СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G01V3/08 

Изобретение относится к электроразведочным исследованиям - методам электромагнитного зондирования становления поля в ближней зоне (ЗСБЗ), входящим в область импульсных индуктивных методов электроразведки, применяемым при решении различных задач геоэлектрики: инженерных, структурных, экологических, поисковых, в том числе нефтегазопоисковых, разведочных задач, а также задач контроля текущей нефтенасыщенности на разрабатываемых месторождениях.

Известен способ геоэлектроразведки, который основан на измерениях электродвижущей силы (ЭДС) переходных процессов в незаземленных контурах и предусматривает повторение измерений при заданных размерах незаземленных контуров. По результатам измерений определяют параметры электропроводности (авт. св. СССР 1125579 приор., 10.02.1983, опубл. 23.11.1984). Для повышения точности определения исследуемых свойств первое измерение проводят с незаземленным контуром, размер которого выбирают в пределах от 0,1 до 1,0 требуемой глубины исследования, определяют наличие или отсутствие изменений знака производной сигнала, затем при смене знака производной повторяют измерения, увеличивая каждый размер незаземленного контура в 2-5 раза до тех пор, пока при очередном размере незаземленного контура смены знака производной не будет, а при отсутствии смены знака производной при первоначальном размере незаземленного L контура производят повторные измерения с уменьшением размеров незаземленного контура каждый раз в 1,5-2 раза до тех пор, пока на переходном процессе не будет зафиксирована смена знака производной.

К недостаткам указанного способа можно отнести необходимость сопоставления между собой результатов измерений с контурами разного размера, что требует учета изменения сигнала одновременно как по глубине, так и по площади, что накладывает значительные ограничения на информативность при проведении повторных контрольных измерений, особенно в условиях наличия большого количества техногенных помех.

Наиболее близким к предлагаемому способу является метод, в котором осуществляется зондирование становлением поля в ближней зоне (Сидоров В.А. Импульсная индуктивная электроразведка - М.: Недра, 1985. - С.14-18). В этом способе измеряют процесс становления поля над слоистой толщей при пропускании импульсов тока. Зондирование проводится при размерах установки, меньших требуемой глубины исследования. Особенностью метода является контроль за характером поздней стадии. После окончания волновой стадии (стадии последовательного возникновения и нарастания вихревых токов во все более глубоких проводящих слоях) начинается затухание вихревых токов - поздняя стадия. Поздняя стадия начинается для какого-то верхнего проводящего комплекса и характеризует его продольную проводимость S₁, но в более глубоких проводящих слоях еще происходит нарастание вихревых токов. На поверхности можно и не заметить соответствующих полей - они маскируются сильным полем, характеризующим S₁. С течением времени, процесс будет характеризовать продольную проводимость S всего разреза, но до этого в какие-то моменты он характеризует проводимости S₁+S₂, S₁+S₂+S₃ и т.д. Таким образом, в поздней стадии переходного процесса последовательно добавляется влияние все более и более глубоких проводящих горизонтов.

Полученные при обработке кривые близки к истинным параметрам разреза S(h). С помощью параметрических измерений методом ЗСБЗ, выполняемых у скважин, удается выявить корреляционные зависимости положения точек перегиба графиков от глубины геоэлектрических границ. Это позволяет получить геоэлектрическую модель разреза среды.

Этот способ характеризуется локальностью результатов исследований в плане, связанных с малыми разносами установки. Способ является устойчивым к различного рода техногенным помехам за счет осреднения данных по глубине. Однако выполнение контрольных электроразведочных измерений на территориях, значительно загруженных техногенными факторами, не позволяет в точности повторить условия измерений и требует привлечения повторных параметрических измерений, что иногда является практически невыполнимой задачей. Кроме того, привязка по глубине, в данном случае, выполняется на основе реперных пластов геологического разреза, которые, как правило, слабо проявляются на фоне техногенных помех.

