Система полной непрерывной морской электроразведки
Использование: разведочная геофизика, разведка полезных ископаемых на акваториях, включая месторождения углеводородов. Сущность: исключение магнитотеллурических помех из системы-прототипа [1]. К основной измерительной линии (ИЛ) система снабжена одной дополнительной (или несколькими) ИЛ, позволяющими выделять напряженность теллурического поля, а процессор обработки данных выполнен с возможностью выделения осцилляции индукционной вызванной поляризации (ИВП) и вторичного сейсмоэлектрического эффекта (ВСЭ) по измерениям напряженности поля различных ИЛ. Технический результат: повышение надежности и достоверности интерпретации измерительной информации путем реализации системы полной непрерывной электроразведки, включающей комплекс технологий магнитотеллурического зондирования, ИВП и ВСЭ, а также повышение глубинности разведки. 1 с.и 5 з.п. ф-лы, 1 фиг.
Техническое решение относится к конструктивному выполнению средств морской разведочной геофизики, а именно - к средствам геоэлектроразведки методом поляризации и методом зондирования становлением в ближней зоне. Система может быть использована при изучении геоэлектрического разреза и при разведке месторождений полезных ископаемых, включая месторождения углеводородов.
Известны устройства [6, 7, 9-13] для проведения геоэлектроразведки методом зондирования становлением электромагнитного поля в ближней зоне (ЗСБ). Работа устройств ЗСБ основана [6, 9] на изучении переходных процессов, происходящих в слоях Земли при искусственном возбуждении поля прямоугольными импульсами постоянного тока и включает следующие операции: возбуждение импульсного электрического поля (ЭП) а измерения переходного процесса в паузах между импульсами тока. О геологическом строении судят по кривой становления поля, которая после специальной обработки [6, 7, 9] представляется в форме геоэлектрического разреза. Конструкция известных систем геоэлектроразведки [3, 5, 6, 10, 11], реализующих метод ЗСБ, включает средство возбуждения ЭП, средство измерения напряженности полного поля в паузах между импульсами тока и соединенный с ним блок обработки данных (и/или ЭВМ). В ряде случаев устройства [5, 6, 9-11] метода ЗСБ электроразведки или его модификации (см. например [2-5]) однако недостаточно помехоустойчивы или не
обладают достаточной информативностью (либо достаточной разрешающей способностью) для корректной реализации прямых (и непрерывных) методов разведки полезных ископаемых.
Помехозащищенность геоэлектроразведки может быть повышена путем специальной обработки сигнала переходного процесса (усиление, интегрирование на временном интервале, использование статистически обработанных измерений [3]), либо путем специальной методики многоканальных измерений с поканальным и межканальным группированием сигналов [5-7, 11]. Однако существующие методы борьбы с помехами, реализуемые в устройствах типа [2, 9-11], тем не менее, не позволяют достичь требуемой достоверности прогнозирования залегания полезных ископаемых (в том числе углеводородов) вследствие недостаточной разрешающей способности, информативности, а также недостаточно эффективных методов обработки сигналов [2, 3]. Кроме того, такие устройства не учитывают эффектов, приводящих к осцилляциям переходных характеристик, которые могут, как показали исследования [1-3, 5], повысить информативность и достоверность электроразведки.
Устранение указанных недостатков осуществлено в системе геоэлектроразведки [1], принятой за прототип.
Конструктивное выполнение системы [1] основано на экспериментально установленном и теоретически обоснованном (Сочельников В.В., Небрат А.Г. [2-7]) свойстве зондирующего электромагнитного поля, заключающемся в том, что вызванная поляризация обусловливается двумя составляющими: процессом вызванной поляризации (ВП) и индукционной вызванной поляризацией (ИВП), а осцилляции переходных характеристик при ЗСБ определяются тремя эффектами [3, 6]: изменением ВП и ИВП во времени и сейсмоэлектрическим эффектом [8], возникающим в результате электрического удара при резком выключении тока большой силы. Каждый из этих трех эффектов несет информацию о
геологическом разрезе и требует частотного выделения осцилляции для наиболее эффективной интерпретации данных электроразведки [3].
