RU2063054C1 - Method of measuring porosity of rocks - Google Patents
Method of measuring porosity of rocks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2063054C1 RU2063054C1 SU904839856A SU4839856A RU2063054C1 RU 2063054 C1 RU2063054 C1 RU 2063054C1 SU 904839856 A SU904839856 A SU 904839856A SU 4839856 A SU4839856 A SU 4839856A RU 2063054 C1 RU2063054 C1 RU 2063054C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- rocks
- amplitude
- magnetic signal
- seismic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области геофизической разведки и может быть использовано в газо- нефтеразведке, при обнаружении коллекторов и исследовании динамики подземных вод в интересах гидрогеологии, строительства, сельского хозяйства и экологии. The invention relates to the field of geophysical exploration and can be used in gas and gas exploration, in the detection of reservoirs and the study of the dynamics of groundwater in the interests of hydrogeology, construction, agriculture and ecology.
Известен способ измерения пористости пород, заключающийся в том, что в процессе бурения извлекаются образцы пород керны, которые после высушивания подвергают процессу влагонасыщения и тем самым определяют суммарный объем паровых пространств. Далее, под микроскопом определяют эффективный размер зерен породы и вычисляют эффективный размер пор (1). Способ характеризуется большими затратами времени, низкой производительностью и дает информацию только об ограниченных объемах пород. A known method of measuring the porosity of rocks, which consists in the fact that during the drilling process, samples of core rocks are extracted, which, after drying, are subjected to a process of moisture saturation and thereby determine the total volume of steam spaces. Next, the effective grain size of the rock is determined under a microscope and the effective pore size is calculated (1). The method is characterized by a large investment of time, low productivity and provides information only on limited volumes of rocks.
Наиболее близким по технической сущности является способ, позволяющий вынести суждение об эффективной пористости горных пород, и заключающийся в том, что в исследуемых породах возбуждают упругие колебания на нескольких частотах и регистрируют в точках наблюдения переменные электрические поля. Согласно данному способу измеряют разность потенциалов на поверхности земли, вызванную электрокинетическими процессами в среде. Для регистрации разности потенциалов используют электроды, которые располагают вдоль направления распространения сейсмической волны. Из общего отклика среды выделяют переменную часть разности потенциалов с частотой сейсмического воздействия, т.е. находят амплитудно-частотную характеристику прямого сейсмоэлектрического эффекта, и по резонансным пикам на ней судят о наличии флюида и о структуре пород пористости [2]
Недостатком способа является низкая точность измерений, обусловленная зависимостью контактной разности потенциалов измерительного электрода от температуры, влажности и давления.The closest in technical essence is a method that allows us to make a judgment about the effective porosity of rocks, which consists in the fact that elastic rocks are excited in the rocks under study at several frequencies and variable electric fields are recorded at the observation points. According to this method, a potential difference is measured on the surface of the earth caused by electrokinetic processes in the medium. To register the potential difference, electrodes are used that are located along the direction of propagation of the seismic wave. From the general response of the medium, a variable part of the potential difference with the frequency of the seismic impact, i.e. find the amplitude-frequency characteristic of the direct seismoelectric effect, and the resonance peaks on it judge the presence of fluid and the structure of porosity rocks [2]
The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurements, due to the dependence of the contact potential difference of the measuring electrode on temperature, humidity and pressure.
