EA023172B1

EA023172B1 - Способ интерпретации данных электромагнитной разведки

Info

Publication number: EA023172B1
Application number: EA200900125A
Authority: EA
Inventors: Курт М. Стрэк; Чарльз Г. Штойер
Original assignee: Кейджейти Энтэпрайзиз, Инк.
Priority date: 2006-07-01
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2016-04-29
Also published as: CA2657845A1; US7356411B1; NO339765B1; EP2035991A2; EA200900125A1; EP2035991A4; EP2035991B1; CA2657845C; WO2008005710A8; CN101484897A; US20080183391A1; NO20090480L; WO2008005710A3; WO2008005710A2; US20080082269A1; CN101484897B

Abstract

Способ интерпретации данных электромагнитной разведки, проводимой методом переходных процессов, включает измерение переходной характеристики среды (характеристики становления вторичного электромагнитного поля среды) относительно группы коммутационных событий. Далее осуществляют моделирование измеренной переходной характеристики в результате первого коммутационного события из числа коммутационных событий, обусловленных переключением тока. После чего производят вычисление переходной характеристики по указанной модели для по меньшей мере одного обусловленного переключением тока коммутационного события, состоявшегося по времени прежде указанного, по меньшей мере, первого обусловленного переключением тока коммутационного события. Затем производят суммирование рассчитанной по модели переходной характеристики с измеренной переходной характеристикой от первого коммутационного события, а указанную сумму сравнивают с результатами измерений при электромагнитной разведке. Далее осуществляют коррекцию модели, а вычисление указанных суммарных переходных характеристик производят до тех пор, пока разность между указанными суммарными расчетными переходными характеристиками и указанными результатами измерений при электромагнитной разведке не станет меньше заданной пороговой величины.

Description

Изобретение относится к геофизике, касающейся области устройств и способов для измерения удельной проводимости геологических формаций методом переходных процессов (МПП) с использованием управляемого источника электрического тока. Более конкретно, указанное изобретение относится к способам получения и интерпретации данных электромагнитных измерений с использованием управляемого источника электрического тока, которые объясняют эффекты выброса на графике зависимости кажущегося сопротивления геологической формации от времени коммутационного события. Указанное изобретение может быть использовано для проведения электроразведки на морских акваториях электромагнитным методом с использованием управляемого источника электрического тока или при скважинной электроразведке, либо в области забойных систем контроля и управления параметрами бурения, причем применение данного изобретения не ограничивается указанными областями техники.

Сведения о предшествующем уровне техники

Электроразведка электромагнитным методом (электромагнитная разведка) с использованием управляемого источника электрического тока заключается в пропускании электрического тока в геологических формациях либо воздействии на них магнитного поля через дно океана или моря в случае электромагнитной разведки на морских и океанских акваториях, либо через скважинный флюид в случае скважинной электроразведки, и в измерении значений напряжения и/или магнитного поля, наводимого в электродах, антеннах и/или магнетометрах, расположенных вблизи земной поверхности или на морском дне. Возникновение наведенной разности потенциалов и/или магнитного поля происходит в результате пропускания электрического тока и/или воздействия магнитного поля в геологическом разрезе.

Известная из уровня техники электроразведка обычно заключается в пропускании переменного электрического тока в геологическом разрезе. Пропускаемый переменный ток имеет одну или несколько заданных частот. Такая методика электроразведки известна как многочастотная электромагнитная разведка с использованием управляемого источника электрического тока. Например, описание указанной методики приводится авторами Синха М.К., Пэйтелом П.Д., Ансуортом М.Дж., Оуэном Т.Р.Е., и МакКормиком М.Дж.Р. в статье Система электромагнитного зондирования в морских условиях с использованием активного источника, Морские геофизические исследования, 1990, №12, сс.29-68. К прочим публикациям, описывающим физическую сущность разведки недр электромагнитным методом и интерпретацию данных этого вида разведки, относятся статья авторов Эдвардса Р.Н., ЛоуЛ.К., Вольфграма П.А., Ноубса Д.К., Боуна М.Н., Тригга Д.Ф., и Де-Лорье Дж.М., озаглавленная Первые результаты по проведению экспериментов на обитаемой научной станции по исследованию открытого моря: определение удельной проводимости и толщины морских отложений магнитометрическим методом электрического зондирования на морском шельфе в районе Бьют Инлет, провинция Британская Колумбия (Канада), Геофизика, 1985, т.50, №1, сс.153-160; статья Эдвардса Р.Н., озаглавленная К вопросу оценки ресурсов газогидратных морских залежей с использованием двухдипольного электрического зондирования морского дна методом переходных процессов, Геофизика, 1997, т.62. №1, сс.63-74; статья авторов Чейва А.Д., Констебла С.К., и Эдвардса Р.Н., озаглавленная Методы электроразведки морского дна, Исследования в области геофизики, 1991 №3, Электромагнитные методы в прикладной геофизике, 1.2, заявка, часть Б, сс.931-966; и статья авторов Чизмэна С.Дж., Эдвардса Р.Н. и Чейва А.Д., Теоретические основы картографирования морского дна по удельной проводимости с использованием систем для работ методом становления поля, Геофизика, 1987, т.52, №2, сс.204-217. Типовые варианты скважинных электромагнитных исследований описываются Стрэком (в патентах США №№6541975 В2, 6670813 и 6739165) и Хэнстайном с соавт. (в патенте США №6891376). Предлагаемая методика не ограничивается указанными вариантами электромагнитных исследований, поскольку группа чувствительных элементов перемещается вдоль района исследований.

