Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОИСКА УГЛЕВОДОРОДОВ

Заявляемое изобретение относится к геофизическим методам поиска минеральных ресурсов и может быть использовано при разведке нефтяных и газовых месторождений.

Известен способ электросейсмической разведки путем обнаружения электромагнитного сигнала, создаваемого дипольным излучателем, заключающийся в обнаружении двух несмешивающихся флюидов, присутствующих в пористой подземной формации, который включает в себя инициирование сейсмического воздействия в местоположении источника, так что, если акустический волновой фронт сталкивается с областью пористого подземного пласта, содержащего, по меньшей мере, две несмешивающиеся жидкости, в общем пространстве создается электромагнитный сигнал, возникающий от дипольного излучателя в указанной области, и перемещаясь из указанной области со скоростью света, упомянутый электромагнитный сигнал обнаруживается на поверхности и указывает на наличие вероятных залежей углеводородов в окрестностях указанной области [патент US 4904942 А, опубликован 27.02.1990 https://patents.google.com/patent/US4904942].

Недостатком этого метода является низкая чувствительность из-за необходимости регистрации низкочастотных сигналов на фоне естественных электромагнитных помех, в частности поля теллурических токов.

Известен способ определения подземного электрического сопротивления с использованием электросейсмических измерений, заключающийся в измерении сопротивления геологической среды как функции глубины, использующий сейсмоэлектрический эффект и инверсную технологию. Сопротивление определяется через отношение наблюдаемых электромагнитного поля и сейсмического сигнала, отраженных от слоев Земли. Для возбуждения геологической среды используется сейсмический источник (вибратор) [патент US №5486764, опубликован 23.01.1996].

Недостатком этого способа также является низкая чувствительность из-за необходимости регистрировать малые отраженные сигналы электромагнитного поля на фоне собственных теллурических токов Земли, причем сейсмоэлектрический эффект углеводородных залежей не регистрируется.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ сейсмо-электромагнитного обнаружения углеводородных месторождений, заключающийся в одновременном возбуждении сейсмической волны и электромагнитного поля в исследуемой геологической среде, под их воздействием появляется электромагнитный сигнал за счет вибрации поверхности углеводородного месторождения при возбуждении электромагнитным полем, электромагнитный сигнал углеводородной залежи регистрируется вместе с переходным процессом от геологической среды, затем вычисляется разница между этим сигналом и записанным при отсутствии сейсмического воздействия [заявка US 2007/0078603 А1, опубликована 05.04.2007, прототип].

Недостатком прототипа является необходимость использования специального мощного источника электромагнитного поля и длинной питающей линии, что существенно усложняет и удорожает процесс проведения работ. Кроме того, из-за отсутствия информации о скорости распространения сейсмических волн невозможно достичь полной синхронности возбуждения продуктивного пласта обоими типами источников, что существенно снижает чувствительность метода. Из-за сложности и громоздкости используемого оборудования этот способ применяется лишь в разведке углеводородов на море. На суше это требует использования нескольких мощных машин для размещения источников сейсмического и электромагнитного полей, а также прокладки длинной питающей линии для возбуждения электромагнитного поля.

Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является облегчение процесса поиска углеводородных залежей и снижение его стоимости, а также улучшение качества интерпретации данных сейсмоэлектрических наблюдений без использования специальных мощных источников электромагнитного (подсвечивающего) поля, за счет построения сейсмоэлектрического геологического разреза по глубине в качестве дополнения к сейсмическому разрезу.