Система электроразведки [1] включает средство возбуждения импульсного электрического поля (ЭП), средство измерения (СИ) напряженности полного ЭП в паузах между импульсами тока, к которому подключен процессор обработки данных (ОД), причем процессор ОД выполнен с возможностью выделения из напряженности полного ЭП регистрируемых осцилляции 1) напряженности ЭП ИВП Е ивп, рeг в полосе частот 0,2-0,5 Гц и 2) напряженности вторичного сейсмоэлекрического эффекта (ВСЭ) Е всэ, peг в полосе 2-30 Гц, а также с возможностью сравнительного анализа величины Еивп, peг с теоретически рассчитываемой величиной Еивп и величины Евсэ, peг с теоретически рассчитываемой зависимостью Евсэ.
Система [1], основанная на технологии ЗСБ-ИВП дает дополнительную, а часто и определяющую информацию о глубинной структуре георазреза и наличии залежей, включая месторождения углеводородов. Разрешающая способность и информативность технологии ЗСБ-ИВП при прямых методах разведки полезных ископаемых адекватна сейсморазведке, а одновременная обработка данных путем анализа полного поля и его осцилляции в различных частотных диапазонах повышает надежность интерпретации измерений.
Недостатком системы [1] является то, что при измерениях не учитываются магнитотеллурические помехи, ограничивающие уровень полезного сигнала и, тем самым, глубину исследуемой структуры [2, 4].
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании непрерывной морской электроразведки, которая обеспечила бы потенциально возможную разрешающую способность и высокую геологическую информативность метода ЗСБ - ИВП в реализации фактически ПОЛНОЙ ПО ЧИСЛУ ИЗМЕРЯЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ
СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОЙ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ, включающей комбинацию технологий магнитотеллурического зондирования (МТЗ) [3, 4], ИВП [1, 2] и ВСЭ [1, 8].
Основной технический результат - повышение надежности и достоверности интерпретации измерительной информации при обеспечении оптимальной помехозащищенности синергетического комплекса МТЗ- ИВП-ВСЭ для вынесения суждения о наличии в исследуемом районе нефтегазовых месторождений и определения их контуров и глубины залегания. При этом повышается глубинность электроразведки за счет выделения более низкого полезного высокоразрешающего сигнала ИВП и ВСЭ от верхних слоев, а комплексная технология МТЗ-ИВП-ВСЭ экономически более эффективна, чем методика, используемая в системе-прототипе [1].
Технический результат достигается следующим образом. Система непрерывной морской электроразведки включает средство возбуждения (СВ) импульсного электрического поля (ЭП), средство измерения (СИ) напряженности полного ЭП в паузах между импульсами тока, к которому подключен процессор обработки данных (ОД), причем процессор выполнен с возможностью выделения из напряженности полного ЭП регистрируемых осцилляции 1) напряженности ЭП индукционной вызванной поляризации (ИВП) Еивп, peг в полосе частот 0,2-0,5 Гц и 2) напряженности вторичного сейсмоэлектрического эффекта (ВСЭ) Евсэ, peг в полосе частот 2-30 Гц, а также с возможностью сравнительного анализа значений Е ивп, peг и Евсэ, peг с теоретически рассчитываемыми значениями Еивп и Е всэ. При этом СВ импульсного ЭП выполнено в виде дипольной многоканальной установки с применением линейных электродов, а СИ выполнено в виде группы приемников полного ЭП, размещенных в точках наблюдения на заданной линии профиля. Процессор включает модуль выделения осцилляции (ВО), первый фильтр с полосой пропускания 0,2-0,5 Гц, второй фильтр с полосой пропускания 2-30 Гц, первый и второй модули
сравнительного анализа (СА) а также модуль интерпретации данных (ИД), причем выход модуля ВО подключен к входам первого и второго фильтров, выходы фильтров подключены соответственно к входам первого и второго модулей СА, а выходы модулей СА подключены к второму и третьему входам модуля ИД, первый вход которого подключен к выходу СИ.
