Способ геоэлектроразведки углеводородной залежи

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЗАЛЕЖИ(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Бездель Александр Олегович Янушкевич Виктор Францевич Щаденков Юрий Александрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(57) Способ геоэлектроразведки углеводородной залежи, заключающийся в том, что электромагнитную волну с несущей частотой , заданной в интервале 0,1-2,0 ГГц, частотно модулируют с индексом модуляции, заданным в интервале 20-95, колебанием с частотой, заданной в интервале 10-100 МГц, затем осуществляют амплитудную модуляцию с коэффициентом амплитудной модуляции, заданным в интервале 0,1-1,0, колебанием с частотой , облучают исследуемый профиль электромагнитной волной с амплитудночастотной модуляцией на заданной фиксированной несущей частоте , принимают отраженную электромагнитную волну в точках исследуемого профиля двумя каналами с противоположным направлением вращения векторов круговой поляризации, причем в первом канале измеряют фазы компонентов поверхностного импеданса 1 11 и 1 12 для правой круговой поляризации, а во втором канале - фазы компонентов поверхностного импеданса 2 11 и 2 12 для левой круговой поляризации, сравнивают фазы двух каналов и по ано мальным значениям фазовых сдвигов границы углеводородной залежи. 16771 1 2013.02.28 Изобретение относится к поисковой геофизике и может быть использовано при поиске и разведке углеводородных залежей (УВЗ). Известен способ геоэлектроразведки углеводородной залежи 1, при котором исследуемый профиль облучают электромагнитной волной (ЭМВ) на фиксированной частоте ,которую выбирают в интервале частот от 1,5 до 1,7 МГц, измеряют напряженность электрического поля отраженного сигнала в точках исследуемого профиля и по аномальным значениям напряженности определяют границу углеводородной залежи. Недостатками известного способа являются низкая точность, ограниченное расстояние между приемником и передатчиком, связанное с конечной чувствительностью и мощностью передатчика, большие габариты антенн, а также неоднородность идентификации аномалий напряженности электрического поля по виду полезного ископаемого. Наиболее близким является способ геоэлектроразведки углеводородной залежи 2,при котором облучают исследуемый профиль ЭМВ на заданной фиксированной частоте ,производят разделение электромагнитной волны на два канала, на приемной и передающей сторонах, с противоположным направлением вращения векторов поляризации, осуществляют амплитудную модуляцию в каналах с коэффициентом 0,5-0,8 колебанием с частотой , производят сравнение фаз в точках приема высокочастотных и модулирующих колебаний двух каналов, по аномальным значениям фазовых сдвигов определяют границы углеводородных залежей, при этом частотузадают в интервале от 1,0 до 5,0 ГГц, а частотузадают в интервале от 10,0 до 100,0 МГц. Недостатком известного способа является осуществление вариаций параметров только амплитудной модуляции, что обеспечивает недостаточную информационность геологоразведочных работ. Задачей изобретения является повышение точности определения границ УВЗ. Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе геоэлектроразведки углеводородной залежи электромагнитную волну с несущей частотой , заданной в интервале 0,1-2,0 ГГц, частотно модулируют с индексом модуляции, заданным в интервале 2095, колебанием с частотой , заданной в интервале 10-100 МГц, затем осуществляют амплитудную модуляцию с коэффициентом амплитудной модуляции, заданным в интервале 0,1-1,0, колебанием с частотой , облучают исследуемый профиль электромагнитной волной с амплитудно-частотной модуляцией на заданной фиксированной несущей частоте ,принимают отраженную электромагнитную волну в точках исследуемого профиля двумя каналами с противоположным направлением вращения векторов круговой поляризации,причем в первом канале измеряют фазы компонентов поверхностного импеданса 111 и 112 для правой круговой поляризации, а во втором канале - фазы