EA012059B1 - Method of minerals prospection - Google Patents

Method of minerals prospection Download PDF

Info

Publication number
EA012059B1
EA012059B1 EA200701763A EA200701763A EA012059B1 EA 012059 B1 EA012059 B1 EA 012059B1 EA 200701763 A EA200701763 A EA 200701763A EA 200701763 A EA200701763 A EA 200701763A EA 012059 B1 EA012059 B1 EA 012059B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
solenoid
loop
electrodes
waves
elastic
Prior art date
Application number
EA200701763A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA200701763A1 (en
Inventor
Анатолий Яковлевич КАРТЕЛЕВ
Original Assignee
Анатолий Яковлевич КАРТЕЛЕВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Яковлевич КАРТЕЛЕВ filed Critical Анатолий Яковлевич КАРТЕЛЕВ
Priority to EA200701763A priority Critical patent/EA012059B1/en
Publication of EA200701763A1 publication Critical patent/EA200701763A1/en
Publication of EA012059B1 publication Critical patent/EA012059B1/en

Links

Abstract

Invention can be used for complex (electromagnetic and seismic) minerals prospection. Invention essence: in the known way of elastic waves shooting in the earth crust formation by the pulse electric discharge created between electrodes which are connected to the high-voltage condenser power source and placed in reservoir or hole in the earth, filled with a liquid, what is new is that, simultaneously with elastic magnetic waves are shot for which purpose loop or solenoid is used as one of electrodes or its continuation. Besides, the loop is made from separate sectors located on a circle and in parallel connected among them; solenoid is made multiple; solenoid is made of spring steel and chilled. Invention allows to raise reliability and speed of type and properties definition of geological environment.

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к способам возбуждения сейсмоакустического и электромагнитного полей высокой интенсивности и может быть использовано для комплексной (электромагнитной и сейсмической) разведки полезных ископаемых.The invention relates to methods for exciting high-intensity seismic-acoustic and electromagnetic fields and can be used for complex (electromagnetic and seismic) mineral exploration.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известен способ и устройство для контроля среды (см. заявку \УО №926416, МПК 601У 3/10, приор, от 19.12.95), согласно которому среда проверяется на наличие зон с повышенной электрической проводимостью и/или повышенной магнитной проницаемостью путем воздействия на среду импульсного магнитного поля. В состав устройства контроля среды входит катушка индуктивности с большим гасящим сопротивлением. При подаче возбуждающего сигнала катушка формирует затухающие колебания. Создаваемое катушкой осциллирующее магнитное поле взаимодействует с контролируемой средой. Возникающее в результате этого взаимодействия на другой приемной катушке возникает напряжение, которое поступает на приемник. Принятый сигнал корректируется и оценивается с учетом компонент, обусловленных электрической проводимостью и магнитной проницаемостью среды.A known method and device for monitoring the environment (see application \ UO No. 926416, IPC 601U 3/10, prior, 12.19.95), according to which the medium is checked for the presence of zones with increased electrical conductivity and / or increased magnetic permeability by acting on pulsed magnetic field medium. The medium control device includes an inductor with a large quenching resistance. When an exciting signal is supplied, the coil generates damped oscillations. The oscillating magnetic field created by the coil interacts with the controlled medium. The voltage resulting from this interaction at another receiver coil causes a voltage to be applied to the receiver. The received signal is corrected and evaluated taking into account the components due to the electrical conductivity and magnetic permeability of the medium.

Недостатком этого способа является то, что он определяет только проводящие геологические структуры типа металлических руд и углей. Это ограничивает его применение.The disadvantage of this method is that it determines only conductive geological structures such as metal ores and coal. This limits its use.

Известен также способ возбуждения упругих волн в толще земной коры при сейсмической разведке (см. а.с. СССР 106338, кл. 21д, авторы Л.А. Юткин, Л.И. Гольцова, заявл. 13.07.53, опубл. в Б.И., 1957, № 5), заключающийся в том, что для возбуждения упругих волн применяют импульсный электрический разряд, создаваемый между электродами, подключенными к высоковольтному конденсатору и погружаемыми в водоем либо в скважину в земле, заполненную жидкостью.There is also known a method of exciting elastic waves in the thickness of the earth's crust during seismic exploration (see AS USSR 106338, class 21d, authors L.A. Yutkin, L.I. Goltsova, publ. 13.07.53, publ. In B .I., 1957, No. 5), which consists in the fact that a pulsed electric discharge is applied between the electrodes connected to a high-voltage capacitor and immersed in a reservoir or in a well in the earth filled with liquid to excite elastic waves.