Целью изобретения является повышение точности измерений за счет исключения погрешностей, возникающих на контактах измерительных электродов с породами. The aim of the invention is to increase the accuracy of measurements by eliminating errors that occur at the contacts of the measuring electrodes with the rocks.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения пористости пород, включающем операции возбуждения упругих колебаний на нескольких частотах, измерение отклика осуществляют бесконтактным способом, регистрируя модуль магнитного сигнала от среды. Затем определяют отношение амплитуды магнитного сигнала к сейсмическому на каждой частоте наблюдения для каждой точки наблюдения для получения амплитудно-частотной характеристики, находят частоту среза fс этой характеристики. По значению частоты среза получают информацию об эффективном радиусе поровых пространств, заполненных флюидом, при этом используют следующее выражение:
α=(η/2πρfc)1/2
где α - эффективный радиус пор,
η вязкость и r плотность флюида, fс верхняя частота среза, определяемая из амплитудно-частотной характеристики.This goal is achieved by the fact that in the known method for measuring porosity of rocks, including the operation of excitation of elastic vibrations at several frequencies, the measurement of the response is carried out in a non-contact manner, registering the module of the magnetic signal from the medium. Then determine the ratio of the amplitude of the magnetic signal to seismic at each observation frequency for each observation point to obtain the amplitude-frequency characteristics, find the cutoff frequency f from this characteristic. By the value of the cutoff frequency, information is obtained on the effective radius of the pore spaces filled with fluid, using the following expression:
α = (η / 2πρf c ) 1/2
where α is the effective radius of the pores,
η viscosity and r fluid density, f with the upper cutoff frequency, determined from the amplitude-frequency characteristics.
Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.
Источник сейсмического воздействия на среду вибратор размещают на выбранной территории. На расстоянии, определяемом малым влиянием ферромагнетизма конструкции источника сейсмической волны, располагают магнитометр для измерения модуля магнитного отклика среды. Одновременно в данной точке магнитных измерений располагают сейсмический датчик, по показаниям которого устанавливают относительные механические колебания среды. Информацию о магнитном отклике среды, свидетельствующую о наличии флюида, зарегистрированную при прохождении сейсмических волн, вызванных вибратором, и о механических колебаниях среды получают в результате измерения на ряде дискретных частот, лежащих в интервале от инфранизких и выше. The source of seismic effects on the environment, the vibrator is placed in the selected area. At a distance determined by the small influence of ferromagnetism of the design of the source of the seismic wave, a magnetometer is placed to measure the modulus of the magnetic response of the medium. At the same time, a seismic sensor is placed at a given point of magnetic measurements, according to the readings of which relative mechanical vibrations of the medium are established. Information on the magnetic response of the medium, indicating the presence of fluid, recorded during the passage of seismic waves caused by the vibrator, and on the mechanical vibrations of the medium are obtained by measuring at a number of discrete frequencies lying in the range from infralow and above.
Измерение магнитного сигнала, вызванного сейсмовоздействием, можно производить с помощью как компонентных, так и модульных (скалярных) приборов, но в виду того, что датчики компонентных приборов чувствительны к механическим воздействиям, вызванным вибратором, то предпочтительно применять модульные магнитометры, например, выполненные на основе оптической накачки и магнитного резонанса, для которых влияние механического воздействия мало [3]
Ввиду того, что измерение магнитного поля сопровождается помехами естественного и искусственного происхождения в широком частотном диапазоне, выделение слабого полезного магнитного сигнала целесообразно производить в режиме накопления сигнала на каждой частоте сейсмического воздействия.The magnetic signal caused by seismic effects can be measured using both component and modular (scalar) devices, but since the sensors of component devices are sensitive to mechanical stresses caused by a vibrator, it is preferable to use modular magnetometers, for example, based on optical pumping and magnetic resonance, for which the influence of mechanical action is small [3]
Due to the fact that the measurement of the magnetic field is accompanied by interference of natural and artificial origin in a wide frequency range, it is advisable to isolate a weak useful magnetic signal in the mode of signal accumulation at each frequency of seismic effects.