Основной отличительной особенностью системы является то, что система выполнена с возможностью измерения по профилю наблюдений геоэлектрического поля и его вариаций основной измерительной линией (ИЛ) M 0N0 и, по крайней мере, одной дополнительной ИЛ M1N1, размещенной вдоль основной ИЛ и смещенной на соизмеримое с каждой ИЛ расстояние M0M1, а также с возможностью выделения напряженности теллурического поля Е т по результатам измерений Е(M0N 0) в каждой паре ИЛ M0N 0 и M1N1 в соответствии с выражением
где Ет(Х) - напряженность теллурического поля в точке X;
Х - расстояние от начальной точки профиля наблюдений;
E(M0N 0), E(M1N1) - напряженности ЭП, измеряемые ИЛ M0N 0 и M1N1 в зависимости от расстояния X, которые смещены на расстояние M 0M1;
M0 M1 - расстояние смещения ИЛ M 1N1 относительно ИЛ M 0N0.
Процессор выполнен с возможностью выделения осцилляции ИВП и ВСЭ из соотношения:
где Еивп, рег - напряженность ЭП ИВП;
Евсэ, рег - напряженность поля ВСЭ.
Причем СИ выполнено в виде основной ИЛ M 0N0 и группы ИЛ M nNn из n (n=1, 2,...) приемников-измерителей значений E(M0N0), E(MnNn) и [E(M n+1Nn+1)-E(Mn Nn)], размещенных на профиле наблюдений вдоль основной ИЛ M0N0 и смещенных относительно друг друга на расстояния M nMn+1, соизмеримые с длиной M nNn каждой ИЛ. Процессор ОД дополнительно включает блок вычисления (БВ) значений (Еивп +Евсэ) и блок вычисления напряженности теллурического поля Ет (БВТ), при этом подключенный к первому выходу СИ первый вход процессора является первым входом модуля ВО, подключенный к второму выходу СИ второй вход процессора является входам БВ, первый и второй выходы БВ подключены соответственно к второму входу модуля ВО и первому входу блока БВТ, второй вход которого подключен к первому входу процессора ОД, а четвертый и пятый входы модуля ИД подключены соответственно к выходу блока БВТ и второму входу процессора ОД.
Кроме того, система отличается тем, что модуль ВО выполнен в виде вычислительного блока, реализующего алгоритм выделения из измеренных сигналов Е(M0N 0), Е(MnNn) и [E(Mn+1Nn+1)-E(M nNn)] осцилляции Е ивп, peг и Евсэ, peг путем вычитания из измеренной кривой зондирования в заданной точке профиля наблюдения 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.
Отличием системы также является то, что первый модуль СА выполнен в виде вычислителя, реализующего сравнение регистрируемой величины Еивп.рег с теоретически рассчитываемой величиной зависимости Еивп (t, 
(t), Ест) от времени t, удельного электрического сопротивления (t), обусловленного процессом вызванной поляризации при выключении тока, и переходной характеристики Е ст становления поля над неполяризуемой средой, а второй модуль СА выполнен в виде вычислителя, реализующего
сравнение регистрируемой величины Евсэ, peг с теоретически рассчитываемой зависимостью Евсэ(
) от плотности вторичных электрических зарядов .
Отличительной особенностью, кроме того, является то, что модуль ИД выполнен с возможностью отображения результатов обработки данных на графических и/или цифровых временных геолектрических разрезах в виде следующих величин: 1) полного поля Е(M 0N0) и/или E(Mn Nn), 2) осцилляции Еивп, рег, 3) осцилляции Евсэ, рег, 4) значений Ет и 5) значений [E(M 1N1)-E(M0N 0)] и/или [E(Mn+1N n+1)-E(MnNn )] с целью вынесения суждения о наличии в исследуемом районе нефтегазовых месторождений и определения их контуров и глубины залегания.