компонентов поверхностного импеданса 211 и 212 для левой круговой поляризации, сравнивают фазы двух каналов и по аномальным значениям фазовых сдвигов 1111 - 211 и 2112 - 212 определяют границы углеводородной залежи. На фиг. 1 приведена зависимость фазовой компоненты 11 от коэффициента амплитудной модуляции 11, на фиг. 2 - зависимость фазовой компоненты 12 от коэффициента амплитудной модуляции 12, на фиг. 3 - зависимость фазовой компоненты 11 от индекса частотной модуляции 11, на фиг. 4 - зависимость фазовой компоненты 12 от индекса частотной модуляции 12, на фиг. 5 устройство, реализующее способ, на фиг. 6 - результаты экспериментальных исследований (зависимость 11 и 12 от коэффициента модуляции). Сущность изобретения заключается в следующем. Проведено исследование фазовых характеристик поверхностного импеданса при воздействии на среду над залежами углеводородов амплитудно-частотно-модулированного сигнала (АЧМ-сигнала) 16771 1 2013.02.28 гдеамплитуда сигнала несущей частоты,- соответственно коэффициенты амплитудной модуляции и индекс частотной модуляции 2 - частота модуляции. Импедансные граничные условия имеют вид 3 1 Значения компонентов тензора диэлектрической проницаемости среды над УВЗ 1 и 2 в режиме АЧМ-сигналов определяется по формулам 3 где- диэлектрическая проницаемость вмещающих пород П - плазменная частота(4)- гиротропная частота- частота столкновения частиц 0 - диэлектрическая постоянная- удельная электрическая проводимость среды. Преобразуем выражения (2) к следующему виду 122112122121 ,где 1122 и 1221 - фазовые характеристики поверхностного импеданса. Были проанализированы зависимости (5) на основании экспериментально полученных данных над залежами углеводородов диэлектрическая проницаемость 10 удельная электрическая проводимость 0,03 См/м напряженность магнитного поля земли 039 А/м концентрация частиц 1016 м-3 эффективные частоты столкновений 109 -1 и 0,5107 -1. Расчеты показали, что наибольшее влияние на величину поверхностного импеданса оказывает частота несущего колебания(25-30)МГц. На данном отрезке частот были проведены исследования влияния характеристик зондирующего сигнала на фазу поверхностного импеданса. На фиг. 1 видно, что на величину 11 коэффициент амплитудной модуляцииоказывает существенное воздействие при различных частотах модулирующего сигнала . В более низкочастотном диапазоне, т.е при(0,-10) МГц, фаза практически постоянна,принимая значения (0,78-0,85) рад. При увеличении значенияэффект модуляции зондирующего сигнала приводит к изменениям величины 11. Наибольший интерес представляет частота 100 МГц. При изменении величиныот 0 до 0,2 фаза уменьшается от 3 16771 1 2013.02.28 1,48 рад до -0,5 рад, причем 110 при 0,17. При дальнейшем увеличениифаза начинает увеличиваться, проходя через нуль при 0,25, достигает значения 1,2 рад при 0,3, после чего фаза уже только уменьшается. При 0,7 фазовая составляющая 110. При больших значенияхфаза становится отрицательной, достигая значения 0,8 рад при 1,0. Фазовая компонента 12 (фиг. 2) также зависит от коэффициента амплитудной модуляциии частоты . При низких значенияхфаза практически не изменяется, принимая значения (0,76-0,78) рад. При увеличении частотыимпедансные условия среды над УВЗ изменяются. Наибольшее влияние проявляется при 100 МГц. При измененииот 0 до 0,2 фаза уменьшается от 0,62 рад до нуля. На отрезке(0,21,0) 12 уменьшается от нуля до величины -0,8 рад. Также был проведен анализ влияния на характеристики поверхностного импеданса параметров частотной модуляции, т.