RU2231089C1 - Process of geoelectric prospecting - Google Patents
Process of geoelectric prospecting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2231089C1 RU2231089C1 RU2003120364/28A RU2003120364A RU2231089C1 RU 2231089 C1 RU2231089 C1 RU 2231089C1 RU 2003120364/28 A RU2003120364/28 A RU 2003120364/28A RU 2003120364 A RU2003120364 A RU 2003120364A RU 2231089 C1 RU2231089 C1 RU 2231089C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric
- pauses
- current
- dipole
- differences
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области геофизических исследований, а более конкретно к наземным способам геоэлектроразведки с использованием регулируемых искусственных источников электромагнитного поля, и предназначено для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей на основе раздельного определения и картирования свойственных каждому из элементов (горизонтов) толщи осадочных отложений горных пород следующих трех необходимых для решения поставленной задачи электрофизических параметров: удельной электропроводности, вызванной поляризации и постоянной времени спада разности потенциалов вызванной поляризации.The invention relates to the field of geophysical research, and more particularly to ground-based geoelectro-prospecting methods using controlled artificial sources of electromagnetic fields, and is intended for the search and contouring of oil and gas deposits based on the separate determination and mapping of the thickness of sedimentary rocks of the following three rocks characteristic of each element (horizon) electrophysical parameters necessary for solving the formulated problem: electrical conductivity caused by polarization and the decay time constant of the potential difference caused by polarization.
Известны способы геоэлектроразведки с искусственным возбуждением исследуемой среды электрическим током (способы сопротивлений на постоянном и переменном токе), которые предназначены для определения только одного электрофизического параметра из перечисленных выше трех, а именно электрического сопротивления, что недостаточно для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей. Среди этих способов наиболее распространенным является импульсный способ на переменном низкочастотном токе - способ становления электрического поля.Known methods of geoelectrical exploration with artificial excitation of the medium under study by electric current (methods of resistance to direct and alternating current), which are designed to determine only one electrophysical parameter from the above three, namely electrical resistance, which is not enough to search and outline the oil and gas deposits. Among these methods, the most common is the pulsed method with alternating low-frequency current - the method of formation of the electric field.
По результатам полевых измерений данным способом вычисляется электрическое сопротивление ρ τ с помощью универсальной формулыBased on the results of field measurements, this method calculates the electrical resistance ρ τ using the universal formula
где J - измеряемый скачок силы тока в дипольном электрическом источнике;where J is the measured current jump in a dipole electric source;
Δ U - измеряемое напряжение на концах приемных заземлений MN или на клеммах горизонтального незаземленного контура, с помощью которого регистрируется скорость изменения вертикального магнитного поля 
К - геометрический коэффициент зондирующей установкиK is the geometric coefficient of the sounding installation
(см. “Электроразведка”, Справочник геофизика. Ред. А.Г.Тархов. - М.: Недра, 1980, с.237) [1].(see. "Electrical Exploration", Handbook of Geophysics. Ed. A.G. Tarkhov. - M .: Nedra, 1980, p.237) [1].
При таком подходе, который применяется обычно при всех традиционных способах определения электрического сопротивления в геоэлектроразведке с регулируемым искусственным источником тока, получают лишь суммарные сведения о всех элементах строения исследуемой среды, в которой развивается поле, так как в ней распределение в пространстве измеряемого тока J источника ничем не контролируется, и информации об указанном распределении в реально существующих трехмерно-неоднородных средах нет. Это означает, что нормирование измеряемого электрического параметра Δ U по силе тока питания J источника бессмысленно, так как ток J не несет никакой информации об исследуемой среде, а несет лишь сведения о мощности генератора тока и о сопротивлении заземления токовых электродов токового диполя.With this approach, which is usually used with all traditional methods of determining electrical resistance in geoelectrical prospecting with a controlled artificial current source, only summary information is obtained about all the structural elements of the medium under study, in which the field develops, since the distribution in the space of the measured current J of the source is nothing It is not controlled, and there is no information about the specified distribution in real-life three-dimensionally inhomogeneous media. This means that the normalization of the measured electric parameter Δ U by the strength of the supply current J of the source is pointless, since the current J does not carry any information about the medium under study, but carries only information about the power of the current generator and the ground resistance of the current electrodes of the current dipole.
Таким образом, способы сопротивлений не пригодны для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей по двум причинам: первая - регистрируется только один из необходимых для этой цели трех электрофизических параметров исследуемой среды; вторая - регистрируемый параметр для той же цели слишком грубый, так как в нем регистрируется сопротивление объема всех геологических объектов исследуемой среды, в которой развивается электрическое поле источника тока.Thus, the resistance methods are not suitable for searching and outlining oil and gas deposits for two reasons: the first - only one of the three electrophysical parameters of the medium under study is recorded for this purpose; the second - the recorded parameter for the same purpose is too coarse, since the volume resistance of all geological objects of the medium under study is recorded in it, in which the electric field of the current source develops.
Известны способы геоэлектроразведки, в которых используется эффект вызванной поляризации, присущей осадочным отложениям горных пород и обладающей аномальными значениями в средах, в которых находятся нефтегазовые залежи, например, способ ИНФАЗ-ВП (А.В.Куликов, Е.А.Шемякин. Электроразведка фазовым методом вызванной поляризации. М., Наука, 1978, с.81-88) [2]. При использовании этого способа в качестве интерпретируемого параметра выступает φ ВП - фазовый сдвиг между напряжением источника и приемника, рассчитываемый для всего осадочного чехла. Послойного его определения не производится. При таком подходе нефтегазовая залежь обнаруживается в виде интегральной аномалии по φ ВП. Это создает ложное впечатление, что залежь отображается по φ ВП косвенно за счет ореольного рассеивания углеводородов в “столбе” вышележащих над ней горных пород, в том числе и приповерхностных.Known methods of geoelectrical exploration, which use the effect of induced polarization inherent in sedimentary rocks and having anomalous values in environments in which oil and gas deposits are located, for example, the INFAZ-VP method (A.V. Kulikov, E.A. Shemyakin. Phase electrical exploration the method of induced polarization. M., Nauka, 1978, p.81-88) [2]. When using this method, φ VP acts as an interpreted parameter - the phase shift between the voltage of the source and receiver, calculated for the entire sedimentary cover. Its layered definition is not performed. With this approach, the oil and gas reservoir is detected in the form of an integral anomaly in φ of the airspace. This creates a false impression that the reservoir is shown at φ VP indirectly through aureole of dispersion of hydrocarbons in the "column" of the overlying rocks over it, including the near-surface.
Этот способ обладает еще одним существенным недостатком, а именно регистрируемый им параметр значительно подвержен искажающему его влиянию электрического сопротивления.This method has another significant drawback, namely, the parameter recorded by it is significantly susceptible to the distorting effect of electrical resistance.
Наиболее близким к предложенному является способ геоэлектроразведки (Авторское свидетельство СССР №1223180 от 07.04.86) [3], в котором возбуждают исследуемую среду периодической последовательностью прямоугольных импульсов тока, пропускаемых через заземленную питающую линию (заземленный дипольный электрический источник), и измеряют в точках наблюдения в паузах между импульсами тока первую, вторую и третью осевые разности потенциалов, из которых формируют картируемый параметр уже на основе нормирования не на неинформативный общий ток питания дипольного источника, а на первую разность потенциалов, пропорциональную плотности тока в земле под точкой измерения этой разности (прототип).Closest to the proposed method is geoelectrical exploration (USSR Author's Certificate No. 1223180 of 04/07/86) [3], in which the medium under investigation is excited by a periodic sequence of rectangular current pulses transmitted through an earthed supply line (earthed dipole electrical source) and measured at observation points in the pauses between current pulses, the first, second and third axial potential differences, from which the mapped parameter is formed, based on normalization, is not based on an uninformative total supply current dipole source, and on the first potential difference, proportional to the current density in the ground under the measuring point of this difference (prototype).
Первым недостатком этого способа является то, что он подвержен искажающему влиянию приповерхностных геологических неоднородностей на результаты измерений.The first disadvantage of this method is that it is subject to a distorting effect of near-surface geological heterogeneities on the measurement results.
Вторым недостатком этого способа является то, что он подвержен искажающему влиянию теллурических помех вследствие измерения им первых разностей электрических потенциалов переходных процессов, величины которых соразмерны (а иногда даже меньше) величин сигналов теллурических помех.The second disadvantage of this method is that it is subject to the distorting effect of telluric interference due to its measurement of the first differences in the electrical potentials of transients, the values of which are proportional (and sometimes even less) to the values of telluric interference signals.