С помощью электрического разряда в жидкости, получаемого при помощи высоковольтных электрогидравлических устройств, можно получать разные типы сейсмических волн: обычные (как смесь волн), поверхностные, волны Релея. Отраженные от геологических напластований сейсмоакустические импульсы воспринимаются затем приемными пьезоэлектрическими или механоиндукционными датчиками и фиксируются на ленте многоканальной сейсмостанции или экране компьютера. При этом по разности времен от момента разряда до момента прихода отраженной волны можно судить о глубине залегания данного пласта, а по амплитуде отраженного импульса делать оценку плотности отразившего импульс пласта, предварительно зная величину затухания импульса в пластах вышележащих пород (см. книгу Л.А. Юткин, «Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности». Л., Машиностроение, Ленинградское отд-ние, 1986 г., а также книгу «Электроискровой источник упругих волн для целей наземной сейсморазведки». Под ред. А.В.Калинина, М., Изд-во МГУ, 1989 г.).Using an electric discharge in a liquid, obtained using high-voltage electro-hydraulic devices, it is possible to obtain different types of seismic waves: ordinary (like a mixture of waves), surface, Rayleigh waves. Seismoacoustic pulses reflected from geological strata are then perceived by receiving piezoelectric or mechanical induction sensors and recorded on the tape of a multi-channel seismic station or computer screen. In this case, by the difference in time from the moment of discharge to the moment of arrival of the reflected wave, one can judge the depth of the formation, and the amplitude of the reflected pulse to assess the density of the reflected pulse of the formation, previously knowing the amount of attenuation of the pulse in the layers of overlying rocks (see L.A. Yutkin, “Electro-hydraulic effect and its application in industry.” L., Mechanical Engineering, Leningrad Branch, 1986, as well as the book “Electrospark source of elastic waves for ground-based seismic exploration.” Edited by A.V. Kalinin , Moscow, Moscow University Press, 1989).

Способ возбуждения упругих волн в толще земной коры является наиболее близким к заявляемому изобретению и поэтому принят за прототип.The method of exciting elastic waves in the thickness of the earth's crust is the closest to the claimed invention and therefore adopted as a prototype.

Недостатком этого способа является то, что он определяет только механические константы геологической среды, а именно, значения продольных νρ и поперечных V, скоростей распространения упругих волн в геологическом разрезе, а от них через известные соотношения:The disadvantage of this method is that it determines only the mechanical constants of the geological environment, namely, the values of the longitudinal ν ρ and transverse V, the propagation velocity of elastic waves in the geological section, and from them through the known relations:

Ур=л/(Е+4ц/3)/р; У8=^р/р; Уз/Ур=л/2(1-у)/(1-2у), где Е- модуль Юнга; μ- модуль сдвига; ν- коэффициент Пуассона; ρ -плотность среды, позволяет перейти к модулям сжатия и сдвига геологической среды и отношению поперечной деформации к продольной. Этот способ не позволяет определить, что находится в геологической ловушке - нефть или просто минерализованная жидкость.Ur = l / (E + 4c / 3) / p; Y8 = ^ p / p; Uz / Ur = l / 2 (1-y) / (1-2y), where E is Young's modulus; μ is the shear modulus; ν is the Poisson's ratio; ρ is the density of the medium, which makes it possible to go to the moduli of compression and shear of the geological medium and the ratio of transverse to longitudinal strain. This method does not allow to determine what is in the geological trap - oil or just mineralized liquid.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей изобретения является создание комплексного сейсмического и электромагнитного методов разведки на одном устройстве возбуждения.The objective of the invention is the creation of integrated seismic and electromagnetic exploration methods on a single excitation device.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности и скорости определения типа и свойств геологической среды путем увеличения числа одновременно возбуждаемых и регистрируемых волновых полей и получения информации о вдвое большем числе констант геологической среды (о механических константах: модуле Юнга, модуле сдвига; коэффициенте Пуассона, плотности среды, а также о электрических константах: электрической проводимости, магнитной и диэлектрической проницаемостях).The technical result of the invention is to increase the reliability and speed of determining the type and properties of the geological environment by increasing the number of simultaneously excited and recorded wave fields and obtaining information about twice as many constants of the geological environment (about mechanical constants: Young's modulus, shear modulus; Poisson's ratio, density of the medium, as well as electrical constants: electrical conductivity, magnetic and dielectric constant).

Для достижения технического результата, что в заявляемом способе возбуждения упругих волн в толще земной коры, где применяют импульсный электрический разряд, создаваемый между электродами, которые подключают к высоковольтному конденсаторному источнику энергии и погружают в водоем либо в скважину в земле, заполненную жидкостью, новым является то, что, в качестве одного из электродов или его продолжения используют петлю или соленоид, посредством которых одновременно с упругими волнами возбуждают магнитные волны.To achieve a technical result, that in the inventive method of generating elastic waves in the thickness of the earth’s crust, where a pulsed electric discharge is used, created between the electrodes that are connected to a high voltage capacitor energy source and immersed in a reservoir or in a well in the earth filled with liquid, new that, as one of the electrodes or its continuation, a loop or a solenoid is used, through which magnetic waves are excited simultaneously with elastic waves.

Кроме того, петлю изготавливают из отдельных секторов, расположенных по кругу и параллельно соединенных между собой; соленоид изготавливают многозаходным; соленоид изготавливают из пружинной стали и закаливают.In addition, the loop is made of separate sectors arranged in a circle and parallel connected to each other; the solenoid is made multi-start; the solenoid is made of spring steel and hardened.