е индекса . На фиг. 3 видно, что на величину 11 индексоказывает существенное воздействие при изменении значений . При небольших значениях коэффициента амплитудной модуляции фаза практически не изменяется. Так, при(0-0,3) 11(0,6-0,7) рад. Увеличение значенийсильнее отражается на изменении фазы. При 0,5 11 увеличивается от 0,88 рад при 0 до 1,58 рад при 95, затем уменьшается до значения 1,45 рад при 100. Например, при 1,0 11 увеличивается от значения 1,2 рад при 0 до 1,6 рад при 12. Затем фазовая компонента уменьшается практически до нуля при 20, возрастает до 1,58 рад при 25. Дальнейшие изменения индексаприводят к уменьшению фазы до величины 0,6 рад при 35, которая практически не изменяется при(35-100). Индексвлияет и на фазовую компоненту 12 (фиг. 4). При низких значенияхфаза практически не изменяется. Например, для(00,3) 12(0,6-0,7) рад. При 0,5 фазовая составляющая увеличивается от 0,88 рад при 0 до 1,58 рад при 95, затем уменьшается до 1,45 рад при 100. Для 1,0 12 увеличивается от 0,88 рад при 0 до 1,58 рад при 20. На отрезке(20-100) фазовая компонента уменьшается до величины 0,8 рад. Устройство, реализующее способ (фиг. 5), состоит из передающей и приемной частей. Передающая часть включает генератор 1, вырабатывающий колебания с частотой , к выходу которого подключен ЧМ-модулятор 2, на который подается модулирующий сигнал от генератора. Выход ЧМ-модулятора соединен через буферный каскад 3 со входом АМ-модулятора 4, на который подается модулирующий сигнал от генератора модулирующего сигнала 7. Выход ЧМ-модулятора соединен с выходными каскадами передатчика 5, выходы которых соединены с антенной 6. Приемная часть включает антенну правой круговой поляризации 8 и антенну левой круговой поляризации 10, выходы которых соединены с разностным устройством 12, к выходу которого подключен измеритель разности фаз 13. Устройство работает следующим образом. Сигнал с частотой , вырабатываемой генератором 1, поступает на ЧМ-модулятор 2, где осуществляется частотная модуляция несущего колебания с частотой , поступающей от генератора 7. С выхода ЧМ-модулятора сигнал через буферный каскад 3 поступает на АМ-модулятор 4, где осуществляется амплитудная модуляция ЧМ-сигнала с частотой , поступающей от генератора 7. Сигнал с выхода АМ-модулятора поступает в выходные каскады передатчика 5, с выхода которых АЧМ-сигнал подается на передающую антенну 6. На приемной стороне используются два канала измерений. В одном из каналов производят измерение фаз компонентов поверхностного импеданса 111 и 112 для правой круговой поляризации, а во втором канале фаз компонентов поверхностного импеданса 211 и 212 для левой круговой поляризации. Сигналы с приемных антенн правой круговой поляризации 8 и левой круговой поляризации 10 поступают на радиоприемное устройство 9 и 11, с выходов которых информация подается на разностное устройство 12. Измеритель разности фаз 13 осу 4 16771 1 2013.02.28 ществляет сравнение фаз двух каналов, 1111 - 211 и 2112 - 212. Измерения проводят в контрольных точках геопрофиля. По аномальным значениям фазовых сдвигов 1 и 2 определяют границу углеводородной залежи. Пример реализации способа. Частота несущего колебания 1 ГГц. Антенны 8, 10 выполнены в виде спиральных антенн с диаметром 9,55 см, шагом спирали 12,1 см, длиной антенны 32,3 см и количеством витков 3. Антенна 6 - рупорная антенна типа П 6-23 А. Антенна 6 имеет линейную поляризацию, антенны 8 и 10 - соответственно правую и левую круговую поляризацию. Частота модуляции 100 МГц. Коэффициент модуляции 0,1 0,5 1,0. Индекс модуляции 20 30 95. На фиг. 6 приведены результаты экспериментальных исследований - зависимость 11 и 21 от коэффициента модуляции. Предлагаемый способ был опробован на модели углеводородной залежи в лабораторных условиях. Использование предлагаемого способа геоэлектроразведки углеводородных залежей обеспечивает по сравнению с существующими аналогами следующие преимущества 1) повышение точности определения границ углеводородных залежей,2) выбор конкретных частот при ведении разведки,3) возможность вариации параметров АЧМ-сигнала, способствующей однозначности определения границ залежей. Источники информации 1. Патент 2994031, КИ 324, 1991. 2. Патент 10253 РБ, МПК 01 3/12, 2008. 3. Гололобов Д.В. Поверхностный импеданс среды над углеводородными залежами в режиме амплитудно-частотно-модулированных сигналов. Доклад БГУИР. - Минск, 2010. Т 1 (40). - С. 40-45. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6