Для решения технической проблемы в заявленном способе поиска углеводородов, заключающемся в возбуждении сейсмической волны в исследуемой геологической среде и регистрации электромагнитного сигнала углеводородной залежи в указанной области, согласно изобретению, на поверхности исследуемой геологической среды одновременно с сигналом электромагнитного поля, вызванного сейсмическими ударами, без использования искусственного источника электромагнитного поля, регистрируют отраженные от слоев углеводородного пласта сейсмические волны, при этом одновременную регистрацию электрических и сейсмических сигналов осуществляют при помощи подключенных к компьютеру электрического диполя и сейсмоприемника, установленных в исследуемой зоне. При помощи программного обеспечения компьютера вычисляется коэффициент взаимной корреляции (КВК) R_ES(t_i) между сейсмическими и электрическими сигналами во временных окнах между соседними ударами сейсмоисточника и строится сейсмоэлектрический разрез в координатах текущего времени между соседними ударами и КВК R_ES(n_i), где n_i - номер окна в рамках периода Т повторения ударов сейсмоисточника, причем информацию в виде сейсмоэлектрического разреза геологической среды используют для повышения достоверности поисковых данных.

Согласно изобретению, КВК вычисляется по зарегистрированным электромагнитным и сейсмическим сигналам параллельно во всех окнах вдоль периода Т, где τ=5 мс - длительность импульса сейсмического удара.

Согласно изобретению, длительность временных окон выбирается в соответствии с длительностью отраженного сейсмического импульса от характерного слоя геологической среды.

Технический результат - повышение вероятности обнаружения продуктивного пласта, достигается за счет одновременной регистрации причины и следствия, т.е. сигналов сейсмоисточника, действующих на продуктивный пласт и вызывающих электрическое поле, регистрируемое при помощи электрического диполя на поверхности геологической среды, и отраженных сейсмических сигналов сейсмоисточника, регистрируемых при помощи сейсмоприемника с вычислениями их взаимной корреляции. В прототипе регистрация обоих видов сигналов производится несинхронно, что существенно снижает чувствительность метода, поскольку скорость распространения сейсмических волн точно неизвестна, следовательно, необходимо подбирать время электрического воздействия и производить компенсацию переходных процессов электрического поля, что снижает производительность работ.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для реализации заявленного способа поиска углеводородов, включающая расположенный на поверхности геологической среды невзрывной импульсный источник сейсмических волн 1; электрический диполь 2 с заземлениями М N; сейсмоприемник 3; компьютер 4; продуктивный пласт углеводородов 5; направление сейсмических волн 6; силовые линии электромагнитного поля 7; электрические заряды на поверхности продуктивного пласта 8, напряженность электрического поля Е.

На фиг. 2 представлена временная эпюра возбуждающих и регистрируемых сигналов U и I_а, на которой показаны: ударный импульс 9 сейсмического источника; временное окно 10 длительностью τ, в котором вычисляется коэффициент взаимной корреляции (КВК); регистрируемые сигналы электрических и сейсмических полей 11 между ударными импульсами сейсмического источника 1; отраженный сейсмический сигнал 12; период Т повторения ударного импульса от источника; текущее время t_i между возбуждающим и отраженным от залежи сейсмическим сигналом.

На фиг. 3 приведена геологическая карта Быстрянской площади Минусинского месторождения с обозначением профиля измерения (точки 1-5).

На фиг. 4а изображены первые результаты опытных работ на Быстрянской площади Минусинского газоконденсатного месторождения (Красноярский край), где показаны: максимумы коэффициента взаимной корреляции R_ES(0) над продуктивным газовым пластом, соответствующие отраженным от него к поверхности геологической среды сейсмическим волнам с глубины 1,8 км, а на фиг. 4б изображен такой же график, но в нормальной зоне вне месторождения.

Представленный на фигурах способ работает следующим образом: На поверхности исследуемой геологический среды устанавливают невзрывной импульсный сейсмический источник 1, возбуждающий сейсмическую волну; на исследуемом профиле устанавливают заземленный электрический диполь 2 и сейсмоприемник 3, которые подключают к компьютеру 4, регистрирующему исходящие от продуктивного пласта углеводородов электрические и отраженные сейсмические сигналы. Компьютер 4 заранее программируют по первым опытным ударам сейсмического источника и устанавливают длительность временного окна 10 в соответствии с первыми характерными отраженными сейсмическими сигналами 11. В дальнейшем программа работает автоматически с перемещением временного окна 10 так, что за период Т повторения ударов сейсмического источника рассчитывается КВК как функция:

где τ - ширина временного окна;

- нормированный по дисперсии сигнал с электрического диполя;

- нормированный по дисперсии сигнал с сейсмоприемника.