Использование одного из электродов или его продолжения в качестве петли или соленоида, обеспе- 1 012059 чивает за счет протекания разрядного тока одновременно по жидкости и по петле или соленоиду одновременно и практически в одной точке сейсмоакустического импульса и импульса магнитного поля, которые затем со своими скоростями (ударная и упругая волны - со скоростью звука в воде или в горных породах - это примерно 1,6 км/с или 3-6,5 км/с, магнитная - со скоростью близкой к скорости света - это 100-150 тысяч км/с) распространяются по горным породам и которые могут быть приняты с помощью гидрофонов или пьезоприемников и магнитных антенн в соседних скважинах или на поверхности земли. В результате могут быть получены быстро и сразу два: сейсмический и электрический разрезы геологической среды (нефтяного или газового месторождения). Кроме сейсмического и электрического разрезов можно получить дополнительную информацию о проницаемости горных пород. Как известно, удельное сопротивление горной породы определяется не столько удельным сопротивлением отдельных зерен минерала, сколько удельным сопротивлением жидкости, заполняющей межзерновое пространство. Давно опробовано и успешно применяется геофизиками для определения пористости среды уравнение Арчи, связывающее удельное сопротивление и пористость. Согласно емуThe use of one of the electrodes or its extension as a loop or solenoid ensures that the discharge current flows simultaneously through the liquid and through the loop or solenoid simultaneously and almost at the same point of the seismic-acoustic pulse and the magnetic field pulse, which then with their velocities ( shock and elastic waves - with the speed of sound in water or in rocks - is about 1.6 km / s or 3-6.5 km / s, magnetic - with a speed close to the speed of light - it is 100-150 thousand km / s ) are distributed over rocks and s can be taken with a hydrophone and the piezoelectric or magnetic antennas at neighboring wells or on the surface. As a result, two can be obtained quickly and immediately: seismic and electrical sections of the geological environment (oil or gas field). In addition to seismic and electrical sections, additional information on rock permeability can be obtained. As is known, the resistivity of a rock is determined not so much by the resistivity of individual grains of the mineral, but by the resistivity of the fluid filling the intergranular space. Geophysicists have long tested and successfully applied to determine the porosity of the medium the Archie equation, which relates resistivity and porosity. According to him

где рвп - удельное сопротивление водонасыщенной горной породы; рв - удельное сопротивление воды, заполняющей поры; кп - коэффициент пористости (доля горного пространства, занятого порами); 8В часть порового пространства, заполненная водой; т= 1,3-1,95 - постоянная, значение которой зависит от типа породы.where p VP - specific resistance of water-saturated rock; p in - the resistivity of the water filling the pores; k p is the porosity coefficient (the fraction of the mountain space occupied by the pores); 8 Into a part of the pore space filled with water; t = 1.3-1.95 - constant, the value of which depends on the type of rock.

За счет генерации от одного высоковольтного конденсаторного источника сейсмоакустического и магнитного импульсов повышение практически вдвое к.п.д. электрического разряда и к.п.д. самого конденсаторного источника (40% электрической энергии уходит на ударную волну и скоростной гидропоток и примерно 50% электрической энергии - на магнитное поле).Due to the generation of seismoacoustic and magnetic pulses from a single high-voltage capacitor source, the efficiency is almost doubled electrical discharge and efficiency the capacitor source itself (40% of the electric energy goes to the shock wave and high-speed hydroflow and about 50% of the electric energy goes to the magnetic field).

За счет значительно большей скорости распространения импульса магнитного поля по горным породам повышение точности запуска приемной сейсмостанции и уменьшение погрешности в определении продольной и поперечной скоростей распространения упругих волн в геологической среде.Due to the significantly higher propagation velocity of the magnetic field pulse in the rocks, increasing the accuracy of launching of the receiving seismic station and reducing the error in determining the longitudinal and transverse propagation velocities of elastic waves in the geological environment.

За счет образования соленоидального и достаточно интенсивного магнитного поля, линии напряженности которого параллельны оси межэлектродного промежутка, создание препятствий развитию лидеров в радиальном направлении и облегчение образования канала сквозной проводимости с минимальными потерями на предразрядные потери, а также увеличение длины пробиваемого промежутка и амплитуды сейсмоакустического импульса.Due to the formation of a solenoidal and sufficiently intense magnetic field, the intensity lines of which are parallel to the axis of the interelectrode gap, creating obstacles to the development of leaders in the radial direction and facilitating the formation of a through-conduction channel with minimal losses for pre-discharge losses, as well as increasing the length of the punched gap and the amplitude of the seismic acoustic pulse.

Изготовление петли из отдельных расположенных по кругу и параллельно соединенных секторов обеспечивает снижение в η раз, где η - число секторов, индуктивности петли и, соответственно, возможность получения в раз больших разрядных токов, амплитуд и частот магнитного поля в петле. Соответственно, при этом можно добиться того, что импеданс петли не будет превышать активное сопротивление канала разряда и петля будет мало влиять на амплитуду амплитуды ударной (вблизи канала разряда) и упругой (на больших расстояниях) волн. Кроме того, за счет увеличения частоты магнитного поля можно повысить детальность (пространственное разрешение) электрического разреза месторождения.The manufacture of a loop from separate circularly located and parallel connected sectors provides a reduction of η times, where η is the number of sectors, the inductance of the loop and, accordingly, the possibility of obtaining several times the large discharge currents, amplitudes and frequencies of the magnetic field in the loop. Accordingly, in this case, it can be ensured that the loop impedance does not exceed the active resistance of the discharge channel and the loop will have little effect on the amplitude of the shock (near the discharge channel) and elastic (at large distances) waves. In addition, by increasing the frequency of the magnetic field, it is possible to increase the detail (spatial resolution) of the electric section of the field.