В связи с вышесказанным, недостатками предложенного способа являются большие трудозатраты из-за большого объема подготовительных и повторных работ, а также сложность привязки результатов по глубине в условиях конкретного геологического разреза и уровня техногенных помех на конкретном месторождении, что значительно осложняет осуществление режима мониторинга на месторождениях с высоковязкой нефтью и битума.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для геоэлектроразведки методом переходных процессов. (Авт. св-во СССР №305437, заявл. 11.11.1969 г., опубл. 04.06.1971 г., бюл. №18).

Известное устройство содержит незаземленный контур, импульсный генератор, включающий источник постоянного тока, коммутатор и схему управления, измеритель, содержащий стробирующий ключ, импульсный усилитель, выходные ключи, накопитель, усилитель постоянного тока с преобразователем, регистратор. Генератор импульсов содержит коммутатор для использования незаземленного контура в качестве генераторного и измерительного контуров.

Недостатками данного устройства являются большие трудозатраты при проведении измерений на исследуемой площади, а также отсутствие возможности перенастройки диапазона и частоты используемых временных задержек, что значительно затрудняет настройку измерений на конкретные геолого-технические условия проведения работ по мониторингу разработки месторождений высоковязкой нефти и битума.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого способа, заключается в экспресс-контроле за динамикой извлечения высоковязкой нефти и битума вдоль профиля горизонтальных скважин в реальном масштабе времени и своевременной корректировке режима закачки теплоносителя в ствол технологической скважины, а также режима отбора в стволе эксплуатационной скважины при снижении трудозатрат на проведение измерений и повышении информативности измерений.

Указанная задача решается тем, что в способе геоэлектроразведки, основанном на измерениях электродвижущей силы (ЭДС) переходных процессов в генераторном и измерительных контурах разных размеров, выбираемых в зависимости от глубины исследования, и включающем обработку зарегистрированного сигнала с помощью регулирования времени задержки и определения продольной проводимости (S) с последующим построением параметрической зависимости продольной проводимости (S) от глубины (h), в отличие от прототипа над траекторией горизонтальных скважин на время разработки высоковязких нефтей и битумов располагают стационарно генераторный контур и внутри него систему измерительных контуров меньшего размера и во время регистрации ЭДС в измерительных контурах определяют временные задержки, на которых на фоне сигналов, регистрируемых всеми измерительными контурами, наблюдается контрастный рост наведенной ЭДС, которая соответствует сигналу от металлической обсадной колонны скважины, и привязывают наведенные ЭДС на выделенных задержках к траектории прохождения скважины и на основе построенной зависимости продольной проводимости (S) от глубины (h) рассчитывают зависимости продольной проводимости (S) от глубины (h) на других измерительных контурах, и по ним определяют мощность и глубину залегания продуктивного пласта. По измеренным ЭДС для исследуемого пласта определяют кажущееся удельное электрическое сопротивление (ρ_к) и рассчитывают коэффициент кажущейся битумонасыщенности (К_б) по каждому циклу измерений. Систему генераторного и измерительных контуров располагают на, над или под поверхностью земли. Регистрацию наведенной ЭДС с каждого измерительного контура осуществляют одновременно. Систему измерительных контуров размещают вплотную внутри генераторного контура с покрытием всей площади генераторного контура либо с дополнительным перекрытием участков площади для обеспечения достаточной детальности в плане.

Техническая задача, решаемая заявленным устройством, заключается в реализации режима мониторинга при разработке месторождений высоковязкой нефти и битума в конкретных геолого-технических условиях, а также в снижении трудозатрат на проведение измерений.

Реализация способа осуществляется устройством, состоящим из импульсного генератора, генераторного и измерительных контуров, коммутатора и регистратора, в котором генераторный контур расположен стационарно над траекторией горизонтальных скважин, а внутри него стационарно расположена система измерительных контуров меньшего размера, при этом каждый измерительный контур через коммутатор подключен к регистратору, оснащенному устройством регулирования времени задержки. Контуры имеют вид прямоугольника и размер одной из сторон генераторного контура выбран ≥ длины горизонтального ствола скважины, а размеры сторон измерительных контуров не меньше ¼ глубины залегания исследуемого пласта. Измерительные контуры установлены внутри генераторного контура вплотную с покрытием всей площади генераторного контура либо с дополнительным перекрытием участков площади для обеспечения достаточной детальности в плане.