Ниже приводится описание нескольких патентных публикаций, где излагаются различные аспекты электромагнитных исследований геологических формаций. Для случая проведения исследований на морских акваториях в патенте США №5770945, выданном на имя Констебла С.К., описывается устройство для нефтепоисковых работ на морском дне с использованием магнитотеллурического метода исследований. В составе раскрытого в указанном патенте устройства имеется первый водонепроницаемый герметичный корпус, внутри которого находится процессор, вторичные усилители магнитного поля, связанные по переменному току, и усилители электрического поля, а также имеется второй водонепроницаемый герметичный корпус, внутри которого находится акустическая навигационно-расцепительная система, четыре хлоросеребрянных электрода, установленных на штангах, и по меньшей мере два магнитоиндукционных датчика. Указанные элементы смонтированы на раме из пластмассы и алюминия совместно со средствами обеспечения плавучести и якорным устройством для размещения устройства на дне моря. Акустическая навигационно-расцепительная система служит для определения местонахождения измерительного устройства посредством посылки откликов на акустические импульсы, формируемые аппаратным блоком на борту судна, а также для получения команды на расцепление, по которой начинается расцепление от якорного устройства плавучего модуля с последующим его всплытием на поверхность акватории и подъемом на борт судна. Электроды, используемые для обнаружения электрического поля, выполнены в виде заземленной дипольной антенны. Штанги, посредством которых указанные

- 1 023172 электроды крепятся на раму, расположены крестообразно с образованием двух ортогональных диполей. Назначением указанной пары ортогональных диполей является измерение полного вектора напряженности электрического поля. Датчики определения магнитного поля представляют собой катушку с сердечником из магнитного сплава мю-металл, на который нанесена многовитковая обмотка. Указанные датчики определяют магнитное поле в диапазоне частот, который обычно используется в наземной аппаратуре геофизических исследований магнитотеллурическим методом. Указанные катушечные датчики для определения магнитного поля заключены в водонепроницаемый герметичный корпус и соединены с блоком регистрации данных при помощи кабелей в водонепроницаемой изоляционной оболочке, предназначенной для эксплуатации под высоким давлением. В составе блока регистрации данных имеется группа усилителей для усиления сигналов идущих от различных датчиков с последующим направлением их в процессор, который управляет синхронизацией операций во времени, регистрацией данных, записью информации в устройства памяти, коммутацией электропитания. Блоки памяти для временного хранения информации и блоки внешней памяти большой емкости выполнены в виде непосредственно сопряженных с процессором устройств и/или периферийных устройств.

В патенте США №6603313, выданном на имя Шарнка, раскрывается способ определения с поверхности земли свойств геологического пласта, в соответствии с которым вначале проводится определение местоположения и среднего удельного электрического сопротивления исследуемого геологического пласта, прилегающего к подземной геологической формации сверху, снизу и в горизонтальном направлении, с использованием геологических и геофизических данных, полученных вблизи указанной подземной геологической формации. Далее производится определение координат положения и частоты зондирования для источника электромагнитного поля в целях наибольшего увеличения силы электрического тока, пропускаемого в вертикальном и горизонтальном направлениях по указанной подземной геологической формации, с использованием найденного местоположения и значений среднего удельного электрического сопротивления исследуемого геологического пласта. Затем вблизи земной поверхности либо непосредственно на самой поверхности земли, осуществляется включение источника электромагнитного поля, расположенного вверху и приблизительно по центру указанной подземной геологической формации, и осуществляют измерения составляющих вторичного электромагнитного поля при помощи приемной антенны. Также на основании геологических и геофизических данных определяют лимитирующие факторы для геометрических и электрических параметров. И, наконец, осуществляют обработку характеристик вторичного электромагнитного поля с использованием указанных лимитирующих факторов для геометрических и электрических параметров и получают инверсные глубинные изображения удельного электрического сопротивления исследуемого геологического пласта в вертикальном и горизонтальном направлениях. В некоторых случаях инверсные глубинные изображения удельного электрического сопротивления могут использоваться в сочетании с геологическими и геофизическими данными для определения свойств флюида и глинистости пласта.

В патенте США №6628110, выданном на имя Эйдезмо с соавт., раскрывается способ определения свойств подземного пласта с известной конфигурацией и координатами положения. Раскрытый в указанном патенте способ предусматривает наведение изменяющегося во времени магнитного поля в стратиграфическом горизонте, содержащем указанный пласт; определение характеристик поля возникающей ответной электромагнитной волны; анализ влияния свойств исследуемого пласта на измеренные характеристики магнитного поля, тем самым определяя посредством указанного анализа содержимое исследуемого пласта.

В патентах США №6541975 В2 и №6670813, выданных на имя Стрэка с соавт., раскрывается устройство формирования изображения геологической формации вокруг проходящей в ней буровой скважины. Измерение удельного электрического сопротивления указанной геологической формации осуществляется с использованием постоянного электрического тока, а удельная электрическая проводимость и электрическое сопротивление указанной геологической формации определяют при помощи изменяющихся во времени сигналов либо измерениями по переменному току. Помимо этого проводится измерение скорости распространения акустической волны в геологической формации. Изображение геологической формации строится на основании комплекса данных по результатам измерения удельного электрического сопротивления по постоянному току, измерения электрической проводимости при помощи изменяющегося во времени электромагнитного сигнала, измерения удельного электрического сопротивления при помощи изменяющегося во времени электромагнитного сигнала и измерения скорости распространения акустической волны в геологической формации.

В патенте США №6739165, выданном на имя Стрэка, раскрывается способ, в котором измерения нестационарных электромагнитных откликов осуществляются при помощи приемника либо передатчика, расположенных как в буровой скважине, так и на поверхности земли. Каждое из указанных устройств является перемещаемым и происходит получение изображений, дающих представление об изменениях в характере насыщенности пласта.

В публикации международной заявки на патент № АО 0157555 раскрывается устройство для определения подземного пласта либо для определения основных свойств указанного пласта, координаты и геометрическая конфигурация которого уже известны в результате проведения предшествующих сейс- 2 023172 мометрических исследований. Источником электромагнитного поля здесь является расположенный на дне моря передатчик, а обнаружение указанного электромагнитного поля производится антеннами, которые также установлены на дне. Для определения основных свойств любого из имеющихся геологических пластов, из вторичного волнового поля выделяют преломленную волновую компоненту.

