Способ наземного геоэлектрического осевого зондирования Советский патент 1986 года по МПК G01V3/06 

1

Изобретение относится к способам проведения геофизических исследований с использованием источника электрического поля и предназначено для картирования границ горизонтальных неоднородностей в средах с субгоризонтальными . границами раздела, в частности для картирования границ нефтегазовых залежей.

Целью изобретения является новы- шение точности картирования границ горизонтальных неоднородностей, находящихся в слоистой среде с субгорзонтальными границами раздела.

На фиг. 1 приведена теорети- ческая модель среды; на фиг.2 - схема установки зондирования при измерении первой разности электрического потенциала; на фиг.З - то же, для измерения третьей разности; на фиг.4 - то же, для измерения второй разности потенциалов; на фиг.З палетка кривых зондирования; на фиг.6 - пример результатов измерений надмоделью среды.

С целью подавления влияния прямого поля на результаты измерений возможны следующие варианты реализации способа.

Если исследуемая среда возбуж- дается током синусоидальной формы, то приемник отделяют от источника н расстояние не меньшее, чем удвоенная глубина залегания исследуемого

объекта и ведут в течение всего интервала времени возбуждения непрерывное измерение сигнала, поступающего на вход приемника.

Если исследуемая среда возбуждается знакопеременными импульсами то- ка с паузами между каждым из них, то при помощи синхроключа на вход приемника подают сигнал от датчика только в те промежутки времени, когда ток в токовой цепи отсутствует (сигнал переходного процесса), и из этого сигнала приемником выделяется и измеряется только основная (первая) гармоника, т.е. та гармоника, которая следует с частотой, равной час- тоте цикла переключения импульсов тока. В этом варианте результат измерений практически не зависит от расстояния между приемником и источником, что позволяет применять установ- ки с малыми разносами, например, равными, глубине залегания исследуемого объекта.

5 0 5

о

5

5

802

В результате измерений получают параметр зондирования Л, который является функцией от измеряемых первой, второй и третьей разностей электрических потенциалов, а также от величины разноса,г (расстояние между источником и центром базы Дг, на которой размеп ены электроды, с помощью которых измеряют указанные разности потенциалов). Причем, если проводится геометрическое зондирование, то Л изучают в зависимости от изменения разноса (г) установки зондиро вания; если проводится частотное зондирование, то Л изучают в зависимости от изменения частоты (W) источника поля; если проводится зондирование становлением поля, то изучают в зависимости от изменения времени (t) становления поля.

В качестве эталона взята не однородная среда, а среда с плоскопараллельными границами, в которой исследуемый параметр зондирования не зависит от аргумента зондирования. Для вывода формулы, по которой определяется этот параметр, воспользуемся фиг.1, где изображена модель двухслойного разреза с плоской горизонтальной границей раздела. Первая среда обладает мощностью h и удаленным электрическим сопротивлением f , вторая обладает сопрЬтивлением Л и безгранична по мощности.

В точку О, на ходящуюся на дневной поверхности, подведен от источника ток I, который возбуждает электрическое поле в разрезе. При достаточно больших отношениях координаты г к мощности первого слоя h (r/h-) и отношении , 1 Я потенциал поля в первой среде не зависит от вертикальной координаты Z, тогда изменение этого потенциала между двумя цилиндрическими поверхностя и , где 1-8 --координаты этих поверхностей, равно

.dU I

P,, г 2ThTr

(1)

или

р

(2)

где 1 - горизонтальный ток, текущий

через поверхность d - приращение, разноса. Из условий непрерывности вектора тока в замкнутой поверхности вытекает, что изменение горизонтального тока 1- между и Бгчвв равно вертикальному току 1, перетекающему на этом участке через границу раздела во вторую среду, т.е.

dit 1л

С другой стороны

V, 1

Z 2Т r.dr

гдеА2 - некоторый путь, по которому течет ток во второй среде.

Продифференцировав по г (2) и подставив в этот результат (3) и (4) получем

-a -f-jzV.-

Р. 1 2 где -р- г Л искомый параметр

модели среды, состоящий из двух разделяемых переменных этой модели (сопротивления и геометрических размеров) и не зависящий ни от координа- ты зондирования г, ни от тока питания источника I.