Сущность предлагаемого изобретения будет понятна из нижеследующего описания и прилагаемых чертежей.

На фигуре 1 изображена схема размещения измерительной установки ЗСБЗ для мониторинга разработки участка битуминозной залежи, вскрытой двумя горизонтальными скважинами.

На фигуре 2 изображен вид сверху измерительной установки ЗСБЗ.

На фигуре 3 изображена зависимость продольной проводимости (S) от глубины (h).

Измерительная установка ЗСБЗ для мониторинга разработки участка высоковязких нефтей и битумов, вскрытой двумя горизонтальными скважинами (фиг.1, 2), содержит: генераторный контур 1, измерительные контуры 2, коммутатор 3, регистратор 4, импульсный генератор 5. Установка ЗСБЗ расположена над траекторией горизонтальных скважин, где эксплуатационная скважина 6, технологическая скважина 7, пробуренные в исследуемом пласте 8. Поз.9 - измерительный контур, в котором наблюдается наиболее интенсивный вклад сигнала от обсадной колонны вне исследуемого пласта, поз.10 - измерительный контур, в котором наблюдается наиболее интенсивный вклад сигнала от обсадной колонны на глубине исследуемого пласта. На графике зависимости продольной проводимости (S) от глубины (h) (фиг.3) обозначено: 11 - низкоомный пласт, 12 - высокоомный пласт.

Предлагаемый способ, реализующийся с помощью данного устройства, осуществляется следующим образом.

Над траекторией горизонтальных скважин 6 и 7, расположенных в исследуемом пласте 8, на время разработки высоковязких нефтей и битумов стационарно располагают генераторный контур 1 и внутри него систему измерительных контуров меньшего размера 2. Эти контуры могут располагаться на поверхности, над поверхностью или под поверхностью земли. Размеры генераторного и измерительных контуров выбираются в зависимости от глубины залегания исследуемого пласта, при этом контуры могут иметь вид прямоугольника и с одной из сторон генераторного контура ≥ длины горизонтального ствола скважины, а размеры сторон измерительных контуров не меньше ¼ глубины залегания. Измерительные контуры установлены внутри генераторного контура вплотную с покрытием всей площади генераторного контура, либо с дополнительным перекрытием участков площади для обеспечения достаточной детальности в плане. Оптимальные размеры контуров определены эмпирическим способом, при этом измерительные контуры могут располагаться с перекрытием для достижения большей детальности по площади. Прямоугольный генераторный контур с размещением длинной стороной вдоль траектории скважины дает возможность при заданной глубинности охватить всю траекторию скважины, при этом прямоугольный измерительный контур более чувствителен к обсадной колонне, а квадратный измерительный контур более чувствителен к особенностям разреза. Таким образом, конкретные размеры и форму контуров выбирают при первоначальной настройке системы в зависимости от интенсивности сигналов от геологического разреза по площади измерений и вклада сигнала от обсадной колонны. Генераторный контур 1 подключен к импульсному генератору 5, каждый измерительный контур 2 через коммутатор 3 подключен к регистратору 4, оснащенному устройством регулирования времени задержки принимаемого сигнала ЭДС (на фигуре не показано), наведенного в каждом измерительном контуре от импульсного сигнала, поступающего от импульсного генератора 5 на вход генераторного контура 1. Во время сеанса электромагнитного зондирования периодически подают от импульсного генератора 5 импульсы тока на вход генераторного контура 1 и периодически, в паузах между импульсами, осуществляют регистрацию сигнала наведенной ЭДС в измерительных контурах 2 одновременно или последовательно с каждого из них при помощи коммутатора 3, подключенного ко входу регистратора 4.

Таким образом, установка ЗСБЗ в процессе работы регистрирует наведенные ЭДС в геологическом разрезе на различных глубинах под площадью генераторного контура, в которые вкладываются наведенные ЭДС от обсадной колонны скважины, наиболее интенсивные в измерительных контурах, располагаемых непосредственно над траекторией прохождения скважины на глубине прохождения скважины по сравнению с другими приемными контурами.

