EA022910B1 - Способ проведения электромагнитной разведки - Google Patents

Abstract

Предлагается изобретение - способ электроразведки методом становления вторичного электромагнитного поля, который включает подачу электромагнитного поля в геологическую среду путем пропускания электротока через передающую антенну. Электроток представляет коммутированный прямой ток при выбранной частоте включения. Регистрируются значения напряжений, наведенных в приемнике в соответствии с воздействиями электромагнитного излучения, индуцированными в геологической среде. Электромагнитная характеристика частотной области геологической среды определяется на основе зарегистрированных напряжений, и переходная электромагнитная характеристика становления вторичного электромагнитного поля геологической среды также определяется на основе зарегистрированных напряжений.

Description

Изобретение относится к геофизике, точнее к оборудованию и способам измерения электромагнитной удельной проводимости нестационарного контролируемого источника геологической среды. Более конкретно, изобретение относится к также способам электромагнитной разведки и к способам получения и интерпретации электромагнитных измерений контролируемого источника, которые вызывают появление так называемых набегающих эффектов. Изобретение может применяться в морской электромагнитной и скважинной электромагнитной разведке или геоуправлении.

Сведения о предшествующем уровне техники

Электромагнитная разведка с контролируемым источником включает сообщение электрического тока или магнитного поля в формации геологической среды через морское дно в морской разведке или через флюид скважины в скважинной разведке с измерением напряжений и/или магнитных полей, наведенных в электродах, антеннах и/или магнитометрах, расположенных около поверхности Земли или на морском дне. Напряжения и/или магнитные поля наводятся в ответ на электрический ток или магнитное поле, сообщаемое в геологическую среду.

Известная в данной области разведка с контролируемым источником обычно включает передачу переменного электрического тока в геологическую среду. Переменный ток имеет одну или несколько выбранных частот. Такая разведка известна как электромагнитная (Т-С8ЕМ) разведка с контролируемым источником частотной области. Например, приводится описание способов И-С8ЕМ разведки в трудах §шЬа М.С., Ра4е1 Ρ.Ό., ип5\уог1Ь М.Т, О\усн Т.К..Е. и МасСотаск М.О.К, 1990, Система электромагнитного зондирования активного источника для применения в морском деле, Морское геофизическое исследование, 12, 29-68. Другие публикации, в которых приводится описание физики и интерпретации электромагнитной разведки геологической среды, включают: Еб\\агб5 Κ.Ν., Ьате Ь. К., ^оИдтат Р.А., ЫоЬе, И.С., Вопе М.К, Ττί§§ Ό.Ρ. и ПеЬаштет ГМ., 1985. Первые результаты эксперимента Мозеса: определение толщины и удельной проводимости морских отложений, Морской залив Бьютшир, Британская Колумбия путем магнитометрического прибрежного электрического зондирования: Геофизика 50, № 1, 153160; ЫмакК Κ.Ν., 1997.

Об оценке источника морских газовых гидратных отложений с использованием способа нестационарного электрического дипольного зондирования на морском дне : Геофизика 62, № 1, 63-74; СЬауе, Α.Ό., Соп81аЬ1е 8.С. и Ей^атбк, Κ.Ν., 1991, Способы электроразведки морского дна: Исследование по геофизике № 3, Электромагнитные способы в прикладной геофизике, т. 2, применение, часть В, 931-966; и СЬеектап δ.Ι. Ебтатбк Ρ.Ν. и СЬауе Α.Ό., 1987, О теории картографирования удельной проводимости морского дна с использованием нестационарных электромагнитных систем: Геофизика 52, № 2, 204-217. Типичные случаи применения скважины описаны в трудах Стрека (патенты США № 6541975 В2, 6670813 и 6739165) и Ханстейна и др. (патент США 6891376). Предлагаемая методология не ограничена подобными случаями применения, поскольку группа приемников продвигается вдоль исследуемого района.

Ниже приводится описание нескольких публикаций патентов, в которых описываются различные аспекты электромагнитной разведки геологической среды. Для морского случая в выданном Констеблу патенте США № 5770945 приводится описание магнитотеллурической системы для разведки нефти морского дна. Описываемая система включает первый водонепроницаемый напорный корпус, содержащий процессор, соединенные с переменным током постусилители магнитного поля и усилители электрического поля, второй водонепроницаемый напорный корпус, содержащий акустическую навигационную/деблокирующую систему, четыре хлорсеребряных электрода, смонтированных на кронштейнах (укосинах) и по крайней мере два датчика магнитной индукционной катушки. Эти элементы монтируются вместе на пластмассово-алюминиевой раме наряду с поплавковыми подвесками и якорем для его размещения на морском дне. Акустическая навигационная/деблокирующая система служит для определения местонахождения измерительной системы путем реагирования на акустические импульсы, создаваемые бортовым блоком на судне; эта система получает команду разблокировки, которая инициирует отсоединение от якоря таким образом, что плавучий блок всплывает на поверхность для его извлечения. Электроды, используемые для регистрации электрического поля, имеют конфигурацию в виде наземных дипольных антенн. Кронштейны, с помощью которых электроды монтируются на раме, расположены в виде Х-образной конфигурации для создания двух прямоугольных диполей. Эти два прямоугольных диполя применяются для измерения всего векторного электрического поля.

Датчики магнитного поля являются многооборотными датчиками, проволочные обмотки (катушки) мю-металлического стержня, которые регистрируют магнитные поля в частотном диапазоне, который обычно используется для наземных магнитотеллурических геофизических исследований. Электромагнитные катушки вставляются в водонепроницаемые напорные корпуса и соединяются с блоком регистрации с помощью высоконапорных водоустойчивых кабелей. Блок регистрации включает усилители для усиления сигналов, получаемых от различных датчиков; эти сигналы затем поступают на процессор, который управляет хронированием, регистрацией, хранением и операциями переключения электроэнергии. По периферии процессора предусматривается временное хранение команд.