Диапазон частот сейсмического воздействия определяется прежде всего конструкцией вибратора источника сейсмических волн. Стандартные передвижные вибраторы типа СВ 10/100 имеют наивысшую частоту воздействия около 100 Гц. Если положить частоту среза среды равной 100 Гц, то это соответствует радиусу поровых пространств порядка 5 10 мкм при заполнении их водой. Эффективный радиус паровых пространств в породах типа гранитов, базальтов и других по известным данным превышает указанный расчетный радиус. Поэтому верхний предел по частоте вибрационного воздействия с запасом не превысит 100 150 Гц. The frequency range of seismic effects is determined primarily by the design of the vibrator of the source of seismic waves. Standard mobile vibrators type CB 10/100 have the highest exposure frequency of about 100 Hz. If we put the cutoff frequency of the medium equal to 100 Hz, then this corresponds to the radius of the pore spaces of the order of 5 10 microns when filling them with water. The effective radius of vapor spaces in rocks such as granites, basalts, and others, according to known data, exceeds the specified calculated radius. Therefore, the upper limit on the frequency of vibration exposure with a margin will not exceed 100 150 Hz.
Поскольку получение измерений в одной точке пространства не дает сведений о зоне распространения флюида по площади и его глубине залегания, то целесообразно получать информацию об этом при площадных измерениях при перемещении как источника вибровоздействия, так и измерителя магнитного поля и измерителя сейсмического отклика. Since obtaining measurements at one point in space does not provide information about the fluid propagation zone over the area and its depth, it is advisable to obtain information about this during areal measurements when moving both the vibration source and the magnetic field meter and seismic response meter.
Способ иллюстрируется следующим примером. В качестве источника сейсмических волн использовался стационарный вибратор с усилием на грунт около 70 т, который работает в режиме ступенчатого сканирования по частоте от 1 до 15 Гц. В качестве сейсмографа использовались стандартные сейсмодатчики типа СМ-4 для регистрации продольной компоненты смещения грунта. Измерителем магнитного отклика среды являлся датчик, построенный по автоколебательной схеме с использованием методов оптической накачки и магнитного резонанса в парах щелочного металла-цезия. Преобразование сигнала магнитометра для детектирования полезного отклика среды производилось устройством на основе автокорреляционного демодулятора. Сигнал с выхода демодулятора анализировался спектроанализатором типа СК4-72/2. Длительность одной выборки составила 10 с. Полученный спектр магнитного отклика выводился на двухкоординатный самописец. На основе этих данных определялось отношение амплитуды магнитного сигнала к сейсмическому на каждой частоте для построения амплитудно-частотной характеристики среды. The method is illustrated by the following example. As a source of seismic waves, a stationary vibrator with a ground force of about 70 tons was used, which operates in the step scan mode at a frequency of 1 to 15 Hz. As a seismograph, standard SM-4 type seismic sensors were used to record the longitudinal components of soil displacement. The magnetic response of the medium was measured using a self-oscillating sensor using optical pumping and magnetic resonance methods in alkali metal cesium vapor. The magnetometer signal was converted to detect the useful response of the medium by a device based on an autocorrelation demodulator. The signal from the demodulator output was analyzed by a SK4-72 / 2 type spectrum analyzer. The duration of one sample was 10 s. The resulting magnetic response spectrum was displayed on a two-coordinate recorder. Based on these data, the ratio of the amplitude of the magnetic signal to the seismic at each frequency was determined to build the amplitude-frequency characteristics of the medium.
На фиг. 1 изображены результаты обработки данных для точки, расположенной на расстоянии 170 м от источника вибрации в направлении на север, на фиг. 2 в том же направлении, но на расстоянии 230 м. По оси абсцисс отложена частота в Гц, по оси ординат отношение магнитного сигнала к сейсмическому. In FIG. 1 shows the results of data processing for a point located at a distance of 170 m from the vibration source in the north direction, in FIG. 2 in the same direction, but at a distance of 230 m. The frequency in Hz is plotted along the abscissa, and the ratio of the magnetic signal to the seismic along the ordinate.
Сканирование осуществлялось с шагом 1 Гц. Пики на частоте 10 Гц связаны с механическим резонансом системы вибратор среда. Максимальный магнитный сигнал проявляется на частоте 2 Гц. Scanning was carried out in increments of 1 Hz. Peaks at a frequency of 10 Hz are associated with the mechanical resonance of the vibrator-environment system. The maximum magnetic signal appears at a frequency of 2 Hz.
