Введение к работе
Объектом исследования настоящей работы являются вопросы аппаратур-но-методического обеспечения индуктивной импульсной электроразведки ЗСН, включая разработку аппаратуры, методику ведения работ, обработки и интерпретации данных, применительно к нефтепоисковым исследованиям в специфических условиях Сибирской платформы: высокоомный георазрез с быстрым процессом установления поля, последствия траппового магматизма (неоднородность георазреза и суперпарамагнетизм горных пород), сложные условия транспортировки, удаленность от населенных пунктов и т.д.
На рубеже 70-х годов Сидоровым В.А., Тикшаевым В.В., Кауфманом А.А., Морозовой Г.М., Обуховым Г.Г., Терехиным Е.И., Фроловым П.П. и др. была практически и теоретически показана возможность зондирований становлением поля в ближней зоне (ЗСБ) при решении задач структурной разведки. В этот период начинается интенсивное геофизическое изучение' крупной нефтегазовой провинции - Сибирской платформы. Естественно ставится вопрос о включении ЗСБ в арсенал используемых на платформе геофизических методов. Однако к этому времени вопросы технического, технологического и интерпретационного обеспечения метода только начинали разрабатываться и не были решены в необходимой полноте, тем более применительно к условиям высокоомного, насыщенного траппами георазреза Сибирской платформы. Отсутствовала необходимая для этих условий аппаратура. Имелось множество неясных вопросов формирования методики помехоустойчивых измерений в большом динамическом диапазоне сигнала, его эффективной фильтрации от помех. Весьма дискуссионными выглядели предлагаемые методики обработки и интерпретации полевого материала, где недостаточно внимания уделялось влиянию погрешностей измерений, в том числе неслучайного характера, зачастую упрощенно рассматривались вопросы влияния латеральных неоднородностей георазреза и др.
Исходя из вышесказанного, актуальность исследований определяется необходимостью разработки и развития технико-методического обеспечения импульсной электроразведки ЗСБ с учетом специфических условий нефтегазопоисковых исследований на Сибирской платформе.
Цель исследований - внедрение метода ЗСБ в практику нефтепоисковых геофизических работ на Сибирской платформе, повышение достоверности картирования и прогноза коллекторов, выявления структур в осадочном чехле и по фундаменту и решения иных геолого-геофизических задач, стоящих перед методом.
Основные задачи исследований
1. Разработка и внедрение аппаратурного обеспечения работ ЗСБ применительно к физико-географическим и геоэлектрическим условиям Сибирской платформы (широкополосная аппаратура повышенной мобильности, система тестирования аппаратуры, малогабаритные приемные датчики).
-
Разработка и развитие технологии работ (проектирование, методика измерений, способы борьбы с помехами и искажениями, оценка достоверности полевых данных и т.д.) с учетом обеспечения решения геолого-геофизических задач, характера помех, высокоомного георазреза, сложных условий транспортировки и удаленности от населенных пунктов.
-
Разработка и развитие способов обработки и интерпретации полевых данных, в том числе с учетом искажающего влияния неоднородностей ВЧР и наличия суперпарамагнитных пород.
Фактический материал и методы исследования
В работе автор в значительной мере опирался на результаты исследований многих российских и зарубежных ученых, работавших в области индуктивной импульсной геоэлектроразведки: Агеева В.В., Барсукова П.О., Безрука И.А., Бубнова В.М., Бучарского Б.В., Ваньяна Л.Л., Великина А.Б., Глечикова В.А., Глинского Б.М., Гольдмана М.М., Губатенко В.П., Задорожной В.Ю., Исаева Г.А., Ка-менецкого Ф.М., Кауфмана А.А., Киселева Е.С., Ключкина В.Н., Кожевникова Н.О., Крыжановского В.А., Куликова А.В., Лепешкина В.П., Манштейна А.К., Могилатова B.C., Морозовой Г.М., Осипова В.Г., Полетаевой Н.Г. Попова Ю.Н., Рабиновича Б.И., Светова Б.С., Сидорова В.А., Смилевец Н.П., Тикшаева В.В., Тригубовича Г.М., Филатова В.В., Шапорева В.А., Эпова М.И., Яхина A.M., Buselli G., Lee H., Lee Т., McCracken К., Chakridi R., Chouteau M., Spies В., Meju M., Newman G., Keller G., Wait J. и мн. др. Кроме того, в решении некоторых вопросов автор опирался на теорию сигналов и цепей, теорию статистической радиотехники.