В конкретных случаях использования системы процессор ОД выполнен на базе портативного персонального компьютера «Ноутбук», вход которого подключен к СИ.
На чертеже приведены: а) схема проведения морской электроразведки с судна (при n=1); б) общая конструктивная схема системы полной непрерывной морской электроразведки.
Система электроразведки содержит средство 1 возбуждения СВ импульсного ЭП, средство измерения СИ 2, включающее приемники-измерители 3 и 4, процессор ОД 5, БВ 6, БВТ 7, модуль ВО 8, первый фильтр 9, второй фильтр 10, первый модуль СА 11, второй модуль СА 12 и модуль 13 ИД.
Работа системы иллюстрируется следующим примером.
Над известной по сейсмическим данным углеводородной структурой средство возбуждения СВ 1 вырабатывает прямоугольные импульсы длительностью 1-3 с. СИ 2, выполненное в виде приемников-измерителей 3 и 4 полного поля, размещенных в точках наблюдения ИЛ M0N 0 и M1N1 (M nNn), регистрирует значения напряженности Е(M0N0), Е(M nNn) и [E(M1 N1)-E(M0N 0)], [E(Mn+1Nn+1 )-E(MnNn)], которые поступают на входы процессора ОД 5, выполненного на базе портативного компьютера
"Ноутбук", вход которого подключен к СИ 2. Значения измеренных напряженностей поступают на вход модуля ВО 8 и БВ 6 соответственно. БВ 6 вычисляет значения (Е ивп, peг+Евсэ, peг) в соответствии с выражением (2), по которым БВТ 7 определяет напряженность Е т теллурического поля в соответствии с выражением (1). На входы модуля ВО 8 поступают значения напряженности полного поля и значения (2), который выделяет осцилляции ИВП и ВСЭ путем вычитания из измеренной кривой зондирования в заданной точке профиля наблюдения 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 фильтрах 9 и 10 соответственно в полосах частот 0,2-0,5 Гц и 2-30 Гц выделяются сигналы осцилляции Еивп, peг и Евсэ, peг , которые с выходов фильтров 9 и 10 поступают на входы модулей 11 и 12 сравнительного анализа, в которых значения Е ивп, peг сравниваются с теоретически рассчитываемой по выражению Еивп (t, (t), Ест) величиной Е ивп аналогично [1, 3], где t - время измерения, - удельное электрическое сопротивление, обусловленное процессом ВП при выключении тока, а Ест - характеристика становления поля над неполяризованной средой. Значения Евсэ, peг сравниваются с теоретически рассчитываемой зависимостью Евсэ() от плотности вторичных электрических зарядов [1]. Сигналы с выходов СИ 2 поступают на входы А, Д модуля ИД 13, а с выходов модулей СА 11 и 12 и выхода БВТ 7 -соответственно на входы Б, В и Г модуля ИД 13. Модуль ИД 13 дает возможность отображения результатов обработки данных на графических и/или цифровых временных геолектрических разрезах в виде следующих величин: 1) полного поля Е (M0N 0) и/или E(MnNn ), 2) осцилляций Еивп, рег, 3) осцилляций Евсэ, рег, 4) значений Е т и 5) значений [E(M1N 1)-E(M0N0)] и/или [E(Mn+1Nn+1 )-E(MnNn)] с целью вынесения суждения о наличии в исследуемом районе нефтегазовых месторождений и определения их контуров и глубины залегания.
Таким образом, реализация комплексной технологии МТ3-ИВП - ВСЭ позволяет осуществить ПОЛНУЮ НЕПРЕРЫВНУЮ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКУ, используя синергию различных технологий и исключая нежелательные магнитотеллурические помехи. Обладая всеми достоинствами известной системы-прототипа, предложенное техническое решение позволяет оптимизировать помехозащищенность системы, повысить глубинность электроразведки и ее экономичность.
