Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Развитие теории и методик интерпретации в зондированиях методом переходных процессов при изучении геоэлектрики слабоконтрастных сред

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Развитие теории и методик интерпретации в зондированиях методом переходных процессов при изучении геоэлектрики слабоконтрастных сред"

На правах рукописи

ЯХИНА ИРИНА АЙРАТОВНА

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И МЕТОДИК ИНТЕРПРЕТАЦИИ В ЗОНДИРОВАНИЯХ МЕТОДОМ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ГЕОЭЛЕКТРИКИ СЛАБОКОНТРАСТНЫХ СРЕД

Специальность 25.00.10-«Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Екатеринбург, 2014

005554455

005554455

Работа выполнена в ОАО НПП «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин» (ОАО НПП «ВНИИГИС») и ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» (ФГБОУ ВПО «УГГУ»)

Научный руководитель — Виноградов Альберт Михайлович, доктор

геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник

Официальные оппоненты: Каримов Камиль Мидхатович, доктор геолого-

минералогических наук, доцент, профессор кафедры геофизики и геоинформационных технологий ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Мухаметшин Анатолий Матвеевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор, ведущий научный сотрудник ФГБУН Горный институт УрО РАН

Ведущая организация — ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный

университет» (БашГУ, г. Уфа)

Защита состоится 9 октября 2014 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.280.01, созданного на базе ФГБОУ ВПО «УГГУ», по адресу: 620144, ГСП, г.Екатеринбург ул. Куйбышева, 30, конференц-зал, ауд. 3326.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «УГГУ» www.ursmu.ru.

Автореферат разослан " 6 " 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

В настоящее время популярность электроразведочных методов растет. С новой усовершенствованной аппаратурой, теоретической базой и новыми эффективными технологиями измерений электромагнитные исследования могут конкурировать по эффективности с сейсморазведкой, выходя, таким образом, на новый уровень в ряду высоких технологий. На сегодняшний день электроразведка способна решать задачи различного плана: картировочные, поисковые (руда, нефть, вода, битум и др.), экологические, инженерные. Из множества методов электроразведки можно выделить метод зондирований становлением поля (ЗС), разработанный А.Н. Тихоновым, С.М. Шейнманном, и усовершенствованную технологию эффективного поиска - метод зондирований становлением поля в ближней зоне (ЗСБ), авторами которого являются В.А. Сидоров и В.В. Тикшаев (теоретическая основа разработана A.A. Кауфманом, Г.М. Морозовой). Основная задача метода - исследование процессов становления электромагнитного поля в среде и выявление основных закономерностей их изменения, связанных с ее геоэлектрикой.

Сейчас речь все чаще идет о высокоразрешающих возможностях электроразведки. Благодаря использованию при работах ЗСБ и МПП (метод переходных процессов) совмещенной установки удается повысить детальность исследований. Высокой разрешенности данных методов способствует наличие индукционно вызванной поляризации (ВПИ) или низкочастотной дисперсии (НЧД) в полифазных породах, особенно с углеводородным насыщением. Благодаря наличию ВПИ удается выделять малоконтрастные слои, ранее усредняемые при интерпретации из-за малости их вклада в суммарную продольную проводимость. При интерпретации методом «кажущейся продольной проводимости» (Сидоров В.А. и др., 1972) в варианте «плавающей плоскости» (Сидоров В.А., 1985) возможно выявить «тонкие» особенности строения разреза. Однако расчет удельных сопротивлений (проводимостей) через величину продольной проводимости представляет на практике неоднозначную задачу, и поэтому возникают неоправданные по отношению к реальным возможностям метода погрешности в результатах интерпретации. В этой связи поиск способов исключения данных погрешностей для возможности детального изучения разреза с выделением слабоконтрастных слоев является актуальной проблемой. Способ «плавающей плоскости» позволяет решать как структурные задачи в нефтяной геологии, гидрогеологии, так и поисковые в нефтяной и рудной геофизике. Этот подход позволил одинаково решать задачи

ЗСБ и МПП, что и привело к созданию одной аббревиатуры для методов — ЗМПП.

Цель исследований - развитие и усовершенствование методики интерпретации данных ЗМПП с выделением малоконтрастных особенностей строения разреза в совмещенных установках с использованием «плавающих плоскостей».

Научные задачи исследования

1. Создать обобщенный алгоритм интерпретации данных ЗМПП (над электропроводящими полупространством, плоскостью, слоистым разрезом над изолятором) способом «плавающей плоскости» с помощью введения динамических параметров сигнала.

2. Показать возможность применения созданного интерпретационного алгоритма на моделях сред с различной сложностью, включая выявление тонких (малоконтрастных) особенностей строения разреза по результатам ЗМПП тем самым повысить эффективность метода при решении задач геоэлектрики. Реализовать разработки на практическом материале.

Защищаемые научные положения

1. С использованием модели «плавающей» проводящей плоскости и динамических параметров сигнала определена функция глубинности, которая позволяет оценить глубину проникновения вихревых токов в проводящей геологической среде под совмещенной установкой в каждый момент времени.

2. Предложенная методика обработки и интерпретации данных ЗМПП с совмещенными установками с использованием динамических параметров сигнала позволяет повысить точность оценки геоэлектрических параметров разреза за счет выделения слабоконтрастных по удельной электропроводности слоев.

3. Разработанный способ приведения результатов многоразмерных зондирований к одному размеру контура совмещенной установки расширяет временной диапазон при выявлении поляризационных эффектов над плоскослоистым нефтеносным разрезом.

