18.3. Классификация методов электроразведки

Классификация основных методов электроразведки для решения нефтегазовых задач дана на схеме (рис. 18.1). Все методы сгруппированы по характеру изменения полей во времени и по природе источников электрических полей. По характеру изменения во времени выделяются методы, использующие постоянные и переменные токи; по природе источников полей - методы, использующие искусственные и естественные источники тока.

Рис. 18.1. Классификация методов электроразведки, применяющихся в нефтегазовой отрасли

Методы постоянного тока с искусственным его возбуждением объединяют под общим названием метода сопротивлений. Метод сопротивлений осуществляется в виде трех модификаций - вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), дипольного электрического зондирования (ДЭЗ) для изучения геологического разреза по вертикали, а также электрического профилирования (ЭП) для изучения разреза по горизонтали.

К методам переменного тока с искусственным его возбуждением относятся три модификации - метод вызванной поляризации (ВП), метод частотного зондирования (ЧЗ) и метод зондирования становлением электромагнитного поля (ЗС). Естественное переменное поле Земли изучается магнитотеллурическим методом, включающим различные модификации, основные из которых - магнитотеллурическое зондирование (МТЗ), магнитотеллурическое профилирование (МТП) и метод теллурических токов (МТТ). Ниже дано краткое представление об упомянутых методах.

Вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ). Основано на измерении поля постоянного тока четырехэлектродной установкой, в которой все электроды расположены на одной прямой линии симметрично относительно общего центра. Два электрода, через которые пропускается ток в среду, являются питающими, два другие - измерительными. В процессе выполнения полевых работ ВЭЗ последовательно увеличивают расстояние между питающими электродами, что определяет глубинность исследования.

Дипольное электрическое зондирование (ДЭЗ). Отличается от ВЭЗ тем, что пары (диполи) питающих и измерительных электродов разносятся друг от друга на расстояния, существенно превышающие размеры диполей. Расстояние между центрами питающего и измерительного диполей (разнос дипольной установки) определяет глубину исследования среды.

Электрическое профилирование (ЭП). Основано на измерении поля постоянного тока при фиксированных размерах питающих и измерительных диполей; установку перемещают вдоль линии наблюдений с определенным интервалом (шагом профилирования). В результате изучают изменение геоэлектрического разреза в горизонтальном направлении при постоянной глубине исследований.

Метод вызванной поляризации (ВП) основан на электрохимической активности горных пород при пропускании через них тока в виде прямоугольных импульсов. При этом выясня­ется характер изменения тока на приемных электродах после выключения его в питающей цепи. В результате получают данные о поляризуемости среды, которые могут быть связаны с вкраплениями рудных минералов, образующимися над залежами УВ.

Частотное зондирование (ЧЗ). Возбуждают гармоническое во времени электромагнитное поле и изучают зависимость электрической и магнитной его компонент от частоты. Изменяя частоту тока в питающем диполе или петле, управляют глубиной изучения разреза: с уменьшением частоты питающего тока возбуждаемая гармоническая электромагнитная волна проникает все глубже в среду, позволяя тем самым получать информацию об изменении параметров геоэлектрического разреза в вертикальном на­правлении.

Зондирование становлением электромагнитного поля (ЗС). Используют те же установки, что и в методе частотных зондирований, но в питающий диполь или петлю подают нестационарный электрический ток в виде ступенчатого импульса включения или выключения тока. Глубину проникновения электромагнитной волны в среду определяет время становления поля, прошедшее с момента включения или выключения тока в питающей цепи. Измеряют разность потенциалов на измерительных электродах или ЭДС индукции, наводимую в петле, в различные моменты; их величина связана с изменением параметров геоэлектрического разреза по вертикали.

Магнитотеллурическое зондирование (МТЗ). Производят попарную синхронную регистрацию горизонтальных составляющих теллурического и магнитного полей Е_х и Н_у, Е_у и Н_х в диапазоне периодов от долей секунды до нескольких часов. Поскольку период вариаций определяет глубину проникновения электромагнитной волны в среду, то измеренные составляющие дают возможность получить сведения о геоэлектрическом разрезе на различных глубинах.

Магнитотеллурическое профилирование (МТП). Упрощенный вариант МТЗ, в котором изучаются вариации магнитотеллурического поля в узком диапазоне периодов. Следовательно, глубина изучения разреза сохраняется примерно постоянной, что позволяет изучать изменения геоэлектрического разреза по профилю или площади.

Метод теллурических токов (МТТ). Регистрируют только электрические компоненты магнитотеллурического поля. Наблюдения выполняют синхронно в двух точках: базисной и полевой; отношение напряженностей поля теллурических токов в полевой и базисной точках не зависит от времени, а определяется только геоэлектрическими свойствами разреза. МТТ позволяет изучать так же, как и МТП, изменение свойств геоэлектрического разреза по профилю или площади.

Эффективность различных методов электроразведки неодинакова. Основное ограничение метода сопротивлений состоит в том, что постоянный ток не проходит через непроводящие формации, т.е. глубинность изучения практически ограничена глубиной залегания первого достаточно мощного высокоомного горизонта. Поскольку при поисках нефти и газа требуется большая глубинность исследований, объемы работ этими методами невелики. Однако метод сопротивлений еще может применяться в районах, где нефтегазоносные отложения перекрыты хорошо проводящими электрический ток отложе­ниями.

Методы переменных электромагнитных полей преодолевают эту трудность, поскольку переменное поле легко проходит через непроводящую среду. Низкочастотные модификации электроразведки магнитотеллурическими методами (МТЗ, МТП и МТТ) используют с целью изучения регионального строения нефтегазоносных бассейнов. Методы ЧЗ и ЗС применяют при более детальных структурно-поисковых работах и непосредственных поисках нефтегазовых залежей. К сожалению, большие глубины, характерные для нефтегазовых объектов, и необходимость использования довольно низких частот не дают в полной мере реализовать все преимущества электроразведки на переменном токе, позволяющие получать информацию не только о сопротивлении горных пород, но и других важных параметрах - диэлектрической и магнитной проницаемостях.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объясните физический смысл каждого из уравнений Максвелла.

2. В предположении каких моделей электромагнитного поля работает нефтегазовая электроразведка?

3. От каких причин зависит глубина проникновения переменного тока в Землю?

4. Чем может быть ограничена глубинность проникновения постоянного тока в Землю?

5. Каков диапазон изменения удельного электрического сопротивления горных пород?

6. Составьте представление о поляризуемости горных пород.

7. Почему в нефтегазовой электроразведке не определяют диэлектрическую и магнитную проницаемости горных пород?

8. Как определяется суммарная продольная проводимость и суммарное поперечное сопротивление горизонтально-слоистой модели среды?

9. Перечислите основные методы нефтегазовой электроразведки. На использовании каких источников электромагнитных полей они основаны?