Способ геоэлектроразведки и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области геофизики, а именно к геофизическим методам поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, и может быть использовано для исследования флюидонасыщенных горных пород. Заявлен способ геоэлектроразведки, в котором вдоль ствола скважины проводят регистрацию электрических характеристик породы, включающих кажущееся электрическое сопротивление, естественную и вызванную поляризации породы, при этом для каждой точки измерений регистрируют: значения для этих характеристик без акустического и электромагнитного воздействий на породу; значения для этих характеристик при акустическом воздействии на породу; значения для этих характеристик при воздействии переменным электрическим током на породу; значения для этих характеристик с учетом акустического и воздействия электрическим током на породу; затем определяют физико-химические свойства породы в каждой точке измерений на основе разностей значений для характеристик породы, зарегистрированных в одной точке измерений. В отличие от прототипа нижнюю границу частот акустического воздействия выбирают из инфранизкого диапазона, а верхнюю – не более 1000 Гц. Технический результат – повышение информативности результатов геоэлектроразведки. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области геофизики, а именно к геофизическим методам поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, и может быть использовано для исследования флюидонасыщенных горных пород.

Уровень техники

Известен способ геоэлектроразведки, выбранный за прототип и описанный в диссертации Соботки Ю.Г. (Заглавие «Методы акустической стимуляции электрофизических процессов при исследовании флюидонасыщенных горных пород: автореферат дис. кандидата геолого-минералогических наук: 04.00.12», Ивано-Франковск, 1992). Известный способ характеризуется следующими операциями: измеряют значения первых информационных параметров без акустического воздействия на породу КС, ПС, ВП и релаксацию ВП (времени ,Тсп, спада ВП от максимума до нулевого значения после отключения зарядного импульса напряжения), затем измеряют значения вторых информационных параметров с акустическим воздействием на породу, находят разность между первыми и вторыми значениями с получением третьих информационных параметров. По аномалиям первых, вторых и третьих значений в разрезе скважины определяют место расположения продуктивных коллекторов, а по величине третьих значений, полученных в месте расположения продуктивных коллекторов определяют тип флюида в коллекторе.

Однако известных метод характеризуется следующими недостатками. В открытых скважинах после бурения находится промывочная жидкость, которая проникает в коллектор иногда на расстояние по радиусу до 2-3 м. В прототипе проводят измерения на высокой частота акустического воздействия, равной 15-30 кГц. На таких частотах наблюдается затухание акустических волн, при котором акустическое воздействие на расстоянии 0.3-0,5 м становится равным нулю. Это приводит к ошибкам в интерпретации результатов геофизических исследований скважин и недостоверным геофизическим заключениям из-за невозможности прототипа провести измерения с акустическим воздействием на неповрежденную раствором зону, которая может находиться на расстоянии 1.5-7.0 м от стенки скважины. Помимо этого, ультразвуковые излучатели, использованные в прототипе, имеют большую стоимость, сложны и при работе на глубинах нескольких километров и питании с поверхности по геофизическому кабелю являются крайне энергозатратными приборами. Помимо этого, увеличение радиуса действия акустического воздействия на частотах прототипа теоретически возможно путем увеличения мощности излучения на порядок, но это приведет к увеличению стоимости способа на 2 порядка с одной стороны, а с другой стороны все же не может обеспечить повышения достоверности геофизических заключений из-за возможного нарушения структуры коллектора и изменения размера промытой зоны.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании способа геоэлектроразведки, обладающего большей контрастностью, достоверностью заключений, а также сниженными финансовыми и энергетическими затратами.

Технический результат - повышение информативности результатов геоэлектроразведки.

Технический результат достигается за счет способа геоэлектроразведки, в котором вдоль ствола скважины проводят регистрацию электрических характеристик породы, включающих кажущееся электрическое сопротивление, естественную и вызванную поляризацию породы, при этом для каждой точки измерений регистрируют:

- значения для этих характеристик без акустического и электромагнитного воздействия на породу,

- значения для этих характеристик при акустическом воздействии на породу,

- значения для этих характеристики при воздействии переменным электрическим током на породу,

- значения для этих характеристик с учетом акустического и воздействия электрическим током на породу,

затем определяют физико-химические свойства породы в каждой точке измерений на основе разностей значений для характеристик породы, зарегистрированных в одной точке измерений. В отличие от прототипа, нижнюю границу частот акустического воздействия выбирают из инфранизкого диапазона, а верхнюю - не более 1000 Гц, при этом устанавливают равными или различными частоты для акустического и электромагнитного воздействия, либо устанавливают различными мощности для акустического и электромагнитного воздействия.

