенной цепочке таких приемников, затем на второй частоте проводится вторая передача, которая принимается той же самой настроенной цепочкой приемников, причем эти приемники настроены на прием своей соответствующей передачи. Все это, предпочтительно, будет повторено еще несколько раз, хотя и может быть проделано только один раз.
Предпочтительно было бы, чтобы выполняемый анализ предусматривал сопоставление результатов проведенных измерений с результатами, полученными с помощью математической имитационной модели, основанной на известных свойствах обследуемого пласта и условиях, характерных для покрова.
Предпочтительно было бы, чтобы расстояние между передатчиком и приемником задано было в соответствии со следующей формулой:
0,5λ≤l≤10λ,
где λ - длина волны при передаче через покров, а l - расстояние между передатчиком и первым приемником.
Допуская, что указанные расстояния и геометрия обследуемого пласта будут известны по результатам предварительно проведенных сейсмических изысканий, можно будет подобрать оптимальные значения λ и l.
Предпочтительно было бы, чтобы средства для проведения анализа позволяли анализировать фазу и амплитуду. Полученные данные могут быть проанализированы с применением методов области частот и временного интервала, а также с применением других методов, основанных на сужении импульса. Таким образом, полученные данные могут быть приведены к мнемоническим сейсмическим данным, а это позволяет использовать обычные методы, которые применяются при проведении последующей обработки сейсмических данных.
В том случае, когда рассматривается какое-то определенное местоположение, представляющее интерес, может предусматриваться выполнение операций математического моделирования. Таким образом, при составлении соответствующей математической модели учитываются различные параметры, относящиеся к каждому конкретному случаю, к примеру, такие, как глубина залегания и предполагаемые значения удельного сопротивления различных, уже известных формаций, составляющих покров, а расчет ожидаемых результатов проводится в зависимости от того, является ли рассматриваемая формация нефтеносной или же водоносной. Теоретические результаты, полученные при проведении такого предварительного расчета, могут быть затем сопоставлены с фактическими результатами, полученными при проведении соответствующих изысканий в полевых условиях, с тем, чтобы определить характер обследуемой формации.
Настоящее изобретение также относится и к способу проведения разведки подземных объемов, который предусматривает: проведение сейсмического изыскания с целью определения геологической конструкции обследуемого района, а в тех случаях, когда при проведении такого изыскания обнаруживается наличие какого-либо подземного пласта, составленного пористой породой, также и проведение последующих работ в соответствии со способом, рассмотренным в приведенном здесь выше описании.
Данное изобретение может быть осуществлено на практике в различных вариантах и ниже следует в качестве примера подробное описание некоторых вариантов его осуществления, ведущееся со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схематически экспериментальное оборудование, на котором проведена проверка принципов, положенных в основу настоящего изобретения;
фиг.2 - схематический разрез системы, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.1 показана испытательная установка, содержащая резервуар II, заполненный морской водой, внутрь которого помещен соответствующий муляж, имитирующий собой нефтеносный слой и выполненный в виде гибкой оболочки 12, наполненной пресной водой. Гибкая оболочка 12 находится в подвешенном состоянии над днищем резервуара II. Передатчик 13 и приемник 14 смонтированы на соответствующих вертикальных стойках 15, 16, свешивающихся с балки 17. Стойки находятся друг относительно друга на определенном постоянном расстоянии L, при этом передатчик 13 и приемник 14 имеют возможность перемещаться в вертикальном направлении вверх и вниз по своим стойкам 15, 16.
Когда передатчик 13 и приемник 14 находятся в положении, показанном сплошными линиями, производится регулировка чувствительности приемника таким образом, чтобы коэффициент ослабления для него имел такое значение, при котором прямая волна 18 не может быть им зарегистрирована. Очевидно, что и восприятие отраженной волны 19 будет также при этом ослаблено в такой степени, что она тоже регистрироваться не будет, учитывая большее расстояние, проходимое ею на пути ее распространения в морской воде.
Передатчик 13 и приемник 14 затем вместе опустили вниз, осуществляя при этом передачу сигналов через определенные интервалы. По достижении определенной глубины, на которой они показаны пунктирными линиями, приемником 14' был зарегистрирован мощный сигнал сразу же после передачи соответствующего сигнала передатчиком 13'. Это не могло быть сигналом прямой волны либо отраженной волны по причине затухания их в морской воде. Следовательно, сделан был вывод, что единственным путем для прохождения волны остается тот, что ведет через гибкую оболочку 12. Это показано в виде преломленной волны 21.
Расстояние, проходимое волной при распространении ее в морской воде, будет в этом случае сравнительно коротким, а поскольку часть своего пути эта волна проходит, распространяясь в пресной воде, заключенной в гибкую оболочку 12, затухание ее на этом участке пути будет происходить гораздо менее интенсивно, чем если бы то же самое расстояние ей пришлось пройти, распространяясь в морской воде. Таким образом, общее значение коэффициента затухания этой волны будет меньшим, чем такое же значение для прямой волны 18, и поэтому преломленная волна 21 будет в этом случае зарегистрирована.