И, наконец, третьим основным недостатком этого способа, несмотря на его повышенную разрешающую способность при дифференциации геологического разреза, является то, что не удается до конца разделить присущую элементам геологической среды, в том числе с находящимися в ней нефтегазовыми залежами, вызванную поляризацию от переходных электродинамических процессов, связанных с электропроводностью указанных элементов толщи слагающих разрез геологических пород.And, finally, the third main drawback of this method, despite its increased resolution during differentiation of the geological section, is that it is not possible to completely separate the inherent elements of the geological environment, including the oil and gas deposits located in it, caused by polarization from transitional electrodynamic processes associated with the electrical conductivity of these elements of the strata composing a section of geological rocks.
В предложенном способе решается задача обнаружения, оконтуривания нефтегазовых залежей и оценка качества их насыщения. Технический результат, позволяющий решить данную задачу, заключается в обеспечении возможности разделения параметров электропроводности и вызванной поляризации, а также дополнительно дает возможность определения постоянной времени спада разности потенциалов вызванной поляризации - важного третьего наряду с двумя первыми параметра.The proposed method solves the problem of detection, contouring of oil and gas deposits and assessing the quality of their saturation. The technical result that allows us to solve this problem is to provide the possibility of separating the parameters of electrical conductivity and induced polarization, and also makes it possible to determine the decay time constant of the potential difference caused by polarization - an important third along with the first two parameters.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе геоэлектроразведки, при котором по оси профиля наблюдения возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее периодическую последовательность прямоугольных импульсов тока с паузами после каждого из них при помощи дипольного электрического источника, и в каждый период этой последовательности в точках наблюдения измеряют вторую и третью осевые разности электрических потенциалов, согласно изобретению электромагнитное поле возбуждают поочередно двумя дипольными электрическими источниками, расположенными по обе стороны на одинаковом расстоянии от точек наблюдения, и в конце каждого импульса тока измеряют мгновенное значение второй осевой разности электрических потенциалов, а в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы в дискретных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений вторых осевых разностей электрических потенциалов, одновременно в тех же дискретных временных точках в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы измеряют последовательность мгновенных значений третьих осевых разностей электрических потенциалов, из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметровThe specified technical result is achieved by the fact that in the method of geoelectrical exploration, in which the electromagnetic field is excited along the axis of the observation profile in the thickness of the medium under investigation, passing through it a periodic sequence of rectangular current pulses with pauses after each of them with the help of a dipole electric source, and in each period of this the sequences at the observation points measure the second and third axial differences of electric potentials, according to the invention, the electromagnetic field is excited alternately but by two dipole electric sources located on both sides at the same distance from the observation points, and at the end of each current pulse, the instantaneous value of the second axial difference of electric potentials is measured, and in each pause between current pulses throughout the entire time this pause exists at discrete points with a constant time interval measure the sequence of instantaneous values of the second axial differences of electric potentials, simultaneously at the same discrete time points in each a pause between current pulses throughout the entire lifetime of this pause measures the sequence of instantaneous values of the third axial differences of electric potentials; from the values of the measured differences of electric potentials, three sets of normalized electrical parameters of dipole sources of normalized electrical parameters are calculated
где tо - время окончания импульса тока;where t about - the end time of the current pulse;
ti - точки измерения в паузах тока;t i - measurement points in pauses of current;
Δ t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования паузы;Δ t is the time interval between the two closest measured instantaneous values of the axial differences of electric potentials throughout the existence of a pause;
Δ 2Ux(to)1, Δ 2Ur(to)2 - мгновенные значения второй осевой разности электрических потенциалов в конце импульса тока, измеренные при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники;Δ 2 U x (t o ) 1 , Δ 2 U r (t o ) 2 - instantaneous values of the second axial difference of electric potentials at the end of the current pulse, measured by applying currents to the first and second dipole electric sources, respectively;
Δ 2Uх(ti)1, Δ 2Uх(ti)2 - мгновенные значения вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз от ее начала до конца через заданные равные интервалы времени Δ t, при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники;Δ 2 U x (t i ) 1 , Δ 2 U x (t i ) 2 - instantaneous values of the second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current throughout the existence of each of these pauses from its beginning to the end at predetermined equal time intervals Δ t, when applying currents to the first and second dipole electric sources, respectively;
Δ 3Uх(ti)1, Δ 3Uх(ti)2 - мгновенные значения третьих осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз от ее начала до конца через равные интервалы времени Δ t, при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники;Δ 3 U x (t i ) 1 , Δ 3 U x (t i ) 2 - instantaneous values of the third axial differences of electric potentials, measured in pauses of current throughout the existence of each of these pauses from its beginning to the end at equal time intervals Δ t, when applying currents to the first and second dipole electric sources, respectively;
Δ 2Uх(ti,Δ t)1, Δ 2Uх(ti,Δ t)2 - разности значений между разделенными промежутками времени Δ t двумя ближайшими мгновенными значениями вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренных в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз, при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники;Δ 2 U x (t i , Δ t) 1 , Δ 2 U x (t i , Δ t) 2 - the difference between the separated time intervals Δ t the two closest instantaneous values of the second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current throughout during the existence of each of these pauses, when currents are supplied to the first and second dipole electric sources, respectively;
Δ
где 
σ (iφ σ0ητ) - частотнозависимая электропроводность элементов среды;σ (iφ σ 0 ητ) is the frequency-dependent conductivity of the elements of the medium;
σ 0 - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;σ 0 is the electrical conductivity of the elements of the medium without taking into account the effect of induced polarization;
η - коэффициент их вызванной поляризации;η is the coefficient of their induced polarization;
τ - постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации;τ is the decay time constant of the potential difference caused by polarization;
решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность σ 0, вызванную поляризацию η и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации τ , и строят три временных разреза по этим параметрам.they solve the mathematical inverse problem and determine three electrophysical parameters inherent in each element of the medium: electrical conductivity σ 0 caused by polarization η and the decay time constant of the potential difference caused by polarization τ, and three time sections are constructed from these parameters.
Кроме этого, рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметровIn addition, the fourth set of dipole sources of normalized electrical parameters independent of the current strength is calculated
и используют его наряду с тремя другими при решении обратной задачи.and use it along with three others in solving the inverse problem.
