Способ геоэлектроразведки углеводородной залежи

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЗАЛЕЖИ(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Янушкевич Виктор Францевич Гололобов Дмитрий Владимирович Орлова Олеся Валерьевна(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(57) 1. Способ геоэлектроразведки углеводородной залежи, при котором облучают исследуемый профиль амплитудно-модулированной электромагнитной волной (ЭМВ) на фиксированной несущей частоте , заданной из интервала от 0,1 до 1,0 ГГц, причем осуществляют амплитудную модуляцию с коэффициентом амплитудной модуляции ,заданным из интервала от 0,2 до 0,9, колебанием с частотой , заданной из интервала от 10,0 до 100,0 МГц, используют одноканальный передатчик с линейной поляризацией,принимают ЭМВ двумя приемниками с антеннами правой и левой поляризации, причем приемники ЭМВ размещают так, чтобы оптические длины пути ЭМВ от источника излучения до каждого из двух приемников и длина опорного канала были равны, измеряют разность фаз ЭМВ, принятой первым и вторым приемниками 112, где 1 и 2 - фазы ЭМВ, принятой первым и вторым приемниками соответственно, сравнивают разность фаз ЭМВ 1 с разностью фаз ЭМВ в опорном каналеПРПЕР , где ПР и ПЕР - фазы сигнала опорного канала на приемной и передающей сторонах соответственно, и по аномальным значениям приведенной разности фаз 1 определяют границу углеводородной залежи. 17382 1 2013.08.30 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют разность фаз ЭМВ, принятой первым и вторым приемниками, 1 на двух или более коэффициентах амплитудной модуляции . 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве опорного канала используют радиоканал. Изобретение относится к поисковой геофизике и может быть использовано при поиске и разведке углеводородных залежей (УВЗ). Известен способ геоэлектроразведки 1, при котором возбуждают в земле электромагнитное поле двух частот и выделяют в точках приема сигналы этих двух частот, измеряют амплитуды сигналов и фазовый сдвиг между ними, определяют величину нелинейных эффектов в породах, по которой судят о наличии углеводородной залежи. Недостатками известного способа являются низкая разрешающая способность и сложность технической реализации способа. Наиболее близким является способ геоэлектроразведки 2, в котором исследуемый профиль облучают электромагнитной волной (ЭМВ) на фиксированной частоте , которую задают в интервале от 1,0 до 5,0 ГГц. Облучение осуществляют двухканальным передатчиком с круговой поляризацией. Принимают ЭМВ в точках исследуемого профиля, при этом производят разделение ЭМВ на два канала с противоположным направлением вращения векторов поляризации, осуществляют амплитудную модуляцию в каналах с коэффициентом модуляции от 0,5 до 0,8 колебанием с частотой , которую задают в интервале от 10,0 до 100,0 МГц, производят сравнение фазового сдвига в точках приема высокочастотных 1(1 В 2 В) и 2(1 М 2 М) модулирующих колебаний двух каналов, где 1 В и 2 В - фазы составляющих высокочастотных колебаний первого и второго каналов,1 М и 2 М - фазы составляющих модулирующих колебаний первого и второго каналов, по аномальным значениям 1 и 2 определяют границы УВЗ. Недостатками известного способа являются сложность его технической реализации и недостаточная точность. Сложность технической реализации обусловлена необходимостью измерений не только высокочастотных, но и модулирующих сигналов, что приводит также к удорожанию и к увеличению времени проведения измерений. Задачей изобретения является повышение точности определения границ УВЗ и упрощение способа. Поставленная задача решается тем, что в способе геоэлектроразведки УВЗ, в котором облучают исследуемый профиль амплитудно-модулированной ЭМВ на фиксированной несущей частотес заданной частотой модуляции модулирующего сигнала , выбранной из интервала от 10,0 до 100,0 МГц, принимают ЭМВ двумя приемниками с антеннами правой и левой поляризации, измеряют разность фаз ЭМВ, принятой первым и вторым приемниками 1(12), где 1 и 2 - фазы ЭМВ, принятой первым и вторым приемниками, в отличие от прототипа, используют одноканальный передатчик с линейной поляризацией, частотузадают из интервала от 0,1 до 1,0 ГГц, коэффициент модуляции модулирующего сигналапринимают из интервала от 0,2 до 0,9, приемники ЭМВ размещают так, чтобы оптические длины пути ЭМВ от источника излучения до каждого из двух приемников и длина опорного канала были равны, разность фаз ЭМВ 1 сравнивают с разностью фаз ЭМВ в опорном канале (ОВ)(1 ОВ), по аномальным значениям приведенной разности фазопределяют границу залежи. При этом ОВ определяют как разность фаз сигнала в опорном канале ОВПРПЕР, где ПР, ПЕР - фазы сигнала опорного канала на приемной и передающей сторонах. 