При проведении исследований использовались методы аналитических оценок, расчетов, физического моделирования, полевых и лабораторных экспериментов.
Исследования искажающего влияния инерционности системы возбуждения-измерения, оптимизации фильтрации сигнала проводились на основе аналитических оценок и полевых экспериментов.
Внедренная в практику технология работ ЗСБ, полевые и лабораторные эксперименты опирались на аппаратуру ЦИКЛ-1, ЦИКЛ-2, ЦИКЛ-4, ИМПУЛЬС-3, в разработке и «доводке» которой автор принимал участие.
Достоверность полевых данных (в частности, работы аппаратуры, корректности рекомендуемых приемов ведения работ и выполнения измерений) обеспечивалась методами лабораторного тестирования аппаратуры и системой полевых контрольных наблюдений, выработанных в процессе выполнения настоящей работы. В основу этой системы положен принцип непротиворечивости результатов измерений при существенном изменении условий измерений. Кроме того, выработка методических приемов и рекомендаций базировалась на многократной воспроизводимости достигаемых эффектов
Отработка вопросов методики полевых наблюдений осуществлялась автором в процессе ведения полевых работ в различных регионах Сибирской платформы и экспериментальных исследований на Богучанском электроразведочном
полигоне, организованном в Богучанской геофизической экспедиции ИГО «Ени-сейгеофизика».
Исследования влияния неоднородностей георазреза, выработка способов учета боковых искажений результатов зондирований, отработка основ метрологического обеспечения осуществлялись на основе физического моделирования на металлических моделях, на базе аппаратуры ряда ЦИКЛ, с опорой на теоретические расчеты прямой задачи на основе программного комплекса ПОДБОР (Мо-гилатов B.C., Злобинский А.В.). На базе этого же комплекса строилась система интерпретации для слоисто-однородных разрезов.
При подготовке иллюстративного материала о геологической эффективности метода использовались полевые данные и результаты интерпретации, полученные при участии автора в Богучанской и Катангской геофизических экспедициях ПГО «Енисейгеофизика» (совместно с Бубновым В.М., Шапоревым В.А., Гладышевым В.Г., Мачульским A.M.).
Защищаемые научные результаты
Для целей нефтегазопоисковых электроразведочных работ ЗСБ в условиях Сибирской платформы разработан аппаратурно-методический комплекс:
техническое обеспечение (аппаратура повышенной мобильности, с широким временным диапазоном, метод ее метрологического испытания на основе лабораторного зондирования модели S-плоскости, компактный приемный датчик);
технология ведения работ (методика измерений, способы борьбы с помехами и искажениями, критерии выбора параметров установок, система оценки качества полевых данных);
разработанные и адаптированные способы традиционных приемов одномерной обработки и интерпретации полевых материалов, основанные на представлениях классической электродинамики;
разработанные нетрадиционные приемы анализа материалов (способ учета влияния неоднородной ВЧР на основе моделирования реальной геоэлектрической обстановки исследуемых участков работ и способ учета влияния суперпарамагнетизма на основе использования комбинированных соосно-разнесенных установок зондирований).