Также указанный технический результат достигается тем, что в способе геоэлектроразведки, при котором по оси наблюдения возбуждают электромагнитное поле в толще исследуемой среды, пропуская через нее периодическую последовательность прямоугольных импульсов тока с паузами после каждого из них, при помощи дипольного электрического источника, и в каждый период этой последовательности в точках наблюдения измеряют вторую осевую разность электрических потенциалов и вторую разность электрических потенциалов по направлению, перпендикулярному к оси профиля, согласно изобретению электромагнитное поле возбуждают поочередно двумя дипольными электрическими источниками, расположенными по обе стороны на одинаковом расстоянии от точек наблюдения, и в конце каждого импульса тока измеряют мгновенное значение второй осевой разности электрических потенциалов, а в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы в дискретных точках с постоянным интервалом времени измеряют последовательность мгновенных значений вторых осевых разностей электрических потенциалов, одновременно в тех же дискретных временных точках в каждой паузе между импульсами тока на всем протяжении времени существования этой паузы измеряют последовательность мгновенных значений вторых разностей электрических потенциалов по направлению, перпендикулярному к оси профиля, из значений измеренных разностей электрических потенциалов рассчитывают три множества независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметровThe indicated technical result is also achieved by the fact that in the method of geoelectrical exploration, in which an electromagnetic field is excited along the observation axis in the thickness of the medium under investigation, passing through it a periodic sequence of rectangular current pulses with pauses after each of them, using a dipole electric source, and in each period of this sequence at the observation points measure the second axial difference of electric potentials and the second difference of electric potentials in the direction perpendicular According to the invention, the electromagnetic field is excited alternately by two dipole electric sources located on both sides at the same distance from the observation points, and at the end of each current pulse the instantaneous value of the second axial difference of electric potentials is measured, and in each pause between current pulses over the entire lifetime of this pause at discrete points with a constant time interval measure the sequence of instantaneous values of the second axial differences tric potentials, simultaneously at the same discrete time points in each pause between current pulses throughout the entire lifetime of this pause measure the sequence of instantaneous values of the second differences of electric potentials in the direction perpendicular to the axis of the profile, from the values of the measured differences of electric potentials calculate three sets of independent current strength of dipole sources of normalized electrical parameters
где t0 - время окончания импульса тока;where t 0 is the end time of the current pulse;
ti - точки измерения в паузах тока;t i - measurement points in pauses of current;
Δ t - интервал времени между двумя ближайшими измеренными мгновенными значениями осевых разностей электрических потенциалов на всем протяжении существования паузы;Δ t is the time interval between the two closest measured instantaneous values of the axial differences of electric potentials throughout the existence of a pause;
Δ 2Ux(t0)1, Δ 2Ux(t0)2 - мгновенные значения второй осевой разности электрических потенциалов в конце импульса тока, измеренные при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники;Δ 2 U x (t 0 ) 1 , Δ 2 U x (t 0 ) 2 - instantaneous values of the second axial difference of electric potentials at the end of the current pulse, measured by applying currents to the first and second dipole electric sources, respectively;
Δ 2Ux(ti)1, Δ 2Ux(ti)2 - мгновенные значения вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренные в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз от ее начала до конца через заданные равные интервалы времени Δ t, при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники;Δ 2 U x (t i ) 1 , Δ 2 U x (t i ) 2 - instantaneous values of the second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current throughout the existence of each of these pauses from its beginning to the end at predetermined equal time intervals Δ t, when applying currents to the first and second dipole electric sources, respectively;
Δ 2Uy(ti)1, Δ 2Uy(ti)2 - мгновенные значения вторых разностей электрических потенциалов, измеренные по направлению, перпендикулярному к оси профиля, в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз от ее начала до конца через заданные равные интервалы времени Δ t, при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники;Δ 2 U y (t i ) 1 , Δ 2 U y (t i ) 2 - instantaneous values of the second differences of electric potentials, measured in the direction perpendicular to the axis of the profile, in the pauses of current throughout the existence of each of these pauses from its beginning to the end, at given equal time intervals Δ t, when currents are supplied to the first and second dipole electric sources, respectively;
Δ 2Ux(ti, Δ t)1, Δ 2Ux(ti, Δ t)2 - разности значений между разделенными промежутками времени Δ t двумя ближайшими мгновенными значениями вторых осевых разностей электрических потенциалов, измеренных в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз, при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники;Δ 2 U x (t i , Δ t) 1 , Δ 2 U x (t i , Δ t) 2 are the differences between the separated time intervals Δ t the two closest instantaneous values of the second axial differences of electric potentials, measured in pauses of current throughout during the existence of each of these pauses, when currents are supplied to the first and second dipole electric sources, respectively;
Δ 2Uy(ti, Δ t)1, Δ 2Uy(ti, Δ t)2 - разности значений между разделенными промежутками времени Δ t двумя ближайшими мгновенными значениями вторых разностей электрических потенциалов, измеренных по направлению, перпендикулярному к оси профиля, в паузах тока на всем протяжении существования каждой из этих пауз, при подаче токов соответственно в первый и второй дипольные электрические источники; используя значения этих нормированных параметров и дифференциальное уравнение математической физики для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей средеΔ 2 U y (t i , Δ t) 1 , Δ 2 U y (t i , Δ t) 2 are the differences between the separated time intervals Δ t the two nearest instantaneous values of the second differences of electric potentials, measured in the direction perpendicular to the axis profile, in current pauses throughout the existence of each of these pauses, when currents are supplied to the first and second dipole electric sources, respectively; using the values of these normalized parameters and the differential equation of mathematical physics for the electric field strength of a dipole source in an electrochemically polarized conducting medium
где 
σ (iφ σ0ητ) - зависимая от частоты электропроводность элементов среды;σ (iφ σ 0 ητ) is the frequency-dependent conductivity of the elements of the medium;
σ 0 - электропроводность элементов среды без учета влияния вызванной поляризации;σ 0 is the electrical conductivity of the elements of the medium without taking into account the effect of induced polarization;
η - коэффициент их вызванной поляризации;η is the coefficient of their induced polarization;
τ - постоянная времени спада разности потенциалов вызванной поляризации;τ is the decay time constant of the potential difference caused by polarization;
решают математическую обратную задачу и определяют присущие каждому элементу среды три электрофизических параметра: удельную электропроводность σ 0, вызванную поляризацию η и постоянную времени спада разности потенциалов вызванной поляризации τ , и строят три временных разреза по этим параметрам.they solve the mathematical inverse problem and determine three electrophysical parameters inherent in each element of the medium: electrical conductivity σ 0 caused by polarization η and the decay time constant of the potential difference caused by polarization τ, and three time sections are constructed from these parameters.
Кроме этого, рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметровIn addition, the fourth set of dipole sources of normalized electrical parameters independent of the current strength is calculated
и используют его наряду с тремя другими при решении обратной задачи.and use it along with three others in solving the inverse problem.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 дана блок-схема устройства для реализации предложенного способа с использованием четырехэлектродного датчика третьей разности электрических потенциалов.Figure 1 shows a block diagram of a device for implementing the proposed method using a four-electrode sensor of the third electric potential difference.
На фиг.2 дана блок-схема устройства для реализации предложенного способа с использованием пятиэлектродного датчика третьей разности электрических потенциалов.Figure 2 is a block diagram of a device for implementing the proposed method using a five-electrode sensor of the third electric potential difference.
На фиг.3 дана блок-схема устройства для реализации предложенного способа с использованием датчика второй разности электрических потенциалов по направлению, перпендикулярному к оси профиля.Figure 3 is a block diagram of a device for implementing the proposed method using a sensor of the second electric potential difference in a direction perpendicular to the profile axis.
На фиг.4 показаны формы импульсов в функции времени t: (a) -форма одного из серий периодических прямоугольных импульсов тока J в сети дипольного источника АВ, (б) - форма одного из импульсов вторых и третьей разностей потенциалов.Figure 4 shows the shape of the pulses as a function of time t: (a) the shape of one of a series of periodic rectangular pulses of current J in the network of the dipole source AB, (b) the shape of one of the pulses of the second and third potential differences.
На фиг.5 показан пример временного разреза по натуральному логарифму удельного электрического сопротивления (ln ρ ) на одном из профилей зондирования.Figure 5 shows an example of a time section according to the natural logarithm of the electrical resistivity (ln ρ) on one of the sounding profiles.
На фиг.6 - временной разрез по параметру вызванной поляризации η на том же профиле.Figure 6 is a time section according to the parameter induced polarization η on the same profile.
На фиг.7 - временной разрез по постоянной времени τ спада разности потенциалов вызванной поляризации на том же профиле.7 is a time section in time constant τ of the decay of the potential difference caused by polarization on the same profile.
Устройство (фиг.1), исполненное в варианте с использованием четырехэлектродного датчика третьей разности электрических потенциалов содержит устанавливаемые в грунт 1 питающие заземления 2 и 3 первого дипольного электрического источника (токового диполя A1B1), подключаемые к генератору 4 прямоугольных токовых импульсов. Для обеспечения синхронизации моментов включения и выключения импульсов тока генератор 4 подключен к радиопередатчику 5 с антенной 6. Устройство также содержит второй токовый диполь А2В2 - заземления 7 и 8, подключаемые ко второму генератору 9 прямоугольных токовых импульсов, синхронизация которого с приемником осуществляется через передатчик 10 с антенной 11.The device (Fig. 1), made in the embodiment using a four-electrode sensor of the third electric potential difference, contains
Приемные заземления 12-M1, 13-М2 и 14-М3 и 15-М4 датчиков второй и третьей осевых разностей последовательно расставлены на оси профиля через равные интервалы на одинаковых расстояниях от питающих заземлений 2 и 3 и 7 и 8. Согласующий усилитель 16 предназначен для измерения второй осевой разности потенциалов Δ 2UM1M4, равной разности двух первых разностей электрических потенциалов Δ UM1M2 и Δ UM3M4 (Δ 2UM1M4=Δ UM1M2-Δ UM3M4). Согласующий усилитель 17 - для измерения третьей осевой разности потенциалов Δ 3UM1M4(Δ 3UM1M4=Δ UM1M2+Δ UM3M4-2Δ UM2M3).The receiving earths 12-M 1 , 13-M 2 and 14-M 3 and 15-M 4 of the sensors of the second and third axial differences are sequentially arranged on the axis of the profile at equal intervals at equal distances from the
Входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 18 и 19 подключены к согласующим усилителям 16 и 17, а выходы - ко входам цифровых фильтров 20 и 21; выходы цифровых фильтров 20 и 21 подключены к компьютерному обрабатывающему и регистрирующему блоку 22, к которому также подключен радиоприемник 23, который через приемную антенну 24 принимает от генераторов 4 и 9 синхронизирующие импульсы.The inputs of analog-to-digital converters (ADCs) 18 and 19 are connected to matching
Устройство (фиг.2), исполненное в варианте с использованием пятиэлектродного датчика третьей разности электрических потенциалов, содержит дополнительно пятый измерительный электрод 25-N. Все пять измерительных электродов 12-М1, 13-М2, 25-N, 14-М3 и 15-М4 расположены с равным шагом друг от друга вдоль оси профиля. Датчик второй разности электрических потенциалов, состоящий из трех электродов M1, N и М4, служит для измерения второй разности электрических потенциалов Δ 2UM1M4, равной разности двух первых разностей электрических потенциалов Δ UM1N2 и Δ UNM4 (Δ 2UM1M4=Δ UM1N-Δ UNM2) Пятиэлектродный датчик третьей разности электрических потенциалов, состоящий из пяти электродов M1, М2, N, М3 и М4, служит для измерения третьей разности электрических потенциалов Δ 3UM1M4, равной разности двух вторых разностей электрических потенциалов Δ 2UM1N и Δ 2UNM4 (Δ 3UM1M4=Δ 2UM1N-Δ 2UNM4=Δ UM1M2-Δ UM2N-Δ UNM3+Δ UM3M4). Все последующие элементы устройства по фиг.2 выполнены так же, как и аналогичные элементы устройства по фиг.1.The device (figure 2), made in the embodiment using a five-electrode sensor of the third electric potential difference, further comprises a fifth measuring electrode 25-N. All five measuring electrodes 12-M 1 , 13-M 2 , 25-N, 14-M 3 and 15-M 4 are located with equal steps from each other along the axis of the profile. The sensor of the second electric potential difference, consisting of three electrodes M 1 , N and M 4 , is used to measure the second electric potential difference Δ 2 U M1M4 , equal to the difference of the first two electric potential differences Δ U M1N2 and Δ U NM4 (Δ 2 U M1M4 = Δ U M1N -Δ U NM2 ) A five-electrode sensor of the third electric potential difference, consisting of five electrodes M 1 , M 2 , N, M 3 and M 4 , serves to measure the third electric potential difference Δ 3 U M1M4 equal to the difference of the two second differences electric potentials Δ 2 U M1N and Δ 2 U NM4 (Δ 3 U M1M4 = Δ 2 U M1N -Δ 2 U NM4 = Δ U M1M2 -Δ U M2N -Δ U NM3 + Δ U M3M4 ). All subsequent elements of the device of figure 2 are made in the same way as similar elements of the device of figure 1.