При указанном выборе частот обеспечивается значимое акустическое воздействие на расстоянии от стенки скважины до 5-7 метров внутрь горной породы.

В частности, физико-химические свойства породы указывают на характер вмещающего флюида в коллекторах скважины.

В частности, регистрацию первых, вторых, третьих и четвертых характеристик для породы проводят поочередно.

В частности, длительности акустического и воздействия электрическим током различны.

Технический результат достигается за счет устройства для осуществления заявленного способа геоэлектроразведки, устройство включает каротажный зонд, на котором размещены излучающие и приемные электроды, генератор, блок измерения электрических характеристик, блок управления и микроконтроллер. В отличие от прототипа, устройство дополнительно включает электромеханическое ударное устройство, которое выполнено с возможностью акустического воздействия на исследуемую среду в зоне измерения ее электрических характеристик и двумя дополнительными излучающими электродами с блоком воздействия переменным электрическим током на породу, подключенным к дополнительным излучающим электродам, выполненными с возможностью воздействия переменным электрическим током на исследуемую среду в зоне измерения ее электрических характеристик.

В частности, электромеханическое ударное устройство размещено между приемными электродами симметрично относительно приемных электродов.

В частности, дополнительные излучающие электроды выполнены с возможностью перемещения по каротажному зонду.

В частности, корпус электромеханического ударного устройства выполнен герметичным.

В частности, корпус электромеханического ударного устройства выполнен из прозрачного для электромагнитного излучения материала.

В частности, внутри корпуса электромеханического устройства размещены электромагнитная катушка, подключенная к генератору импульсов тока, возвратная пружина, ось, способная втягиваться в катушку при подаче на катушку электрического импульса и жестко связанный с ней ударный груз.

В частности, свободный конец ударного груза выполнен с возможностью точечного контакта с корпусом при ударе.

Настоящее изобретение проиллюстрировано одной фигурой, на которой представлена схема устройства для осуществления заявленного способа геоэлектроразведки.

Осуществление изобретения

Рассмотрим более детальное осуществление заявленного способа геоэлектроразведки.

Вдоль ствола скважины несколько раз опускают устройство геоэлектроразведки и регистрируют четыре набора значений для характеристик породы, каждое из которых получено при попеременном или совместном оказании акустического и электромагнитного воздействия на породу или без такового воздействия.

С целью получения достоверных значений для характеристик, и как следствие, увеличения информативности, для акустического воздействия выбирают нижнюю границу частот акустического воздействия из инфранизкого диапазона, а верхнюю - не более 1000 Гц. Это позволяет получать значения характеристик с увеличенной дальностью - до 5-7 метров внутрь породы, залегающей в пространстве за стенкой скважины. Использование порядковых числительных при описании значений характеристик породы указывает на предпочтительный порядок получения этих характеристик с использованием или без использования предлагаемых воздействий на породу.

Так, характеристики, значения для которых зарегистрированы без акустического и электромагнитного воздействия на породу, назовем первыми. Далее, характеристики, зарегистрированные с акустическим воздействием - вторыми, разность между первыми значениями и вторыми - третьими характеристиками.

Дополнительно в целях повышении информативности после операции измерений с акустическим воздействием проводят измерения без акустического воздействия, но с воздействием на породу переменным электрическим током, и получают значения четвертых информационных характеристик. Затем находят разности между первыми и четвертыми значениями и получают значения пятых информационных характеристик. По аномалиям значений четвертых и пятых характеристик в разрезе скважины по вертикали уточняют местоположение продуктивных пластов. а по величине пятого значения определяют характер вмещающего флюида. По величинам всех информационных характеристик - петрофизические свойства коллектора. Так, становится возможной интерпретация, базирующаяся суммарно на 20 видах информационных характеристик.

Затем проводят измерения при одновременном акустическом воздействии и воздействии переменным электрическим током. Получают значения шестых информационных характеристик. Находят разность между первыми значениями и шестыми и получают при этом значения седьмых информационных характеристик. А по аномалиям пятых и шестых значений уточняют местоположение продуктивного пласта. По величине седьмых значений, измеренных в зоне продуктивного пласта определяют характер вмещающего флюида.