Научная новизна

1. Разработаны и программно реализованы оригинальные алгоритмы интерпретации данных ЗМПП методом «кажущейся продольной проводимости» с использованием динамических параметров сигнала.

2. Определена функция глубинности для моделей однородного проводящего полупространства, проводящей плоскости и слоистого разреза над

изолятором через динамические параметры сигнала с помощью «плавающей плоскости».

3. Показана практическая возможность выделения поляризационной и индукционной частей процесса становления поля на всем временном интервале измерений ЭДС по немонотонности спада первых и вторых производных сигнала.

4. Разработан алгоритм приведения результатов многоразмерных зондирований к одному размеру контура совмещенной установки по предложенным аналитическим формулам, и на практическом материале показана его эффективность при выделении поляризационных процессов в регистрируемом сигнале во всем временном диапазоне измерений.

Практическая значимость результатов и реализация работы

Созданные в работе методики и алгоритмы интерпретации индукционных переходных процессов в совмещенных квадратных установках с учетом ВПИ позволяют выделять малоконтрастные по удельной электропроводности слои или локальные неоднородности в разрезе. Тем самым существенно повышается разрешающая способность метода ЗМПП при решении поисковых и структурных задач.

Описанная технология полевых работ (применительно к нефтепоисковым работам), средства обработки и интерпретации результатов по выделению поляризационных эффектов позволяют осуществлять их глубинную привязку к конкретному стратиграфическому горизонту.

Реализованная в работе методика интерпретации данных ЗМПП была применена на Ромашкинском нефтяном месторождении (Республика Татарстан) при решении следующих геологических задач: проведение межскважинной корреляции с целью оконтуривания залежей углеводородов, прогнозная оценка характера нефтенасыщения.

Исследование в области развития теоретических основ интерпретации данных импульсной индуктивной электроразведки при решении структурно-поисковых задач было поддержано грантом для молодых ученых УрО РАН в 2011 году.

Разработанный способ геоэлектроразведки, заключающийся в возможности выявления поляризационных эффектов в микро-миллисекундном диапазоне времени, соответствующем электродинамическим процессам над нефтяными залежами, защищен патентом на изобретение.

Новые методы обработки и алгоритмы интерпретации опробованы на полевых материалах ЗМПП и геологических данных по ОАО НПП

«ВНИИГИС» по Республике Татарстан (совместно с ООО «ТНГ-Казаньгеофизика», ОАО «Татнефтегеофизика». НГДУ «Лениногорскнефть», ОАО «Татнефть»), по Иркутской области, Чукотскому автономному округу и другим регионам.

Личный вклад автора

Теоретические и практические результаты, приведенные в работе, получены лично или при непосредственном участии автора.

Основной личный вклад автора заключается в исследовании и разработке оригинальных методик и алгоритмов интерпретации зондирований методом переходных процессов, в т. ч. применительно к решению нефтепоисковых задач. Лично автором были получены следующие результаты:

— исследованы, введены в методику интерпретации и функционально определены динамические параметры сигнала и их производные;

— произведены численные расчеты экстремальных точек динамических параметров;

— разработана методика интерпретации способом «плавающей плоскости» с учетом динамических параметров;

— реализовано использование динамических параметров в алгоритмах интерпретации для дифференциации малоконтрастных сред при решении обратных задач;

— получены аналитические формулы приведения сигналов при многоразмерных зондированиях;

— показана возможность выделения поляризационных процессов с помощью аналитических формул приведения;

— проведена апробация созданных оригинальных алгоритмов и методик интерпретации на экспериментальных данных (на базовых геоэлектрических моделях) и на практическом материале.

В основу диссертации положены материалы, полученные по результатам опытно-экспериментальных работ, проводившихся отделом электромагнитных исследований ОАО НПП «ВНИИГИС» на Ерыклинском участке Ромашкинского месторождения нефти в Республике Татарстан. Автор работы лично участвовал в непосредственном сборе и анализе материалов полевых измерений, обработке геолого-геофизической информации, получении результатов, которые легли в основу диссертации, защите отчета по результатам выполненных работ.

В публикациях [7,10,17,18,19] автору принадлежат производство численных расчетов, формулировка основных выводов, подготовка материалов

к публикации; при подготовке работ [2, 9] автор непосредственно участвовал в сборе и анализе геолого-геофизических данных, построении структурных карт и разрезов; в работах [3, 16, 20] личное участие автора выражается в непосредственной постановке задачи, производстве численных расчетов, сборе и анализе практического материала.

Апробация работы

Основные научные положения работы и результаты докладывались и обсуждались на международных конференциях и семинарах: Международной научно-технической конференции «Проблемы нефтегазового дела» (Уфа, 2006); IX, XI, XIII Уральской молодежной научной школе по геофизике «Современные проблемы геофизики» (Екатеринбург, 2008, 2010, 2012); Международной научно-практической конференции «Ядерно-геофизические полевые, скважинные и аналитические методы при решении задач поиска, разведки и разработки месторождений твердых полезных ископаемых» (Октябрьский, 2009); Международной научно-практической конференции «Казанская геологическая школа и её роль в развитии геологической науки в России» (Казань, 2009); 37-й, 40-й сессиях Международного семинара им. Д.Г. Успенского «Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей» (Москва, 2010, 2013); EAGE, Первой международной научно-практической конференции «ГЕОБАЙКАЛ-2010» (Иркутск, 2010); VI Научных чтениях им. Ю.П. Булашевича «Глубинное строение, геодинамика, тепловое поле Земли, интерпретация геофизических полей» (Екатеринбург, 2011); Международной научно-практической конференции «Аппаратурно-методические комплексы и технологии ГИС и ядерно-геофизические методы для исследования нефтегазовых и рудных скважин» (Октябрьский, 2012); Международной научно-практической конференции «Высоковязкие нефти и природные битумы: проблемы повышения эффективности разведки и разработки месторождений» (Казань, 2012); III молодежной школе-семинаре «Современная тектонофизика. Методы и результаты» (Москва, 2013).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 19 статей, в том числе 2 статьи - в ведущих научных рецензируемых журналах из списка ВАК, получен патент РФ №2494419.