Выданный автору Стреку патент США раскрывает способ поверхностной оценки свойств месторо- 1 022910 ждений, в расположении которого сначала определяются средние удельные значения сопротивления земли около геологических формаций горизонтально, над ними и под ними с использованием геологических и геофизических данных около геологической среды. Затем определяются размеры и частота зондирования электромагнитного источника для максимального увеличения передаваемых по вертикали и горизонтали электрический токов на геологической среде с использованием местонахождения и средних удельных значений сопротивления земли. Далее электромагнитный источник активируется на поверхности или около нее с приблизительной центровкой над геологической средой, и множество компонентов с электромагнитной характеристикой замеряются с помощью группы приемников. Определяются ограничения по геометрическим и электрическим параметрам с использованием геологических и геофизических данных. И, наконец, обрабатывается электромагнитная характеристика с использованием ограничений геометрических и электрических параметров для создания глубинных изображений инвертированного удельного сопротивления по вертикали и горизонтали. Глубинные изображения инвертированного удельного сопротивления могут произвольно сочетаться с геологическими и геофизическими данными для оценки среды резервуара и глинистости.

Выданный Эйдесмо и др. патент США № 6628110 раскрывает способ определения характера подземных запасов, приблизительные геометрические свойства и местонахождение которого известны. Описанный способ включает передачу изменяющегося во времени электромагнитного поля пластам, содержащим подземные запасы; определение электромагнитной характеристики волнового поля и анализ воздействия на вызванные этим резервуаром с запасами свойства зарегистрированного поля, определяя, тем самым, содержание запасов на основе этого анализа.

Выданные Стреку патенты США №№ 6541975 В2 и 6670813 раскрывают систему создания изображения земной формации, которая окружает скважину, проходящую насквозь эту формацию. Удельное сопротивление формации измеряется замером постоянного тока, а удельная проводимость и удельное сопротивление формаций измеряется с помощью сигнала временной области или измерения переменного тока. Измеряется также скорость акустической волны формации. Измерение удельного сопротивления постоянного тока, измерение удельной проводимости с помощью электромагнитного сигнала временной области, измерение удельного сопротивления с помощью электромагнитного сигнала временной области и измерения скорости акустической волны объединяются для создания изображения земной формации.

Выданный Стреку патент США № 6739165 раскрывает способ, где измерение нестационарного электромагнитного отклика осуществляется с помощью приемника или передатчика, причем один из них расположен на скважине, а другой на поверхности. Любой из них продвигается с получением изображения об изменении содержания среды в резервуаре.

Публикация международной патентной заявки № \УО 0157555 А1 раскрывает систему для регистрации подземных месторождений или определения характера подземных месторождений, расположение и геометрические очертания которого известны из предыдущей сейсморазведки. Электромагнитное поле сообщается передатчиком морскому дну, и оно регистрируется расположенными на морском дне антеннами. Осуществляется поиск компонента отраженной волны в характеристике волнового поля для определения характера любого присутствующего резервуара.

Публикация международной патентной заявки № \УО 03048812 раскрывает способ электромагнитной разведки для исследования предварительно идентифицированной зоны как потенциальной зоны, содержащей подводный углеводородное месторождение. Способ включает получение первого и второго комплектов разведданных с электромагнитным источником, расположенным на одной линии и с поперечным его выносом относительно тех же или других приемников. Изобретение также относится к планированию геофизического исследования с применением этого способа и анализу данных исследования в их сочетании, что позволяет внести гальваническую составляющую в собранные сигналы на приемнике в противоположность индукционным эффектам и эффектам затухания сигнала, что в большой степени зависит от локальных свойств литогенезиса, сверхлежащей воды и воздуха в зоне исследования. Это очень важно для успеха использования электромагнитной разведки для идентификации углеводородных запасов и различения их от других классов структуры.

Выданный Конти и др. патент США № 6842006 В1 раскрывает устройство электромагнитного измерения морского дна для получения подводных магнитотеллурических измерений каждой формации. Устройство включает центральную конструкцию с шарнирно прикрепленными к ней рычагами. Вращающиеся рычаги позволяют простое развертывание и хранение устройства. Электроды и магнитометры прикрепляются к каждому рычагу для измерения электрических и магнитных полей, соответственно; магнитометры отстоят от центральной конструкции таким образом, что присутствующие в ней магнитные поля не обнаруживаются (не зондируются). Способ проведения измерений морского дна включает измерение электрических полей на расстоянии от конструкции и измерение магнитных полей на том же месте.

Публикация патентной заявки США № 2004232917 относится к способу картографирования контрастов удельного сопротивления геологической среды путем проведения многоканальных нестационарных электромагнитных измерений на поверхности Земли или около нее с использованием по крайней мере одного источника, приемника для измерения характеристики системы и по крайней мере одного

- 2 022910 приемника для измерения результирующей характеристики земли. Все сигналы от каждой пары источник-приемник обрабатываются для получения соответствующей характеристики электромагнитного импульса земли; такие характеристики импульсов или любое преобразование характеристик таких импульсов изображаются для создания представления контрастов удельного сопротивления геологической среды. Эта система и способ позволяют определять местонахождение и идентифицировать отложения геологической среды и продвижение среды для мониторинга.

Выданный Рютеру и др. патент США № 5467018 раскрывает систему разведки основной породы. Система включает нестационарные состояния, создаваемые в виде неожиданных изменений в потоке передачи характеристик, которые передаются в геологическую среду передатчиком. Наведенные электрический токи, которые таким образом создаются, измеряются с помощью нескольких приемников. Измеренные на приемниках значения передаются на центральный блок. Полученные от приемников измеренные значения преобразуются в цифровую форму и хранятся на измерительных пунктах, центральный блок связан с измерительными пунктами с помощью телеметрической линии. С помощью такой телеметрической линии данные из хранилища в приемниках могут последовательно передаваться на центральный блок.