Предложенная система представляет оператору ПОЛНЫЙ НАБОР величин, включая аномальные значения графиков ИВП и ВСЭ, которые непосредственно указывают на вероятность заполнения ловушки, например, флюидами, и структуру осадочных толщ с выделением в них аномальных геоэлектрических объектов.
Использование системы полной электроразведки, базирующейся на комплексной технологии МТЗ-ИВП-ВСЭ, в практике морских работ в Черном и Азовском морях в 2000, 2006-2008 г.г. подтвердило высокую, адекватную сейсморазведке геологическую информативность при поисках нефти и газа.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 14085 U1, 27.06.2000 (прототип).
2. RU 67732 U1, 27.10.2007 (аналог).
3. Сочельников В.В. Высокоразрешающая электроразведка. -Новороссийск: изд-во МГА им. Адм. Ф.Ф.Ушакова, 2006, 41 с.(аналоги).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
4. RU 2065183 C1, 10.08.1996.
5. RU 2094829 C1, 27.10.1997.
6. Сочельников В.В., Небрат А.Г. и др. Теория и практические возможности метода ЗСБ - ИВП при поисках нефти и газа. - физика Земли, N6, 1994, c.54-56.
7. Небрат А.Г. Индуктивное возбуждение вызванной поляризации горных пород при прямых поисках нефти и газа. - Вести. Моск. Ун-та, Сер.4, Геология, 1990, N5, с.67-70.
8. Сочельников В.В., Небрат А.Г. Теоретические оценки сейсмоэлектрического эффекта. - Геофизика, 1997, N2, с.28-38.
9. Электроразведка: Справочник геофизика. - М.: Недра, 1980, с.329-355, 402-406.
10. RU 2111514 C1, 20.05.1998.
11. RU 2134893 C1, 20.08.1999.
12. RU 36534 U1, 10.03.2004.
13. RU 63071 U1, 10.05.2007.
1. Система непрерывной морской электроразведки, включающая средство 1 возбуждения (СВ) импульсного электрического поля (ЭП), средство 2 измерения (СИ) напряженности полного ЭП в паузах между импульсами тока, к которому подключен процессор 5 обработки данных (ОД), причем процессор 5 выполнен с возможностью выделения из напряженности полного ЭП регистрируемых осцилляции 1) напряженности ЭП индукционной вызванной поляризации (ИВП) Е ивп, рег в полосе частот 0,2-0,5 Гц и 2) напряженности вторичного сейсмоэлектрического эффекта (ВСЭ) Е всэ, рег в полосе частот 2-30 Гц, а также с возможностью сравнительного анализа значений Еивп, рег и Евсэ, рег с теоретически рассчитываемыми значениями Еивп и Евсэ , при этом СВ 1 импульсного ЭП выполнено в виде дипольной многоканальной установки с применением линейных электродов, а СИ 2 выполнено в виде группы приемников полного ЭП, размещенных в точках наблюдения на заданной линии профиля, процессор 5 включает модуль 8 выделения осцилляции (ВО), первый фильтр 9 с полосой пропускания 0,2-0,5 Гц, второй фильтр 10 с полосой пропускания 2-30 Гц, первый и второй модули 11 и 12 сравнительного анализа (СА) а также модуль 13 интерпретации данных (ИД), причем выход модуля 8 ВО подключен к входам первого и второго фильтров 9 и 10, выходы фильтров 9 и 10 подключены соответственно к входам первого и второго модулей 11 и 12 СА, а выходы модулей СА подключены к второму и третьему входам модуля 13 ИД, первый вход которого подключен к выходу СИ 2, отличающаяся тем, что система выполнена с возможностью измерения по профилю наблюдений геоэлектрического поля и его вариаций основной измерительной линией (ИЛ)M0 N0 и, по крайней мере, одной дополнительной ИЛ M1N1, размещенной вдоль основной ИЛ и смещенной на соизмеримое с каждой ИЛ расстояние M0M1, а также с возможностью выделения напряженности теллурического поля Е т по результатам измерений Е (M0N 0) в каждой паре ИЛ M0N 0 и M1N1 в соответствии с выражением