В публикации международной заявки на патент № \УО 03048812 А1 раскрывается способ электроразведки по электромагнитной методике, предназначенный для геофизических исследований района, который был классифицирован ранее как место возможного наличия подводных залежей углеводородов. Способ предусматривает получение первого и второго наборов топогеодезических данных при помощи источника электромагнитного поля, расположенного с поперечным и продольным выносом относительно аналогичных устройств либо других приемников. Заявленное изобретение также имеет отношение к планированию геофизических исследований с использованием указанного способа и к анализу полученных данных, взятых в комплексе с целью отделения гальванической составляющей сигналов поступивших на приемник от эффектов наведения, а также от эффектов затухания сигналов, которые в значительной степени зависят от локальных свойств геологического горизонта, воды и воздуха над районом проведения геофизических исследований. Данное обстоятельство является очень важным в плане успешного использования электроразведки по электромагнитной методике для установления местонахождения запасов углеводородов и распознавания их на фоне прочих типов геологических структур.

В патенте США №6842006, выданном на имя Конти, раскрывается донное устройство для выполнения электромагнитных измерений при проведении подводных магнитотеллурических исследований геологических формаций. В составе указанного устройства входит центральная конструкция, оснащенная шарнирно закрепленными на ней рычажными манипуляторами. Они служат для облегчения хранения и развертывания устройства в рабочее положение. При этом каждый из указанных манипуляторов оснащен электродами и магнетометрами, предназначенными для измерения электрического и магнитного поля соответственно. Причем удаление указанных магнетометров от данной центральной конструкции таково, что исключается обнаружение имеющегося в ней магнитного поля. Сутью же способа выполнения донных измерений является измерение электрического поля на некотором расстоянии от указанной конструкции и измерение в том же месте магнитного поля.

В публикации заявки на патент США № 2004232917 раскрывается способ картирования скачков удельного сопротивления пород в геологическом разрезе посредством проведения многоканальных измерений нестационарных электромагнитных откликов на поверхности земли или вблизи указанной поверхности с использованием по меньшей мере одного источника магнитного поля, приемного средства для измерения отклика системы, и по меньшей мере одного приемника для измерения суммарного отклика геологической среды на электромагнитное воздействие. Все сигналы, поступающие от пары источник-приемник, подвергают обработке для выделения соответствующего отклика геологической среды на электромагнитные импульсы, и затем характеристики таких электромагнитных импульсов либо характеристики любых изменений подобных импульсов выводятся на средства отображения для формирования картины скачков удельного электрического сопротивления пород в геологическом разрезе. Указанные устройство и способ позволяют идентифицировать состав и координаты запасов флюида в пласте, а также осуществлять наблюдение за его перемещением.

В патенте США №5467018, выданном на имя Рейтера с соавт., раскрывается устройство для исследований коренных пород. В устройстве предусматривается инициализация переходных процессов в виде скачкообразных изменений потока импульсов, поступающих в геологический разрез от передатчика. Наводимый таким образом электрический ток измеряется несколькими блоками приема. Измеренные значения поступают от указанных блоков приема в центральный блок. Полученные из приемных блоков данные преобразуются в цифровую форму и заносятся в запоминающее устройство на пунктах измерений, которые связаны с центральным блоком по телеметрическим линиям связи. Таким образом, благодаря телеметрическим линиям связи, данные из запоминающих устройств блоков приема могут с успехом передаваться на центральный блок.

В патенте США №5467018, выданном на имя Таски с соавт., раскрываются способ и устройство, применяемые для получения данных измерений удельного электрического сопротивления осадочных пород. На основании указанных данных составляется и строится уточненный профиль аномального удельного электрического сопротивления пород. Указанный уточненный профиль аномального удельного электрического сопротивления связан с наличием полостей, содержащих нефть и/или газ на различной глубине вплоть до фундамента залегания осадочных пород, и способствует отысканию указанных геологических дефектов. Устройство расположено на поверхности земли и состоит из генератора электрического тока, соединенного с передатчиком отрезком проводника с заземленными электродами. Когда в геологический разрез от точки передачи через передающее устройство и проводник поступает длиннопериодная волна тока прямоугольной формы с высокой амплитудой, это приводит к наведению в геологическом разрезе вихревых токов. В свою очередь, указанные вихревые токи изменяют магнитное поле в геологическом разрезе, что может быть зафиксировано на поверхности земли при помощи магнетометра или катушки индкутивности. Изменения магнитного поля регистрируются и фиксируются в каждой точке зондирования как изменяющиеся во времени электрические напряжения. Информацию о непостоянст- 3 023172 ве удельного электрического сопротивления по объему геологической формации получают на основании анализа амплитуды и формы сигналов пропорциональных измеренному магнитному полю, выраженных как функция от времени после решения соответствующих математических уравнений. Точки зондирования расположены участками с учетом возможного площадного картирования и построения профиля изменения удельного электрического сопротивления геологической формации.

Возможности известных из уровня техники способов многочастотной электромагнитной разведки с использованием управляемого источника электрического тока при выполнении работ на морских акваториях ограничены в общем случае значительными глубинами порядка 800-1000 м либо величиной отношения глубины океана к глубине залегания продуктивного пласта (отсчитывается от уровня морского дна), выходящей за пределы интервала, примерно составляющего 1,5-2,0.

Типовой способ многочастотной электромагнитной разведки с использованием управляемого источника электрического тока при выполнении работ на морских акваториях осуществляется следующим образом. К расположенным на дне моря электродам подключают кабели с борта регистрирующего судна. Затем на указанные электроды от бортового источника подается электрический ток таким образом, что по морскому дну и ниже вглубь геологической формации течет электрический ток заданной величины. На некотором заданном расстоянии (по горизонтали) от токовых питающих электродов на морском дне расположены приемные электроды, включенные в цепь измерения напряжения, которая может располагаться на борту данного или иного судна. Далее проводится анализ величин напряжения наведенного в приемных электродах и делается заключение о структуре и электрических свойствах подземных геологических формаций.