Параметр Л характеризуе т верти- . .кальное проникновение поля в исследуемую среду. Поскольку этот пара- метр определяет меру фокусировки .поля по вертикали, назовем его параметром вертикального проникновения поля, который определяют, измерив d и dUi „

Tr

dy

л ЙЕ1 + 1 dr . и, г U

Параметр А в однородной в ради- альном направлении слоистой среде не меняется, если уравнение (5) многократно дифференцировать по г, зато любые горизонтальные неоднородности (включения) и из границ при каждом очередном дифференцировании вырисовываются значительно четче, чем до этого дифференцирования. Поэтому параметр Л определяют из уравнения (5) или после однократного или много кратного дифференцирования по г этого уравнения в зависимости от требуемой степени точности картирования того или ИНОГ9 локального объекта, залегающего в слоистой среде, т.е. из уравнения ,()

(6)

d dr

d и . 1 dU ,2 dr - °

31804

Как показала практика полевых исследований, для картирования контура нефтегазовой залежи, на глубинах до пяти километров достаточно восполь- - зоваться однократным дифференцированием уравнения (5).

Тогда

d ,d u I dU

( u)o

10

dr Mr r dr

(8)

т. е.

Л,

(9)

15

20

25. о

35

40 45 - jg

Из формулы (9) вытекает, что для определения Л необходимо измерить первую, вторую и третью производные потенциала поля источника. На практике измеряют Непосредственно (подчеркнем) на интервале Д г - первую разность потенциалов &U, пропорциональную dU, вторую разность , пропорциональную , и третью разность , пропорциональную d U. Формирование через разность uUj - aU2, раздельно измеренных в точках Гд и г, первых разностей А Щ и ди, и через двойную разность лЧд - 2AUz + ли, раздельно измеренных в точках г, rj и Гз первых разностей ди,диг HAUj , иногда практикуемое в электроразведке, бессмысленно, так как обычно разности потенциалов див электроразведке измеряют с точностью до 5%, а это означает, что величина ошибки измерения первых разностей соизмерима со значениями второй разности и на порядок вы- ще значений третьей разности.

На фиг.2 точка О - источник поля, 9-12 - измерительные электроды, 13-16 - резисторы, 17 - измерительное устройство для измерения первой разности электрических потенциалов AU на интервале Дг, равном расстоянию между измерительными заземлениями 9 и 12.

На фиг.З дана принципиальная схема измерения третьей разности электрических потенциалов А U между заземлениями, обозначенными соответственно 9, 10, 11 и 12, 17 - измерительное устройство, а 13, 14, 15 и 16- соответственно сопротивления RI , Rj, Rj и RM .

Заземления равноудаленны друг от друга., первое заземление соединяют с

третьим 11 через два последовательно соединенные электрические сопротивления R/, и Rj, второе заземление 10 соединяют с четвертым 12 через два последовательно соединенные сопротивления Ra и Кц , а к узлам со едине- ния. сопротивлений R и Rj, Ra и Иц. подключают измерительное устройство, причем величины сопротивлений R,| , Ra R J и R ч надают таким образом, чтобы R, .

Для непосредственного измерения второй разности электрических потенциалов Д и при наличии четырех раз- ноудаленных друг от друга заземлений первое заземление 9 соединяют с четвертым 12 через два последовательно соединенные сопротивления R и Rq, второе заземление 10 соединяют с третьим 11 через два последовательно соединенные сопротивления R j и , а к узлам соединения сопротивлений Rx и Rk,, Rj и R3 подключают измеритель- ное устройство, причем обеспечивают равенство всех четырех сопротивлений, т.е.

R. - R,

«3 -«-.

Нетрудно показать, что на клеммах измерительного устройства 17 (фиг.З) при вьтолнении условия R R измеряется величина, пропорциональная третьей разности потенциалов , точнее

А и г -2 Alb + и .- UM . 4 4 4 -

где и , Ui , Uj и Щ - соответственно потенциалы на электродах 9, 10, 11 и 12.

Также нетрудно показать, что по схеме (фиг.4) на клеммах измерительного устройства 17 измеряется величина, пропорциональная второй раз- Ности потенциалов Д U, а точнее

4 и Д - Ux -иг -Us Ш ....

---.„ --- п;

при условии равенства между собой сопротивлений R , Rj, Rj и RJ((, которые обозначены цифрами 13-16 (фиг.4).

Параметр Д определяют геометрическим зондированием как функцию разноса (г) установки зондирования

Л + Е - f лиг г лиг Ч

(12)

,

5 0 5

0

«

0

или частотным зондированием как функцию частоты (со) источника

..

(13)

или зондированием становлением как функцию времени (t) становления поля

rt) -1 + - ) (14) 2 AU6(t) г AUu(t) ЧЪ

где индекс г - признак осевого расположения источника и приемников (электродов) поля.