Объем и структура работы

Работа состоит из трех глав, введения, заключения, списка литературы. Объем работы составляет 119 страниц, в том числе 41 рисунок.

Благодарности

Автор благодарен своему научному руководителю д.г.-м.н. A.M. Виноградову за поддержку автора в его научной позиции и неоценимую помощь в подборе фактического материала при написании данной работы.

Автор выражает благодарность сотрудникам ИГФ УрО РАН за всесторонний анализ работы и обсуждения, которые помогли улучшить содержательную часть диссертации.

Отдельную благодарность автор выражает сотрудникам ИНГГ СО РАН -д.т.н. B.C. Могилатову, д.ф.-м.н. Е.Ю. Антонову и д.г.-м.н. Н.О. Кожевникову, поддержавшим данную работу и сделавшим ценные и важные замечания.

Автор благодарит д.г.-м.н. A.A. Редозубова, д.ф.-м.н. В.П. Губатенко, д.т.н. JI.E. Кнеллера, д.т.н. Ю.А. Гуторова за помощь и полезные консультации при обсуждении отдельных моментов диссертации.

За предоставление возможности практической реализации научных результатов автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории электромагнитных исследований ОАО НЛП «ВНИИГИС».

Автор глубоко признателен своему отцу - к.т.н[ A.M. Яхину|, оказавшему большое влияние на формирование научных взглядов соискателя, постоянное внимание и поддержку, а также неоценимую помощь при написании работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ описаны основные положения диссертационной работы (актуальность, цель, научные задачи, теоретическая и практическая значимость результатов, личный вклад автора), сформулированы защищаемые положения и научная новизна.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ приведены практические примеры выявленных аномальных переходных процессов в совмещенных установках и рассмотрена некоторая взаимосвязь с природой этих явлений.

Описаны первые основные результаты по регистрации аномальных форм переходных процессов совмещенной или однопетлевой установкой, полученные на Южном Урале А.Н. Родионовым и A.M. Виноградовым при поисках медноколчеданных месторождений и в Якутии при поисках кимберлитовых трубок под руководством В.А. Сидорова. Именно в такой установке, согласно работе (Губатенко В.П., Тикшаев В.В., 1979), в недиспергирующей среде все измеренные сигналы и их производные должны спадать строго монотонно. Соответственно, наличие нарушения спада или немонотонность процесса спада могут быть связаны только с поляризуемостью

среды. Появление сложных форм переходных процессов объяснено с позиции влияния индукционно вызванной поляризации (ВПИ) (Сидоров В.А., Яхин A.M., 1978, 1979) или явления низкочастотной дисперсии (НЧД) удельной электропроводности, основой для описания которой является феноменологическая теория вызванной поляризации (ВП) (Комаров В.А., 1980, 1994; Кормильцев В.В., 1983; Куликов A.B. и Шемякин Е.А., 1978 и др.).

Большой вклад в развитие и дальнейшее изучение теории влияния поляризуемости на индукционные переходные процессы внесли Г.В. Астраханцев, И.З. Гаврилова, В.П. Губатенко, Р.Б. Журавлева, Г.А. Исаев, В.В. Кормильцев, Ф.М. КаменецкиЙ, С.С. Крылов. A.B. Куликов, А.Н. Мезенцев. Н.Г. Полетаева, A.A. Рыжов, В.А. Сидоров, В.М. Тимофеев, С.М. Шейнманн, Е.А. Шемякин, A.M. Яхин, Т. Lee, H.F. Morrison, Р. Weidelt, G.F. West.

Изучению явления НЧД в электромагнитных исследованиях посвящены работы В.В. Агеева, ЕЛО. Антонова, И.А. Безрука, Е.С. Киселева, В.А. Комарова, Н.О. Кожевникова, П.Ю. Легейдо, В.В. Сочельникова. Б.С. Светова. А.Ф. Постельникова, В.В. Филатова, J.R. Wait, J.W. Hohman, D.J. Marshall, G. Klein, G.A. Neman и др. Исследование феномена высокого и сверхвысокого разрешения ЗСБ с учетом НЧД выполнили В.В. Агеев, В.В. Задорожная, А.Г. Небрат, A.B. Сафонов, Б.С. Светов, В.В. Тикшаев и др.

Одной из причин электрофизической дисперсии (зависимости электропроводности от частоты) является гетерогенность среды, которая также характерна для пород, содержащих тонкие включения высокоомных прослоев, в т. ч. пленок нефти. Чередование высокоомных прослоев с низкоомными приводит к возникновению емкостных эффектов. Подобные явления изучены и известны как эффект Максвелла-Вагнера (Губатенко В.П., 1991).