Устройство (фиг.3), исполненное в варианте с использованием датчика второй ортогональной разности электрических потенциалов по направлению, перпендикулярному к оси профиля, содержит дополнительно два измерительных электрода 26-Му2 и 27-Му2, расположенных равноудаленно от электрода 25-N в перпендикулярном направлении относительно оси профиля. Датчик второй осевой разности электрических потенциалов, состоящий из трех электродов 13-М2, 25-N и 14-М2, служит для измерения второй осевой разности электрических потенциалов Δ 2UM2M3, равной разности двух первых разностей электрических потенциалов Δ UM2N и Δ UNM3 (Δ 2UM2M3=Δ UM2N-Δ UNM3). Датчик второй ортогональной разности потенциалов, состоящий из трех электродов 26-My1, 25-N и 27-Му2, служит для измерения второй ортогональной разности электрических потенциалов Δ 2UMY1MY2, равной разности двух первых ортогональных разностей электрических потенциалов Δ UMY1N и Δ UNMY2 (Δ 2UMY1MY2=Δ UMY1N-Δ UNMY2).The device (figure 3), made in the embodiment using a sensor of the second orthogonal electric potential difference in the direction perpendicular to the axis of the profile, further comprises two measuring electrodes 26-Mu 2 and 27-Mu 2 located equidistant from the 25-N electrode in perpendicular direction relative to the axis of the profile. The sensor of the second axial electric potential difference, consisting of three electrodes 13-M 2 , 25-N and 14-M 2 , is used to measure the second axial electric potential difference Δ 2 U M2M3 , equal to the difference of the first two electric potential differences Δ U M2N and Δ U NM3 (Δ 2 U M2M3 = Δ U M2N -Δ U NM3 ). The sensor of the second orthogonal potential difference, consisting of three electrodes 26-My 1 , 25-N and 27-Mu 2 , is used to measure the second orthogonal electric potential difference Δ 2 U MY1MY2 equal to the difference of the first two orthogonal electric potential differences Δ U MY1N and Δ U NMY2 (Δ 2 U MY1MY2 = Δ U MY1N -Δ U NMY2 ).
Все последующие элементы устройства по фиг.3 выполнены так же, как и аналогичные элементы устройства по фиг.1.All subsequent elements of the device of figure 3 are made in the same way as similar elements of the device of figure 1.
На фиг.4(а) показана форма одного из серии периодических прямоугольных импульсов тока J в цепи дипольного источника АВ в функции времени t. Здесь Т - период одного цикла: импульс тока плюс пауза после него.Figure 4 (a) shows the shape of one of a series of periodic rectangular pulses of current J in the circuit of the dipole source AB as a function of time t. Here T is the period of one cycle: current pulse plus a pause after it.
На фиг.4(б) показана форма одного из импульсов Δ 2Ux, Δ 2UY и Δ 3Ux. Здесь при времени to показано мгновенное значение Δ 2Ux(t0) в конце существования прямоугольного импульса тока в токовом диполе. Так же показано одно из мгновенных значений Δ 2UX(ti), Δ 2UY(ti) и Δ 3UX(ti) в паузе тока. Также показано одно из значений Δ 2UX(ti, Δ t), Δ 2UY(ti, Δ t), Δ 3UX(ti, Δ t) на одном из интервалов времени Δ t в паузе тока.Figure 4 (b) shows the shape of one of the pulses Δ 2 U x , Δ 2 U Y and Δ 3 U x . Here, at time t o , the instantaneous value Δ 2 U x (t 0 ) at the end of the existence of a rectangular current pulse in the current dipole is shown. One of the instantaneous values of Δ 2 U X (t i ), Δ 2 U Y (t i ) and Δ 3 U X (t i ) in the current pause is also shown. One of the values Δ 2 U X (t i , Δ t), Δ 2 U Y (t i , Δ t), Δ 3 U X (t i , Δ t) at one of the time intervals Δ t in the current pause is also shown .
Рассмотрим теоретические основы предложенного способа его осуществления и новые возможности геоэлектроразведки, касающиеся распространения электромагнитного поля на основе затухающего волнового уравнения математической физики.Consider the theoretical foundations of the proposed method for its implementation and the new possibilities of geoelectro-exploration regarding the propagation of the electromagnetic field based on the damped wave equation of mathematical physics.
Известно, что электромагнитное поле в плохо проводящей физической среде распространяется по времени t согласно вытекающему из первого и второго уравнений Максвелла дифференциальному затухающему волновому уравнению математической физики для напряженности электрического поля, в том числе и в случае ее импульсного изменения,It is known that an electromagnetic field in a poorly conducting physical medium propagates in time t in accordance with the differential decaying wave equation of mathematical physics arising from the first and second Maxwell equations for the electric field strength, including in the case of its pulse change,
где 
Е - напряженность электрического поля, вольт/м;E - electric field strength, volt / m;
μ - магнитная проницаемость - величина постоянная для немагнитных сред, к числу которых относятся осадочные геологические породы, и равна 4π · 10-7 Гeнpи/м;μ - magnetic permeability - a constant value for non-magnetic media, which include sedimentary geological rocks, and is equal to 4π · 10 -7 Gen. / m;
σ 0 - электропроводность неполяризующейся среды, сименс;σ 0 - electrical conductivity of non-polarizable medium, siemens;
ε - диэлектрическая проницаемость, фарад/мε is the dielectric constant, farad / m
(В.А.Говорков. Электрические и магнитные поля. М., Госэнергоиздат, 1960, с.257-263) [4].(V. A. Govorkov. Electric and magnetic fields. M., Gosenergoizdat, 1960, p. 257-263) [4].
В случае высокопроводящей среды, к которой относятся осадочные отложения горных пород, в связи с тем, что σ 0 численно многократно больше ε , второй член в правой части уравнения (2) мал по сравнению с первым, и его отбрасывают (Л.Л.Ваньян. Основы электромагнитных зондировании. М., “Недра”, 1965, с.28-30) [5]. Физически это означает, что токами смещения в проводящих средах пренебрегают ввиду их малости по сравнению с токами проводимости. Тогда уравнение (2) принимает видIn the case of a highly conductive medium, to which sedimentary rocks belong, due to the fact that σ 0 is numerically many times greater than ε, the second term on the right-hand side of equation (2) is small compared to the first, and it is discarded (L.L. Vanyan Fundamentals of electromagnetic sounding. M., "Nedra", 1965, p.28-30) [5]. Physically, this means that bias currents in conductive media are neglected due to their smallness compared to conduction currents. Then equation (2) takes the form
Это уравнение при его решении позволяет определить всего лишь один электрический параметр элементов среды - электропроводность σ 0.When solving this equation, it is possible to determine only one electrical parameter of the elements of the medium - the electrical conductivity σ 0 .