Выполнение соленоида многозаходным (в виде нескольких намотанных со сдвигом по азимуту и параллельно включенных спиралей) обеспечивает возможность:The implementation of the multi-start solenoid (in the form of several spirals wound with an azimuth shift and connected in parallel) provides the ability to:

пропуска через соленоид больших токов и резкого уменьшения индуктивности соленоида (зависимость от η ослабляется). Соответственно, индуктивность соленоида вплоть до значений 2 мкГн на параметры электрического разряда в воде и амплитуды ударной (вблизи канала разряда) и упругой (на больших расстояниях) волн не влияет (см. фиг. 5 и 6 описания заявки);passing high currents through the solenoid and a sharp decrease in the inductance of the solenoid (the dependence on η is weakened). Accordingly, the inductance of the solenoid up to 2 μH on the parameters of the electric discharge in water and the amplitude of the shock (near the discharge channel) and elastic (at large distances) waves does not affect (see Fig. 5 and 6 of the application description);

повышения устойчивости соленоида к действию ударных волн, отходящих от канала разряда, вследствие эквидистантного и симметричного расположения спиралей соленоида относительно канала разряда, а также механического прикрепления начала и конца каждой спирали (захода соленоида) к металлическим катоду и обратному токопроводу.increasing the stability of the solenoid to the action of shock waves emanating from the discharge channel, due to the equidistant and symmetrical arrangement of the solenoid spirals relative to the discharge channel, as well as the mechanical attachment of the beginning and end of each spiral (the solenoid inlet) to the metal cathode and reverse current path.

Выполнение соленоида из пружинной стали и его закалка обеспечивают еще большее повышение механической устойчивости и прочности соленоида к воздействию ударных волн и скоростного гидропотока, образующихся при разряде в воде и проходящих через витки соленоида. Тем самым, становится возможным многократное возбуждение упругих и магнитных волн из одной точки, накопление прошедших через горные породы сигналов от этих двух волн, фильтрацию помех и повышение достоверности определения параметров горных пород.The implementation of the spring steel solenoid and its hardening provide an even greater increase in the mechanical stability and strength of the solenoid to the effects of shock waves and high-speed hydraulic flow generated during a discharge in water and passing through the turns of the solenoid. Thus, it becomes possible to repeatedly excite elastic and magnetic waves from one point, accumulate the signals transmitted from these two waves through rocks, filter out noise and increase the reliability of determining rock parameters.

Таким образом, благодаря новым отличительным признакам в заявляемом способе осуществляется возбуждение (генерация) одновременно двух различных физических полей, а именно, упругих и магнитных волн (или сейсмоакустического и магнитного импульсов). Это означает, что можно скомплексировать во времени и пространстве, на одном источнике возбуждения и на одном изучаемом месторождении сейсморазведывательный и электроразведочный методы разведки и более однозначно интерпретировать (определять) тип и свойства горных пород и флюидов на месторождении.Thus, due to new distinctive features in the claimed method, two different physical fields are excited (generated) simultaneously, namely, elastic and magnetic waves (or seismic-acoustic and magnetic pulses). This means that it is possible to combine seismic and electrical exploration methods in time and space, on one source of excitation and on one field under study, and to more clearly interpret (determine) the type and properties of rocks and fluids in the field.

- 2 012059- 2 012059

Перечень фигур чертежей и иных материаловList of figures of drawings and other materials

На фиг. 1 и 2 представлен вариант устройства (в разрезе и плане) для реализации заявляемого способа с плоской петлей.In FIG. 1 and 2 show a variant of the device (in section and plan) for implementing the proposed method with a flat loop.

На фиг. 3 и 4 представлены варианты устройства для реализации заявляемого способа с коническим соленоидом и цилиндрическим соленоидом.In FIG. 3 and 4 show variants of a device for implementing the inventive method with a conical solenoid and a cylindrical solenoid.

На фиг. 5 и 6 приведены амплитудно-временные зависимости тока разряда для устройства с цилиндрическим соленоидом по фиг. 4, подключенного к скважинному электрогидравлическому аппарату с рабочим напряжением 30 кВ и энергоемкостью 1 кДж, когда аппарат работает в воде и соленоид имеет различные индуктивности.In FIG. 5 and 6 show the amplitude-time dependences of the discharge current for a device with a cylindrical solenoid according to FIG. 4, connected to a borehole electro-hydraulic apparatus with an operating voltage of 30 kV and an energy intensity of 1 kJ, when the apparatus operates in water and the solenoid has different inductances.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Устройство для осуществления заявляемого способа с петлей (см. фиг. 1 и 2) предназначено для наземной и речной комплексной разведки полезных ископаемых. Оно содержит два соосных и установленных с зазором электрода: анод 1 и катод 2 и проводящую петлю 3, выполненную из четырех секторов, распределенных по кругу.A device for implementing the inventive method with a loop (see Fig. 1 and 2) is intended for ground and river integrated exploration of minerals. It contains two coaxial and gap-mounted electrodes: anode 1 and cathode 2 and a conductive loop 3 made of four sectors distributed in a circle.