В главе сделан основной акцент на использование переходных характеристик вызванной поляризации во временном режиме, поскольку представляется наиболее важным выделение сигналов ВПИ для реальных квадратных совмещенных установок и дальнейшая их интерпретация совместно с электродинамическими процессами без ВП.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ описаны основные процедуры обработки и интерпретации данных ЗМПП, усовершенствованы методика и алгоритмы интерпретации переходных процессов способом «плавающей плоскости» с помощью динамических параметров сигнала. Показана реализация таких уточненных алгоритмов на базовых геоэлектрических моделях.

Теоретической основой метода ЗМПП являются фундаментальные работы J1.J1. Ваньяна, Ф.М. Каменецкого, A.A. Кауфмана, Г.М. Морозовой, O.A.

Скугаревской, В.А. Сидорова, А.Н. Тихонова, П.П. Фролова, Д.Н. Четаева, С.М. Шейнманна.

В главе подробно рассматривается способ интерпретации сигналов ЗМПП, заключающийся в пересчете кривых ЭДС от времени 2(0 в кривые зависимости кажущейся продольной проводимости от кажущейся глубины (Сидоров В.А., В.А. Тикшаев, 1969). Метод «кажущейся продольной проводимости» (КПП) базируется на расчете сигнала в совмещенной установке через сигнал «плавающей» проводящей плоскости (Сидоров В.А. и др., 1972). Разрез от земной поверхности до заданной глубины заменяют более простой моделью — эквивалентной проводящей плоскостью (ПП), считая остальную часть разреза изолятором. Для такой модели рассчитывают кривую становления. При этом

// = 4;г-1(Г7 - абсолютная магнитная проницаемость в вакууме, Гн/м; Л -глубина залегания проводящей плоскости, м; 5 - продольная проводимость плоскости. См; / - время регистрации от момента выключения тока в питающем контуре, с; £ - сторона квадратной приемно-генераторной петли, м.

Возможность решения прямых и обратных задач методом КПП и его универсальность при определении геоэлектрики в различных сложных средах позволяет выявлять самые малоконтрастные особенности строения разреза по результатам ЗМПП.

Введение и использование динамических параметров сигнала, уточняющих и характеризующих кривую спада переходного процесса, является актуальным и перспективным для определения реальной разрешающей способности метода, поскольку форма переходного процесса взаимосвязана с геоэлектрической структурой среды. Динамические параметры сигнала - это функции вида (Яхина И.А., 2011):

где 2(1) - измеренные значения ЭДС в соответствующие моменты времени, В/А; ДА)- функция, характеризующая спад переходного процесса над

ю

проводящей плоскостью; /(и)- функция, характеризующая спад переходного процесса над однородным проводящим полупространством; к, и -вспомогательные интерпретационные безразмерные параметры.

Вводимые динамические параметры определяют наклон кривых переходных процессов от времени г, от к или и. Динамические параметры имеют характерные точки - точки перегиба (рис. 1). Представляется интересным исследование характерных точек производных динамических параметров и экстремумов логарифмических производных динамических параметров 5© (рис. 2). Расчетами установлено, что значение экстремальной точки определяется однозначно при к = 0.5, что соответствует предельному времени .

100 юоо t, мкс

10000 100000

Рис. 1. Динамические параметры (Яхина И.А, 2011): 1 - динамический параметр п(1) от поверхностной проводящей плоскости; 2 - динамический параметр п(1) от проводящей плоскости, расположенной на глубине; 3 — динамический параметр п(г) от однородного проводящего полупространства

Рис. 2. Динамический параметр п(к) и его производная п'(к) (р=40 Омм, L=1000 м): 1 - 8(0

от ОПП; 2 - п'(к) от ОПП; 3-п'(к) от поверхностной проводящей плоскости, 4 - 5(t) от поверхностной проводящей плоскости; 5 - п(к) от ОПП

Таким образом, зная ?0(см. рис. 1), можно через динамические параметры вычислить параметры проводящей плоскости (ПП) - значение продольной проводимости проводящей плоскости:

к

и положение проводящей плоскости:

Функция h{t) определяет точное положение ГШ в полупространстве при любом I, продольная проводимость которой постоянна.

Практическая ценность интерпретации данных ЗМПП с использованием метода «кажущейся продольной проводимости» существенно повышается, если ввести понятие «глубинности» H(t) (Сидоров В.А, 1972, 1985) или кажущейся глубины проникновения вихревых токов. В случае плоскослоистого разреза H(t) эквивалентна соответствующей мощности слоя непосредственно под установкой, затронутой вихревыми токами в момент времени t.

Если расположить проводящую плоскость на определенной глубине И, то в момент времени t = t0 сигнал от однородного проводящего полупространства (ОПП) точно совпадает по значению с сигналом от проводящей плоскости, которую можно назвать «предельной» (t„ — время регистрации для предельной плоскости, определяемое характерными точками динамических параметров). Сигнал от ПП, расположенной на глубине h(/0) = H(tQ), в точности совпадая с таковым от ОПП (рис. 3), позволяет определить его удельное сопротивление р. При этом сигналы становления поля в ближней зоне над ОПП рассчитываются по формуле (Исаев Г.А., Ремпель Г.Г., 1974):

(6)

тгЬ

Для введения функции глубинности в ОПП нет необходимости в специальных физических допущениях, достаточно удовлетворить условиям

точного решения обратной задачи, при этом H(t) = р(0) ■ S(t), где р(0) = lim

Н (to)

(Яхина И.А., 2010, 2011). Кажущееся удельное сопротивление текущего напластования определяется в общем случае по формуле (Сидоров В.А. и др, 1972):

<П

Результат интерпретации (рис. 4) методом кажущейся продольной проводимости» способом «плавающей плоскости» с учетом динамических параметров позволяет получить однозначное решение обратной задачи (определить удельное сопротивление р) для ОПП.