В целях повышения информативности и достоверности выводов о петрофизических свойствах продуктивных коллекторов по крайней мере в одной точке в месте расположения установленного ранее продуктивного коллектора проводят измерения электрических характеристик без акустического и воздействия переменным электрическим током на породу, с получением значений для восьмых характеристик, после чего измеряют в этой же точке те же самые электрические характеристики при различных частотах в широком диапазоне частот - от инфранизких частот до гигагерц При этом получают значения девятых информационных характеристик. Находят разность между значениями восьмых и девятых характеристик с получением десятых характеристик. По характеру кривой на графике зависимости значений десятых характеристик от частоты определяют петрофизические свойства породы коллектора, характер вмещающего флюида и частоты, при которых значения КС, ВП, ПС, Тсп максимальны. Получаем, соответственно, значения для одиннадцатой, двенадцатой, тринадцатой и четырнадцатой характеристики.

В целях повышения точности определения местоположения продуктивного коллектора, информативности определения петрофизических свойств продуктивного коллектора и характера вмещающего флюида проводят последовательно измерения электрических характеристик по стволу скважины только с воздействием переменным электрическим током при фиксированных значениях частот, соответствующих значениям одиннадцатой, двенадцатой, тринадцатой и четырнадцатой характеристики. Получают пятнадцатое, шестнадцатое, семнадцатое и восемнадцатое значения. Между этими значениями и первым значением находят разности. Получают девятнадцатое, двадцатое, двадцать первое и двадцать второе значения. По контрастности этих значений в разрезе скважины и по их величие определяют местоположение продуктивного пласта и характер вмещающего флюида.

С целью уменьшения погрешностей, обусловленных наличием зоны, промытой буровым раствором, измерения проводят при различных мощностях электрического воздействия. Получают двадцать третью, двадцать четвертую, двадцать пятую и двадцать шестую характеристики. По характеру зависимости этих значений от мощности уточняют характер вмещающего флюида и петрофизические свойства породы.

После определения местоположения продуктивного коллектора в одной точке продуктивного пласта производят измерения без какого-либо воздействия и получают значения для двадцать седьмой характеристики, после этого производят измерения КС, ВП, ПС, Тсп при различных значениях частоты акустического воздействия на породу. Получают значения для двадцать восьмой, двадцать девятой, тридцатой и тридцать первой характеристики. Находят разницу между этими значениями и значением двадцать седьмой характеристики. Получают тридцать вторую, тридцать третью, тридцать четвертую. тридцать пятую характеристику. Затем определяют частоты, на которых эти значения максимальны. Получают тридцать шестую, тридцать седьмую, тридцать восьмую и тридцать девятую характеристику. После этого измеряют значения всех электрических характеристик по стволу последовательно при фиксированных значениях частоты соответствующих 36-39 значениях. Получают сороковую, сорок первую. сорок вторую и сорок третью характеристику. Находят разность между их значениями и первыми значениями. Получают значения для сорок четвертой, сорок пятой, сорок шестой и сорок седьмой характеристики. По контрастности их значений в разрезе скважины и по их величине в зоне продуктивного коллектора определяют петрофизические свойства и характер вмещающего флюида.

Рассмотрим более детально работу устройства, предназначенного для осуществления заявленного способа геоэлектроразведки.

Устройство, реализующее предложенный способ работает следующим образом: каротажный зонд 1 опускают в скважину на геофизическом кабеле с помощью которого подают с поверхности питание на электронные блоки, размещенные в металлическом герметичном корпусе, и передают на поверхность результаты измерений. В корпусе размещены генератор 2, блок измерения 3, блок управления 4, микроконтроллер 5, блок электромагнитного воздействия на породу 6. Каротажный зонд 1 выполнен в виде полого, герметичного стержня, сделанного из диэлектрического материала. На стержне размещены излучающие электроды 7 и 8, измерительные электроды 9 и 10, и дополнительные электроды 11 и 12, посредством которых осуществляется электромагнитное воздействие на породу при измерении ее электрических характеристик. Между электродами 9 и 10 в полости стержня размещен блок акустического воздействия 13, в корпусе которого установлены электромагнитная катушка 14, ось 15, ударный груз 16. После спуска зонда 1, с поверхности подается питание на электронные блоки. Затем наземным прибором, типа Вулкан (или др.) на блок управления 4, с использованием программы задается один из перечисленных в формуле изобретения режимов.