Уравнение (3) является уравнением распространения по времени электромагнитного поля в проводящей неполяризующейся среде, которое совпадает с известным в математической физике уравнением теплопроводности или диффузии и которое в геофизике в способах сопротивлений обычно используют для изучения распространения переменного электромагнитного поля вглубь толщи исследуемых геологических пород, при этом считают, что электропроводность σ 0 того или иного геологического горизонта является главным и практически единственным определяющим его электрические свойства параметром, обладает своим постоянным значением для каждого горизонта и не зависит от частоты возбуждения электромагнитного поля. Однако геологическим осадочным породам при их возбуждении применяемым в геофизике переменным низкочастотным электрическим током свойственна вызванная им поляризация η . Вызванная поляризация есть безразмерная величина, зависящая от электрохимической активности осадочных горных пород. Она определяется как отношение разностей потенциалов, измеренных на образце исследуемой породы после выключения импульсов тока через 0,5 сек (Δ UВП) и до выключения (Δ U). Это отношение обычно выражают в процентахEquation (3) is an equation of time distribution of an electromagnetic field in a non-polarizable conducting medium, which coincides with the heat conduction or diffusion equation known in mathematical physics and which is usually used in geophysics in resistance methods to study the propagation of an alternating electromagnetic field deep into the thickness of the studied geological rocks, while considered that the electric conductivity σ 0 of a rock formation is primarily and substantially only determinant e of electric properties, has its constant value for each horizon, and is independent of the excitation frequency of the electromagnetic field. However, geological sedimentary rocks, when excited by the alternating low-frequency electric current used in geophysics, are characterized by the polarization η caused by them. The induced polarization is a dimensionless quantity that depends on the electrochemical activity of sedimentary rocks. It is defined as the ratio of potential differences measured on the sample of the studied rock after turning off current pulses after 0.5 sec (Δ U VP ) and before turning off (Δ U). This ratio is usually expressed as a percentage.
Вызванная поляризация осадочных геологических пород имеет уникальную среди физических параметров стабильность и практически не зависит от состава пород и их температуры. Она для ионопроводящих (осадочных) пород зависит от многих факторов: влажности и пористости, состава и концентрации раствора в порах породы, структуры и размера пор, содержания глинистых минералов и т.д. (В.А.Комаров. Электроразведка методом поляризации. Л., Наука, 1980, с.392) [6]. И, самое главное, как показали широкие практические геоэлектрические исследования предложенным способом на геологических объектах, вызванная поляризация несет основную информацию о присутствии в геологической среде обладающих высокой степенью этой поляризации нефтегазовых залежей.The induced polarization of sedimentary geological rocks has unique stability among physical parameters and practically does not depend on the composition of the rocks and their temperature. For ion-conducting (sedimentary) rocks, it depends on many factors: moisture and porosity, composition and concentration of the solution in the rock pores, pore structure and size, clay mineral content, etc. (V.A. Komarov. Electrical exploration by the polarization method. L., Nauka, 1980, p. 392) [6]. And, most importantly, as shown by extensive practical geoelectric studies of the proposed method at geological objects, the induced polarization carries basic information about the presence in the geological environment of a high degree of this polarization of oil and gas deposits.
Установлено (W.H.Pelton, S.H.Ward, P.O.Hallof, W.R.Sill and P.H.Nelson. Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multifrequency JP, Geophysics 43, 1978, с.588-603) [7], что электропроводность осадочных горных пород не постоянна, а зависит от вызванной поляризации и от частоты возбуждения электрического поля по предложенной, в частности, K.S.Cole и R.H.Cole в форме гармоничного его изменения по времени эмпирической формулеIt has been established (WHPelton, SHWard, POHallof, WRSill and PHNelson. Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multifrequency JP, Geophysics 43, 1978, p. 588-603) [7] that the electrical conductivity of sedimentary rocks is not constant , and depends on the induced polarization and on the frequency of excitation of the electric field according to the proposed, in particular, KSCole and RHCole in the form of its harmonious temporal change in the empirical formula
в которой эта электропроводность зависит от ω , σ 0, η и τ , гдеin which this electrical conductivity depends on ω, σ 0 , η and τ, where
η - вызванная поляризация пород, безразмерная величина, обычно выражающаяся в процентах;η is the induced polarization of the rocks, a dimensionless quantity, usually expressed as a percentage;
τ - постоянная времени, определяющая скорость спада разности потенциалов, связанной с вызванной поляризацией, сек.;τ is the time constant that determines the decay rate of the potential difference associated with the induced polarization, sec .;
ω - гармоничная частота электрического возбуждения, герц;ω is the harmonious frequency of electrical excitation, hertz;
с - безразмерный показатель степени, который хотя и не является физическим параметром горных пород, но и от него зависит σ (iω σ0ητ).c is a dimensionless exponent, which, although it is not a physical parameter of rocks, σ (iω σ 0 ητ) also depends on it.
Вызванная поляризация η на низких частотах электрического возбуждения, в отличие от диэлектрической проницаемости ε , численно не столь мала по сравнению с электропроводностью σ 0 для осадочных геологических пород, измеренной, например, при токах высоких частот (ω → ∞ ), когда, как это видно из формулы (5), вызванная поляризация не проявляется. Следовательно, вызванной поляризацией при изучении с целью поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей геоэлектрических параметров осадочных геологических пород на низкочастотном переменном токе уже пренебрегать нельзя. Известно (Электроразведка. Справочник геофизика. Ред. В.К.Хмелевский и др. М., Недра, 1989, Книга вторая, с.99-102) [8], что для тех или иных осадочных геологических пород через 0,5 сек после выключения импульса возбуждающего тока величина вызванной поляризацией разности потенциалов, несмотря на ее интенсивный спад, еще сохраняет уровни, численные значения которых составляют от 0,2% до 10% от численных значений разностей потенциалов прямого поля, связанных с электропроводностью σ 0, измеренной, как отмечалось выше, при токах высоких частот, когда вызванная поляризация не проявляется. Чтобы сохранить по форме формулу (5), тепловое уравнение (3) запишем для случая гармонического изменения величины электромагнитного поля по времени, имея в виду, чтоThe induced polarization η at low frequencies of electric excitation, unlike the dielectric constant ε, is numerically not so small compared to the electrical conductivity σ 0 for sedimentary geological rocks, measured, for example, at high frequency currents (ω → ∞), when, as can be seen from formula (5), the induced polarization does not occur. Therefore, the polarization caused by studying with the aim of searching and delineating the oil and gas deposits of the geoelectric parameters of sedimentary geological rocks at low-frequency alternating current cannot be neglected. It is known (Electrical Exploration. Handbook of Geophysics. Ed. V.K. Khmelevsky and others M., Nedra, 1989, Book Two, p. 99-102) [8] that for certain sedimentary geological rocks in 0.5 sec after switching off the exciting current pulse, the magnitude of the potential difference caused by polarization, despite its intense decline, still retains levels whose numerical values are from 0.2% to 10% of the numerical values of the potential differences of the direct field associated with the electrical conductivity σ 0 , measured as noted above at high frequency currents when called Single polarization is not observed. To keep formula (5) in shape, we write the thermal equation (3) for the case of a harmonic change in the magnitude of the electromagnetic field with time, keeping in mind that
и учитывая то, чтоand given that
иand
Тогда уравнение (3) для проводящей неполяризующейся среды с учетом преобразования (6) примет видThen equation (3) for a conducting non-polarizable medium, taking into account transformation (6), takes the form
Но поскольку электропроводность осадочных горных пород непостоянна, а зависит от вызванной поляризации и от частоты возбуждения по формуле (5), то уравнение (8) с учетом этой формулы приобретает уже четыре определяющих свойства поляризующейся среды параметра σ 0, η , τ и с вместо одного σ 0 и для случая гармоничного изменения величины электромагнитного поля по времени принимает видBut since the electrical conductivity of sedimentary rocks is unstable, and depends on the induced polarization and on the excitation frequency according to formula (5), equation (8), taking this formula into account, acquires four defining properties of the polarized medium of parameter σ 0 , η, τ and c instead of one σ 0 and for the case of a harmonious change in the magnitude of the electromagnetic field with time takes the form
а в общем виде с учетом (5) -and in general terms, taking into account (5),
Это уравнение становится уже близким по существу к затухающему волновому уравнению (2) для напряженности электрического поля на низких частотах, по законам которого переменное электромагнитное поле проникает в землю не только благодаря диффузионным токам индукции, вызванным электропроводностью σ 0, но и благодаря также токам “смещения”, вызванным поляризацией η этих же пород. Последнее обстоятельство говорит о том, что возможности геоэлектроразведки для поисков и оконтуривания нефтегазовых залежей на низкочастотном переменном (гармоническом или импульсном) токе выше, чем это считалось ранее. Эти возможности реализуются лишь при двух условиях: первое - когда круг измеряемых электрических нормированных параметров расширяется по крайней мере до необходимых для корректного решения уравнения (9) трех, и второе - когда повышается точность их измерения до такой степени, чтобы выявить особенности кривых переходного процесса становления поля в паузах тока, связанные с вызванной поляризацией. Причем не допускается как нормирующий такой измеряемый способами традиционной геоэлектроразведки параметр, как сила тока J регулируемого искусственного источника, которая не несет никакой информации о распределении плотности тока в земле по глубине в трехмерно-неоднородной геологической среде. Последняя становится уже таковой благодаря присутствию ограниченной по горизонтальным координатам нефтегазовой залежи.This equation already becomes essentially close to the decaying wave equation (2) for the electric field at low frequencies, according to the laws of which the alternating electromagnetic field penetrates the earth not only due to diffusion induction currents caused by the electrical conductivity σ 0 , but also due to the “bias currents” ”Caused by the polarization η of the same rocks. The latter circumstance suggests that the possibilities of geoelectrical exploration for prospecting and contouring oil and gas deposits on a low-frequency alternating (harmonic or pulsed) current are higher than previously thought. These possibilities are realized only under two conditions: the first - when the range of measured electrical normalized parameters expands at least to the three necessary for the correct solution of equation (9), and the second - when the accuracy of their measurement is increased to such an extent that reveals the features of the transition curves of formation fields in current pauses associated with polarization induced. Moreover, it is not allowed to normalize such a parameter as measured by the methods of traditional geoelectrical exploration, such as the current strength J of an regulated artificial source, which does not carry any information about the depth distribution of current density in the earth in a three-dimensionally heterogeneous geological environment. The latter becomes already such thanks to the presence of an oil and gas deposit limited in horizontal coordinates.