Функция для расчета глубинности для произвольных горизонтально-слоистых сред получена с использованием производной сигнала (6) по t и динамических параметров и выражена с учетом зависимостей (1), (7):

Н^-ГШ-^-Ш.. (8)

п(и) 4 /(И) V ;

NJ

1000 100 10 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 1E-05

10

100 1000 10000 100000 t, МКС

Ряс. 3. Сигналы от однородного проводящего полупространства и проводящей плоскости (р=50 Омм, /.=1000 и, 1о=340 икс): 1 - сигнал от однородного проводящего полупространства; 2 -сигнал от проводящей плоскости, расположенной на поверхности; 3 - сигнал от предельной проводящей плоскости, расположенной на глубине

70

60

50

г 40

?

О 30

CL

20

10

0

500

Нк, М

-1 ■

1000

1500

Рис. 4. Результаты интерпретации способом «плавающей плоскости» над ОПП (р=50 Ом-м, ¿=1000 м) (Яхипа И.А, 2011): 1 —точное решение; 2 - приближенное решение по В. А. Сидорову

Результаты интерпретации способом «плавающей плоскости» для модели слоистого разреза приведены на рис. 5. За основу принята трехслойная модель типа «Н» с проводящим основанием (Кауфман А.А и др., 1970), подобранная в соответствии с реальным геофизическим разрезом: pi =70 Омм, h|= 800 м, р2=35 Ом м, h2=400 м, рз=70 Ом-м, h3=oj. При практической обработке и интерпретации влияние слоя с большей проводимостью (р=35 Ом м) в геоэлектрическом разрезе типа «Н» можно характеризовать как небольшое и отнести разрез к слабоконтрастному. В трансформации pt(t) (рис. 5) кажущиеся значения весьма неопределенно оценивают истинные и совершенно отсутствует непосредственная оценка геометрии плоскослоистого разреза. Использование трансформации Sk(Ht) и pt(Hk) позволяет непосредственно оценить геоэлектрику плоскослоистой среды (определить границы и соответствующее сопротивление слоя) (см. рис. 5, 6). Таким образом, правильный расчет Нк определяет точность оценки рь На рис. 7 приведены примеры определения геоэлектрических границ по характерным точкам динамических параметров - точкам перегиба «(/) и экстремумам 5(t). При точном расчете 5(t) можно оценить число напластований, даже не рассчитывая Sk{Hk). Характерные точки динамических параметров определяют границы разделов сред с различными рь- При использовании описанных динамических параметров существенно повышается разрешающая способность метода.

5 S 5 S

О о of et

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

100

Рнс. 5. Палеточные кривые рт для трехслойной модели среды в сопоставлении с рассчитанными значениями рк по трансформациям Sk(Hij (Яхина И.А., Яхин A.M., 2014): 1 — палеточные значения р-для дипольной установки, эквивалентной по моменту совмещенной установке 1_=500м; 2 -рассчитанные значения pt; 3 -величина р=70 Ом-м; 4 — величина р=35 Ом-м; 5 - палеточные значения рт для дипольной установки, эквивалентной по моменту

1000 10000 100000 100000010000000 совмещенной установке 1=1000 м t, МКС

•1 -*-2 -х-3 -W-4 -«—5

1000 ,, 2000 Н, М

1000000 reo электрических

Рис. 7.

п £ „ параметров трехслойной модели среды по Рис. 6. Определение геоэлекгрических ,

. динамическим параметрам сигнала: 1 гранип по трансформациям кажущейся фмическая пр0Низв0/ная 2 _ ([); 3 _

продольной проводимости 01 кажущейся -,„„.,,„„,„,„,,« __________ _________________

глубины (Ь=1000 м): 1 *к!Ц-.)-,2 р»(Нк>

4 - динамический параметр пй) от ОПП

По результатам второй главы сформулированы первое и второе защищаемые положения:

с использованием модели «плавающей» проводящей плоскости и динамических параметров сигнала определена функция глубинности, которая позволяет оценить глубину проникновения вихревых токов в проводящей геологической среде под совмещенной установкой в каждый момент времени; - предложенная методика обработки и интерпретации данных ЗМПП с совмещенными установками с использованием динамических параметров сигнала позволяет повысить точность оценки геоэлектрических параметров разреза за счет выделения слабоконтрастных по удельной электропроводности слоев.

В третьей главе исследуются способы изучения и выявления скрытого влияния вызванной поляризации на индукционные переходные процессы, связанные с немонотонностью спада производных переходного процесса. Показана возможность повышения информативности метода ЗМПП за счет выявления быстроспадающих процессов индукционно вызванной поляризации (ВПИ) в регистрируемом сигнале.

Поляризационные процессы, проявляющиеся в совмещенных установках и вызванные вихревыми токами, имеют токи противоположного направления по отношению к индукционным и уменьшают величину полного тока становления. Уровень регистрируемого сигнала падает, что характерно для среды с резко повышенным сопротивлением. При этом резко увеличивается расчётная кажущаяся глубина Нк проникновения поля и перестает соответствовать реальной. Поэтому решение задачи учета влияния ВПИ в осесимметричных установках имеет очень большое значение, так как от правильной регистрации индукционного становления зависит правильность интерпретации и, в конечном счете, решения поисковых и структурных задач.