Другой известной из уровня техники методикой электромагнитных исследований являются электромагнитные исследования методом переходных процессов с использованием управляемого источника тока. В соответствии с данной методикой электрический ток пропускается в геологическую среду от поверхности земли примерно так, как это имеет место при многочастотной методике электромагнитных исследований. Электрический ток здесь может быть постоянным. В заданный момент времени производится отключение тока и затем с земной поверхности производится измерение напряжения и/или магнитного поля, обычно относительно заданного интервала времени. Выводы о строении исследуемой формации делают на основании временного распределения наведенного напряжения и/или магнитного поля. Проведение электромагнитных исследований методом переходных процессов с использованием управляемого источника тока описываются, например, в работе Стрэка К.М., озаглавленной Исследования геологических формаций глубинным электромагнитным методом электроразведки, издательство Эльсевьер, 1992, с.373 (репринтное издание 1999 года).

Особое внимание в вопросе проведения электромагнитных исследования методом переходных процессов с использованием управляемого источника тока уделяется тому обстоятельству, что измеренные значения разности потенциалов и/или напряженности магнитного поля в практическом смысле имеют отношение не только к обусловленному переключением тока коммутационному событию, непосредственно после которого и производятся измерения, но также и к предшествующим коммутационным событиям, обусловленным переключением тока. По мере увеличения интервала времени от момента коммутационного события наблюдается затухание измеренной напряженности магнитного поля и/или напряжения по амплитуде. По истечении достаточного количества времени после конкретного коммутационного события амплитуда измеренной напряженности магнитного поля и/или напряжения затухает практически до нуля.

В некоторых случаях количество времени необходимое для затухания в достаточной степени амплитуды указанных величин может оказаться столь велико, что становится нецелесообразным получать результаты измерений, которые не отражают влияния предшествующих коммутационных событий, обусловленных переключением тока, на измеренные значения напряженности магнитного поля и/или разности потенциалов.

Цель изобретения - разработка способа получения данных результатов измерений при проведении электромагнитной разведки методом переходных процессов с использованием управляемого источника тока, который учитывает влияние обусловленных переключением тока предшествующих коммутационных событий с тем, чтобы фактически свести к минимуму интервал времени между последовательными коммутационными событиями.

Сущность изобретения

Для достижения заявленной цели изобретения разработан способ интерпретации данных электромагнитной разведки с использованием метода переходных процессов, в котором осуществляют группу коммутационных событий посредством переключения тока, измеряют нестационарный отклик относительно группы коммутационных событий, строят модель на основе измеренного нестационарного отклика по отношению к первому коммутационному событию из группы коммутационных событий, обусловленных переключением тока, вычисляют нестационарный отклик для по меньшей мере одного обусловленного переключением тока коммутационного события, состоявшегося повремени прежде указанного, по меньшей мере, первого обусловленного переключением тока коммутационного события, суммируют нестационарный отклик от предшествующего коммутационного события с нестационарным откликом от

- 4 023172 первого коммутационного события, сравнивают указанные суммарные отклики с соответствующими откликами, измеренными при электромагнитной разведке, вносят поправки в указанную модель и повторяют вычисления указанных откликов до тех пор, пока разность между указанными суммарными расчетными нестационарными откликами и соответствующими нестационарными откликами, измеренными при электромагнитной разведке, не станет меньше заданной пороговой величины. В способе можно реализовать так, что в нем сравнивают максимальную амплитуду расчетного нестационарного отклика по меньшей мере одного предшествующего коммутационного события с заданной пороговой величиной, вычисляют нестационарный отклик для коммутационного события состоявшегося по времени прежде указанного по меньшей мере одного предшествующего коммутационного события, если указанная максимальная амплитуда превышает заданную пороговую величину, повторяют указанное сравнение максимальной амплитуды и вычисляют нестационарный отклик для последовательно предшествующих во времени коммутационных событий до тех пор, пока указанная максимальная амплитуда не станет меньше указанной заданной пороговой величины. Способ может быть реализован так, что в нем суммируют расчетные нестационарные отклики для всех указанных коммутационных событий, сравнивают указанные суммарные нестационарные отклики с соответствующими нестационарными откликами, измеренными при электромагнитной разведке, вносят поправки в указанную модель и повторяют вычисления всех указанных суммарных нестационарных откликов до тех пор, пока разность между указанными суммарными расчетными откликами и соответствующими откликами, измеренными при электромагнитной разведке, не станет меньше заданной пороговой величины. Способ можно реализовать и так, что коммутационное событие осуществляют выключением постоянного электрического тока, коммутационное событие можно осуществлять включением постоянного электрического тока, коммутационное событие можно осуществлять обращением полярности постоянного электрического тока. Способ может реализован и так, что в нем измеряют напряжения для нестационарного отклика, наведенные электрическим током в геологической среде, можно измерять напряжения для нестационарного отклика, наведенные магнитным полем в геологической среде, можно измерять амплитуды магнитного поля для нестационарного отклика, наведенные электрическим током в геологической среде. Способ может быть реализован так, что в нем измеряют амплитуды магнитного поля для нестационарного отклика, наведенные магнитным полем в геологической среде.

Основные существенные особенности изобретения можно пояснить и следующим образом. Одним из аспектов настоящего изобретения является способ интерпретации данных электромагнитной разведки с использованием метода переходных процессов (МПП). В соответствии с данным аспектом изобретения указанный способ состоит в измерении нестационарного отклика (характеристики становления вторичного электромагнитного поля в геологической среде) среды относительно группы коммутационных событий, вызывающих переходные процессы. Далее осуществляют моделирование измеренного нестационарного отклика в результате первого коммутационного события из числа коммутационных событий, обусловленных переключением тока. Затем производится вычисление нестационарного отклика по указанной модели для по меньшей мере одного обусловленного переключением тока коммутационного события предшествующее во времени по меньшей мере одному первому коммутационному событию, обусловленному переключением тока. После этого производят суммирование расчетного нестационарного отклика с измеренным нестационарным откликом от первого коммутационного события, а указанная сумма сравнивается с данными измерений при электромагнитной разведке. При этом указанную модель корректируют с повторением вычисления суммарных нестационарных откликов до тех пор, пока разность между указанными суммарными расчетными нестационарными откликами и результатами измерений при электромагнитной разведке не станет меньше заданной пороговой величины.