Реализация новых возможностей геоэлектроразведки достигается предложенным способом. А в том, что уравнение (9) является близким по существу к затухающему волновому уравнению для напряженности электрического поля уравнению (2) легко убедиться, разложив формулу (5) в ряд Тейлора относительно разности частот ω -ω 0 (где ω 0 - частота следования импульсов тока возбуждения), используя, в частности, всего лишь два члена этого ряда ввиду его быстрой сходимости при ω о<τ -1 (что на практике обычно выполняется). При этом допущении получим уравнениеRealization of new opportunities for geoelectrical exploration is achieved by the proposed method. And the fact that equation (9) is essentially close to the decaying wave equation for the electric field, equation (2) can be easily verified by expanding formula (5) in a Taylor series with respect to the frequency difference ω-ω 0 (where ω 0 is the repetition rate excitation current pulses), using, in particular, only two members of this series due to its rapid convergence at ω о <τ -1 (which is usually done in practice). With this assumption, we obtain the equation
Как видно, уравнение (10) по форме не отличается от затухающего волнового уравнения для напряженности электрического поля (2) для случая импульсного изменения величин электромагнитного поля. И хотя коэффициент при 
Уравнение (9) считается близким по своей сути к уравнению (2), а не равное ему аналитически потому, что при его выводе использована эмпирическая формула (5) из-за отсутствия аналитической формулы связи между электропроводностью σ (iω σ0ητ) и вызванной поляризацией η .Equation (9) is considered to be close in essence to equation (2), and not equal to it analytically because in its derivation the empirical formula (5) was used due to the lack of an analytical formula for the connection between the electrical conductivity σ (iω σ 0 ητ) and the polarization η.
Для предложенного способа задача обнаружения нефтегазовых залежей в исследуемой толще горных пород как математическая обратная задача решается согласно уравнению (9а) в функции времени, т.е. в функции, зависящей от времени глубины проникновения электромагнитного поля, по трем независимым друг от друга параметрам среды: электропроводностью σ 0; вызванной поляризацией η ; постоянной времени τ спада разности электрических потенциалов вызванной поляризации; и по четвертому, не являющемуся параметром среды показателю степени с, вытекающему из эмпирической формулы (5).For the proposed method, the problem of detecting oil and gas deposits in the studied rock mass as a mathematical inverse problem is solved according to equation (9a) as a function of time, i.e. in a function depending on the time of penetration depth of the electromagnetic field, in three medium parameters independent from each other: electrical conductivity σ 0 ; caused by polarization η; the time constant τ of the decay of the difference in electric potentials caused by polarization; and according to the fourth, non-environmental parameter, exponent c, which follows from the empirical formula (5).
Эта задача, как обратная математическая задача, решается для предложенного первого варианта способа с двумя разновидностями измерительных датчиков третьей разности (четырех- и пятиэлектродных) путем использования всего массива определяемых этим способом, по крайней мере трех независимых от силы тока источников нормированных электрических параметровThis problem, as an inverse mathematical problem, is solved for the proposed first variant of the method with two varieties of measuring sensors of the third difference (four- and five-electrode) by using the entire array determined by this method, at least three sources of normalized electrical parameters independent of the current strength
в паузах тока в моменты времени ti(0≤ i≤ n), равных t0, t0+Δ t, t0+2Δ t, t0+3Δ t и т.д. до t0+nΔ t, т.е. до конца паузы, и дифференциального уравнения математической физики (9а) для напряженности электрического поля дипольного источника в электрохимически поляризующейся проводящей среде, в частности, например, одним из методов решения обратной математической задачи - методом подбора (А.Н.Тихонов, В.Я.Арсенин. Методы решения некорректных задач. Москва, “Наука” 1979. стр. 37-43) [9]. При этом для уменьшения количества вариантов подбора используют имеющиеся данные о модели исследуемой геологической среды, например данные бурения опорных или параметрических скважин, которые, как правило, с редким шагом разбурены повсеместно, или данные сейсморазведки, если последняя в районе исследования уже проводилась. В случае отсутствия каких-либо априорных данных о геологическом разрезе что, как правило, при поисковых исследованиях встречается наиболее часто, обратная задача также решается, но с увеличенным количеством вариантов подбора.in current pauses at time t i (0≤ i≤ n) equal to t 0 , t 0 + Δ t, t 0 + 2Δ t, t 0 + 3Δ t, etc. to t 0 + nΔ t, i.e. to the end of the pause, and the differential equation of mathematical physics (9a) for the electric field strength of a dipole source in an electrochemically polarized conducting medium, in particular, for example, one of the methods for solving the inverse mathematical problem is the selection method (A.N. Tikhonov, V.Ya. Arsenin, Methods for Solving Ill-posed Problems, Moscow, Nauka 1979. p. 37-43) [9]. At the same time, to reduce the number of selection options, the available data on the model of the studied geological environment are used, for example, drilling of reference or parametric wells, which are usually drilled everywhere with a rare step, or seismic data, if the latter has already been carried out in the study area. In the absence of any a priori data on the geological section, which, as a rule, is most often encountered in prospecting studies, the inverse problem is also solved, but with an increased number of selection options.
В конечном результате решением обратной задачи получают модель среды, наиболее близкую к реальной по геометрическому строению и по значениям параметров σ о, η и τ для каждого ее элемента и, как следствие этого, разделяют эти три параметра. И, наконец, строят три временных разреза σ о, η и τ : по вертикальной координате - в функции времени переходного процесса в паузе тока, функционально связанного с глубиной проникновения поля, а следовательно, и с глубиной залегания каждого из горизонтов, найденной в результате решения обратной задачи модели среды; по горизонтальной координате - в функции расстояния между точками зондирования на поверхности земли по заданному профилю; а значения входящих в уравнение (9а) электрофизических параметров σ о, η и τ , представляют по прилагаемой для каждого разреза цифровой шкале в цветном изображении по цветовой гамме.In the end result, by solving the inverse problem, we obtain a model of the medium that is closest to the real one in terms of geometric structure and in the values of the parameters σ о , η and τ for each of its elements and, as a consequence of this, separate these three parameters. And finally, three time sections σ о , η, and τ are built: along the vertical coordinate as a function of the time of the transition process in a pause of the current functionally related to the depth of penetration of the field, and hence to the depth of each horizon found as a result of the solution inverse problem of the model of the environment; along the horizontal coordinate - as a function of the distance between the sensing points on the surface of the earth according to a given profile; and the values of the electrophysical parameters σ о , η, and τ included in equation (9a) are represented by the digital scale attached to each section in a color image in a color gamut.
С целью более корректного решения обратной задачи дополнительно рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметровIn order to more correctly solve the inverse problem, the fourth set of dipole sources of normalized electrical parameters independent of the current strength is additionally calculated
и используют его в этом решении наряду с тремя другими (11).and use it in this solution along with three others (11).