В главе описываются результаты работ ЗМПП, проводившиеся на Ерыклинском участке Ромашкинского нефтяного месторождения (Республика Татарстан) по технологии многоразмерных зондирований (МРЗ). Приведены геологические и геоэлектрические особенности изучаемого разреза и условия применения ЗМПП. Ромашкинское нефтяное месторождение является крупнейшим месторождением платформенного типа Волго-Урапьской провинции и территориально приурочено к юго-восточной части Республики Татарстан. Геологической задачей являлось «оконтуривание» залежи в нижней части среднего и верхнего карбона (верейский горизонт, башкирский и серпуховский ярусы) и оценка поляризуемости перспективных на нефтенасыщенность горизонтов нижнего карбона и верхнего девона.

Профильная съемка проводилась совмещенными установками с ¿=500 м (всего 16 зондирований) и с ¿=1000 м (всего 4 зондирования). Для определения геоэлектрики разреза до глубины 400 м в пределах эксплуатируемой части залежи проведено 2 зондирования с ¿=200 м и ¿=250 м. Общая длина профиля составила 4 км, шаг съемки по профилю составил 250 м. Для интерпретации использовались геологические данные по бурению и каротаж сопротивлений (КС) рк с двух опорных скважин в начале и конце профиля.

По результатам численных трансформаций с использованием методики интерпретации данных ЗМПП, приведенной в главе 2, получены зависимости кажущейся продольной проводимости от абсолютных отметок глубин Н„(к

(рис. 8). На этой основе построены комплексные геоэлектрические разрезы кажущейся продольной проводимости и кажущейся электропроводности от абсолютных отметок глубин (рис. 9). Поляризационные части, выделенные на рис. 9, проинтерпретированы отдельно и привязаны к конкретным абсолютным отметкам. Комплексные геоэлектрические разрезы для всего профиля построены по результатам ЗМПП с ¿=1000 м и приведены в сопоставлении с геологическими данными. Глубина зондирований составила 1,7-1,8 стороны установки, что позволило получить информацию о геоэлектрике разреза до среднефранского яруса верхнедевонского отдела.

По разрезу (см. рис. 9) можно судить о крупных геоэлектрических неоднородностях среды. Повышенная средняя электропроводность пород над известной залежью вплоть до визейского яруса (Яяй(:=-400+-900 м) нижнего карбона может быть связана с наличием коллекторов в этой части разреза, насыщенных минерализованной водой. Повышенной проводимостью выделился массив среднефаменских и нижнефаменских пород верхнего девона (Набс~-1000+-1200 м). Верхнефаменские и среднефаменские породы также проявляются по поляризации (пикеты 4000 и 1000). Определённое проявление поляризации наблюдается для подошвенной части верхнего карбона и кровельной части среднего карбона (пикет 4000). Поляризация в пласте верейских пород имеет разрыв между пикетами 1000 и 2000, что связывается с западной границей ВНК известной залежи. В целом интенсивность поляризации после перерыва растёт в юго-западном направлении и достигает максимума для пикета 4000, что свидетельствует о возможном нефтенасыщении верейских пород. Предположительно в нижнепермских отложениях и выше (пикеты 2000 + 4000) возможно углеводородное насыщение, приводящее к появлению поляризации пород. Особенно сильное проявление поляризации пород (при повышенной их проводимости) проявляется в окском надгоризонте визейского яруса (пикет 4000 и 2000, //„&.=-800 м), что можно связать с их нефтенасыщенностью.

Наличие поляризационных процессов выявляется при приведении результатов многоразмерных зондирований к одному размеру контура совмещенной установки. Анализ исследований становления поля над проводящей плоскостью позволил получить новые эффективные способы приведения результатов МРЗ по следующей аналитической формуле:

где 2,л - импеданс установки, сигнал которой приводятся к импедансу 2, г.

ЯМ

По выражению (9) возможно с помощью расчета вспомогательных параметров и измеренных значений 2(1) с одной установки численно получить сигнал для любого размера контура.

-1100

-1400

-1500

-1600

-1700

-1800

-1900

-2000

-500

S -600 ю -700

гг

-с -800

-900 -1000

-1200 -1300

-2100 -I----

0 10 20 30 40

в, См

Рис. 8. Кривые зависимости кажущейся продольной проводимости от абсолютных отметок глубин, полученные по результатам ЗМПП и данным каротажа КС (Пикет 4000, 1=1000 м) (Яхина И.А., 2008)

Рис. 9. Геоэлектрический разрез кажущейся электропроводности от абсолютных отметок глубин по результатам ЗМПП (Яхина И.А., 2008; Яхин A.M. и др.. 2008)

На рис. 10 приведен пример приведения по (9) сигналов МРЗ для неполяризующегося однородного проводящего полупространства, где показано, что все приведенные значения полностью совпадают на всем временном интервале измерений сигналов. На рис. 11 на примере Ерыклинского участка показана возможность численного пересчета сигналов,

полученных с установкой £=1000 м к установке 1=500. По рис. 11 отчетливо прослеживаются интервалы несовпадения двух сигналов, что свидетельствует о влиянии индукционно вызванной поляризации в отдельных интервалах разреза. Для сравнения приведены результаты приведения сигналов (Молчанов A.A. и др., 1984; Сидоров В.А., 1985), которые дают хорошие результаты только на самых поздних стадиях становления поля, в то время как пересчет по аналитической формуле (9) позволяет выявлять поляризационные интервалы в диапазоне регистрации электродинамических процессов (микро-миллисекундный интервал времени) начиная с самых ранних времен измерения сигналов ЗМПП.

