Система небрата-сочельникова для регистрации эффекта индукционной вызванной поляризации при геоэлектроразведке
Использование: устройства геоэлектроразведки для зондирования становлением электромагнитного поля (ЭМП) в ближней зоне (ЗСБ) с использованием эффекта индукционной вызванной поляризации (ИВП). Сущность: система содержит средство возбуждения (СВ), средство измерения и процессор обработки данных, СВ и СИ выполнены в виде одного совмещенного незаземленного приемопередающего замкнутого контура с ограниченной контуром заданной площадью. Процессор обработки данных выполнен на базе портативного персонального компьютера «Ноутбук», вход которого подключен к совмещенному приемопередающему контуру через коммутатор, соединенный с передатчиком-источником импульсного ЭМП. Технический результат: повышение разрешающей способности геоэлектроразведки за счет повышения помехозащищенности при регистрации измеренного полного ЭМП и эффекта ИВП. 1 с. и 4 з.п.п. ф-лы, 1 фиг.
Техническое решение относится к устройствам геоэлектроразведки для зондирования становлением электромагнитного поля (ЭМП) в ближней зоне (ЗСБ) и, используя эффект индукционной вызванной поляризации (ИВП) [2, 5-9], может быть применено при поисках и разведке месторождений углеводородов (УВ).
Известна технология [14, 15] и устройства [10, 13] геоэлектроразведки традиционным методом постоянного тока. Однако, при наличии высокоомных перекрывающих слоев эти устройства становятся неэффективными [8]. В этих случаях зондирование становлением поля в ближней зоне с выделением ИВП (ЗСБ-ИВП) [1, 2, 5-9, 12] является более универсальным.
Для реализации устройств ЗСБ-ИВП в качестве источника возбуждения и приемника в настоящее время, как правило, используются заземленные электрические линии [2-4, 11, 13]. Общими признаками таких устройств геоэлектроразведки является наличие размещенных в заданном районе исследований передатчика, приемника и блока измерения параметров ЭМП. При этом в качестве источников и приемников использованы дипольно-осевые [11, 12] или модернизированные дипольно-симметричные многоканальные многоэлектродные установки [2, 4-6].
Однако, в таких установках геоэлектроразведки, как в [2 и др.], с заземленными электрическими линиями возникают проблемы электрических помех вблизи промышленных объектов за счет токовых утечек с этих объектов. При этом возникают трудности разделения сигналов ИВП и классического ВП [12], а следовательно установки типа [2] обладают недостаточной разрешающей способностью электроразведки.
Система электроразведки [1], принятая за прототип, содержит средство возбуждения (СВ) импульсного электромагнитного поля (ЭМП), средство измерения (СИ) эдс полного ЭМП в паузах между импульсами тока, к которому подключен процессор обработки данных, включающий модуль выделения из измеренного сигнала полного ЭМП осцилляции ИВП. При этом система [1] дополнительно содержит средство измерения сейсмоэлектрического эффекта, а СВ и СИ могут быть выполнены в виде дипольной многоканальной установки или в виде одной совмещенной приемопередающей петли.
Недостатками системы [1], как и других аналогов [2, 3 и т.д.] с заземленными электрическими линиями, являются: слабая помехозащищенность вблизи промышленных объектов, трудность выделения сигнала ИВП на фоне общего сигнала ЭМП и, как следствие, - невозможность реализации высокой разрешающей способности исследований.
Чтобы устранить эти недостатки предлагается (техническое решение предложено А.Г.Небратом и В.В.Сочельниковым и идентифицировано специальным названием: «Система Небрата - Сочельникова...») использовать в качестве источника возбуждения незаземленную токовую петлю, а в качестве приемника ту же незаземленную петлю (см. примечание в конце описания).
Сущность технического решения заключается в создании системы геоэлектроразведки, которая, сохраняя достоинства прототипа, позволила бы
расширить функциональные возможности за счет реализации потенциально возможной разрешающей способности выделения эффекта ИВП.