Выданный Таски и др. патент США № 5563913 раскрывает способ и устройство, которые применяются в обеспечении данных измерения удельного сопротивления осадочной геологической среды. Эти данные применяются для разработки и картографирования уточненного аномального профиля удельного сопротивления. Уточненный профиль удельного сопротивления геологической среды связан с приспособлением для нахождения нефтяных и/или газовых ловушек на различных глубинах вплоть до основания осадочной геологической среды. Устройство расположено на земной поверхности и включает электрогенератор, соединенный с передатчиком с заземленными электродами с помощью отрезка проволоки. При наличии большой амплитуды и длительного периода прямоугольные импульсы тока посылаются с площадки передачи через передатчик и электропроводник с наведением вторичных вихревых токов в геологической среде. Вихревые токи индуцируют изменения магнитного поля в геологической среде, которые могут измеряться на поверхности земли с помощью магнитометра или индукционной катушки. Изменения магнитного поля принимаются и регистрируются в виде изменяющихся по времени напряжений в каждой точке зондирования. Информация об изменениях удельного сопротивления геологических формаций выводится из амплитуды и профиля замеренных сигналов магнитного поля, которые наносятся на графике в виде функции времени после применения соответствующих математических уравнений. Точки зондирования расположены в виде участков для обеспечения возможности подготовки контурных карт районов и профилей изменений удельных сопротивлений геологических формаций.

Выданный Эллингсруду и др. патент США № 7038456 раскрывает электрическую дипольную передающую антенну на морском дне или около него для наведения электромагнитных полей и токов в морской воде и в геологической среде. В морской воде электромагнитные поля сильно ослабляются вследствие высокой удельной проводимости в солевой среде, в то время как подповерхностные пласты с меньшей удельной проводимостью могут потенциально действовать в качестве проводника для электромагнитных полей вследствие более низкого ослабления. Если частота достаточно низкая (порядка 1 Гц), то электромагнитные волны способны проникать глубоко в геологическую среду и глубоко лежащие геологические слои с более высоким удельным электрическим сопротивлением в отличие от покрывающей толщи (например, заполненный углеводородным сырьем резервуар) влияют на электромагнитные волны. В зависимости от угла входа (наклона) и состояния поляризации, электромагнитная волна, набегающая на слой с высоким сопротивлением может создать волноводный (канализируемый) режим в слое. Волноводный режим распространяется в поперечном направлении вдоль слоя и рассеивает энергию обратно к покрывающей толще и приемникам, расположенным на морском дне. Термин отраженная волна в данной спецификации предназначен для ссылки на этот волноводный режим. Как теория, так и лабораторные эксперименты показывают, что волноводный режим непосредственно создается только для падающей (набегающей) волны с поперечной магнитной (ТМ) поляризацией (магнитное поле перпендикулярно плоскости наклона) и при углах наклона, близких к углу наклона Брюстера и критическому углу (углу общего отражения). Для поперечной электрической (ТЕ) поляризации (электрическое поле перпендикулярно плоскости наклона) волноводный режим не создается. Поскольку наведенный ток пропорционален электрическому полю, то ток располагается параллельно межуровневым интерфейсам для ТЕ поляризации, но для ТМ поляризации заметная масса тока занимает поперечное расположение к межуровневым интерфейсам. Горизонтальный дипольный источник на морском дне создает ТЕ и ТМ волны, но при изменении ориентации приемных антенн существует возможность изменять чувствительность к двум режимам поляризации. Кажется, что линейная ориентация (источник и диполи приемника на одной линии) более чувствительна к ТМ режиму поляризации, в то время как параллельная ориентация (источник и диполи приемника параллельны) более чувствительна к ТЕ режиму поляризации. Наличие залегающих слоев с высоким удельным сопротивлением оказывает влияние на ТМ режим, в то время как ТЕ режим этого не испытывает. Путем измерения двух антенных конфигураций и использования разницы между двумя комплектами измерений можно идентифицировать глубоко залегающие зоны с высоким удельным сопротивлением, т.е. углеводородный резервуар.

- 3 022910

Выданный Эллингсруду и др. патент США № 6717411 раскрывает способ исследования пластов геологической среды, этот способ включает развертывание электрической дипольной передающей антенны, развертывание электрической дипольной приемной антенны на заранее заданном смещенном расстоянии от передатчика, сообщение электромагнитного поля пластам с использованием передатчика, регистрацию отклика электромагнитного волнового поля с использованием приемника, получение фазовой информации волнового отклика, повторение методики с передатчиком и/или приемником в различных расположениях для множества передач и использование фазовой информации от волнового отклика для множества передач для определения наличия и/или характера резервуара.

Таким образом, смещение можно изменять путем продвижения приемника или передатчика или даже их вместе. С другой стороны, заранее заданное смещение можно сохранять постоянно путем продвижения приемника и передатчика. Таким образом, можно определить горизонтальные границы резервуара путем анализа наклона и/или изменения наклона кривой фазы и/или величины как функцию смещения или расположения группы источник-приемник, или путем анализа изменения в фазе и/или величине для зафиксированного смещения источника-приемника в нескольких местах. Наиболее практичное смещение источника-приемника обычно больше критического смещения. В этой части кривой изменение наклона может указывать границу резервуара. Источник и приемник, предпочтительно, находятся в зоне месторождения для достижения наименьшего уклона. Это справедливо для фазовых и амплитудных кривых. Как только источник или приемник покидает зону месторождения, уклон быстро увеличивается. Из положения, где происходит изменение, можно составить карту границ месторождения. Истинная граница месторождения, вероятно, проходит ближе к центру месторождения по сравнению с местонахождением, где происходит изменение уклона, обычно 10-20% глубины залегания месторождения. Подробное расположение можно рассчитать, используя зарегистрированные данные и моделирование.