Петля 3 выполнена из изолированного высоковольтного провода (провода зажигания) марки ЭПЗ 614. Начала проводников в каждом секторе петли присоединены к катоду 2, а концы проводников в каждом секторе петли - к оплетке 4 высоковольтного коаксиального кабеля марки РК-75-11-17 или ИК-2.Loop 3 is made of insulated high-voltage wire (ignition wire) of the EPZ 614 mark. The beginnings of conductors in each sector of the loop are connected to cathode 2, and the ends of the conductors in each sector of the loop are connected to the braid 4 of the high-voltage coaxial cable of the RK-75-11-17 or IR -2.

Жила 5 коаксиального кабеля на одном конце присоединена к аноду 1. Второй конец коаксиального кабеля подключен к высоковольтному конденсаторному источнику энергии 6. Высоковольтный конденсаторный источник энергии 6 может располагаться на борту катера или автомобиля. Электроды 1, 2 и проводящая петля 3 погружены в водоем 7.The core 5 of the coaxial cable at one end is connected to the anode 1. The second end of the coaxial cable is connected to a high voltage capacitor energy source 6. The high voltage capacitor energy source 6 can be located on board a boat or a car. The electrodes 1, 2 and the conductive loop 3 are immersed in a pond 7.

Устройства для осуществления заявляемого способа с коническим (см. фиг. 3) и цилиндрическим (см. фиг. 4) соленоидами предназначены для скважинной комплексной разведки полезных ископаемых.Devices for implementing the proposed method with a conical (see Fig. 3) and cylindrical (see Fig. 4) solenoids are designed for downhole integrated exploration of minerals.

Устройство с коническим соленоидом (см. фиг. 3) представляет собой коаксиальную электродную систему, содержащую центральный анод 1, катод 2 и цилиндрический соленоид 3. Анод 1 и катод 2 расположены на одной оси и с зазором 15-20 мм относительно друг друга. Анод 1 изолирован с помощью конического полиуретанового изолятора 4. Конический соленоид 3 ориентирован своей вершиной к центральному аноду 1, т.е. вершина конического соленоида является фактически катодом 2. Основанием конический соленоид 3 присоединен к обратному токопроводу 5, выполненному в виде жесткой металлической шины. Центральный анод 1 и обратный токопровод 5 присоединены через специальный переходник (на рисунке не показан) к скважинному конденсаторному источнику энергии 6.A device with a conical solenoid (see Fig. 3) is a coaxial electrode system containing a central anode 1, cathode 2 and a cylindrical solenoid 3. Anode 1 and cathode 2 are located on the same axis and with a gap of 15-20 mm relative to each other. The anode 1 is insulated with a conical polyurethane insulator 4. The conical solenoid 3 is oriented with its apex toward the central anode 1, i.e. the top of the conical solenoid is actually the cathode 2. The base of the conical solenoid 3 is connected to the return conductor 5, made in the form of a rigid metal bus. The central anode 1 and the return conductor 5 are connected through a special adapter (not shown in the figure) to the downhole capacitor energy source 6.

Устройство с цилиндрическим соленоидом (см. фиг. 4) также представляет собой коаксиальную электродную систему, содержащую центральный анод 1, катод 2 и цилиндрический соленоид 3. Анод 1 и катод 2 расположены на одной оси и с зазором 15-20 мм относительно друг друга. Анод 1 изолирован с помощью конического полиуретанового изолятора 4. Конец соленоида 3 присоединен к обратному токопроводу 5. Начало соленоида 3 присоединено через металлический диск 7 к катоду 2. Анод 1 и обратный токопровод 5 присоединены через специальный переходник (на рисунке не показан) к скважинному конденсаторному источнику энергии 6. Для исключения экранировки магнитного поля в металлическом диске 7 выполнено несколько радиальных щелей. На катод 2 одет конический изолятор 8, также выполненный из полиуретана.A device with a cylindrical solenoid (see Fig. 4) also represents a coaxial electrode system containing a central anode 1, cathode 2 and a cylindrical solenoid 3. Anode 1 and cathode 2 are located on the same axis and with a gap of 15-20 mm relative to each other. The anode 1 is insulated with a conical polyurethane insulator 4. The end of the solenoid 3 is connected to the return conductor 5. The start of the solenoid 3 is connected through the metal disk 7 to the cathode 2. The anode 1 and the return conductor 5 are connected through a special adapter (not shown) to the borehole condenser energy source 6. To exclude screening of the magnetic field in the metal disk 7, several radial slots are made. A conical insulator 8, also made of polyurethane, is dressed at the cathode 2.

Соосное расположение анода 1 и катода 2, а также коническая форма изоляторов 4 и 8 обеспечивает направление ударной и упругой волн по радиусу электродной системы (в поперечном от оси скважины направлении). Цилиндрическая форма соленоида 3 обеспечивает излучение магнитной волны также преимущественно в поперечном от оси скважины направлении.The coaxial arrangement of the anode 1 and cathode 2, as well as the conical shape of the insulators 4 and 8, ensures the direction of the shock and elastic waves along the radius of the electrode system (in the direction transverse from the well axis). The cylindrical shape of the solenoid 3 provides the emission of a magnetic wave also mainly in the transverse direction from the axis of the well.

Анод 1 и анод 2 имеют диаметр 8-12 мм и выполнены из вольфрама или специального эрозионностойкого материала АМВ30.Anode 1 and anode 2 have a diameter of 8-12 mm and are made of tungsten or a special erosion-resistant material AMB30.