Другим аспектом настоящего изобретения является способ интерпретации данных электромагнитной разведки с использованием метода переходных процессов (МПП), получаемых от управляемого источника электромагнитного поля. В соответствии с данным аспектом изобретения указанный способ состоит в создании исходной модели распределения удельной проводимости для заданного объема в геологическом разрезе. Расчет нестационарного отклика (так называемой характеристики становления вторичного электромагнитного поля, см А.Череповский. Словарь по прикладной геофизике, 1998 г.) в рамках исходной модели производится для, по меньшей мере, первого обусловленного переключением тока коммутационного события, соответствующего данным электромагнитных измерений, полученных с использованием управляемого источника электромагнитного поля в пределах заданного объема в геологическом разрезе. Затем производится расчет нестационарного отклика по исходной модели для по меньшей мере одного обусловленного переключением тока коммутационного события, предшествующего во времени по меньшей мере одному обусловленному переключением тока первому коммутационному событию. Расчетные нестационарные отклики суммируются и в соответствии с некоторыми примерами осуществления изобретения в указанную сумму включают достаточное количество более ранних коммутационных событий так, что коммутационные события имевшие место по времени до по меньшей мере первого коммутационного события, по существу, более не оказывают влияния на указанное измерение. Далее производят сравнение суммарных нестационарных откликов с данными электромагнитных измерений. При этом указанную модель корректируют с повторением расчета суммарных нестационарных

- 5 023172 откликов до тех пор, пока разница между указанными суммарными расчетными нестационарными откликами и данными измерений электромагнитной разведки не станет меньше некоторого заданного порогового значения.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения способ получения данных электромагнитной разведки с использованием метода переходных процессов (МПП) включает в себя наведение по меньшей мере одного поля, выбранного из неустановившегося магнитного поля и неустановившегося электрического поля, в заданном объеме в геологическом разрезе. Причем указанное наведение поля состоит из, по меньшей мере, первого события коммутации электрического тока. При этом осуществляют определение, по меньшей мере, напряжения и амплитуды магнитного поля, наведенного в результате воздействия по меньшей мере одного указанного поля, выбранного из неустановившегося магнитного поля и неустановившегося электрического поля. Далее создается исходная модель распределения удельной проводимости для заданного объема в геологическом разрезе. Затем рассчитывается нестационарный отклик неустановившегося электромагнитного поля по исходной модели для по меньшей мере одного обусловленного переключением тока коммутационного события, имевшего место по времени до, по меньшей мере, первого коммутационного события. После этого производится суммирование указанных расчетных нестационарных откликов. Указанные суммарные расчетные нестационарные отклики сравниваются с по меньшей мере измеренными амплитудой магнитного поля и напряжением, а указанную модель корректируют с повторением расчета суммарных нестационарных откликов до тех пор, пока разница между указанными суммарными расчетными нестационарными откликами и измеренной по меньшей мере одной амплитудой магнитного поля и напряжения не станет меньше некоторого заданного порогового значения.

Прочие аспекты и преимущества указанного изобретения станут очевидны из нижеследующего описания и прилагаемой к нему формулы изобретения.

Перечень фигур, чертежей и иных материалов

На фиг. 1 показана система электромагнитной разведки, проводимой на морской акватории методом переходных процессов с использованием источника тока с горизонтальным электрическим диполем и генератора сейсмических колебаний;

на фиг. 2 - система электромагнитной разведки, проводимой на морской акватории методом переходных процессов с использованием источника тока с вертикальным электрическим диполем;

на фиг. 3 - альтернативный метод подачи тока в геологическую среду с использованием магнитных полей;

на фиг. 4 - блок-схема в соответствии с одним из примеров осуществления способа по указанному изобретению;

на фиг. 5 - графическая зависимость наведенного напряжения после переключения тока для иллюстрации эффекта выброса на графике.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

В качестве одного из примеров осуществления данного изобретения на фиг. 1 показана система электромагнитной разведки, проводимой на морской акватории методом переходных процессов с использованием управляемого источника тока, предназначенная для реализации вышеуказанных способов в соответствии с различными аспектами настоящего изобретения. Данная система состоит из гидрографического судна 10, идущего по заданному курсу по поверхности акватории 11 озера или океана. На борту указанного судна имеется аппаратура управления источником тока, средства регистрации сигналов и навигационное оборудование, которые совместно обозначены цифрой 12 и носят собирательное наименование регистрирующая система. Регистрирующая система 12 имеет в своем составе управляемый источник электрического тока, используемый для пропускания электрического тока по электродам 16А и 16Б, буксируемых судном в воде 11 вблизи дна 13 водоема для создания электрического поля в геологических формациях 15, 17 под дном 13 водоема. Регистрирующая система 12 также содержит аппаратуру для определения геодезического положения гидрографического судна 10 в любой момент времени с возможностью использования приемников глобальной системы навигации и определения местоположения объектов (системы СР8) либо подобного рода устройств. В составе регистрирующей системы 12 также имеется оборудование для передачи сигналов от одного или более регистрирующих буев 22. Функцией указанных регистрирующих буев 22 является прием и запись в память сигналов от каждого датчика из группы датчиков электромагнитного поля 20, расположенных на дне 13 водоема. Указанные датчики могут быть расположены вдоль кабеля 18. По своему типу указанный кабель 18 может относиться к кабелю, соединяющему датчики упругих колебаний (так называемые сейсмические датчики), расположенные на дне водоема, и известному из уровня техники под наименованием донного кабеля или донной сейсморазведочной косы.

Датчики 20 служат для обнаружения различных электрических и/или магнитных полей, возникающих в результате действия электрического поля, наводимого в геологическом разрезе при пропускании электрического тока по электродам 16А и 16Б. Регистрирующие буи 22 могут содержать устройства телеметрии (не показаны отдельно) для передачи данных о полученных сигналах на судно 10 и/или могут заносить указанные данные в локальное запоминающее устройство для последующей передачи на судно

- 6 023172 при опросе буя регистрирующей системой 12 либо прочим опрашивающим устройством.