Обычную Г-С8ЕМ морскую разведку можно описать следующим образом. Регистрирующее судно включает кабели, которые соединяются с находящимися на морском дне электродами. Источник электропитания на судне заряжает электроды таким образом, что ток выбранной величины проходит через морское дно и далее в земные формации ниже морского дна. На выбранном расстоянии (смещении) от электродов источника, электроды приемника располагаются на морском дне и соединяются с цепью измерения напряжения, которая может располагаться на данном или другом судне. Затем сообщенные электродам приемника напряжения анализируются для определения структурных и электрических свойств земных формаций в геологической формации.

Другой известный специалистам способ электромагнитной разведки геологической среды - это электромагнитная разведка с нестационарным контролируемым источником (1- С8ЕМ). В 1-С8ЕМ электрический ток сообщается Земле на ее поверхности таким же образом, что и к Г-С8ЕМ. Электрический ток может быть постоянным и медленно изменяющимся переменным током обычно в виде прямоугольных импульсов. В выбранный интервал времени электрический ток отключается, и производятся измерения наведенных напряжений и/или магнитных полей на земной поверхности обычно к выбранному интервалу времени. Структура геологической среды определяется путем временного распределения наведенных напряжений и/или магнитных полей. Описание 1-С8ЕМ способов разведки приводится, напр., в трудах Стрека, К.-М., 1992, Разведка с помощью глубокого нестационарного электромагнетизма, ЕЕсОсг. 373 стр. (переиздано в 1999 г.). Каждый из Г-С8ЕМ и 1-С8ЕМ способов имеет свои преимущества и недостатки в конкретном применении. Осуществление обоих способов последовательно на любом конкретно исследуемом участке геологической среды отнимает много времени и требует больших затрат. Далее, трудно получить оба вида разведки точно на одном и том же участке геологической среды при последовательном проведении этих разведок из-за присущих им ограничений в умении расположения аппаратуры обнаружения точно каждый раз на одних и тех же геодезических участках, конкретно в случае морской разведки. Цель изобретения заключается в преодолении недостатков вышеуказанных способов электроразведки.

Сущность изобретения

Для достижения указанного технического результата разработан способ проведения электромагнитной разведки, включающий передачу электромагнитного поля в геологическую среду путем пропускания электрического тока, в качестве которого используют коммутируемый постоянный ток с заданной частотой коммутации через передающую антенну, регистрацию напряжений, наведенных в приемнике и соответствующих электромагнитным воздействиям, наведенным в геологической среде, определение электромагнитного отклика геологической среды в частотной области на основании зарегистрированных напряжений и определение нестационарного электромагнитного отклика геологической среды на основании зарегистрированных напряжений, причем указанный электромагнитный отклик в частотной области и указанный нестационарный электромагнитный отклик определяют на основании одних и тех же зарегистрированных напряжений, указанный электромагнитный отклик в частотной области определяют на основании наведенных напряжений, зарегистрированных в течение нескольких циклов коммутации тока, и указанных нестационарный электромагнитный отклик определяют на основании наведенных напряжений, зарегистрированных в течение периода времени после по меньшей мере одной коммутации тока, причем указанный период времени соответствует периоду времени, в течение которого амплитуда

- 4 022910 наведенных напряжений уменьшается. В способе можно осуществлять коммутацию электрического тока с повышением и понижением его величины относительно опорного уровня, в основном, на одну и ту же величину.

В способе опорное значение может быть равно нулю.

В способе передающая антенна может быть снабжена дипольным электродом. Передающая антенна может быть снабжена замкнутым проводником.

В способе приемник может быть снабжен дипольным электродом. Приемник может быть снабжен замкнутым проводником. Приемник может быть снабжен магнитометром. В способе указанную передачу электромагнитного поля и/или регистрацию напряжения осуществляют при по существу вертикальной ориентации магнитного дипольного момента. Указанную передачу электромагнитного поля и/или регистрацию напряжения осуществляют при, по существу, горизонтальной ориентации магнитного дипольного момента. Указанное определение электромагнитного отклика в частотной области может содержать измерение характеристики регистрируемых напряжений при осуществлении нескольких циклов коммутации тока. При указанном определении нестационарного электромагнитного отклика можно измерять нестационарный электромагнитный отклик в течение нескольких коммутаций тока, моделировать нестационарный отклик на основе измеренного нестационарного отклика по отношению к первой выбранной коммутации тока, моделировать в соответствии с такой же процедурой моделирования нестационарный отклик для по меньшей мере одной коммутации тока, предшествующей указанной первой коммутации тока, суммировать модельный нестационарный отклик указанной предшествующей коммутации с модельным откликом первой выбранной коммутации тока, сравнивать указанную сумму с измеренным нестационарным откликом первой выбранной коммутации тока изменять по меньшей мере один параметр начальной модели и повторять моделирование указанных нестационарных откликов до тех пор, пока разность между указанными суммированными модельными нестационарными откликами и измеренным откликом не станет меньше заданной пороговой величины. В способе можно дополнительно сравнивать максимальную амплитуду модельного нестационарного отклика указанной по меньшей мере одной предшествующей коммутации тока с заданной пороговой величиной, моделировать нестационарный отклик для коммутации тока, предшествующей указанной по меньшей мере одной предшествующей коммутации тока, если указанная максимальная амплитуда превышает заданную пороговую величину, повторять указанное сравнение максимальной амплитуды и моделирование нестационарного отклика для последовательно предшествующих по времени коммутаций тока до тех пор, пока указанная максимальная амплитуда не станет меньше указанной заданной пороговой величины. В способе можно дополнительно суммировать модельные нестационарные отклики для всех указанных коммутаций тока, сравнивать указанную сумму с нестационарным откликом первой выбранной коммутации тока, изменять по меньшей мере один параметр начальной модели и повторять моделирование указанных нестационарных откликов до тех пор, пока разность между указанными суммированными модельными откликами и измеренным нестационарным откликом первой выбранной коммутации тока не станет меньше заданной пороговой величины.