Последующая обработка принятого сигнала наведенной ЭДС с помощью регулирования времени задержки позволяет осуществить зондирование горной породы по глубине и регистрировать ее электропроводность, обусловленную на глубинах залегания продуктивного пласта степенью битумонасыщенности коллектора, для этого во время регистрации ЭДС в измерительных контурах определяют временные задержки, на которых на фоне сигналов, регистрируемых всеми измерительными контурами, наблюдается контрастный рост наведенной ЭДС, которая соответствует сигналу от металлической обсадной колонны скважины, и привязывают наведенные ЭДС на выделенных задержках к траектории прохождения скважины, затем выстраивают параметрическую зависимость продольной проводимости (S) от глубины (h) (фиг.3). Использование сигнала от металлической обсадной колонны в качестве реперного обусловлено тем, что металлическая труба значительно влияет на абсолютное значение сигнала и слабо влияет на производную в связи с малостью удельного сопротивления трубы по сравнению с удельным сопротивлением разреза (поз.9 и поз.10 фиг.1). Использование реперных данных от металлической обсадки с целью привязки по площади и глубине значительно упрощает процесс обработки и повышает точность результатов. Далее на основе зависимости продольной проводимости (S) от глубины (h) (фиг.3) рассчитывают зависимости продольной проводимости от глубины на других измерительных контурах,

где Sτ(hτ) зависимость продольной проводимости от глубины в зависимости от параметра становления τ, функция ρ(z) описывает изменение разреза с глубиной.

По зависимости S_τ(h_τ) определяют мощность и глубину залегания продуктивного пласта.

На фигуре 3 показан пример определения мощности и глубины залегания продуктивного пласта по графику зависимости продольной проводимости (S) от глубины (h), где по оси абсцисс отложена продольная проводимость, по оси ординат глубина, причем 11 - низкоомный пласт, 12 - высокоомный пласт.

По измеренным ЭДС для исследуемого пласта определяют кажущееся удельное электрическое сопротивление (ρ_к), используя формулу:

где i - номер слоя, Sτ_i и hτ_i - ордината и абсцисса точки перегиба кривой Sτ(hτ), отвечающей i-му слою, τ - параметр становления. При этом величины hτ_i в измерениях контрастного возрастания ЭДС привязывают к реальным глубинам прохождения скважины.

Затем рассчитывают величину кажущегося коэффициента битумонасыщенности (К_б) по каждому циклу измерений. (К_б) оценивается на участках в непосредственной близости от скважин с известными параметрами пласта по следующей формуле:

где К_б - коэффициент кажущейся битумонасыщенности в %,

К_п - коэффициент пористости,

ρ_в - удельное сопротивление насыщающей воды в ом.м,

ρ_к - кажущееся удельное электрическое сопротивление пласта по ЗСБЗ (см. формулу 2),

t - температура пласта,

а₁ - среднее значение температурного коэффициента электропроводности пласта,

К₁ - числовой коэффициент.

Используемые коэффициенты и величины К_п, ρ_в, ρ_к, t, a₁ берут из ранее проведенных каротажных измерений в исследуемых пластах.

При проведении измерений используется программное обеспечение, которое обеспечивает осуществление способа.

Периодическая регистрация текущего состояния электропроводности горной породы по глубине в режиме мониторинга позволяет осуществлять экспресс-контроль за динамикой извлечения высоковязкой нефти вдоль профиля горизонтальных скважин в реальном масштабе времени и своевременно корректировать как режим закачки теплоносителя в ствол технологической скважины, так и режим отбора в стволе эксплуатационной.