17382 1 2013.08.30 Способ отличается также тем, что в одной точке исследуемого профиля производят сравнения фаз ЭМВ, принятой первым и вторым приемниками, на двух или нескольких коэффициентах модуляции. Данные измерения позволяют повысить точность определения границ УВЗ, поскольку изменение коэффициентов модуляции приводит к изменению величины . Способ отличается также тем, что в качестве опорного канала используют радиоканал. Это позволит варьировать длиной измеряемого профиля, поскольку для фиксированной длины линии передачи опорного канала длина данного профиля будет также фиксированной. Сущность изобретения поясняется следующим. Применение амплитудно-модулированных (АМ) сигналов для целей поиска и разведки УВЗ позволяет повысить точность и достоверность методов электроразведки 3. В качестве объекта исследования выбраны фазовые составляющие компонентов матрицы поверхностного импеданса (МПИ), оказывающие влияние на фазовое распределение токов антенн, находящихся вблизи среды над УВЗ. Трансформация фазового распределения тока при этом может привести к существенным искажениям пространственных характеристик и параметров антенн, что должно быть использовано при реализации новых способов электроразведки 3. Пусть на границу раздела воздух-анизотропная среда воздействует ЭМВ в режиме АМ(1),где- амплитуда несущего колебания излучаемой ЭМВ частоты 2- коэффициент амплитудной модуляции 2 - круговая частота модуляции. Импедансные граничные условия описываются матрицей вида 3 где,,,- проекции падающей и отраженной волны на соответствующие координатные оси 0 - характеристическое сопротивление среды, окружающей анизотропную неоднородность (АН) 12 ,12 , 1 и 2 - компоненты тензора диэлектрической проницаемости 3 где- диэлектрическая проницаемость среды над АН,- плазменная и гиротропная частоты- частота столкновений электрона с тяжелыми частицами- удельная электрическая проводимость. Расчет компонентов МПИ (2) проводился на основании экспериментально полученных данных над залежами углеводородов 3 диэлектрическая проницаемость вмещающих пород 10 См удельная электрическая проводимость 0,03 м эффективные частоты столкновений электронов 109 -1 и электронно-ионная 0,5107 -1. Представим выражение (2) в виде где 11 22 - фазовые составляющие компонентов (ФСК) матрицы, подлежащие исследованию. На фиг. 1 представлены зависимости ФСК для элемента поверхностного импеданса 11 от частоты ЭМВ на фиг. 2 - зависимости ФСК для элемента поверхностного импеданса 12 от частоты ЭМВ на фиг. 3 - зависимости ФСК для элемента поверхностного импеданса 11 от коэффициента амплитудной модуляции на фиг. 4 - зависимости ФСК для элемента поверхностного импеданса 12 от коэффициента амплитудной модуляции на фиг. 5 - структурная схема устройства для реализации предложенного способа на фиг. 6 экспериментальная зависимость разности фаз ЭМВ от коэффициента модуляции. Для реализации способа проведен теоретический анализ частотных характеристик ФСК при вариациях параметров модулирующего сигнала, представленных на фиг. 1, 2. По фиг. 1 видно, что фазовая компонента 11 изменяется в диапазоне от 74 (1,3 рад) до 74(1,3 рад). При этом на малых частотах несущего колебанияфаза отрицательна и практически не изменяется. При увеличении величиныона незначительно уменьшается, а затем скачком меняет знак. Это характерно для значений модулирующего сигнала 0,1 МГц и 1 на частоте несущего колебания 200 МГц. При увеличении частоты модулирующего сигналапроисходит более плавное изменение величины 11. Так, для 10 МГц и 0,5 точка перехода фазы через нуль соответствует частоте несущего колебания 1 ГГц, а при 100 МГц и 1 фазовая компонента приближается к нулю на частоте 10 ГГц и в дальнейшем практически не изменяется. На величину 12 (фиг. 2) влияние несущего колебания сказывается на частотах(10-200) МГц. При 0,1 МГц и 1 наблюдается скачкообразное увеличение фазы от 45(0,8 рад) до 143 (2,5 рад) на частоте 80 МГц. В районе частоты 200 МГц 22 резко уменьшается до 45 (0,8 рад) и при дальнейшем увеличении частоты несущего колебания постоянна. Для 100 МГц и 0,5 характерна аналогичная зависимость фазовой компоненты с той лишь разницей, что частоты, соответствующие смене знака 12, смещаются вправо. 