Другие аспекты и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего описания и прилагаемых пунктов формулы.

Перечень фигур, чертежей и иных материалов

На фиг. 1 показана система морской электромагнитной разведки с использованием горизонтального электрического дипольного источника тока и сейсмического источника.

На фиг. 2 показана система морской электромагнитной разведки с использованием вертикального электрического дипольного источника тока.

На фиг. 3 показан альтернативный способ подачи питания к Земле с использованием магнитных полей.

На фиг. 4 показан вариант электромагнитного датчика.

На фиг. 5 приведена форма волны тока, применяемого в сочетании времени и создания частотной области в варианте способа согласно изобретению.

На фиг. 6 - блок-схема варианта удаления набегающего эффекта из измерений нестационарного электромагнитного отклика.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 показан вариант системы морской электромагнитной разведки с контролируемым источником для применения со способами согласно различным аспектам изобретения. Система включает разведывательное судно 10, которое движется по заранее заданной схеме по поверхности воды 11, например, по поверхности озера или океана. Судно 10 включает установленный на нем источник возбуждения, записывающее и навигационное оборудование, показанное ссылкой 12 и упоминаемое здесь как регистрирующий комплекс. Регистрирующий комплекс 12 включает контролируемый источник электрического тока, используемый для возбуждения электродов 16А и 16В, которые буксируются в воде около дна 13 водоёма для сообщения электрического поля подповерхностным зонам 15, 17 ниже дна 13 водоёма. Регистрирующий комплекс 12 включает приборы для определения геодезического положения судна 10 в любое время, например, с использованием приемников системы глобального позиционирования. Регист- 5 022910 рирующий комплекс 12 включает оборудование для передачи сигналов с одного или более буевсамописцев 22. Буи-самописцы 22 принимают и хранят сигналы от каждого из электромагнитных датчиков 20, расположенных на дне 13 водоёма. Датчики 20 могут располагаться вдоль кабеля 18. Кабель 18 может быть выбран из любого типа кабелей, применяемых в связи с сейсмическими датчиками на дне водоёма, под названием донных кабелей.

Датчики 20 регистрируют различные электрические и/или магнитные поля, которые исходят от электрических полей, наводимых в геологической среде путем пропуска тока через электроды 16А, 16В. Буи-самописцы 22 могут включать телеметрические устройства (отдельно не показаны) для передачи данных от полученных сигналов к судну 10 и/или хранить сигналы локально для последующего запроса регистрирующим комплексом 12 или другим запрашивающим устройством.

Источник тока (отдельно не показаны) на судне 10 связан с электродами 16А, 16В с помощью кабеля 14А. Кабель 14А имеет такую конфигурацию, что электроды 16А, 16В могут буксироваться, в основном, горизонтально около дна 13 водоёма как показано на фиг. 1. В настоящем варианте, электроды 16А, 16В могут отстоять друг от друга приблизительно на 50 м и питаться током порядка 1000 ампер. Указанное представляет собой момент эквивалентного источника, создаваемый согласно обычной практике электромагнитной разведки с использованием питающего диполя длиной 100 м и тока в 500 ампер. В любом случае момент источника может быть порядка 5X104 ампер-метр. Электрический ток, используемый для возбуждения питающих электродов 16А, 16В, может представлять собой коммутируемый постоянный ток. Ток может включаться и выключаться или предпочтительно, включаться для изменения полярности на электродах 16А, 16В. Как будет ниже объяснено, постоянный ток, используемый для активизации электродов 16А, 16В, может коммутировать с тем, чтобы иметь частоту коммутации порядка 0.01-1 Гц.

Судно может также буксировать сейсмический источник 9 для одновременной сейсмической и электромагнитной разведки. В таких вариантах, кабель 18 на дне водоёма может включать сейсмические датчики 21 любого известного в этой области типа.

В настоящем варианте по мере коммутации тока через питающие электроды 16А, 16В осуществляется запись временной регистрации электрических и/или магнитных полей, обнаруженных различными датчиками 20, либо в буях-самописцах 22 и/или в регистрирующем комплексе 12 в зависимости от конкретной конфигурации записывающего и/или телеметрического оборудования. Временная регистрация индексируется по времени, в которое ток коммутирует с тем, чтобы записать нестационарный электромагнитный отклик подповерхностных земных формаций 15, 17. Кроме того, производится запись сигналов, обнаруженных различными датчиками 20 в период времени, предназначенный для учета выбранного количества коммутаций, обычно порядка 1000-2000 коммутаций. Такие записи включают сигналы со свойствами, связанными с электромагнитным откликом в частотной области подповерхностных земных формаций, с электромагнитными полями, наведенными включенным постоянным током и сообщенными электродам 16А, 16В. Как известно специалистам в данной области, такой отклик включает ответные сигналы на основную частоту коммутации, которая как объяснено выше, составляет предпочтительно порядка 0.01-1 Гц и нечетные гармоники.

На фиг. 2 показано альтернативное осуществление создания и записи сигналов, где питающие электроды 16А, 16В расположены так, что они ориентированы по существу вертикально вдоль кабеля 14В, конфигурация которого обусловливает вертикальную ориентацию электродов 16А, 16В, как показано на фиг. 2. Питание электродов 16А, 16В, обнаружение и регистрация сигналов осуществляется, в основном, как указано выше со ссылкой на фиг. 1.