Основной технический результат предлагаемой системы - повышение разрешающей способности геоэлектроразведки за счет повышения помехозащищенности при регистрации измеренного полного ЭМП и эффекта ИВП незаземленным токовым контуром и, как следствие, - повышение надежности и достоверности вынесения суждений о наличии в исследуемой геоструктуре месторождений УВ.
Технический результат достигается следующим образом.
Система для регистрации эффекта индукционной вызванной поляризации (ИВП) при геоэлектроразведке содержит средство возбуждения (СВ) импульсного электромагнитного поля (ЭМП), средство измерения (СИ) эдс полного ЭМП в паузах между импульсами тока, к которому подключен процессор обработки данных, включающий модуль выделения из измеренного сигнала полного ЭМП осцилляции ИВП.
Отличительной особенностью системы является то, что СВ и СИ выполнены в виде одного совмещенного незаземленного приемопередающего замкнутого контура с ограниченной контуром площадью S, равной
где S0=(1÷4)×10 6 м2 при силе питающего тока 10 А,
а процессор обработки данных выполнен в виде последовательно соединенных вычислителя-измерителя, модуля выделения величины ИВП и модуля интерпретации данных. Причем вычислитель-измеритель реализует алгоритм регистрации после выключения питающего тока характеристики g(t,
(t)), определяемой выражением
где gc(t,) - переходная характеристика становления поля над неполяризуемой средой в зависимости от времени t и
удельного электрического сопротивления исследуемого слоя на постоянном токе;
g ивп(t,(t)) - характеристика ИВП за счет становления ЭМП,
модуль выделения величины ИВП выполнен с возможностью выделения величины gивп из g, а модуль интерпретации данных выполнен в виде вычислителя, реализующего алгоритм сравнения выделенной величины gивп с известными и/или теоретическими рассчитанными модельными величинами зависимости gивп от времени t для последующего вынесения суждения о наличии в исследуемом районе нефтегазовых месторождений и определения их контуров и глубины залегания.
При этом совмещенный приемопередающий замкнутый контур представляет собой незаземленную токовую петлю с радиусом при питающем токе 10 А от 1,0 до 2,0 км, предпочтительно с радиусом 1,5 км.
В частных случаях выполнения системы совмещенный приемопередающий замкнутый контур представляет собой прямоугольный незаземленный контур, или замкнутый незаземленный контур в виде параллелограмма, или замкнутый незаземленный контур любой другой конфигурации, ограничивающий площадь S=
S0.
Система также отличается тем, что модуль выделения величины ИВП выполнен в виде вычислительного блока, реализующего алгоритм выделения из измеренного сигнала g полного ЭМП осцилляции gивп путем вычитания из измеренной кривой зондирования ее осредненного по методу скользящего среднего значения на заданном интервале времени и последующего нормирования измеренных значений осцилляции на среднее значение измеренных сигналов в каждый момент времени.
В конкретных случаях использования процессор обработки данных выполнен на базе портативного персонального компьютера «Ноутбук», вход которого подключен к совмещенному приемопередающему контуру через коммутатор, соединенный с передатчиком-источником импульсного ЭМП.
На чертеже приведена общая структурная схема системы Небрата-Сочельникова для регистрации эффекта ИВП при геоэлектроразведке.
Система включает СВ 1 - приемопередающий контур импульсного ЭМП (токовая петля и т.п.), коммутатор 2 импульсного ЭМП, передатчик 3 и процессор 4 обработки данных в составе вычислителя-измерителя 5, модуля 6 выделения величины ИВП и модуля 7 интерпретации данных.