17382 1 2013.08.30 Анализ фазовых характеристик поверхностного импеданса в зависимости от изменения коэффициента амплитудной модуляции(фиг. 3, 4) показал следующие результаты. Для низких значений частоты модуляции вариация величиныне оказывает влияния на величины 11 и 12. При увеличении частоты модулирующего сигнала до 100 МГц фаза ведет себя неравномерно при изменении его амплитуды. Когда 0,2 11 уве,личивается до нуля, а затем резко падает до 143 (2,5 рад). Для второй ФСК также при 0,2 наблюдается изменение величины 12, которая резко увеличивается от 2,5 рад до 2,5 рад. Проведенный анализ взаимодействия АМ-сигналов с углеводородами позволяет реализовать радиотехническую систему (РТС) для обнаружения и идентификации залежей нефти и газа (фиг. 5). Структурная схема устройства для реализации способа содержит радиопередающее устройство АМ-сигнала и два приемника. При реализации способа следует обеспечить идентичность приемников. РТС основана на измерении уровня сигнала в точке приема антеннами правой (7) и левой (8) поляризации. Два одинаковых приемника 9 и 10 осуществляют выделение модулирующих сигналов, которые поступают на схему сравнения фаз двух каналов 11. Использование нескольких альтернативных частот, на которых имеются отличия фазовых компонентов поверхностного импеданса, позволяет улучшить идентификацию УВЗ. Устройство, реализующее способ (фиг. 5), состоит из передающей и приемной частей. Передающая часть включает генератор 1, вырабатывающий колебание с фиксированной частотой , к выходу которого подключен модулятор 2, на второй вход которого подается колебание с частотойс генератора модулирующего колебания 4, выход модулятора соединен со входом усилителя мощности 3 (УМ), выход УМ соединен с антенной 5, имеющей линейную поляризацию. Приемная часть включает антенну 7 левого вращения поляризации, соединенную с входом радиоприемного устройства (РПУ 1) первого канала 9, антенну 8 правого вращения поляризации, выход которой соединен со входом радиоприемного устройства (РПУ 2) второго канала 10, разностное устройство 11, выход которого соединен со входом устройства сравнения фаз 12. Устройство работает следующим образом. Сигнал с частотой , вырабатываемый генератором 1, поступает на вход модулятора 2, в котором осуществляется амплитудная модуляция колебания с частотой , поступающего с генератора 4. Сигнал с выхода модулятора после усиления поступает на передающую антенну 5, имеющую линейную поляризацию. Сигнал передающей антенны 5 облучает исследуемый профиль, приемные антенны 7 и 8 принимают ЭМВ, имеющие соответственно левое и правое вращение поляризации, с которых сигналы поступают на радиоприемные устройства 9 и 10, с выходов которых подаются на разностное устройство 11. Измерение разности фаз осуществляется путем сравнения сигналов фаз ЭМВ, принятой первым и вторым приемниками, и опорного канала 6. Измерение приемниками фазы ЭМВ 1 и 2 соответствует величинам 11 и 12 с коэффициентами пропорциональности, устанавливаемыми в процессе экспериментальных исследований. Измерение производят в контрольных точках геопрофиля. По аномальному значению приведенной разности фазопределяют границу углеводородной залежи. Предлагаемый способ был апробирован в лабораторных условиях. Модель УВЗ облучали ЭМВ частотой 1 ГГц. Частоту модуляциивыбирали из интервала от 10,0 до 100,0 МГц. Коэффициент модуляции 0,2 0,5 0,9. Использовали в качестве антенны 5 измерительную антенну линейной поляризации П 6-23. Принимали ЭМВ двумя приемниками с антеннами 7 и 8 правой и левой поляризации, выполненными в виде спиральных антенн с диаметром 9,55 см, шагом спирали 12,1 см, длиной антенны 32,3 см и количеством витков 3. Измерили разность фаз ЭМВ, принятой первым и вторым при 5 17382 1 2013.08.30 емниками 1(12), где 1 и 2 - фазы ЭМВ, принятой первым и вторым приемниками. Приемники размещали так, чтобы оптические длины пути ЭМВ от источника излучения до каждого из двух из двух приемников и длина опорного канала были равны. Сравнивали разность фаз 1 с разностью фаз ЭМВ в опорном канале 1 ОВ. По аномальным значениямопределяли границу залежи. На фиг. 3 приведены результаты экспериментальных исследований зависимости разности фаз 1 сигналов двух каналов от коэффициента модуляции. Результатыисследований показывают, что точность определений границ УВЗ повышается при 0,2. При данном значении коэффициента модуляции происходит аномальное изменение разности фаз А, что является признаком наличия УВЗ (фиг. 3). Это повышает точность определения границ залежи. Использование предлагаемого способа геоэлектроразведки УВЗ обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества 1) упрощается техническая реализация способа для георазведки УВЗ 2) повышается точность определения УВЗ. Источники информации 1.1672392 А 1, МПК 01 3/08, 1991. 2. Патент РБ 10253, МПК 01 3/12, 2008 (прототип). 3. Гололобов Д.В., Янушкевич В.Ф., Рак А.О. Фазовые методы идентификации углеводородных залежей // Инженерный вестник. - Минск, 2005. -1(20). - С. 16-18. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7