Научная новизна работы. Личный вклад
1. В области обоснования частотно-временных параметров аппаратуры:
используя разложение интеграла Дюамеля по малому параметру инерцион
ности фильтра, удалось получить простые аналитические оценки искажений сиг
нала ЗСБ для произвольного фильтра ФНЧ, дать физичную трактовку искажений,
оценку вносимого сдвига для произвольного ФНЧ по его импульсной характери
стике, количественно обосновать принципы применения коррекции искажений с
помощью введения обратного сдвига по времени; '
показано, что использование коррекции искажений, вносимых инерцион
ным четырехполюсником в геоэлектрический сигнал, путем введения обратного
сдвига, позволяет в среднем на порядок уменьшить требования к быстродействию четырехполюсника при сохранении уровня систематических погрешностей;
для модели помехи с равномерным спектром показано, что строб-интегратор обладает практически предельной помехоустойчивостью, весьма близкой к идеальному фильтру Винера. Если при использовании фильтров Бат-терворта применять коррекцию искажений введением обратного сдвига, то, как сказано выше, можно в среднем на порядок уменьшить граничную частоту фильтра, при этом помехоустойчивость этих фильтров становится практически столь же высокой, как у строб-интегратора;
на основе исследования искажающего действия инерционных четырехпо
люсников на проходящий сигнал становления поля сформулированы требования к
частотно-временным параметрам аппаратуры для метода ЗСБ и определены ос
новные характеристики фильтров для фильтрации сигнала от помех.
2. В области вопросов полевой технологии и метрологического обеспечения:
опираясь на модель источника грозовой импульсной помехи в виде вертикального электрического, диполя, и на измерения флуктуационных помех в различных пунктах Сибирской платформы, удалось получить аналитическое выражение связи уровня помех от геоэлектрических условий района работ, полосы пропускания измерительного канала; і
на основе обобщения опыта полевых наблюдений, постановки и анализа экспериментов, аналитических оценок, сформулированы: прин\\ипы выбора параметров элементов установок зондирования, основные элементы методики измерений, в том числе основные причины и методы устранения измерительных искажений кривых зондирований, способы фильтрации сигнала от помех, разработана система контроля качества полевого материала;
опираясь на методику лабораторного зондирования модели проводящей S-плоскости, удалось создать эффективную систему метрологического контроля аппаратуры импульсной электроразведки, среди прочих элементов включающую: предварительное определение продольной проводимости модели, выделение погрешности сдвига по времени, а также методику анализа результатов испытательных измерений с использованием представлений импульсной электроразведки;
накопленный опыт, современная элементная база, а также принцип анализа собственных шумов с ориентацией на низкочастотную часть рабочего спектра частот, позволили создать компактный приемный датчик для импульсной электроразведки; *
3. В области интерпретации полевых материалов:
основываясь на результатах применения разработанной системы контроль
ных наблюдений и на оценке реальной точности результатов полевых измерений
принята концепция о возможности и необходимости использования представле
ний классической электродинамики для трактовки основного объема полевых
данных нефтепоисковых ЗСБ, что определило подходы к вопросам обработки и
интерпретации полевого материала;
взяв на вооружение методику физического моделирования ЗСБ на металлических моделях, разработав технологию создания латерально-неоднородных слоев путем площадного сверления металлического листа, опираясь на принцип подобия, удалось создать метод имитационного моделирования геоэлектрических ситуаций конкретных участков работ. На базе этого метода разработан способ учета искажающего влияния латеральных неоднородностей ВИР путем совместного анализа полевых и соответствующих им модельных кривых зондирований;
на основе анализа закономерностей проявления магнито-вязких (суперпарамагнитных) свойств горных пород в образцах и натурных наблюдениях для территорий с наличием таких пород разработаны полевая технология (соосно-разнесенная установка) и методика интерпретации (анализ «синтезированных» кривых зондирований), позволяющие исключить их влияние.
Практическая значимость
-
На основе выработанных требований к аппаратуре ЗСБ для условий Сибирской платформы, совместно с коллегами (Куниным Д.И., Гольдорт В.Е., Са-ченко Г.В. Шатохиным В.Н. и др.) была разработана аппаратура ряда ЦИКЛ. В общей сложности за 20 лет было изготовлено и внедрено более 120 комплектов аппаратуры, в том числе в нефтепоисковых работах на Сибирской платформе -более 60 комплектов.
-
Опираясь на разработанные элементы технико-методического обеспечения, метод ЗСБ был внедрен в практику нефтепоисковых работ на Сибирской платформе в ПГО «Енисейгеофизика», «Иркутскгеофизика», «Якутскгеофизика», где более четверти века развивался и эффективно использовался для решения различных геолого-геофизических задач.