Работа системы, в основном, аналогична работе системы [1] и установок [2, 3] со спецификой, обусловленной наличием совмещенного приемопередающего незаземленного контура с магнитным моментом, характеризующим процесс становления поля и эффект ИВП. Передатчик 3 вырабатывает прямоугольные импульсы и через коммутатор 2 передает их на СВ 1. Приемопередающий контур 1 может быть выполнен в виде токовой петли с радиусом от 1,0 до 2,0 км, что при питающем контур 1 токе 10 А обеспечивает ЭДС становления, достаточную для надежного измерения сигнала ИВП. Аналогичные характеристики при выполнении условия (1) дают: прямоугольный незаземленный контур, или контур любой другой конфигурации, ограничивающий площадь, соответствующую выражению (1). После выключения питающего СВ 1 тока вычислитель-измеритель 5 процессора 4 реализует алгоритм регистрации переходных характеристик становления поля, определяемых выражением (2). Модуль 6 процессора 4 выделяет величину ИВП из полного ЭМП в паузах между импульсами питающего СВ 1 тока, реализуя алгоритм выделения из измеренного сигнала (2) полного ЭМП осцилляции ИВП путем вычитания из измеренной кривой зондирования ее осредненного по методу скользящего среднего значения на заданном интервале времени и последующего нормирования измеренных значений осцилляции на среднее значение измеренных сигналов в каждый момент времени. Поскольку в выражении (2) отсутствует классический эффект вызванной поляризации [8], то помехоустойчивость системы при регистрации переходных характеристик становления поля повышается.
Выполненный в виде вычислителя модуль 7 процессора 4 предназначен для интерпретации данных и реализует алгоритм сравнения выделенной модулем 6 величены ИВП с известными и/или теоретическими рассчитанными модельными величинами зависимости gивп от времени t для последующего вынесения суждения о наличии в исследуемом районе нефтегазовых месторождений и определения их контуров и глубины залегания.
В конкретных случаях использования процессор 4 обработки данных выполнен на базе портативного персонального компьютера «Ноутбук», вход которого подключен к совмещенному приемопередающему контуру 1 через коммутатор 2, соединенный с передатчиком 3 - источником импульсного ЭМП.
Примеры выполнения системы Небрата-Сочельникова показывают, что при петле радиусом от 1,0 до 2,0 км, питающем токе 10 А и реальных параметрах геоэлектрических разрезов (см. подробнее примечание в конце описания) наиболее предпочтительным является радиус петли 1,5 км (для любой другой конфигурации контура предпочтительным является значение ограниченной контуром площади 7×10 6 м2). При этом обеспечивается надежное измерение осцилляции ИВП (например, значения эдс превышают 1 
В при времени становления порядка 10 с), и чувствительность предложенной системы выше соответствующих значений прототипа и аналогов.
Таким образом, признаки предложенной системы обеспечивают технический результат: высокоразрешающую геоэлектроразведку за счет повышения помехозащищенности при регистрации измеренного полного ЭМП и эффекта ИВП незаземленным токовым контуром и, как следствие, - повышение надежности и достоверности вынесения суждений о наличии в исследуемой геоструктуре месторождений УВ.
ПРИМЕЧАНИЕ
Представляет интерес оценить необходимый радиус петли r и силу питающего тока I для обеспечения надежного измерения эдс ИВП 
ИВП на фоне спада эдс становления c на примере однородного полупространства с удельным электрическим сопротивлением и коэффициентом поляризуемости 
.
Примем обычный экспоненциальный закон спада исходной вызванной поляризации ехр(-
t). В соответствии с [8] формулы для электрического поля становления и ИВП имеют вид:
Здесь:
М=r2I - питающий момент,
, 
- безразмерные параметры (=4·10-7 Гн/м).
Используя представленные формулы, при =10 омм, =2%, =0.5, I=10 А и r=1500 м имеем следующие оценки:
Отсюда видно, что при силе питающего тока порядка 10 А для надежного измерения сигнала ИВП радиус приемно-передающей установки должен быть порядка 1500 м.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 17634 U1, 10.04.2001. (прототип).