В компьютере КВК запоминается как функция текущего времени t и выводится на дисплей компьютера 4 в виде сейсмического разреза по координатам текущего времени. Параллельно в компьютере производится расчет и отображение сейсмического разреза в координатах текущего времени и амплитуды отраженного от сейсмического сигнала S(t), усредненного по числу повторяющихся ударов сейсмоисточника.

Одним из условий реализации заявленного способа является высокая стабильность периода повторения ударов Т (не более 10^-5), длительности и формы излучаемых сейсмических импульсов.

Опытные работы по заявленному способу были произведены на Быстрянской площади Минусинского газоконденсатного месторождения (Красноярский край) в июле 2017 г., где газовый пласт расположен на глубине 1800 м. Геологическая карта месторождения приведена на фиг. 3. В качестве излучателя используется импульсный невзрывной сейсмоисточник «Енисей» КЭМ-4 с силой удара 10⁵ Н, длительностью импульса 5 мс и периодом повторения 10 с. Электромагнитное поле залежи E(t) регистрировалось при помощи заземленного электрического диполя длиной 200 м, синхронно с регистрацией отраженных от залежи сейсмических сигналов при помощи стандартных сейсмоприемников марки SGD-SET/FU. Данные со всех датчиков записываются в память сейсмостанции модели SGD-SET/CU которая производит обработку сигналов и строит получившийся сейсмо-электрический разрез.

На фиг. 4 приведена двухмерная эпюра зависимости коэффициента взаимной корреляции R_ES(0) от текущего времени t_i, синхронно с регистрацией отраженных сейсмических сигналов нормированных по дисперсии по другой оси, полученная над аномальной точкой 2 (фиг. 4а) в центре месторождения. По другой оси отмечена амплитуда зарегистрированного сигнала электрического поля E(t) в реальном масштабе времени в паузе [0, Т] между импульсными ударами сейсмического излучателя. Как видно из этого графика, первые сигналы электрического поля поступают в приемник через 0,5 сек после сейсмического удара. Это соответствует времени прохождения сейсмического возбуждения от продуктивного пласта на расстояние 1800 м со средней скоростью 4000 м/с. Электрическое поле реакции газового пласта приходит на поверхность с гораздо большей скоростью, т.е. практически мгновенно, поэтому время его прихода совпадает с моментом возбуждения продуктивного пласта сейсмическим ударом. Электрическое поле при этом по времени затухает медленно по мере уменьшения электрических зарядов в газовом пласте, вплоть до 5 с. Последующие пики коэффициента R_ES(0) по глубине разреза соответствуют его слоистой структуре, в частности второй «гребень» соответствует нижнему горизонту продуктивного газового пласта, а третий является отражением другого продуктивного пласта, возможно нефтяного, на большей глубине порядка 4000 м. Данный пласт не был отмечен буровой скважиной, поскольку глубина бурения на Быстрянской площади не превышает 2000 м. На фиг. 4б показаны графики КВК R_ES(0), снятые в нормальной зоне, на расстоянии 4 км от центра аномалии. Как видно из этих графиков, в нормальной зоне, на больших задержках сейсмического сигнала, КВК R_ES(0) не содержит гребней и лишь вблизи поверхности появляется гребень электрического поля, по-видимому обусловленный границей раздела между породами. Возможно это слой с повышенной влажностью.

Заявленный способ поиска углеводородов существенно увеличивает достоверность интерпретации данных за счет анализа новой информации в виде сейсмоэлектрического разреза геологической среды, исключает из необходимого оборудования искусственный источник ЭМ поля, что кардинально увеличивает производительность полевых работ и снижает их стоимость.

Использование настоящего способа позволит улучшить эффективность бурения при помощи дополнительного построения сейсмоэлектрического геологического разреза без использования «подсветки» искусственным электрическим полем, что исключает потребности в мощном и габаритном источнике электромагнитного поля и прокладки питающей электрической линии, что позволяет использовать этот метод на суше.