Соленоид 3 представляет собой цилиндрическую спираль наружным диаметром 102 мм, длиной 100 мм и шагом 25 мм. Спираль выполнена из пружинной стали - проволоки диаметром 6-10 мм и закалена. Число витков спирали 4-5. Индуктивность спирали 1,1-1,72 мкГн.Solenoid 3 is a cylindrical spiral with an outer diameter of 102 mm, a length of 100 mm and a pitch of 25 mm. The spiral is made of spring steel - wire with a diameter of 6-10 mm and hardened. The number of turns of the spiral is 4-5. The inductance of the helix is 1.1-1.72 μH.

Устройство с цилиндрическим соленоидом (см. фиг. 4) механически более прочно и устойчиво, чем устройство с коническим соленоидом (см. фиг. 3), так в первом устройстве начало и конец цилиндрического соленоида надежно закреплены, а во втором устройстве - коническая спираль как бы «висит» на обратном токопроводе и при каждом электрическом разряде (электрогидравлическом ударе) испытывает большие механические напряжения, которые концентрируются в месте присоединения основания конической спирали к обратному токопроводу.A device with a cylindrical solenoid (see Fig. 4) is mechanically more durable and stable than a device with a conical solenoid (see Fig. 3), so in the first device the beginning and end of the cylindrical solenoid are securely fixed, and in the second device a conical spiral It would “hang” on the reverse current lead and under each electric discharge (electro-hydraulic shock) it experiences high mechanical stresses, which are concentrated at the point of attachment of the base of the conical spiral to the reverse current lead.

Устройства с коническим и цилиндрическим соленоидом могут изготавливаться как отдельные модули к высоковольтному скважинному электрогидравлическому аппарату и опускаться вместе с ним на забой нефтяной скважины. В качестве технологической жидкости, которую закачивают в скважину и в которую погружают устройства по фиг. 3 и 4 можно использовать пресную (техническую) воду или неионизированные углеводородные жидкости, такие как этанол, ацетон, керосин.Devices with a conical and cylindrical solenoid can be manufactured as separate modules for a high-voltage borehole electro-hydraulic apparatus and lowered together with it to the bottom of an oil well. As a process fluid that is pumped into the well and into which the devices of FIG. 3 and 4, you can use fresh (technical) water or non-ionized hydrocarbon liquids, such as ethanol, acetone, kerosene.

Заявляемый способ реализуется следующим образом:The inventive method is implemented as follows:

а) изготавливают два электрода 1 и 2, при этом первый электрод изолируют, а второй из электродовa) make two electrodes 1 and 2, while the first electrode is isolated, and the second of the electrodes

- 3 012059 или его продолжение неизолируют и выполняют в виде петли или соленоида 3;- 3 012059 or its continuation is non-insulated and performed in the form of a loop or solenoid 3;

б) погружают вышеуказанные электроды 1 и 2 и петлю 3 в водоем 4 либо в скважину в земле, заполненную жидкостью;b) immerse the above electrodes 1 and 2 and loop 3 in a reservoir 4 or in a well in the ground filled with liquid;

в) подключают вышеуказанные электроды 1 и 2 посредством коаксиальной кабельной линии 5 или специального коаксиального переходника к генератору импульсных напряжений или токов 6;c) connect the above electrodes 1 and 2 by means of a coaxial cable line 5 or a special coaxial adapter to a pulse voltage or current generator 6;

г) подают на электроды 1 и 2 импульс высокого напряжения, при этом происходит пробой воды или скважинной жидкости в промежутке между электродами;d) a high voltage pulse is applied to electrodes 1 and 2, and a breakdown of water or well fluid in the gap between the electrodes occurs;

д) в ходе электрического разряда, который проходит по воде или скважинной жидкости, происходит быстрое выделение электрической энергии, запасенной в конденсаторах наземного или скважинного конденсаторного источника энергии, и образование плазменного канала между электродами. Высокотемпературный плазменный канал способствует быстрому (взрывному) перегреву и испарению воды или скважинной жидкости, вследствие чего, вокруг канала электрического разряда образуется парогазовая полость, которая сначала расширяется до определенного радиуса, а затем начинает пульсировать. В зависимости от размеров парогазовой полости избыточное давление в жидкости определяется как ('41· где т=ро4пК<)28о является массой жидкости, переместившейся от источника, когда смещение полости равнялось 8о; ро - плотность жидкости; с - фазовая скорость акустической волны в жидкости (см. книгу А.А.Кауфман, А. Л. Левшин. Введение в теорию геофизических методов. Часть 3. Акустические и упругие волновые поля в геофизике. Пер. с англ. Москва. Недра. 2001. с. 169-180).e) during an electric discharge that passes through water or a well fluid, the electric energy stored in the capacitors of a ground or borehole capacitor energy source is rapidly released and a plasma channel is formed between the electrodes. A high-temperature plasma channel promotes rapid (explosive) overheating and evaporation of water or well fluid, as a result of which a vapor-gas cavity is formed around the electric discharge channel, which first expands to a certain radius and then begins to pulsate. Depending on the size of the vapor-gas cavity, the excess pressure in the liquid is defined as ('41 · where m = p o 4pK <) 2 8o is the mass of the fluid that moved from the source when the displacement of the cavity was 8 o ; p about the density of the liquid; c is the phase velocity of an acoustic wave in a liquid (see book A. A. Kaufman, A. L. Levshin. Introduction to the theory of geophysical methods. Part 3. Acoustic and elastic wave fields in geophysics. Transl. from English. Moscow. Subsoil. 2001.S. 169-180).