Основные залегающие породы в месте проведения измерений песчаники с линзами глинистых пород глубиной до 1 км. Для таких пород нами произведен расчет эффективного радиуса поровых пространств через частоту среза амплитудно-частотной характеристики по выражению (1) при вязкости и плотности воды и fс 3 Гц.The main underlying rocks at the site of sandstone measurements with lenses of clay rocks up to 1 km deep. For such rocks, we calculated the effective radius of the pore spaces through the cutoff frequency of the amplitude-frequency characteristic according to expression (1) at the viscosity and density of water and f with 3 Hz.
Полученное значение эффективного радиуса при использовании данных по вязкости и плотности воды и частоты среза составляет 200 мкм, что укладывается в пределы, известные по прямым измерениям на образцах керна из песчаника. The obtained value of the effective radius using data on the viscosity and density of water and the cutoff frequency is 200 μm, which falls within the limits known from direct measurements on core samples from sandstone.
Предложенный способ позволяет избавиться от помех, присущих прототипу, а именно магнитные измерения осуществляются вне зависимости от погодных условий ( температуры, влажности, давления), что способствует повышению точности измерений. Повышению точности способствует также отсутствие помехи, обусловленной вариацией контактной разности потенциала на границе среда-электрод. The proposed method allows you to get rid of the interference inherent in the prototype, namely, magnetic measurements are carried out regardless of weather conditions (temperature, humidity, pressure), which helps to increase the accuracy of measurements. The accuracy is also enhanced by the absence of interference caused by the variation of the contact potential difference at the medium – electrode interface.
Источники информации:
1. Методическое руководство по определению физических свойств горных пород и полезных ископаемых. /Под ред. Дортмана Н.Б. и Озеровой М.Л. М. Госгеолтехиздат, 1962, с. 75, 82-85.Information sources:
1. Methodological guidelines for determining the physical properties of rocks and minerals. / Ed. Dortman N.B. and Ozerova M.L. M. Gosgeoltekhizdat, 1962, p. 75, 82-85.
2. Черняк Г.Я. Электромагнитные методы в гидрогеологии и инженерной геологии. М. Недра, 1987, с. 32-34, 176. 2. Chernyak G.Ya. Electromagnetic methods in hydrogeology and engineering geology. M. Nedra, 1987, p. 32-34, 176.
3. Померанцев Н.М. Рыжков В.М. Скроцкий Г.В. Физические основы квантовой магнитометрии. М. Наука, 1972, с.448. 3. Pomerantsev N.M. Ryzhkov V.M. Skrotsky G.V. Physical foundations of quantum magnetometry. M. Science, 1972, p. 488.
4. Введение в молекулярную электронику. Под ред. Н.С. Лидоренко, М. Энергоатомиздат, 1984, с.320. 4. Introduction to molecular electronics. Ed. N.S. Lidorenko, M. Energoatomizdat, 1984, p. 320.