2. RU 2094829 С1, 27.10.1997. (аналог).
3. RU 36534 U1, 10.03.2004. (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
4. RU 2260822 С1, 20.09.2005.
5. RU 14085 U1, 27.06.2000.
6. RU 17811 U1, 27.04.2001.
7. Сочельников В.В., Небрат А.Г. и др. Теория и практические возможности метода ЗСБ-ИВП при поисках нефти и газа. - Физика Земли, №6, 1994, с.56-57.
8. Сочельников В.В. Высокоразрешающая электроразведка. - Новороссийск: изд-во МГА им. адм. Ф.Ф.Ушакова, 2006, 41 с.
9. Небрат А.Г. Индуктивное возбуждение вызванной поляризации горных пород при прямых поисках месторождений нефти и газа. - Вестн. Моск. Ун-та, Сер. 4, Геология, 1990, №5, с.67-70.
10. RU 2095828 С2, 10.11.1997.
11. RU 2111514 C1, 20.05.1998.
12. SU 1122998 А1, 07.11.1984.
13. RU 2134893 С1, 20.08.1999.
14. RU 2226281 С2, 27.03.2004.
15. RU 2298210 С1, 27.04.2007.
1. Система для регистрации эффекта индукционной вызванной поляризации (ИВП) при геоэлектроразведке, содержащая средство возбуждения (СВ) импульсного электромагнитного поля (ЭМП), средство измерения (СИ) эдс полного ЭМП в паузах между импульсами тока, к которому подключен процессор обработки данных, включающий модуль выделения из измеренного сигнала полного ЭМП осцилляции ИВП, отличающаяся тем, что СВ и СИ выполнены в виде одного совмещенного незаземленного приемопередающего замкнутого контура с ограниченной контуром площадью S, равной S=S0, где S0=(1÷4)×10 6 м2 при силе питающего тока 10 А, а процессор обработки данных выполнен в виде последовательно соединенных вычислителя-измерителя, модуля выделения величины ИВП и модуля интерпретации данных, причем вычислитель-измеритель реализует алгоритм регистрации после выключения питающего тока характеристики g(t,(t)), определяемой выражением g(t,(t))=gc(t,)+gивп(t,(t)), где gc(t,) - переходная характеристика становления поля над неполяризуемой средой в зависимости от времени t и удельного электрического сопротивления исследуемого слоя на постоянном токе; g ивп(t,(t)) - характеристика ИВП за счет становления ЭМП, модуль выделения величины ИВП выполнен с возможностью выделения величины gивп из g, а модуль интерпретации данных выполнен в виде вычислителя, реализующего алгоритм сравнения выделенной величины gивп с известными и/или теоретическими рассчитанными модельными величинами зависимости gивп от времени t для последующего вынесения суждения о наличии в исследуемом районе нефтегазовых месторождений и определения их контуров и глубины залегания.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что совмещенный приемопередающий замкнутый контур представляет собой незаземленную токовую петлю с радиусом при питающем токе 10 А от 1,0 до 2,0 км, предпочтительно с радиусом 1,5 км.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что совмещенный приемопередающий замкнутый контур представляет собой прямоугольный незаземленный контур, или замкнутый незаземленный контур в виде параллелограмма, или замкнутый незаземленный контур любой другой конфигурации, ограничивающий площадь S=S0.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль выделения величины ИВП выполнен в виде вычислительного блока, реализующего алгоритм выделения из измеренного сигнала g полного ЭМП осцилляции gивп путем вычитания из измеренной кривой зондирования ее осредненного по методу скользящего среднего значения на заданном интервале времени и последующего нормирования измеренных значений осцилляции на среднее значение измеренных сигналов в каждый момент времени.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что процессор обработки данных выполнен на базе портативного персонального компьютера «Ноутбук», вход которого подключен к совмещенному приемопередающему контуру через коммутатор, соединенный с передатчиком-источником импульсного ЭМП.