В вариантах на фиг. 1 и 2 применяется подаваемый на электроды электрический ток для сообщения электрического поля геологической среде. Альтернативой электрических полей является применение магнитных полей, и такое применение разъясняется со ссылкой на фиг. 3. На фиг. 3 судно 10 буксирует кабель 14С, соединенный с двумя петлевыми излучателями 17А и 17В. Первый петлевой излучатель 17А охватывает зону, перпендикулярную к дну 13 водоёма. Регистрирующий комплекс 12 периодически обусловливает подачу электрического тока через первый петлевой излучатель 17А. Ток может быть любого типа, как это описано со ссылкой на фиг. 1, включая коммутируемый постоянный ток, псевдослучайную двоичную последовательность и постоянный ток переменной полярности. Когда ток меняется, то нестационарное магнитное поле с дипольным моментом вдоль направления МА сообщается Земле. В то же время или в разные моменты ток подается на второй петлевой излучатель 17В. Второй петлевой излучатель может быть в виде соленоидной катушки, имеющей магнитный момент вдоль направления Мв.

Вышеуказанные варианты истолкованы в контексте морской электромагнитной разведки. Необходимо четко понимать, что вышеуказанные варианты в равной степени применяются к видам разведки, проводимой на суше, на поверхности Земли или в скважине. При проведении разведки на суше на поверхности Земли, датчики могут размещаться, в основном, по одинаковым схемам, приведенным на фиг.

1. Источник измерительного тока (тока зонда) может применяться в виде электрического тока, приведенного на фиг. 1А на поверхности Земли или в виде магнитных полей как показано и описано со ссылкой на фиг. 3. С целью определения объема изобретения различные геодезические устройства могут размещаться наверху исследуемой геологической среды. Верхняя часть подповерхностной зоны Земли нахо- 6 022910 дится в нижней части водоёма в морской разведке и на поверхности Земли в разведке на суше или наверху зоны плавающего льда, где проводятся подобные геофизические исследования.

На фиг. 4 приведен более подробный вариант датчика 20. Датчик 20 может помещаться в корпус 23, выполненный из плотного электрически непроводимого, немагнитного материала, например, высокоплотный пластик в датчике 20, который погружается в воду и опирается на дно 13 водёма (см. фиг. 1). Электроды 26А, 26В, 28А, 28В размещаются на дне корпуса 23 таким образом, что они соприкасаются с дном 13 водоёма (см. фиг. 1). Электроды расположены в виде дипольных пар. Одна пара 26А, 26В может быть ориентирована вдоль кабеля (18 на фиг. 2) и она измеряет напряжения вдоль направления кабеля. Другая электродная пара 28А, 28В может быть ориентирована в поперечном направлении к кабелю (18 на фиг. 2) и она измеряет напряжения, наведенные в поперечном направлении к кабелю (18 на фиг. 2). Электродные пары могут покрывать расстояние приблизительно в 1-10 м. Электродные пары 26А, 26В, 28А, 28В могут соединяться с комбинированным устройством 24: усилитель/процессор цифровых сигналов для преобразования обнаруженных напряжений в цифровые слова в соответствии с амплитудой напряжения в выбранные моменты времени. Настоящий вариант датчика 20 может включать один или более магнитометров 30, 32, 34, ориентированных по взаимно прямоугольным направлениям. В настоящем варианте два магнитометра 30, 32 могут быть так ориентированы, что их чувствительные оси ориентированы в таком же направлении, что и дипольный момент соответствующей электродной пары 26А, 26В и 28А, 28В. Выход сигнала каждого магнитометра 30, 32, 34 может соединяться с процессором 24 цифрового сигнала. Выход оцифрованного сигнала процессора 24 может соединяться с буем-самописцем (22 на фиг. 2) для передачи к регистрирующему комплексу (12 на фиг. 1) или для последующего запроса регистрирующим комплексом (12 на фиг. 2).

На фиг. 5 показан график имитации электрического тока, проходящего через передающую антенну (катушки или электроды как выше указано) на верхнем графике на кривой 40 (с шагом базового периода 47), и напряжения, наведенные в приемной антенне (также как указано выше, катушки, детекторы или электроды магнитного поля) на нижнем графике на кривой 49. Ток передатчика может коммутировать при коммутации отрицательной полярности 44А и коммутации положительной полярности 44В. Коммутации 44А,44В могут вызывать изменения тока на одинаковую величину выше и, соответственно, ниже опорного уровня тока, который может быть равен нулю или иметь другую величину. Временная продолжительность между последовательными соответствующими коммутациями полярности (отрицательная полярность 44А или положительная полярность 44В) именуется как основной период (базовый период) и обратно пропорционален к основной частоте эквивалентного переменного тока. Нестационарный отклик в наведенных напряжениях виден после каждой коммутации тока, как показано цифрой 48 для коммутаций с отрицательной полярностью и цифрой 50 для коммутаций с положительной полярностью. В способе согласно изобретению, нестационарный электромагнитный отклик воды и подповерхностных формаций (15, 17 на фиг. 1) может определяться, например, используя способ, описанный в публикации патентной заявки США № 20060186887 (авторы Стрек и др), которая включена здесь посредством ссылки. В этом способе используется нестационарный отклик 48, 50, по крайней мере, на основании одной коммутации для определения пространственного распределения удельной проводимости в геологической среде.

Коммутированный ток, проходящий через предающую антенну, вносит электромагнитные воздействия в частотной области, которые связаны с частотой коммутации (основной период) и ее гармониками. В способе согласно изобретению, отклик в частотной области гелогической среды можно интерпретировать для определение наличия особенностей сопротивления подповерхностной зоны, например углеводородные месторождения, используя способ интерпретации, описанный в патенте США 7038456, который выдан Эллингсгруду и др. и который включен здесь посредством ссылки. В одном варианте характеристику воды можно определить согласно описанию патентной заявки США № 20060186887 (авторы Стрек и др) с использованием нестационарного отклика Земли, который изменяется при одной или нескольких коммутациях. Это влияние воды можно снизить, восстановить из свертки или выделить из только что описанного выше отклика в частотной области. Результатом может быть модель пространственного распределения удельного сопротивления в геологической среде, значительно скорректированной для воздействий водоносного горизонта над поверхностными формациями.