Изобретение относится к электроразведочным исследованиям. Технический результат: снижение трудозатрат на проведение измерений и повышение информативности измерений при экспресс-контроле за динамикой извлечения высоковязкой нефти и битума вдоль профиля горизонтальных скважин в реальном масштабе времени, контроле режима закачки теплоносителя, а также режима отбора. Сущность: над траекторией горизонтальных скважин на время разработки высоковязких нефтей и битумов располагают стационарно генераторный контур (ГК) и внутри него систему измерительных контуров (ИК) меньшего размера. Систему ГК и ИК располагают на, над или под поверхностью земли. Каждый ИК через коммутатор подключен к регистратору, оснащенному устройством регулирования времени задержки. Во время регистрации электродвижущей силы (ЭДС) в ИК определяют временные задержки, на которых на фоне сигналов, регистрируемых одновременно всеми ИК, наблюдается контрастный рост наведенной ЭДС, которая соответствует сигналу от металлической обсадной колонны скважины. Привязывают ЭДС на выделенных задержках к траектории прохождения. На основе построенной зависимости продольной проводимости (S) от глубины (h) рассчитывают зависимости S от h на других ИК. По ним определяют мощность и глубину залегания продуктивного пласта. По измеренным ЭДС для исследуемого пласта определяют кажущееся удельное электрическое сопротивление (ρ_к) и рассчитывают коэффициент кажущейся битумонасыщенности (К_б) по каждому циклу измерений. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ геоэлектроразведки, основанный на измерениях электродвижущей силы (ЭДС) переходных процессов, использующий генераторный и измерительный контуры разных размеров, выбираемых в зависимости от глубины исследования, и включающий обработку зарегистрированного сигнала с помощью регулирования времени задержки и определения продольной проводимости (S) с последующим построением параметрической зависимости продольной проводимости (S) от глубины (h), отличающийся тем, что над траекторией горизонтальных скважин на время разработки высоковязких нефтей и битумов располагают стационарно генераторный контур и внутри него систему измерительных контуров меньшего размера, и во время регистрации ЭДС в измерительных контурах определяют временные задержки, на которых на фоне сигналов, регистрируемых всеми измерительными контурами, наблюдается контрастный рост наведенной ЭДС, которая соответствует сигналу от металлической обсадной колонны скважины, и привязывают наведенные ЭДС на выделенных задержках к траектории прохождения скважины, и на основе построенной зависимости продольной проводимости (S) от глубины (h) рассчитывают зависимости продольной проводимости (S) от глубины (h) на других измерительных контурах, и по ним определяют мощность и глубину залегания продуктивного пласта, по измеренным ЭДС для исследуемого пласта определяют кажущееся удельное электрическое сопротивление (ρ_к) и рассчитывают коэффициент кажущейся битумонасыщенности (К_б) по каждому циклу измерений.

2. Способ геоэлектроразведки по п.1, отличающийся тем, что систему генераторного и измерительных контуров располагают на, над или под поверхностью земли.

3. Способ геоэлектроразведки по п.1, отличающийся тем, что регистрацию наведенной ЭДС с каждого измерительного контура осуществляют одновременно.

4. Способ геоэлектроразведки по п.1, отличающийся тем, что систему измерительных контуров размещают внутри генераторного контура вплотную с покрытием всей площади генераторного контура либо с дополнительным перекрытием участков площади для обеспечения достаточной детальности в плане.

5. Устройство для электроразведки, состоящее из импульсного генератора, генераторного и измерительного контуров, коммутатора и регистратора, отличающееся тем, что генераторный контур расположен стационарно над траекторией горизонтальных скважин, а внутри него стационарно расположена система измерительных контуров меньшего размера, при этом каждый измерительный контур через коммутатор подключен к регистратору, оснащенному устройством регулирования времени задержки.

6. Устройство для геоэлектроразведки по п.5, отличающееся тем, что измерительные контуры установлены внутри генераторного контура вплотную с покрытием всей площади генераторного контура либо с дополнительным перекрытием участков площади для обеспечения достаточной детальности в плане.

7. Устройство для геоэлектроразведки по п.5, отличающееся тем, что контуры имеют вид прямоугольника и размер одной из сторон генераторного контура выбран ≥ длины горизонтального ствола скважины, а размеры сторон измерительных контуров не меньше 1/4 глубины залегания исследуемого пласта.

8. Устройство геоэлектроразведки по п.5, отличающееся тем, что генераторный контур размещен длинной стороной вдоль траектории скважины.