Аналогичным образом обратная математическая задача решается для второго варианта способа с ортогональным датчиком второй разности, где также используется весь массив определенных этим способом трех независимых от силы тока источников нормированных электрических параметровSimilarly, the inverse mathematical problem is solved for the second variant of the method with an orthogonal sensor of the second difference, where the entire array of three sources of normalized electrical parameters independent of the current strength is also used
А с целью более корректного решения обратной задачи дополнительно рассчитывают четвертое множество независимых от силы тока дипольных источников нормированных электрических параметровAnd in order to more correctly solve the inverse problem, the fourth set of dipole sources of normalized electrical parameters independent of the current strength is additionally calculated
и используют его в этом решении наряду с тремя другими (13).and use it in this solution along with three others (13).
Следует отметить, что датчики высших разностей электрических потенциалов (выше первой) подвержены искажающему влиянию приповерхностных геологических неоднородностей. Но этот недостаток устраняется путем последовательного возбуждения исследуемой среды двумя дипольными источниками тока, расположенными по обе стороны на одинаковом расстоянии от точек наблюдения.It should be noted that the sensors of the highest differences of electric potentials (above the first) are subject to the distorting effect of surface geological heterogeneities. But this drawback is eliminated by successive excitation of the medium under study by two dipole current sources located on both sides at the same distance from the observation points.
Следует также отметить, что измеряемая вторая разность электрических потенциалов ортогональным датчиком, ось которого расположена перпендикулярно к оси профиля зондирования, свободна от действия электропроводности верхнего слоя геоэлектрического разреза и тем самым гораздо меньше подвержена влиянию электродинамических эффектов, чем измеряемые разности осевыми датчиками. Поэтому при картировании слабоконтрастных по вызванной поляризации нефтегазовых залежей способ с применением ортогональных датчиков второй разности наиболее эффективен. И особенно в тех случаях, когда геологические отложения, в которых находится залежь, перекрыты слоем с высокой электропроводностью.It should also be noted that the measured second electric potential difference by the orthogonal sensor, the axis of which is perpendicular to the axis of the sounding profile, is free from the electrical conductivity of the upper layer of the geoelectric section and is therefore much less affected by electrodynamic effects than the measured differences by axial sensors. Therefore, when mapping low-contrast oil and gas deposits that are low in contrast due to polarization, the method with the use of orthogonal sensors of the second difference is most effective. And especially in those cases when the geological deposits in which the deposit is located are covered by a layer with high electrical conductivity.
Исследованиями предложенным способом на нефтегазовых месторождениях установлено, что в присутствии нефтяной или газовой залежи независимо от типа ловушки и ее геометрической формы все три параметра (удельная электропроводность, вызванная поляризация η и постоянная времени τ ) в пределах контура залежи приобретают вид, отображающий аномалию в глубине разреза, там, где находится эта залежь.Investigations by the proposed method in oil and gas fields established that in the presence of an oil or gas reservoir, regardless of the type of trap and its geometrical shape, all three parameters (electrical conductivity, polarization induced η and time constant τ) within the reservoir contour take the form of an anomaly in the depth of the section where this deposit is located.
Пример конкретного выполненияConcrete example
На фиг.1, 2 и 3 представлены блок-схемы аппаратуры для реализации предложенного способа. На блок-схеме показаны заземленные в грунт 1 токовые диполи A1B1 (2 и 3) и А2В2(7 и 8), питаемые генераторами 4 и 9 прямоугольных импульсов тока с паузами между ними. На оси диполей на определенном от них расстоянии при помощи измерительных заземлений измеряют мгновенные значения вторых и третьих разностей: по одному в конце каждого токового импульса и в паузе тока через заданные промежутки времени Δ t множество этих разностей на всем протяжении существования пауз. Все указанные измеренные разности усиливают усилителями 16 и 17. Для обеспечения точности измерения, необходимой для того, чтобы выявить связанные с вызванной поляризацией исследуемых пород особенности кривых переходного процесса становления поля в паузах тока, измеренные усилителями 16 и 17 разности оцифровываются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) 18 и 19 с разрядностью 24 и более. Для реализации предложенного способа разработано и изготовлено измерительное устройство с двадцатичетырехразрядным АЦП. В этом устройстве после двадцатичетырехразрядного оцифровывания измеренных сигналов последние при помощи многозвенных цифровых фильтров 20 и 21 отфильтровываются от случайных помех. Отфильтрованные полезные сигналы с выходов цифровых фильтров 20 и 21 поступают на вход компьютерного обрабатывающего и регистрирующего блока 22.Figure 1, 2 and 3 presents a block diagram of the apparatus for implementing the proposed method. The block diagram shows current dipoles A 1 B 1 (2 and 3) and A 2 B 2 (7 and 8) grounded in the
Для обеспечения синхронизации моментов включения и выключения импульсов тока с моментами измерения в приемнике приемных сигналов используют радиопередатчики 5 и 10 и радиоприемник 23 соответственно с передающими антеннами 6 и 11 и приемной 24.To ensure synchronization of the moments of turning on and off the current pulses with the moments of measurement in the receiver of the receiving signals,
Для определения необходимых четырех нормированных электрических параметров (11), (12), (13) и (14) измеряют мгновенные значения вторых и третьих разностей потенциалов Δ 2Ux(t0), Δ 2Uy(t0) и Δ 3Ux(t0) в конце импульса тока и серию мгновенных значений вторых и третьих разностей потенциалов переходных процессов Δ 2Uх(ti), Δ 2Uу(ti) и Δ 3Uх(ti) в паузах на всем протяжении времени существования пауз между импульсами тока. Также определяют серию разностей значений из каждых двух рядом расположенных по времени мгновенных величин вторых и третьих разностей потенциалов на всем протяжении времени существования пауз между импульсами тока. Эпюры одного из токовых импульсов и измеренных i-тых мгновенных значений вторых и третьей разностей потенциалов в одной из пауз показаны на фиг.4. Индексы 1 и 2 в формулах (11), (12), (13) и (14) обозначают то, что измерение электрических параметров осуществлялось при раздельном возбуждении первого и второго токовых диполей.To determine the necessary four normalized electrical parameters (11), (12), (13) and (14), instantaneous values of the second and third potential differences Δ 2 U x (t 0 ), Δ 2 U y (t 0 ) and Δ 3 are measured U x (t 0 ) at the end of the current pulse and a series of instantaneous values of the second and third potential differences of the transients Δ 2 U x (t i ), Δ 2 U y (t i ) and Δ 3 U x (t i ) in pauses throughout the entire period of existence of pauses between current pulses. A series of differences of values is also determined from each two adjacent instantaneous values of the second and third potential differences over the entire duration of the existence of pauses between current pulses. Plots of one of the current pulses and the measured i-th instantaneous values of the second and third potential differences in one of the pauses are shown in Fig. 4.
На фиг.5, 6 и 7 дан пример картирования временных разрезов предложенным способом.Figures 5, 6 and 7 give an example of mapping temporary sections of the proposed method.
На фиг.5 показан временной разрез по натуральному логарифму удельного электрического сопротивления (lnρ ) на одном из профилей зондирования в Обской губе. К логарифмической шкале электрических сопротивлений пришлось прибегнуть в связи с тем, что диапазон электрических сопротивлений, слагающих данный разрез пород, колеблется в очень широких пределах от одного Ом· м в водоносных пластах-коллекторах до тысяч Ом· м в зоне вечной мерзлоты, которая проявляется в районе берегов Обской губы (на чертеже красным цветом) на отметках по профилю Х от 2 км до 6,5 км и от 26,5 км до 33 км и по глубине от 0 км до 0,4 км. На глубине около двух километров на всем протяжении профиля проявляется зона пониженных сопротивлений (темно-синий цвет), связанная с пластами-коллекторами, причем в пределах профиля от 16-го километра до 33-го километра коллектор гипсометрически приподнят, а от 2-го километра до 16-го километра - приспущен. Кроме того, в разрезе на глубине примерно от 1,4 километра до 1,9 километра (по профилю от 10-ти километров до 14-ти километров) наблюдаются высокоомные включения (бело-желтый цвет), видимо определившие изменения высоты горизонта-коллектора по профилю на 15-том километре.Figure 5 shows a time section in the natural logarithm of the electrical resistivity (lnρ) on one of the sounding profiles in the Gulf of Ob. We had to resort to the logarithmic scale of electrical resistances due to the fact that the range of electrical resistances that make up this section of rocks varies very widely from one Ohm · m in aquifers to thousands of Ohm · m in the permafrost zone, which manifests itself in the coastal area of the Gulf of Ob (in the drawing in red) at elevations along the X profile from 2 km to 6.5 km and from 26.5 km to 33 km and in depth from 0 km to 0.4 km. At a depth of about two kilometers, a zone of low resistances (dark blue color) is associated with the reservoir layers, and the collector is hypsometrically raised from the 16th kilometer to the 33rd kilometer, and from the 2nd kilometer to the 16th kilometer - half-mast. In addition, in the section at a depth of about 1.4 kilometers to 1.9 kilometers (along the profile from 10 kilometers to 14 kilometers), high impedance inclusions (white-yellow color) are observed, which apparently determined changes in the height of the collector horizon profile on the 15th kilometer.