Специалистам в данной области известно, что если частота коммутации достаточно высокая и потом основной период сравнительно короткий, то так называемый набегающий эффект может повлиять на качество измерений нестационарного электромагнитного отклика, выполняемых после одной или нескольких коммутаций. Набегающий эффект относится к остаточным нестационарным воздействиям от коммутации, влияющим на последующие измерения нестационарного отклика, поскольку предыдущие нестационарные воздействия заметно не затухают. Набегающий эффект вообще возрастает в действительности, так как частота коммутации увеличивается. Согласно изобретению, вариант способа обработки и получения данных предназначен для работы с набегающим эффектом и приведен в виде блок-схемы на фиг. 6. Данные нестационарного электромагнитного отклика можно получить, в основном, как описано выше, со ссылкой на фиг. 1, 2 и 3. Цифра 60 означает создание начальной модели распределения удельной проводимости в геологической среде для объема этой зоны наподобие типичной модели, кото- 7 022910 рая соответствует геометрии системы наблюдений в момент проведения С8ЕМ измерений. Среди прочих факторов, объем зависит от положения различных электродов и/или рамочных антенн, используемых во время получения измерений. Используется начальная модель (цифра 62) для создания ожидаемого нестационарного отклика (в напряжении или амплитуде магнитного поля) относительно времени для первой выбранной коммутации. Как ранее указывалось, такая коммутация может представлять собой включение тока, выключение тока или изменение полярности тока. В некоторых вариантах, изменение полярности тока может включать непродолжительное отключение промежуточного тока в зависимости от применяемого оборудования для проведения измерений. Специалистам в данной области известно, что программы моделирования в данной области для расчета нестационарного отклика не учитывают незатухающие воздействия предыдущих коммутаций тока.

В настоящем варианте (64) нестационарный отклик коммутации, предшествующей в последовательном ряду первой коммутации моделируется, предпочтительно используя ту же методику моделирования, которая применяется для расчета нестационарного отклика первой коммутации и используя ту же начальную модель распределения удельной проводимости. Модельный нестационарный отклик (66) предыдущей коммутации оценивается по отношению к выбранному предельному значению. Например, выбранное предельное значение может представлять заранее определенную долю максимальной амплитуды нестационарного отклика первой коммутации. Выбранное предельное значение может представлять заранее определенное значение максимальной амплитуды. Если максимальная амплитуда модельного отклика предыдущей коммутации ниже предельного значения (70), то модельные отклики предыдущей коммутации и первой коммутации суммируются. Предельное значение выбирается таким образом, что эффект коммутации с такой нестационарным откликом, надо полагать, не имеет значительного влияния на измеренный отклик первой коммутации.

Если модельный отклик предшествующей коммутации выше выбранного предельного значения, тогда (68) данные проверяются для первой коммутации в обратном порядке по времени от предшествующей коммутации. Нестационарный отклик для такой возвратной по времени коммутации моделируется в магнитометре 34 так же, как для предшествующей коммутации. Вышеуказанный процесс повторяется для последовательно совершаемых предшествующих коммутаций вплоть до тех пор, пока максимальная амплитуда модельного нестационарного отклика для такой коммутации не будет ниже выбранного предельного значения. В это время модельные нестационарные отклики для всех подобных коммутаций суммируются (70). Сумма сравнивается (71) с напряжением и/или магнитным полем, фактически измеренным на первой коммутации. Если разница (72) между суммой и измеренным откликом превышает выбранное предельное значение, то по крайней мере один параметр начальной модели изменяется (66) и процесс повторяется с 62 до 72. Такая регулировка модели и повторение процесса продолжается вплоть до тех пор, пока разница между модельным откликом и измеренным откликом не будет ниже выбранного предельного значения (74), в результате процесс завершается по отношению к первой коммутации.

Вышеуказанная методика может повторяться для измерений соответственно с другими объемами в геологической среде до тех пор, пока пользователь не определит распределение удельной проводимости по всему требуемому объему геологической среды.

С другой стороны, совершаемые измерения анализируются без ссылки на модель геологической среды. В таком альтернативном претворении нестационарный отклик (1гапк1еи1 гекропке, см А.Череповский. Словарь по прикладной геофизике, 1998 г.) некоторой части геологической среды или другой среды измеряется в течение множества коммутаций. Отклик включает уменьшающуюся амплитуду измеренного наведенного напряжения и/или магнитного поля. Затем после первой коммутации нестационарный отклик можно моделировать, например, таким методом, как подбором кривой, математической моделью или анализом эквивалентного аналогового контура. В настоящем варианте (64) нестационарный отклик последовательно моделируется для коммутации, предшествующей первой коммутации, предпочтительно используя такую же методику моделирования, применяемую для расчета нестационарного отклика для первой коммутации. Модельный нестационарный отклик (66) предшествующей коммутации оценивается по отношению к выбранному предельному значению. Выбранное предельное значение может представлять например, заранее определенную долю максимальной амплитуды нестационарного отклика первой коммутации. Выбранное предельное значение может представлять заранее определенное значение максимальной амплитуды. Если максимальная амплитуда модельного отклика предшествующей коммутации ниже предельного значения (70), то модельные отклики предшествующей и первой коммутации суммируются. Предельное значение выбирается таким образом, что эффект коммутации с таким нестационарным откликом, надо полагать, не имеет значительного влияния на измеренный отклик первой коммутации.