Более близкий к практике пример показан на фиг.2. Поверхность моря обозначена позицией 31, причем море 32 занимает собой все пространство, простирающееся вниз вплоть да самого ложа океана 33. Далее имеется покров 34, за которым следуют нефтеносный слой 35 и нижележащий слой 36. Эта конструкция стала известной по результатам сейсмических изысканий, но сам характер упомянутых слоев оставался при этом неизвестным. Передатчик показан схематически и обозначен позицией 37, а расположен он на ложе океана 33; приемник показан и расположен аналогично и обозначен он позицией 38. Приемник 38 и передатчик 37 расположены на определенном расстоянии друг от друга, обозначенном как смещение 39.
Передатчик 37 выполнен в виде симметричной вибраторной антенны, которая смонтирована так, чтобы обеспечивать передачу электромагнитной волны, поляризованной таким образом, чтобы ее радиальная Е-составляющая была направлена, в основном, по линии, ведущей к приемнику. В результате этого прямая волна 41 распространяется в морской воде вдоль поверхности покрова, а отраженная волна 42а и 42b, которая проходит сквозь покров 34, попадает на верхнюю поверхность нефтеносного слоя 35, отражается от него. При этом получают показания, соответствующие тем частям этих волн, которые воспринимаются приемником 38.
Передаваемая волна приводит также к возникновению соответствующей преломленной волны 43. Она складывается из направляющейся вниз части 43а, которая, спускаясь, проходит сквозь покров 34 преломленной части 43b, путь распространения которой пролегает вдоль слоя 35 и направляющейся вверх части 43с, путь распространения которой проходит в обратном направлении вверх снова через покров 34. Поскольку преломленная часть 43b проходит свой путь, распространяясь в нефтеносном слое 35, намного быстрее и с гораздо меньшим затуханием, преломленная волна 43 будет зарегистрирована первой приемником 38, имея при этом относительно высокий уровень сигнала по сравнению с прямой волной 41 и отраженной волной 42а, 42b.
В частности, по показателям для преломленной волны 43 можно будет определить границы нефтеносного пласта, например границы слоя 35, если глубина залегания этого слоя под ложем океана 33 известна. Эта возможность обеспечивается благодаря тому обстоятельству, что направляющаяся вниз часть 43а преломленной волны 43 обычно входит в слой под критическим углом, который составляет приблизительно 10° для нефтеносной породы. При углах падения волны более чем примерно 15° происходит полное ее отражение от поверхности слоя 35.
Таким образом, придавая различные положения приемнику 38, можно будет определить границы нефтеносного пласта с достаточно высокой точностью по отсутствию выходящей из этого пласта части 43с преломленной волны.
Кроме того, данный метод пригоден также к использованию его с целью постоянного отслеживания изменений, происходящих в этом пласте в течение какого-то определенного периода времени. Пропадание регистрируемой преломленной волны будет означать, что граница нефтеносного пласта сместилась, а количество содержащейся в нем нефти уменьшилось.
В схеме расположения оборудования, показанной на фиг.2, морское дно имеет толщину 1000 м, а его удельное сопротивление составляет 2 Ом-м. Слой углеводородных соединений имеет толщину примерно 50-100 м, а его удельное сопротивление составляет 50-100 Ом-м.
Если в данном случае выбрать следующие параметры: расстояние между антенной передатчика 37 и антенной приемника 38 = 4000 м; частота = 1,25 Гц; эффективная длина антенны передатчика 37 и антенны приемника соответственно LT и LR=500 м, при этом физическая длина антенны составляет 1000 м; ток передатчика 200 А, то тогда принимаемый сигнал /прямая волна/ будет составлять примерно 5 мкВ. При f=2,5 Гц принимаемое напряжение становится равным 0,5 мкВ.
В том случае, когда слой углеводородных соединений имеет достаточно большую ширину, можно ожидать, что преломленная волна будет более мощной, чем прямая волна.
Изобретение относится к области геофизических исследований и предназначено для определения характера подводных и подземных пластов, местоположение которых и геометрия известны по результатам проведенных ранее сейсмических изысканий. Сущность: Предусматривается наложение на обследуемую формацию электромагнитного поля при помощи передатчика, находящегося на морском дне или вблизи него, и регистрация ответного сигнала волнового поля при помощи антенны, также находящейся на морском дне или вблизи него. В ответном сигнале производится поиск составляющей, которая представляет собой преломленную волну. Исходя из наличия или отсутствия преломленной волновой составляющей, определяют наличие или отсутствие пласта, содержащего углеводородные соединения. Технический результат: повышение уверенности определения характера пласта, не прибегая к бурению скважины. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.
0,5λ≤l≤10λ,
где λ - длина волны при передаче через покров, l - расстояние между передатчиком и приемником.
0,1s≤λ≤10s,
где λ - длина волны при передаче через покров, s - расстояние от морского дна до обследуемого пласта.
0,5λ≤l≤10λ,
где λ - длина волны при передаче через покров, l - расстояние между передатчиком и приемником.
| WO 00/00850 A1, 06.01.2000 | |||
| Способ волнового электромагнитного каротажа | 1982 |
|
SU1053044A1 |
| US 4258321 A, 24.03.1981 | |||
| Дорожная спиртовая кухня | 1918 |
|
SU98A1 |