Многолетняя практика работ методом ЗСБ и теоретические исследования по изучению проявления ВП в индукционных процессах позволили установить существование поляризационных эффектов в диапазоне регистрации электродинамических процессов. Важным для практики явилось то, что установлено наличие быстро спадающих процессов ВП, непосредственно связанных с углеводородным насыщением пластов-коллекторов, и возможность их регистрации в переходном режиме.

1000 т-------100

1 ю юо юоо юооо юоооа оооооо t, мкс

-*-3

0.0001

0.00001

Рис. 10. Результаты приведения сигналов миогоразмериых зондирований над ОПП к одному размеру контура установки с использованием аналитической формулы приведения: 1 —

приведенные результаты измерений с ¿.=500 м к ¿=1000 м; 2 - приведенные результаты измерений с 1=250 м к ¿=1000 м; 3 — приведенные результаты измерений с ¿=100 м к ¿=1000 м.

0.00001

0.000001

1 10 100 1000 10000 100000 t, мкс

Рис. 11. Результаты приведения сигналов для плоскослоистого нефтеносного разреза с использованием аналитической формулы приведения (¿=500 м) (Яхина И.А., 2012):\ -приведенные значения сигнала Z(t) с установкой ¿=1000 м к ¿=500 м; 2 - измеренные значения сигнала с установкой ¿=500 м; 3 - приведение сигнала по (Молчанов A.A. и др., 1984)

По результатам третьей главы сформулировано третье защищаемое положение: разработанный способ приведения результатов многоразмерных зондирований к одному размеру контура совмещенной установки расширяет временной диапазон при выявлении поляризационных эффектов над плоскослоистым нефтеносным разрезом.

Заключение

Основные результаты работы сводятся к следующим обобщениям:

— усовершенствована методика интерпретации данных ЗМПП, основанная на трансформации переходной характеристики в кривые зависимости кажущейся продольной проводимости от кажущейся глубины. В предложенном методическом комплексе обработки и интерпретации данных ЗМПП используются динамические параметры ЭДС, производные и логарифмические производные динамических параметров. Моделированием этих показателей установлено, что данные параметры имеют характерные точки, которые связаны с регистрацией сигнала и с геоэлектрическими особенностями среды;

— проведенные численные расчеты позволили вывести формулу расчета глубинности для моделей ОПП и проводящей плоскости через динамические параметры сигнала. С помощью «плавающей» проводящей плоскости, -расположенной на предельной глубине, однозначно определяется удельное сопротивление ОПП. Способ расчета глубинности для плоскослоистых сред, реализованный в работе, позволяет определять глубину проникновения вихревых токов в каждый момент времени и геоэлектрические границы слоя;

— доказана возможность изучения геоэлектрического разреза начиная с самых ранних стадий становления поля, поскольку установлено, что коэффициент глубинности является монотонно возрастающей функцией от ноля на ранних стадиях и асимптотически стремящейся к постоянному значению на поздних стадиях;

— разработаны и реализованы на практическом материале алгоритмы приведения результатов многоразмерных зондирований по предложенным аналитическим формулам, основанные на анализе становления поля над проводящей плоскостью, которые позволяют разделить индукционный и поляризационный процессы;

— на практическом материале реализована предложенная методика интерпретации данных ЗМПП с выделением поляризационных эффектов и их глубинной привязки к конкретному стратиграфическому горизонту.

Дальнейшее развитие метода ЗМПП связано с применением его высокоразрешающих технологий. Основные достоинства ЗМПП — большая

глубинность при возможности детального геоэлектрического расчленения разреза и одновременной оценки степени насыщенности коллекторов углеводородами на разных структурных этажах по индукционно вызванной поляризации (ВПИ). Поэтому перспективные возможности метода могут быть реализованы в решении следующих геологических задач:

- определение основных источников техногенного засолонения, связанного с нефтедобычей;

- применение метода для контроля за выработкой битумного пласта;

- применение метода на стадии доразведки (выделение целиков нефти, оценка степени обводненности и т.д.) нефтяного месторождения на основных структурных этажах, когда при добыче нефти заводнением меняются электропроводящие свойства в пластах коллекторах.

Публикации по теме диссертации Статьи в рецензируемых журналах, определенных ВАК

1. Яхнна И.А. Некоторые полезные экстремумы динамических параметров в зондированиях методом переходных процессах (ЗМПП) // Изв. вузов. Геология и разведка - 2011. - №3. - С. 70-75.

2. О рельефе дна. протяженности, структуре полости «каньонообразной» долины Тимергазина и проблемы нефтегазопоисковых работ в фундаменте Р.Х. Муслимов. A.M. Яхин, А.И. Лысенков, М.З. Шакиров, И.А. Яхина // Нефтяное хозяйство / ЗАО «Издательство «Нефтяное хозяйство». — 2009. — №11 -С. 92-95.

Патенты

3. Яхин A.M., Яхина И.А. Способ геоэлектроразведки: пат. РФ №2494419; опубл. 27.09.2013. - Бюл. №27.

Статьи в материалах конференций

4. Яхин A.M., Епископосов К.С., Яхина И.А. Поисково-разведочные возможности ЗСБ на нефть и газ совмещенными установками // Проблемы нефтегазового дела: тез. докл. междунар. науч.-техн. конф./редкол.: В.Ш. Мухаметшин и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006. - С. 39-40.

5. Яхина И.А. Учет влияния вызванной поляризации .при решении задач поиска и разведки залежей углеводородов (на примере работ на Куакбашской площади Ромашкинского месторождения) // Тезисы докладов Четвертой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле. — Новосибирск: ИГМ СО РАН, 2008. - С. 289-291.