-
Разработки по методике полевых наблюдений, включая принципы выбора параметров элементов установок зондирования, основные элементы методики измерений, систему контроля и оценки качества полевого материала, способы обработки и интерпретации полевых материалов, вошли в «Методические рекомендации» 1981 г. (составитель - автор настоящей работы) и «Методические указания» 1984 г., (в соавторстве), причем последние официально утверждены приказом МинГео РСФСР от 12.03.85 за №109/155 как регламентный документ для организаций, выполняющих работы ЗСБ на Сибирской платформе.
-
На основе описанного метода тестирования аппаратуры путем зондирования модели S-плоскости разработана «Методика сертификационных.испытаний аппаратуры импульсной электроразведки», которая прошла этап согласования в Новосибирском центре стандартизации, метрологии и сертификации (НЦСМ) и на базе которой готовится аккредитация соответствующей лаборатории в СНИ-ИГГиМСе.
-
Методика масштабно-площадного физического моделирования геоэлектрических ситуаций конкретных участков работ и разработанная на ее основе методика учета влияния неоднородной ВЧР внедрена в Богучанской геофизической экспедиции ПГО «Енисейгеофизика», где с 1988 г. использовалась как в исследовательских целях, так и при интерпретации полевых материалов различных ис-
следуемых площадей, в том числе Юрубчено-Тохомской зоны, Камовского свода, Байкитской антекяизы.
-
Полевая технология и методика интерпретации, разработанные для условий с наличием в разрезе суперпарамагнитных горных пород, использовалась с 1986 г. при проведении полевых работ в Катангской ИГО (Катангская экспедиция ПГО «Енисейгеофизика»).
-
Принятая концепция интерпретации с опорой на представления классической электродинамики подтверждена успешными результатами внедрения программного комплекса ПОДБОР (Могилатов B.C., Злобинский А.В., Захаркин А.К.), предназначенного для,интерпретации с позиции слоисто-однородного разреза на базе быстрых алгоритмов прямой задачи в классической электродинамической постановке. Комплекс был внедрен в Катангской и Борской экспедициях ПГО «Енисейгеофизика». Аналогичный комплекс ЭРА также с успехом был внедрен (без участия автора) в Мурбайской партии ПГО «Якутскгеофизика»
Апробация работы
Материалы исследований докладывались на конференциях и симпозиумах различного уровня: YII всесоюз. науч.-тех. конф. (Львов, 1972), YIII всесоюз. науч.-тех. геофиз. конф. (Тюмень, 1976), IX всесоюз. науч.-тех. конф. (Красноярск, 1980), на всесоюзном семинаре по методу становления электромагнитного поля (Новосибирск, 1977), на 34-м междунар. геофиз. симп. (Будапеште, 1989), на SEG-95 (Санкт-Петербург, 1995), на всерос. конф. «Неклассическая геоэлектрика» (Саратов, 1995), на всерос. науч.-тех. конф. «Датчик-94» (Гурзуф, 1994).
По теме диссертации опубликовано более 40 печатных работ, в том числе 3 монографии, две из которых - коллективные. На выполненные разработки имеется 9 патентов и авторских свидетельств.
За длительный период совместной работы автор пользовался поддержкой многих коллег, которым выражает благодарность. Это Б.И.Рабинович, В.Н.Шатохин, В.С.Могилатов, Г.А.Исаев, Г.М.Тригубо-вич, В.С.Моисеев, В.В.Филатов, В.В.Финогеев, Б.П.Балашов, Г.В.Саченко, М.И. Секачев. Особо отмечу вклад коллеги и соавтора многих разработок Н.Н.Тарло, а также коллег из ПГО «Енисейгеофизика» В.М. Бубнова и В.А. Шапорева.
Автор благодарен доктору технических наук, профессору Эпову М.И. за плодотворные обсуждения различных проблем исследований, за ценные советы и замечания к работе.
Автор выражает особую признательность научному руководителю, директору института, академику В.С.Суркову за терпеливую настойчивость, без которой работа не была бы завершена, за постоянную поддержку направления ЗСБ с первых дней его возникновения и в течение многих лет развития.
Объем и структура работы