Рассмотрим вариант измерения электрических характеристик породы при одновременном акустическом и электромагнитном воздействии на породу. Блок управления 4 в соответствии с заданным с поверхности алгоритмом обеспечивает подачу от генератора 2 на излучающие электроды 7 и 8 знакопеременный импульсный сигнал с заранее заданными длительностью, скважностью и амплитудой импульса. Ток стабилизирован, а его величина может изменяться от 0.1 А до 0.8 А. Одновременно к измерительным электродам 9 и 10 подключается блок измерения 3, который измеряет падение напряжения на электродах 9 и 10 во время прохождения импульса (длительность 15-40 мсек). После затухания импульса тока блок измерения 3 измеряет спад напряжения на электродах 9 и 10 в 25 точках от максимума до нуля. Одновременно с подачей импульсного электрического сигнала на электроды 7 и 8 блок управления 4 обеспечивает включение блоков электромагнитного 6 и акустического 13 воздействия. При этом на дополнительные электроды 11 и 12 подается переменное напряжение с амплитудой от 5 до 100 вольт, а на катушку 14 блока акустического воздействия 13 от генератора 2 подается импульсный электрический сигнал. При подаче импульса на катушку 14 ось 15 с прикрепленным к ее нижнему концу ударным грузом 16 втягивается, сжимая возвратную пружину. После окончания импульса возвратная пружина резко отталкивает ось, а ударный груз 16 ударяет о дно корпуса блока 13, тем самым создавая акустическое воздействие на породу. Все результаты измерений передаются по геофизическому кабелю на поверхность, где производится обработка и вычисление электрических характеристик.

1. Способ геоэлектроразведки, в котором вдоль ствола скважины проводят регистрацию электрических характеристик породы, включающих кажущееся электрическое сопротивление, естественную и вызванную поляризации породы, при этом для каждой точки измерений регистрируют:

- значения для этих характеристик без акустического и электромагнитного воздействий на породу,

- значения для этих характеристик при акустическом воздействии на породу,

- значения для этих характеристик при воздействии переменным электрическим током на породу,

- значения для этих характеристик с учетом акустического и воздействия электрическим током на породу,

затем определяют физико-химические свойства породы в каждой точке измерений на основе разностей значений для характеристик породы, зарегистрированных в одной точке измерений, отличающийся тем, что нижнюю границу частот акустического воздействия выбирают из инфранизкого диапазона, а верхнюю - не более 1000 Гц, при этом устанавливают равными или различными частоты для акустического и электромагнитного воздействий, либо устанавливают различными мощности для акустического и электромагнитного воздействий.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что физико-химические свойства породы указывают на характер вмещающего флюида в коллекторах скважины.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регистрацию первых, вторых, третьих и четвертых характеристик для породы проводят поочередно.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительности акустического и электромагнитного воздействий различны.

5. Устройство для осуществления способа по пп. 1-4, включающее каротажный зонд, на котором размещены излучающие и приемные электроды, генератор, блок измерения электрических параметров, блок управления и микроконтроллер, отличающееся тем, что дополнительно включает электромеханическое ударное устройство, которое выполнено с возможностью акустического воздействия на исследуемую среду в зоне измерения ее электрических характеристик и двумя дополнительными излучающими электродами с блоком воздействия переменным электрическим током на породу, подключенным к дополнительным излучающим электродам, выполненными с возможностью воздействия переменным электрическим током на исследуемую среду в зоне измерения ее электрических характеристик.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что электромеханическое ударное устройство размещено между приемными электродами симметрично относительно приемных электродов.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что дополнительные излучающие электроды выполнены с возможностью перемещения по каротажному зонду.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что корпус электромеханического ударного устройства выполнен герметичным.

9. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что корпус выполнен из прозрачного для электромагнитного излучения материала.

10. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что внутри корпуса электромеханического устройства размещены электромагнитная катушка, подключенная к генератору импульсов тока, возвратная пружина, ось, способная втягиваться в катушку при подаче на катушку электрического импульса, и жестко связанный с ней ударный груз.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что свободный конец ударного груза выполнен с возможностью точечного контакта с корпусом при ударе.