Другими словами, от канала разряда в воде отходит ударная волна, переходящая через некоторое расстояние в упругую волну.In other words, a shock wave departs from the discharge channel in water, passing through a certain distance into an elastic wave.

е) одновременно ток разряда протекает по петле или соленоиду 3. Петля или соленоид 3 с током представляет собой магнитный диполь с моментом М=М0-“‘ -к, где Μ0=Ι·8·η - амплитуда магнитного момента; Ι=Ι0·δίηωΐ - комплексная функция, описывающая ток в диполе; ω - круговая частота; η- число витков; 8 - площадь одного витка; к - единичный вектор, направленный вдоль оси ζ.f) at the same time, the discharge current flows through the loop or solenoid 3. The loop or solenoid 3 with the current is a magnetic dipole with a moment M = M 0 -e - “-k, where Μ 0 = Ι · 8 · η is the amplitude of the magnetic moment; Ι = Ι 0 · δίηωΐ is the complex function that describes the current in the dipole; ω is the circular frequency; η is the number of turns; 8 - the area of one turn; k is the unit vector directed along the ζ axis.

Этот диполь создает первичное электромагнитное поле с двумя составляющими:This dipole creates a primary electromagnetic field with two components:

0 и 0 4тгК2 0 2лЯ3 (см. книгу А.А. Кауфман, А.Л. Левшин. Введение в теорию геофизических методов. Часть 2. Электромагнитные поля. Пер. с англ. Москва. Недра. 2000. с. 161-164). 5Sh 0 and 0 4tgK 2 0 2lYa 3 (see the book by A. A. Kaufman, A. L. Levshin. Introduction to the theory of geophysical methods. Part 2. Electromagnetic fields. Translated from English by Moscow. Nedra. 2000. p. 161-164).

Другими словами, от петли или соленоида излучается магнитное поле в виде моноимпульса или затухающей синусоиды.In other words, a magnetic field is emitted from the loop or solenoid in the form of a single pulse or a damped sinusoid.

Автором было рассчитано устройство - электродная система с цилиндрическим соленоидом по фиг. 4 для скважинного электрогидравлического аппарата напряжением 30 кВ и энергоемкостью 1 кДж. Расчеты показали (см. фиг. 5 и 6), что при работе аппарата на электродную систему с цилиндрическим соленоидом диаметром 102 мм, числом витков 4-6 и индуктивностью до 2 мкГн, погруженную в пресную воду, соленоид практически не влияет на амплитуду и длительность тока разряда в воде (они остаются на уровне 10-10,5 кА и 7 мкс соответственно). Другими словами, соленоид с индуктивностью до 2 мкГн не влияет на энерговыделение в канале разряда и амплитуду ударной и упругой волн, отходящих от канала разряда, и одновременно обеспечивает генерацию импульсов магнитного поля длительностью примерно 7 мкс и магнитным моментом примерно 1000 А-м2. При больших значениях индуктивности соленоида его влияние на разряд в воде увеличивается, форма тока разряда становится не апериодической, а превращается в затухающую синусоиду. Однако это не ограничивает возможности заявляемого способа. Он может быть использован в таком известном методе разведки полезных ископаемых как метод переходных процессов.The author calculated the device — the electrode system with a cylindrical solenoid according to FIG. 4 for a downhole electro-hydraulic apparatus with a voltage of 30 kV and an energy consumption of 1 kJ. The calculations showed (see Figs. 5 and 6) that when the apparatus operates on an electrode system with a cylindrical solenoid with a diameter of 102 mm, the number of turns 4-6 and an inductance of up to 2 μH immersed in fresh water, the solenoid has practically no effect on the amplitude and duration discharge current in water (they remain at the level of 10-10.5 kA and 7 μs, respectively). In other words, a solenoid with an inductance of up to 2 μH does not affect the energy release in the discharge channel and the amplitude of the shock and elastic waves extending from the discharge channel, and at the same time provides the generation of magnetic field pulses of about 7 μs duration and a magnetic moment of about 1000 A-m 2 . At large values of the inductance of the solenoid, its effect on the discharge in water increases, the shape of the discharge current does not become aperiodic, but turns into a damped sinusoid. However, this does not limit the possibilities of the proposed method. It can be used in such a well-known mineral exploration method as the transient method.