Если модельный отклик предшествующего события выше выбранного предельного значения, тогда (68) данные расчета проверяются для первого события в обратном порядке по времени от предшествующей коммутации. Нестационарный отклик для такой возвратной по времени коммутации моделируется в пункте 64 так же, как для предшествующей коммутации. Вышеуказанный процесс может повторяться для последовательно совершаемых предшествующих коммутаций вплоть до тех пор, пока максимальная амплитуда модельного нестационарного отклика для такого коммутации не будет ниже выбранного пре- 8 022910 дельного значения. В это время модельные нестационарные отклики для всех подобных коммутаций суммируются (70). Сумма сравнивается (71) с напряжением и/или магнитным полем, фактически измеренным на первой коммутации. Если разница (72) между суммой и измеренным откликом превышает выбранное предельное значение, то по крайней мере один параметр модели изменяется (66), и процесс повторяется с 62 до 72. Такая регулировка модели и повторение процесса продолжается вплоть до тех пор, пока разница между модельным откликом и измеренным откликом не будет ниже выбранного предельного значения (64), где процесс завершается по отношению к первой коммутации.

Варианты способа согласно различным аспектам изобретения могут обеспечить лучшую интерпретацию распределения удельного сопротивления в исследуемых районах геологической среды при сведении времени получения данных до минимума.

Хотя данное изобретение описано по отношению к ограниченному количеству вариантов, специалистам в данной области, пользуясь раскрытой здесь информацией, будет понятно, что могут быть разработаны другие варианты, которые не выходят за пределы раскрытого здесь объема изобретения. Соответственно, объем изобретения должен ограничиваться только прилагаемыми пунктами патентной формулы.

Claims (14)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ проведения электромагнитной разведки, включающий передачу электромагнитного поля в геологическую среду путем пропускания электрического тока, в качестве которого используют коммутируемый постоянный ток с заданной частотой коммутации, через передающую антенну, регистрацию напряжений, наведенных в приемнике и соответствующих электромагнитным воздействиям, наведенным в геологической среде, определение электромагнитного отклика геологической среды в частотной области на основании зарегистрированных напряжений и определение нестационарного электромагнитного отклика геологической среды на основании зарегистрированных напряжений, отличающийся тем, что указанный электромагнитный отклик в частотной области и указанный нестационарный электромагнитный отклик определяют на основании одних и тех же зарегистрированных напряжений, указанный электромагнитный отклик в частотной области определяют на основании наведенных напряжений, зарегистрированных в течение нескольких циклов коммутации тока, и указанный нестационарный электромагнитный отклик определяют на основании наведенных напряжений, зарегистрированных в течение периода времени после по меньшей мере одной коммутации тока, причем указанный период времени соответствует периоду времени, в течение которого амплитуда наведенных напряжений уменьшается.
2. 2. Способ по п.1, в котором осуществляют коммутацию электрического тока с повышением и понижением его величины относительно опорного значения примерно на одну и ту же величину.
3. 3. Способ по п.2, в котором опорное значение равно нулю.
4. 4. Способ по п.1, в котором используют передающую антенну, снабженную дипольным электродом.
5. 5. Способ по п.1, в котором используют передающую антенну, снабженную замкнутым проводником.
6. 6. Способ по п.1, в котором используют приемник, снабженный дипольным электродом.
7. 7. Способ по п.1, в котором используют приемник, снабженный замкнутым проводником.
8. 8. Способ по п.1, в котором используют приемник, снабженный магнитометром.
9. 9. Способ по п.1, в котором указанную передачу электромагнитного поля и/или регистрацию напряжения осуществляют при, по существу, вертикальной ориентации магнитного дипольного момента.
10. 10. Способ по п.1, в котором указанную передачу электромагнитного поля и/или регистрацию напряжения осуществляют при, по существу, горизонтальной ориентации магнитного дипольного момента.
11. 11. Способ по п.1, в котором указанное определение электромагнитного отклика в частотной области включает измерение характеристики регистрируемых напряжений в течение нескольких циклов коммутации тока.
12. 12. Способ по п.1, в котором при указанном определении нестационарного электромагнитного отклика измеряют нестационарный электромагнитный отклик в течение нескольких коммутаций тока, моделируют нестационарный отклик на основе измеренного нестационарного отклика для первой выбранной коммутации тока, моделируют в соответствии с такой же процедурой моделирования нестационарный отклик для по меньшей мере одной коммутации тока, предшествующей указанной первой выбранной коммутации тока, суммируют модельный нестационарный отклик указанной предшествующей коммутации тока с модельным откликом первой выбранной коммутации тока,

    - 9 022910 сравнивают указанную сумму с измеренным нестационарным откликом первой выбранной коммутации тока, изменяют по меньшей мере один параметр начальной модели и повторяют моделирование указанных нестационарных откликов до тех пор, пока разность между указанными суммированными модельными нестационарными откликами и измеренным откликом не станет меньше заданной пороговой величины.
13. 13. Способ по п.12, в котором дополнительно сравнивают максимальную амплитуду модельного нестационарного отклика указанной по меньшей мере одной предшествующей коммутации тока с заданной пороговой величиной, моделируют нестационарный отклик для коммутации тока, предшествующей указанной по меньшей мере одной предшествующей коммутации тока, если указанная максимальная амплитуда превышает заданную пороговую величину, и повторяют указанное сравнение максимальной амплитуды и моделирование нестационарного отклика для последовательно предшествующих по времени коммутаций тока до тех пор, пока указанная максимальная амплитуда не станет меньше указанной заданной пороговой величины.
14. 14. Способ по п.13, в котором дополнительно суммируют модельные нестационарные отклики для всех указанных коммутаций тока, сравнивают указанную сумму с измеренным нестационарным откликом первой выбранной коммутации тока, изменяют по меньшей мере один параметр начальной модели и повторяют моделирование указанных нестационарных откликов до тех пор, пока разность между указанными суммированными модельными откликами и измеренным нестационарным откликом первой выбранной коммутации тока не станет меньше заданной пороговой величины.