На фиг.5 дана двухслойная палетка кривых зондирования, рассчитанных на основе точного решения уравнения Лапласа, для предлагаемого способа (сплошные кривые) и для способа вертикальных электрических зондирований (пунктирные кривые). По оси абсцисс. отложено отношение размера зондирующей установки L к мощности первого слоя L/h, а по оси ординат - отношение, кажущегося сопротивления к сопротивлению первого слоя В соответствии с ранними обозначениями L эквивалентно г. Шифр кривых - отношение сопротивления второго слоя к сопротивлению первого слоя Рг /Pi .

Как видно из фиг.5, ограничения, наложенные при вьюоде уравнения . (5), перестают сказываться при L/h 4, т.е; при г, равном или большем Lh. При этом параметр Л при всех отношениях Рг/ Pi инвариантен к разносу установки.

Зо.ндирование на основе параметра Л по разносу, по частоте или времени становления поля приобретает принципиально новый смысл, так как оно в отличие от зондирования способами сопротивлений позволяет четко определять границы локальных включений в слоистых средах и оценивать их глубину залегания,, а также исключать из результатов измерений включения . залегающие вне пределов радиуса той или иной зондирующей установки.

На фиг.6 показан пример результатов измерений над высокоомной неоднородностью в виде диска 18 предлагаемым способом по параметру Л (сплошная кривая) и трехэлектродным способом по кажущемуся сопротивлению Як (пунктирная кривая). Здесь размер

. 71

профилирующей установки L равен диаметру диска. Как видно из фиг.6, аномалия от края диска по . очень рас- пльгочата, а ее максимальное значение составляет всего лишь около 3% от величины нормального поля. Аномалия по Л локализована у края диска, где ее амплитуда многократно возрастает в сравнении с величиной нормального поля.

Применение предлагаемого способа только для поисков и разведки нефтегазовых залежей открывает принципиально новые экономические и технические возможности, так как, во-первых, позволяет резко сократить количество разведочных и поисковьпс сквалсин, стоимость каждой из которых составляет миллионы рублей, во-в т о--л рык, позволяет с применением мощных источников электромагнитного поля, например МГД-генераторов, вести поис и разведку нефтегазовых залежей на недоступных для других геофизических методов глубинах.

.Формула изобретения

Способ наземного геоэлектрического осевого зондирования, включаю- .щяК возбуждение геоэлектрического

0

31

5

80,.

разряда источником электрического поля, измерение на заданном расстоянии от источника поля первой и второй осевых разностей электрических потенциалов и расчет картируемого параметра, по отклонению которого от нормального выделяют электрические неоднородности в геоэлектрическом разрезе, отличающийся тем, что что, с целью повьшения точности картирования границ горизонтальных неоднородно с тей, находящихся в слоистой среде с субгоризонтальными граница ми раздела, дополнительно измеряют третью осевую разность электрических потенциалов, а картируемый параметр Ли определяют по формуле

20

()

где ли, , Д Lit первая, вторая и третья осевые разности электрических потенциалов;

t - расстояние от источника электрического поля до центра базы измерения разностей электрических потенциалов ;

At - база, на которой измеряют разности электрических потенциалов.

Способ наземного геоэлектрического зондирования горизонтальных неоднородно стей, находящихся в слоистой среде с субгоризонтальными границами раздела. Возбуждают разрез источником электрического тока силой I, производят измерение на расстоянии г от источника на интервале Д г первой (Диг) и второй () осевых разностей электрических потенциалов и определение на их основе расчетного . ./ картируемого параметра (кажущегося электрического сопротивления ft) по формулам 2 Хг Д г А Д-|ЕИЛИ Яс glTr- А г I измеряют кроме первой и второй осевых разностей потенциалов третью (), а картируемый параметр (вертикальное проникновение тока А), определяют по формуле л Лг Д Ur Д Ur Д Ur (-Vпо аномалии которого судят о положении границы неоднородности. Причем, если проводят геометрическое зондиро- вание, то 7 fизучают в зависимости от изменения разноса (г) установки зондирования; если проводят частотное зондирование, то Л изучают в зависимости от изменения частоты (tO) источника поля; если проводят зондирование становлением поля, то Л изучают в зависимости от изменения вре- мени (t) становления поля. 6 ил. i (О to ю со 00

v/

/г,

ffT/ 7/7f / // f / / /// f /

Фиг. г

///,

//////////////////////////

Сриг.З

Г-017

f / / / f / / / f.

UT

///

2r

у

T« T// I/

T,. ж.. T

//////////,

« /-г

О

IS

////////у//////////////// ////////ТУ//7///////////////////

фиг A

Фиг.5

Фиг. 6