Claims (4)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ разведки полезных ископаемых, в котором возбуждают упругие волны в толще земной коры импульсным электрическим разрядом, создаваемым между электродами, которые подключают к высоковольтному конденсаторному источнику энергии и погружают в водоем либо в скважину в земле, заполненную жидкостью, отличающийся тем, что одновременно с упругими волнами возбуждают магнитные волны, для чего в качестве одного из электродов или его продолжения используют петлю или соленоид.1. A method of mineral exploration, in which elastic waves in the earth's crust are excited by a pulsed electric discharge created between electrodes that are connected to a high-voltage capacitor energy source and immersed in a reservoir or in a well in the earth filled with liquid, characterized in that simultaneously with magnetic waves are excited by elastic waves, for which a loop or a solenoid is used as one of the electrodes or its continuation. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют петлю, изготовленную из отдельных секторов, расположенных по кругу и параллельно соединенных между собой.2. The method according to claim 1, characterized in that they use a loop made of individual sectors arranged in a circle and connected in parallel. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют многозаходный соленоид.3. The method according to claim 1, characterized in that the multi-way solenoid is used. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют соленоид, изготовленный из пружинной стали и закаленный.4. The method according to claim 1, characterized in that they use a solenoid made of spring steel and hardened.
EA200701763A 2007-07-31 2007-07-31 Method of minerals prospection EA012059B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA200701763A EA012059B1 (en) 2007-07-31 2007-07-31 Method of minerals prospection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA200701763A EA012059B1 (en) 2007-07-31 2007-07-31 Method of minerals prospection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200701763A1 EA200701763A1 (en) 2009-02-27
EA012059B1 true EA012059B1 (en) 2009-08-28

Family

ID=40849057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200701763A EA012059B1 (en) 2007-07-31 2007-07-31 Method of minerals prospection

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA012059B1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU106338A1 (en) * 1953-06-13 1956-11-30 Л.И. Гольцова The method of excitation of elastic waves in the earth's crust during seismic exploration
GB1157736A (en) * 1966-09-26 1969-07-09 Teledyne Ind Apparatus for producing Underwater Acoustical Impulses
SU683510A1 (en) * 1973-05-22 1980-08-15 Предприятие П/Я Г-4665 Explosion magnetic generator
SU1045190A1 (en) * 1981-12-23 1983-09-30 Западно-Украинская Геофизическая Разведочная Экспедиция Geophysical prospecting method
RU2084929C1 (en) * 1993-03-24 1997-07-20 Владимир Сергеевич Могилатов Method of geoelectrical prospecting
RU2302016C1 (en) * 2005-10-21 2007-06-27 Владимир Григорьевич Дубелир Mode of exciting seismic waves and arrangement for its realization

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU106338A1 (en) * 1953-06-13 1956-11-30 Л.И. Гольцова The method of excitation of elastic waves in the earth's crust during seismic exploration
GB1157736A (en) * 1966-09-26 1969-07-09 Teledyne Ind Apparatus for producing Underwater Acoustical Impulses
SU683510A1 (en) * 1973-05-22 1980-08-15 Предприятие П/Я Г-4665 Explosion magnetic generator
SU1045190A1 (en) * 1981-12-23 1983-09-30 Западно-Украинская Геофизическая Разведочная Экспедиция Geophysical prospecting method
RU2084929C1 (en) * 1993-03-24 1997-07-20 Владимир Сергеевич Могилатов Method of geoelectrical prospecting
RU2302016C1 (en) * 2005-10-21 2007-06-27 Владимир Григорьевич Дубелир Mode of exciting seismic waves and arrangement for its realization

Also Published As

Publication number Publication date
EA200701763A1 (en) 2009-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10400568B2 (en) System and methods for controlled fracturing in formations
CA2343430C (en) Method of and device for producing radial seismic wave emissions in a material medium via electromagnetic induction
RU2650434C2 (en) System and method to induce electromagnetic field within earth
US11629587B2 (en) Systems and methods for dielectric mapping during pulsed-power drilling
RU2592313C2 (en) Electric fracturing
US11795817B2 (en) System and method for determining formation characteristics using electrical arc modeling
US10900345B2 (en) Magnetic ranging systems and methods using random electric spark excitation
US9097097B2 (en) Method of determination of fracture extent
WO2014018868A2 (en) Plasma source for generating nonlinear, wide-band, periodic, directed, elastic oscillations and a system and method for stimulating wells, deposits and boreholes using the plasma source
CA2895595C (en) System for extraction of hydrocarbons underground
CN102720484A (en) While-drilling acoustic well-logging apparatus and well-logging method
CN113078463B (en) Resistance-capacitance hybrid loading in-well radar ultra-wideband antenna
EA012059B1 (en) Method of minerals prospection
US10416335B2 (en) EMU impulse antenna with controlled directionality and improved impedance matching
RU2362188C2 (en) Facility for excitation of elastic waves in wells
RU2470330C2 (en) Method and apparatus for obtaining optical and impact waves in liquid
Heigl et al. Development of a downhole sparker source with adjustable frequencies
RU2737476C1 (en) Method for geosteering horizontal and directional wells in low-power formations
EP2971460B1 (en) Well tool for use in a well pipe
RU121087U1 (en) DEVELOPMENT OF INDUCTION LINE OF WELLS IN THE DRILLING PROCESS
GB2399885A (en) Seismic source having current carrying coils which cause expansion of a metal tube in contact with a geological formation or water mass
WO2019147469A1 (en) Emu impulse antenna with controlled directionality and improved impedance matching
RU2588086C2 (en) Electric and static fracturing
RU155646U1 (en) DEVICE FOR PERFORMING GEOPHYSICAL RESEARCH
Heigl et al. A low-frequency downhole sparker for borehole seismic applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU

NF4A Restoration of lapsed right to a eurasian patent

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): BY RU