Claims (1)
где α эффективный радиус пор;
h, ρ соответственно вязкость и плотность воды;
fс верхняя частота среза, определяемая из амплитудно-частотной характеристики.A method for determining porosity of rocks, in which elastic vibrations are excited in the rocks under study at several frequencies and the amplitude-frequency characteristic of the direct seismoelectric effect is recorded at observation points, which determines the pore radius of the rocks under study, characterized in that, in order to improve the accuracy of the method by eliminating of errors arising at the contacts of the measuring electrodes with rocks, the amplitude-frequency characteristics are recorded by non-contact measurement in each t chke increments modulo magnetic signal observation, and the longitudinal or transverse displacement of rocks at each frequency of excitation of elastic vibrations and determine the magnetic signal to the seismic at each frequency, and the pore radius is calculated from the expression
where α is the effective radius of the pores;
h, ρ, respectively, the viscosity and density of water;
f with the upper cutoff frequency, determined from the amplitude-frequency characteristics.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904839856A RU2063054C1 (en) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | Method of measuring porosity of rocks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904839856A RU2063054C1 (en) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | Method of measuring porosity of rocks |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2063054C1 true RU2063054C1 (en) | 1996-06-27 |
Family
ID=21521285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU904839856A RU2063054C1 (en) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | Method of measuring porosity of rocks |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2063054C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2545463C1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-03-27 | Леонид Захарович БОБРОВНИКОВ | Multifrequency-phase sounding (mfp sounding) for searches and detail exploration of oil and gas deposits and prospecting and exploration system to this end |
-
1990
- 1990-05-18 RU SU904839856A patent/RU2063054C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Методическое руководство по определению физических свойств горных пород и полезных ископаемых. - М.Л., Госгеолтехиздат, 1962, с.75, 82-85. 2. Черник Г.Я. Электромагнитные методы в гидрогеологии и инженерной геологии. - М., Недра, 1987, с. 32-34, 176. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2545463C1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-03-27 | Леонид Захарович БОБРОВНИКОВ | Multifrequency-phase sounding (mfp sounding) for searches and detail exploration of oil and gas deposits and prospecting and exploration system to this end |
| WO2015072884A1 (en) * | 2013-11-18 | 2015-05-21 | Леонид Захарович БОБРОВНИКОВ | Method for the exploration of oil and gas deposits and system for the implementation thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110095809B (en) | Device and method for acquiring optical fiber time-frequency electromagnetic and four-component seismic data in well | |
| Stokoe et al. | Seismic-wave-based testing in geotechnical engineering | |
| US6175536B1 (en) | Cross-well seismic mapping method for determining non-linear properties of earth formations between wellbores | |
| Vouillamoz et al. | Localization of saturated karst aquifer with magnetic resonance sounding and resistivity imagery | |
| Wang et al. | Experimental investigation on the fracture behaviour of black shale by acoustic emission monitoring and CT image analysis during uniaxial compression | |
| EA005692B1 (en) | Frequency-dependent processing and interpretation (fdpi) of seismic data for identifying, imaging and monitoring fluid-saturated underground reservoirs | |
| CN105022097B (en) | A kind of soil-slope sliding surface Comprehensive prediction method | |
| CN106226810A (en) | In a kind of hole, earthquake probe and country rock thereof detect device and detection method | |
| US6476608B1 (en) | Combining seismic waves with seismoelectrics to perform prospecting and measurements | |
| CN209911570U (en) | Optical fiber time-frequency electromagnetic and four-component seismic data acquisition device in well | |
| Ghose | A microelectromechanical system digital 3C array seismic cone penetrometer | |
| El-Qady et al. | Geophysical techniques applied in archaeology | |
| JP3409328B2 (en) | Liquid material detection device | |
| RU2364852C1 (en) | Method for determination of resilient characteristics of pile and enclosing soil | |
| Broding et al. | Field experiments on the electroseismic effect | |
| RU2063054C1 (en) | Method of measuring porosity of rocks | |
| CN208140953U (en) | Stable state exciting s-wave logging system | |
| JPH1068779A (en) | Non-destructive measuring method using acoustic wave for physical characteristics of stratum | |
| RU2732545C1 (en) | Method of geological survey of minerals | |
| Rabbel et al. | Seismoelectric Field Measurements in Unconsolidated Sediments in Comparison With Other Methods of Near‐Surface Prospecting | |
| Jouniaux et al. | Seismo-electrics, electro-seismics, and seismo-magnetics for earth sciences | |
| JP2004138447A (en) | Physical property evaluating method for base rock | |
| Pérez-Gracia et al. | Geophysics: Fundamentals and applications in structures and infrastructure | |
| JP2002055172A (en) | Method of investigating cavity in ground | |
| RU2179325C2 (en) | Method of geological electric prospecting and gear for its realization |