6. Яхина И.А. Зондирования становлением поля в ближней зоне (ЗСБ) при оценке нефтеносности Куакбашской площади // Современные проблемы

геофизики. Девятая Уральская молодежная научная школа по геофизике: сборник материалов. - Екатеринбург: УрО РАН. 2008. - С. 222-224.

7. Яхин A.M., Яхина И.А. Особенности проявления вызванной поляризации в индукционных переходных процессах при рудопоисковых работах методом ЗМПП // Доклады Международной научно-практической конференции «Ядерно-геофизические полевые, скважинные и аналитические методы при решении задач поиска, разведки и разработки месторождений твердых полезных ископаемых». - М.: ГНЦ РФ ВНИИгеосистем, 2009. -С. 137-139.

8. Яхин А.М., Яхина И.А. О функции глубинности при интерпретации результатов ЗСБ методом кажущейся продольной проводимости // Строение литосферы и геодинамика: Материалы XXIII Всероссийской молодежной конференции. - Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2009. - С. 306-308.

9. Яхин A.M., Шакиров М.З., Яхина И.А. Прогнозирование широтного рифта на юго-востоке Восточно-Европейской платформы (ВЕП) // Международная научно-практическая конференция «Казанская геологическая школа и её роль в развитии геологической науки в России». — Казань, 2009. — С. 673-675.

10. Яхин A.M., Яхина И.А. Возможность создания адаптирующихся к условиям измерений систем результатов интерпретации ЗМПП [Электронный ресурс] // EAGE. Первая международная научно-практическая конференция «ГЕОБАЙКАЛ-2010». - Иркутск, 2010. - CD-ROM.

11. Яхина И.А. Влияние вызванной поляризации при индукционном изучении поляризуемости пород в методе ЗСБ при решении задач нефтепоиска // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 37-й сессии Международного семинара им. Д.Г. Успенского. - М.: ИФЗ РАН, 2010.-С. 413-416.

12. Яхина И.А. Многоразмерные зондирования ЗСБ как основа повышения разрешающей способности электромагнитной разведки // XI Уральская молодежная научная школа по геофизике: сборник докладов. — Екатеринбург: ИГф УрО РАН, 2010. - С. 270-272.

13. Яхина И.А. Развитие теоретических основ интерпретации полей спада в импульсной индуктивной электроразведке при решении задач геоэлектрики // Тезисы докладов международной конференции «Шестые научные чтения Ю.П. Булашевича. Глубинное строение, геодинамика, тепловое поле Земли, интерпретация геофизических полей». — Екатеринбург: ИГФ УрО РАН, 2011. С. 423-426.

14. Яхина И.А. Новые регистрируемые типы немонотонных переходных процессов в ЗМПП (зондирования методом переходных процессов) // XIII Уральская молодежная научная школа по геофизике: сборник материалов. -Екатеринбург: УрО РАН, 2012. - С. 237-238.

15. Яхина И.А. Повышение контрастности переходных процессов при выделении индукционной и поляризационной составляющих процесса становления поля // XIII Уральская молодежная научная школа по геофизике: сборник материалов. - Екатеринбург: УрО РАН, 2012. - С. 239-241.

16. Яхина И.А., Виноградов A.M.. Импульсная электроразведка при обеспечении поисков и изучении «рудных холмов» колчеданных месторождений // Всероссийская конференция с международным участием «Геодинамика, рудные месторождения и глубинное строение литосферы» (XV Чтения памяти ак. А.Н. Заварицкого). - Екатеринбург, 2012. - С. 295-297.

17. Яхин A.M., Яхина И.А. ЗМПП как базовый метод электроразведки при поиске, разведке и контроле за экобезопасной разработкой месторождений высоковязкой нефти в ВЧР // Тезисы . докладов Международной научно-практической конференции «Аппаратурно-методические комплексы и технологии ГИС и ядерно-геофизические методы для исследования нефтегазовых и рудных скважин». — Октябрьский, 2012. - С. 195-201.

18. Яхин A.M., Яхина И.А.. Совершенствование алгоритмов интерпретации импульсной индуктивной электроразведки применительно к поисковым и разведочным работам на нефть и битум // Высоковязкие нефти и природные битумы: проблемы и повышение эффективности разведки и разработки месторождений: материалы Международной научно-практической конференции. - Казань: Изд-во «ФЭН», 2012. - С. 366-369.

19. Яхин A.M., Епископосов К.С., Яхина И.А.. Совершенствование алгоритмов интерпретации результатов импульсной индуктивной электроразведки применительно к поисковым и разведочным работам в верхней части разреза (ВЧР) осадочных пород // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 40-й сессии Международного семинара им. Д.Г. Успенского.-М.: ИФЗ РАН, 2013.-С. 396-400.

20. Яхина И.А., Яхин A.M.. Возможность повышения точности определения удельных сопротивлений пород методом ЗМПП // Вопросы теории и практики геологической интерпретации гравитационных, магнитных и электрических полей: Материалы 41-й сессии Международного семинара им. Д.Г. Успенского. - М.: ИФЗ РАН, 2014. - С. 289-291.

Подписано в печать 2я.о* .2014. Бумага офсетная. Формат 60x84 1/16. Печать офсетная. Печ л. 1,0. Тираж 100. Заказ*//»

Отпечатано с оригинал-макета в ГУП РБ «Октябрьская городская типография» 452600, РБ, г. Октябрьский, ул. Чапаева, 18