где Ет(Х) - напряженность теллурического поля в точке X;
Х - расстояние от начальной точки профиля наблюдений;
E(M0N 0), E(M1N1) - напряженности ЭП, измеряемые ИЛ M0N 0 и M1N1 в зависимости от расстояния X, которые смещены на расстояние M 0M1;
M0 M1 - расстояние смещения ИЛ M 1N1 относительно ИЛ M 0N0,
а процессор 5 выполнен с возможностью выделения осцилляции ИВП и ВСЭ из соотношения
где Еивп, рег - напряженность ЭП ИВП;
Евсэ, рег - напряженность поля ВСЭ,
причем СИ 2 выполнено в виде основной ИЛ M 0N0 и группы ИЛ M nNn из n (n=1,2,...) приемников- измерителей 3 и 4 значений E(M0N 0), E(MnNn) и [E(Mn+1Nn+1)-E(M nNn)], размещенных на профиле наблюдений вдоль основной ИЛ M0N0 и смещенных относительно друг друга на расстояния M nMn+1, соизмеримые с длиной M nNn каждой ИЛ, процессор 5 ОД дополнительно включает блок 6 вычисления (БВ) значений (Еивп +Евсэ) и блок 7 вычисления напряженности теллурического поля Ет (БВТ), при этом подключенный к первому выходу СИ 2 первый вход процессора 5 является первым входом модуля 8 ВО, подключенный к второму выходу СИ 2 второй вход процессора 5 является входам БВ 6, первый и второй выходы БВ 6 подключены соответственно к второму входу модуля ВО 8 и первому входу блока 7 БВТ, второй вход которого подключен к первому входу процессора 5 ОД, а четвертый и пятый входы модуля 13 ИД подключены соответственно к выходу блока 7 БВТ и второму входу процессора 5 ОД.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль 8 ВО выполнен в виде вычислительного блока, реализующего алгоритм выделения из измеренных сигналов Е(M 0N0), E(MnN n) и [E(Mn+1Nn+1 )-E(MnNn)] осцилляции Еивп, рег и Евсэ, рег путем вычитания из измеренной кривой зондирования в заданной точке профиля наблюдения 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.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что первый модуль 11 СА выполнен в виде вычислителя, реализующего сравнение регистрируемой величины Еивп, рег с теоретически рассчитываемой величиной зависимости Еивп (t, (t). Ест) от времени t, удельного электрического сопротивления (t), обусловленного процессом вызванной поляризации при выключении тока, и переходной характеристики Е ст становления поля над неполяризуемой средой, а второй модуль 12 СА выполнен в виде вычислителя, реализующего сравнение регистрируемой величины Евсэ, рег с теоретически рассчитываемой зависимостью Евсэ() от плотности вторичных электрических зарядов 5.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль 13 ИД выполнен с возможностью отображения результатов обработки данных на графических и/или цифровых временных геолектрических разрезах в виде следующих величин: 1) полного поля Е(M0N 0) и/или E(MnNn ), 2) осцилляции Еивп, рег, 3) осцилляции Евсэ, рег 4) значений Е т и 5) значений [E(M1N 1)-E(M0N0)] и/или [E(Mn+1Nn+1 )-E(MnNn)] с целью вынесения суждения о наличии в исследуемом районе нефтегазовых месторождений и определения их контуров и глубины залегания.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что процессор 5 ОД выполнен на базе портативного персонального компьютера «Ноутбук», вход которого подключен к СИ 2.