Источник тока (не показан отдельно) на борту судна 10 соединен кабелем 14А с электродами 16А и 16Б. Геометрически расположение указанного кабеля 14А производится таким образом, чтобы буксировка электродов 16А и 16Б обеспечивалась бы в основном горизонтально по отношению к дну 13 водоема, как показано на фиг. 1. В соответствии с настоящим примером осуществления изобретения электроды 16А и 16Б могут отстоять друг от друга с шагом 50 м и с возможностью пропускания по ним тока порядка 1000 А. Создаваемый при этом источником тока электрический момент эквивалентен электрическому дипольному моменту, получаемому в практике обычной электромагнитной разведки известной из уровня техники, в соответствии с которой используется дипольный излучатель длиной 100 м с пропусканием тока величиной 500 А. В любом из указанных случаев, дипольный электрический момент источника составляет порядка 5х10⁴ ампер-метров. По передающим электродам 16А и 16Б возможно пропускание постоянного тока с отключением тока при коэффициенте времени равном нулю. Следует однако понимать, что разрыв цепи переменного тока является лишь одним из вариантов изменения величины электрического тока для инициирования переходных электромагнитных процессов. В соответствии с прочими вариантами осуществления изобретения для инициирования переходных электромагнитных процессов возможно использование включения электрического тока или обращение его полярности (двухполярная коммутация), либо использование коммутации в псевдохаотической двухполярной последовательности, либо использование любой иной комбинированной коммутации, получаемой в результате сочетания таких последовательностей переключений в токовой цепи. Например, описание процесса псевдохаотической двухполярной коммутации приводится авторами Дунканом П.М., Хуангом А., Эдвардсом Р.Н., Бейли Р.К. и Гарландом Дж.Д. в статье Разработка и применение широкополосных систем электромагнитного зондирования с использованием псевдошумового источника, Геофизика, 1980, №45, сс.1276-1296.

Помимо этого судно также может буксировать за собой генератор сейсмических колебаний 9 для проведения одновременно с электромагнитной разведкой еще и сейсморазведочных работ. В подобном варианте осуществления изобретения донная коса 18 может иметь в своем составе сейсмодатчики 21 любых типов, известных из уровня техники.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения, предусматривающим пропускание электрического тока по передающим электродам 16А и 16Б при замыкании электрической цепи, при помощи либо регистрирующих буев 22 и/или регистрирующей системы 12 осуществляют запись временной зависимости электрических и/или магнитных полей определяемых различными датчиками 20.

На фиг. 2 представлена альтернативная методика формирования и регистрации сигналов, в соответствии с которой передающие электроды 16А и 16Б расположены таким образом, чтобы обеспечивалась их в основном вертикальная ориентация вдоль донной косы 14Б, расположенной так, чтобы соблюдалась указанная в основном вертикальная ориентация передающих электродов 16А и 16Б, как показано на фиг.

2. Пропускание тока по электродам 16А и 16Б, обнаружение и регистрация сигналов здесь осуществляется в основном аналогично тому, как описывается выше для варианта представленного на фиг. 1.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, представленными на фиг. 1 и 2, электрическое поле в геологическом разрезе наводится при пропускании электрического тока по электродам. Вместо электрического поля возможно также наведение и электромагнитного поля. Указанный вариант будет пояснен со ссылкой на фиг. 3. В соответствии с фиг. 3 судно 10 буксирует кабель 14В, соединенный с двумя излучателям 17 А и 17Б типа петля. Первый излучатель 17А типа петля работает в области перпендикулярной дну 13 водоема. Периодически регистрирующая система 12 обеспечивает протекание электрического тока по первому излучателю 17А типа петля. Вид электрического тока может быть любым из вышеуказанных видов тока со ссылкой на фиг. 1, в том числе коммутируемым постоянным током, постоянным током получаемым в результате коммутации в псевдохаотической двухполярной последовательности и постоянным током с обращением полярности. При изменении тока геологическая среда оказывается под воздействием неустановившегося магнитного поля с дипольным моментом вдоль направления М_А. Одновременно либо в разные промежутки времени электрический ток подается на второй излучатель 17Б типа петля. Указанный второй излучатель может быть выполнен в виде соленоида с магнитным моментом вдоль направления М_в.

Описание вышеуказанных вариантов осуществления изобретения приводится в контексте проведения электромагнитной разведки на морских акваториях. Следует ясно представлять себе, что вышеуказанные варианты в равной степени применимы для проведения разведочных работ на суше у поверхности земли либо в буровых скважинах. При проведении разведочных работ на суше у поверхности земли расположение датчиков может быть в основном аналогично тому, как показано на фиг. 1. Источник тока при данном виде разведочных работ может функционировать как расположенный на поверхности земли источником тока, как показано на фиг. 1, либо может функционировать как источник магнитного поля, как указано в настоящем описании со ссылкой на фиг. 3. С целью очертить объем настоящего изобретения можно попутно отметить, что поверх исследуемого геологического разреза могут располагаться и иные устройства для разведочных работ. При разведочных работах, производимых на морских и океанских акваториях, под верхом геологического разреза будет подразумеваться дно океана или моря, а при проведении наземных разведочных работ под верхом геологического разреза будет подразумеваться по- 7 023172 верхность земли либо вершина слоя плавучих льдов.

Один из вариантов способа сбора и обработки данных по настоящему изобретению показан в виде блок-схемы на фиг. 4. Регистрация данных электромагнитного метода разведки производится в основном аналогично тому, как указано выше в описании со ссылкой на фиг. 1-3. В блоке 30 производится создание исходной модели распределения удельной проводимости для заданного объема в геологическом разрезе, который в обычно соответствует геометрии системы наблюдений в момент времени, соответствующий проведению измерений в ходе электромагнитной разведки методом переходных процессов. Помимо прочих факторов, указанный объем будет зависеть от положений различных электродов и/или рамочных антенн, использующихся при сборе данных по измерениям. В соответствии с блоком 32 исходную модель используют для формирования ожидаемого нестационарного отклика геологической среды (в виде напряжения либо амплитуды магнитного поля) относительно времени первого заданного коммутационного события. Как объяснялось ранее, таким коммутационным событием может являться включение тока, отключение тока или обращение его полярности. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, обращение полярности тока достигается при использовании промежуточного импульсного выключателя тока, в зависимости от конкретного состава измерительной аппаратуры. Специалистами в данной области техники будет принято во внимание то обстоятельство, что известные из уровня техники программные средства для моделирования откликов переходных процессов не учитывают какого-либо влияния со стороны предшествующих коммутационных событий, обусловленных переключением тока.

В соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения в блоке 34 производится расчет нестационарного отклика для коммутационного события, предшествующего по времени первому коммутационному событию в последовательности сбора данных, предпочтительно с использованием аналогичной процедуры моделирования, используемой для расчета нестационарного отклика для первого коммутационного события и также с использованием аналогичной исходной модели распределения удельной проводимости. В блоке 36 расчетный нестационарный отклик предшествующего коммутационного события оценивается относительно некоторой заданной пороговой величины.

Указанной заданной пороговой величиной может быть, например, наперед заданная часть максимальной амплитуды указанного нестационарного отклика первого коммутационного события. Указанная заданная пороговая величина может быть также равна наперед заданной максимальной амплитудной величине. В блоке 40, если максимальная амплитуда расчетного нестационарного отклика предшествующего коммутационного события оказывается меньше указанного порогового значения, осуществляется суммирование расчетных нестационарных откликов предшествующего коммутационного события и первого коммутационного события. Пороговую величину задают исходя из того, что измеренная величина нестационарного отклика первого коммутационного события считается в основном не подверженной влиянию коммутационного события с указанным нестационарным откликом.

Если расчетный нестационарный отклик для предшествующего события превышает расчетную пороговую величину, то данные в соответствии с блоком 38 анализируются на предмет поиска коммутационного события, произошедшего по времени ранее указанного предшествующего события. Таким образом, как показано в блоке 34, расчет нестационарного отклика для указанного коммутационного события, произошедшего по времени ранее предшествующего коммутационного события, производится как для предшествующего коммутационного события. Вышеуказанная процедура повторяется для следующих друг за другом более ранних коммутационных событий пока максимальная амплитуда расчетного нестационарного отклика для такого коммутационного события не станет меньше заданной пороговой величины. В указанный момент времени, как показано в блоке 40, производится суммирование указанных нестационарных откликов для всех подобных коммутационных событий. В соответствии с блоком 41 суммарный нестационарный отклик сравнивается с напряжением и/или с величиной магнитного поля, фактически измеренной в момент первого коммутационного события. Согласно блоку 42, если разность между суммарными расчетными нестационарными откликами и измеренным нестационарным откликом превышает заданную пороговую величину, то производится коррекция по меньшей мере одного параметра исходной модели с повторением процедуры выполнения операций, указанных в блоках 32-42. В соответствии с блоком 42 подобную коррекцию указанной исходной модели и повторение процедуры выполнения операций по блок-схеме производят до тех пор, пока разность между расчетным нестационарным откликом и измеренным нестационарным откликом не станет меньше указанной пороговой величины. В данный момент, соответствующий блоку 44, производится завершение процедуры в отношении первого коммутационного события.

В отношении измерений, соответствующих другим объемам геологического разреза, возможно повторное выполнение вышеуказанной процедуры до тех пор, пока пользователь не определит распределение удельной проводимости в желаемом объеме геологического разреза.

В альтернативном варианте анализ выполненных измерений может производиться независимо от модели геологического разреза. При подобном варианте осуществления настоящего изобретения измерение нестационарного отклика отклика некоторой части геологического разреза или иной среды производится в ходе наступления группы коммутационных событий. Указанный нестационарный отклик будет

- 8 023172 состоять из затухающего амплитудного значения измеренного наведенного напряжения и/или магнитного поля. Данный нестационарный отклик после наступления первого коммутационного события можно получить и методами математического моделирования, такими как метод палеточной интерпретации или прочие методы математической интерпретации либо, например, метод анализа эквивалентных аналоговых цепей. В соответствии с данным вариантом осуществления настоящего изобретения, как указано в блоке 34, производится расчет нестационарного отклика для коммутационного события, наступившего по времени ранее первого коммутационного события в ходе последовательности операций сбора данных, предпочтительно с использованием процедуры моделирования аналогичной той, которая используется при расчете нестационарного отклика для первого коммутационного события. В соответствии с блоком 36 расчетный нестационарный отклик предшествующего коммутационного события оценивается относительно некоторой заданной пороговой величины. Указанной заданной пороговой величиной может быть, например, наперед заданная часть максимальной амплитуды указанного нестационарного отклика первого коммутационного события. Указанная заданная пороговая величина может быть также равна наперед заданной максимальной амплитудной величине. В блоке 40, если максимальная амплитуда расчетного нестационарного отклика предшествующего коммутационного события оказывается меньше указанного порогового значения, осуществляется суммирование расчетных нестационарных откликов предшествующего коммутационного события и первого коммутационного события. Пороговую величину задают исходя из того, что измеренная величина нестационарного отклика первого коммутационного события считается в основном не подверженной влиянию коммутационного события с указанным нестационарным откликом.

Если расчетный нестационарный отклик для предшествующего события превышает расчетную пороговую величину, то данные в соответствии с блоком 38 анализируются на предмет поиска коммутационного события, произошедшего по времени ранее предшествующего события. Таким образом, как показано в блоке 34, расчет нестационарного отклика для указанного коммутационного события, произошедшего по времени ранее предшествующего коммутационного события, производится как для предшествующего коммутационного события. Вышеуказанная процедура повторяется для следующих друг за другом более ранних коммутационных событий пока максимальная амплитуда расчетного нестационарного отклика для такого коммутационного события не станет меньше заданной пороговой величины. В указанный момент времени, как показано в блоке 40, производится суммирование указанных нестационарных откликов для всех подобных коммутационных событий. В соответствии с блоком 41 суммарный нестационарный отклик сравнивается с напряжением и/или с величиной магнитного поля, фактически измеренной в момент первого коммутационного события. Согласно блоку 42, если разность между суммарными расчетными нестационарными откликами и измеренным нестационарным откликом превышает заданную пороговую величину, то производится коррекция по меньшей мере одного параметра исходной модели с повторением процедуры выполнения операций, указанных в блоках 32-42. В соответствии с блоком 42 подобную коррекцию указанной исходной модели и повторение процедуры выполнения операций по блок-схеме производят до тех пор, пока разность между расчетным нестационарным откликом и измеренным нестационарным откликом не станет меньше указанной пороговой величины. В данный момент, соответствующий блоку 44, производится завершение процедуры в отношении первого коммутационного события.