На фиг.6 показан временной разрез по параметру вызванной поляризации η на том же примере, что и на фиг.3. На этой фигуре четко проявляются две аномалии вызванной поляризации (зелено-красный цвет): первая - на глубине примерно от 1 км до 1,2 км и по профилю от 16 км до 31 км (приуроченная к газовой залежи в Сеноманском горизонте); вторая - на глубине примерно 2 км и по профилю от 14 км до 32 км (приуроченная к газоконденсатной залежи в Альб-Абтском горизонте).Figure 6 shows a time section according to the parameter of the induced polarization η in the same example as in figure 3. This figure clearly shows two anomalies of the induced polarization (green-red color): the first is at a depth of about 1 km to 1.2 km and along the profile from 16 km to 31 km (confined to a gas reservoir in the Cenomanian horizon); the second - at a depth of about 2 km and in profile from 14 km to 32 km (confined to the gas condensate deposit in the Alb-Abt horizon).
На фиг.7 показан временной разрез по постоянной времени τ на том же профиле, что и на фиг.5. Временной разрез на фиг.7 по параметру τ мало отличается по форме от временного разреза на фиг.6 по параметру η . Разница между ними, в основном, состоит лишь в том, что постоянная времени τ в той или иной мере определяет качество насыщения. Так, насыщение залежи в Альб-Абтском горизонте более тяжелыми углеводородами (газоконденсатом) проявилось аномалией τ с более длительными временами спада (на фиг.7 - красным цветом по сравнению с зеленым цветом в газовой залежи Сеноманского горизонта).Figure 7 shows a time section in time constant τ on the same profile as in figure 5. The time section in Fig. 7 in parameter τ differs little in form from the time section in Fig. 6 in parameter η. The difference between them mainly consists only in the fact that the time constant τ in one way or another determines the quality of saturation. Thus, the saturation of a deposit in the Alb-Abt horizon with heavier hydrocarbons (gas condensate) was manifested by anomaly τ with longer fall times (in Fig. 7, it is red compared to green in the gas reservoir of the Senoman horizon).
Предложенный способ реализован в виде комплекса питающей, измерительной и обрабатывающей аппаратуры. Как уже отмечалось выше, исследованиями предложенным способом на множестве нефтегазовых месторождений установлено, что в присутствии нефтяной или газовой залежи независимо от типа ловушки и ее геометрической формы все три параметра σ 0, η и τ в пределах контура залежи приобретают вид, отображающий аномалию в глубине разреза там, где находится эта залежь, и коэффициент удачи геофизического поиска нефтегазовых залежей с применением предлагаемого способа повышается практически до ста процентов. Последнее дает существенный экономический эффект в деле поиска и разведки скоплений углеводородов.The proposed method is implemented as a complex of feeding, measuring and processing equipment. As noted above, studies of the proposed method in many oil and gas fields established that in the presence of an oil or gas reservoir, regardless of the type of trap and its geometrical form, all three parameters σ 0 , η and τ within the reservoir contour acquire a form that displays an anomaly in the depth of the section where this deposit is located, and the luck coefficient of the geophysical search for oil and gas deposits using the proposed method rises to almost one hundred percent. The latter gives a significant economic effect in the search and exploration of hydrocarbon accumulations.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003120364/28A RU2231089C1 (en) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Process of geoelectric prospecting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003120364/28A RU2231089C1 (en) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Process of geoelectric prospecting |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2231089C1 true RU2231089C1 (en) | 2004-06-20 |
Family
ID=32847076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003120364/28A RU2231089C1 (en) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Process of geoelectric prospecting |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2231089C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010047613A1 (en) | 2008-10-23 | 2010-04-29 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Сибирская Научно-Производственная Компания" | Method for quantitatively separating the effects of electromagnetic induction and induced polarization |
| RU2489735C2 (en) * | 2007-06-27 | 2013-08-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Describing underground structure with function-based iterative inversion |
| RU2497154C2 (en) * | 2008-06-16 | 2013-10-27 | Джэпэн Ойл, Гэз Энд Металз Нэшнл Корпорейшн | Underground electromagnetic exploration method |
| RU2574861C2 (en) * | 2012-08-01 | 2016-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Версофт" | Method of measuring and processing transient processes with grounded line during pulse field excitation with electric dipole to construct geoelectric sections and apparatus for carrying out said method using hardware-software electrical logging system (apek "mars") |
| RU2639558C2 (en) * | 2016-05-11 | 2017-12-21 | Публичное акционерное общество Научно-производственное предприятие Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ПАО НПП "ВНИИГИС") | Method of pulse inductive geo-electrical exploration and device for its implementation |
-
2003
- 2003-07-08 RU RU2003120364/28A patent/RU2231089C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2489735C2 (en) * | 2007-06-27 | 2013-08-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Describing underground structure with function-based iterative inversion |
| US8886463B2 (en) | 2007-06-27 | 2014-11-11 | Schlumberger Technology Corporation | Characterizing an earth subterranean structure by iteratively performing inversion based on a function |
| RU2497154C2 (en) * | 2008-06-16 | 2013-10-27 | Джэпэн Ойл, Гэз Энд Металз Нэшнл Корпорейшн | Underground electromagnetic exploration method |
| WO2010047613A1 (en) | 2008-10-23 | 2010-04-29 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Сибирская Научно-Производственная Компания" | Method for quantitatively separating the effects of electromagnetic induction and induced polarization |
| RU2574861C2 (en) * | 2012-08-01 | 2016-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Версофт" | Method of measuring and processing transient processes with grounded line during pulse field excitation with electric dipole to construct geoelectric sections and apparatus for carrying out said method using hardware-software electrical logging system (apek "mars") |
| RU2639558C2 (en) * | 2016-05-11 | 2017-12-21 | Публичное акционерное общество Научно-производственное предприятие Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (ПАО НПП "ВНИИГИС") | Method of pulse inductive geo-electrical exploration and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2284555C1 (en) | Method of naval geological survey based onto focusing of electric current (versions) | |
| Dahlin et al. | Measuring techniques in induced polarisation imaging | |
| Wilt et al. | Crosswell electromagnetic tomography: System design considerations and field results | |
| US8030934B2 (en) | Method for hydrocarbon reservoir mapping and apparatus for use when performing the method | |
| CN101520517B (en) | Method for accurately evaluating targets containing oil gas in clastic rock basin | |
| Binley et al. | DC resistivity and induced polarization methods | |
| Sørensen | Pulled array continuous electrical profiling | |
| US8762062B2 (en) | Method for marine geoelectrical exploration with electrical current focusing | |
| Saey et al. | Electrical conductivity depth modelling with a multireceiver EMI sensor for prospecting archaeological features | |
| EP2230534A1 (en) | Method for determining resistivity anistropy from earth electromagnetic responses | |
| CN105022097A (en) | Soil slope slip surface comprehensive forecasting method | |
| Martin et al. | Evaluation of spectral induced polarization field measurements in time and frequency domain | |
| RU2236028C1 (en) | Method for marine geoelectrical exploration (alternatives) | |
| RU2235347C1 (en) | Method for geoelectrosurveying (variants) | |
| RU2231089C1 (en) | Process of geoelectric prospecting | |
| RU2650084C2 (en) | Method of monitoring control of the physical state of a geological environment | |
| RU2229735C1 (en) | Process of electric logging of cased well | |
| RU2279106C1 (en) | Method for geo-electro-surveying with focusing of electric current (variants) | |
| RU2408036C1 (en) | Focused current marine geoelectric prospecting method | |
| WO2009064213A1 (en) | Method for carrying out off-shore geoelectrical prospecting by focusing electric current (variants) | |
| RU2568986C1 (en) | Method of geological monitoring | |
| Kompaniets et al. | Application of multi-offset arrays in TEM studies on the Siberian platform | |
| RU2391684C2 (en) | Method for geoelectric prospecting oil-gas fields with prediction of hydrocarbon saturation | |
| RU1835939C (en) | Process of geological prospecting | |
| RU2581768C1 (en) | Method for geoelectric prospecting |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060709 |