Пример влияния эффекта выброса на графике на нестационарный отклик показан на кривой графической зависимости на фиг. 5. На указанном графике, представленном на фиг. 5, показана зависимость кажущегося удельного электрического сопротивления геологической формации от времени коммутационного события, обусловленного переключением тока. Коммутационным событием, для которого построен график зависимости на фиг. 5, является обращение полярности электрического тока. Кривая с надписью выброс на графике отсутствует, расположенная в самом верху графика, показывает нестационарный отклик и рассчитанное на его основе кажущееся удельное электрическое сопротивление геологической формации, где поправка на эффект выброса на графике в расчет не вносилась. Прочие кривые показывают нестационарный отклик для циклов коррекции от одного до четырех соответственно. Предполагается, что причина наибольшего влияния однократного цикла коррекции на нестационарный отклик по всей видимости связана с типом коммутационного события, обусловленного переключением тока, которое представляет собой обращение полярности, как уже отмечалось ранее. В случае коммутационных событий иных типов возможно получение других результатов в отношении количества циклов коррекции.

Несмотря на то что описание настоящего изобретения приводилось в отношении ограниченного количества вариантов его осуществления, специалистам в данной области техники на основании вышеизложенного станет понятно, что могут быть созданы и прочие варианты осуществления без отступления от заявленного объема изобретения. Соответственно указанный объем изобретения должен ограничиваться лишь прилагаемой формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ электромагнитной разведки, включающий интерпретацию данных с переходных процессов, в котором осуществляют последовательные переключения тока, образующие группу коммутационных событий, измеряют напряжение и/или амплитуду магнитного поля, составляющие нестационарный отклик, в заданном объеме в геологической среде относительно группы коммутационных событий, обусловленных переключением тока, создают модель распределения удельной проводимости для заданного объема в геологической среде (30), отличающийся тем, что согласно нему создают нестационарный отклик, соответствующий первому коммутационному событию из группы коммутационных событий, обусловленных переключением тока (32), на основе созданной модели, вычисляют нестационарный отклик, используя по меньшей мере одно предшествующее коммутационное событие, обусловленное переключением тока и состоявшееся по времени прежде указанного, по меньшей мере, первого коммутационного события, обусловленного переключением тока (34), на основе созданной модели, суммируют нестационарный отклик от предшествующего коммутационного события с нестационарным откликом от первого коммутационного события (40), сравнивают указанные суммированные нестационарные отклики с измеренным нестационарным откликом во время по меньшей мере первого коммутационного события, обусловленного переключением тока (41), вносят поправки в указанную модель (46) на основании сравнения указанных суммированных нестационарных откликов с измеренным нестационарным откликом во время, по меньшей мере, первого коммутационного события, обусловленного переключением тока, и повторяют вычисления указанных нестационарных откликов до тех пор, пока разность между указанными суммированными вычисленными нестационарными откликами и измеренным нестационарным откликом во время, по меньшей мере, первого коммутационного события, обусловленного переключением тока, не станет меньше заданного порогового значения (44).
2. Способ по п.1, в котором дополнительно сравнивают максимальную амплитуду вычисленного нестационарного отклика по меньшей мере одного предшествующего коммутационного события, обусловленного переключением тока, с другим заданным пороговым значением (36), вычисляют нестационарный отклик для коммутационного события, обусловленного переключением тока, состоявшегося по времени прежде указанного по меньшей мере одного предшествующего коммутационного события, если указанная максимальная амплитуда превышает указанное другое заданное пороговое значение (34), и повторяют указанное сравнение максимальной амплитуды и вычисляют нестационарный отклик для последовательно предшествующих во времени коммутационных событий до тех пор, пока указанная максимальная амплитуда не станет меньше указанного заданного порогового значения (38).
3. Способ по п.2, в котором дополнительно суммируют вычисленные нестационарные отклики для всех указанных коммутационных событий (40), сравнивают указанные суммированные нестационарные отклики с измеренным нестационарным откликом во время, по меньшей мере, первого коммутационного события, обусловленного переключением тока (41), вносят поправки в указанную модель (46) и повторяют вычисления всех указанных нестационарных откликов до тех пор, пока разность между указанными суммированными вычисленными нестационарными откликами и измеренным нестационарным откликом во время, по меньшей мере, первого коммутационного события, обусловленного переключением тока, не станет меньше заданного порогового значения (44).
4. Способ по п.1, в котором коммутационное событие, обусловленное переключением тока, содержит выключение постоянного электрического тока.
5. Способ по п.1, в котором коммутационное событие, обусловленное переключением тока, содержит включение постоянного электрического тока.
6. Способ по п.1, в котором коммутационное событие, обусловленное переключением тока, содержит обращение полярности постоянного электрического тока.
7. Способ по п.1, в котором измеренный нестационарный отклик содержит измерения напряжения, выполняемые в результате пропускания электрического тока в геологической среде.
8. Способ по п.1, в котором измеренный нестационарный отклик содержит измерения напряжения, выполняемые в результате воздействия магнитного поля на геологическую среду.

- 10 023172
9. Способ по п.1, в котором измеренный нестационарный отклик содержит измерения амплитуды магнитного поля, выполняемые в результате пропускания электрического тока в геологической среде.
10. Способ по п.1, в котором измеренный нестационарный отклик содержит измерения амплитуды магнитного поля, выполняемые в результате воздействия магнитного поля на геологическую среду.