close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10253

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.02.28
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01V 3/12
СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ
УГЛЕВОДОРОДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ
(21) Номер заявки: a 20050706
(22) 2005.07.12
(43) 2007.04.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Полоцкий государственный университет" (BY)
(72) Авторы: Гололобов Дмитрий Владимирович; Янушкевич Виктор
Францевич; Калинцев Сергей Викторович (BY)
BY 10253 C1 2008.02.28
BY (11) 10253
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Полоцкий государственный
университет" (BY)
(56) US 2994031, 1961.
BY 325 A, 1994.
BY 3426 C1, 2000.
RU 2163025 C2, 2001.
US 4544892, 1985.
US 3828243, 1974.
(57)
Способ геоэлектроразведки углеводородной залежи, при котором облучают исследуемый профиль электромагнитной волной на заданной фиксированной частоте f, измеряют
параметры электрического поля в точках исследуемого профиля и по результатам измерений определяют границы залежи, отличающийся тем, что производят разделение электромагнитной волны на два канала с противоположным направлением вращения векторов
поляризации, осуществляют амплитудную модуляцию в каналах с коэффициентом от 0,5
до 0,8, колебанием с частотой F, производят сравнение фаз в точках приема высокочастотных ∆ϕ1 = (ϕ1В - ϕ2В) и модулирующих ∆ϕ2 = (ϕ1М - ϕ2М) колебаний двух каналов, где
ϕ1B и ϕ2В - фазы составляющих высокочастотных колебаний первого и второго каналов
соответственно, ϕ1М и ϕ2М - фазы составляющих модулирующих колебаний первого и второго каналов соответственно, по аномальным значениям фазовых сдвигов ∆ϕ1 и ∆ϕ2 определяют границы углеводородной залежи, при этом частоту f задают в интервале от 1 до
5 ГГц, а частоту F задают в интервале от 10 до 100 МГц.
Фиг. 2
BY 10253 C1 2008.02.28
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 f и F, 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 полезных ископаемых. Недостатками известного способа являются низкая разрешающая способность и сложность
технической реализации способа.
Наиболее близким является способ геоэлектроразведки [2], при котором исследуемый
профиль облучают электромагнитной волной (ЭМВ) на фиксированной частоте f, которая
выбирается в интервале частот 1,5…1,7 МГц, измеряют напряженность электрического
поля отраженного сигнала в точках исследуемого профиля и по аномальным значениям
напряженности определяют границу углеводородной залежи. Недостатками известного
способа являются низкая точность, обусловленная высоким уровнем помех в используемом диапазоне частот, ограничение расстояния между приемником и передатчиком, связанное с конечными чувствительностью и мощностью передатчика, большие габариты
антенн, а также неоднозначность идентификации аномалий напряженности электрического поля по виду полезного ископаемого.
Задачей изобретения является повышение точности определения границ УВЗ.
Решение поставленной задачи в способе геоэлектроразведки углеводородной залежи,
при котором облучают исследуемый профиль ЭМВ на заданной фиксированной частоте f,
измеряют параметры электрического поля в точках исследуемого профиля и по результатам измерений определяют границы залежи, в отличие от прототипа производят разделение электромагнитной волны на два канала с противоположным направлением вращения
векторов поляризации, осуществляют амплитудную модуляцию в каналах с коэффициентом 0,5…0,8, колебанием с частотой F, производят сравнение фаз в точках приема высокочастотных ∆ϕ1 = (ϕ1В - ϕ2В) и модулирующих ∆ϕ2 = (ϕ1М - ϕ2М) колебаний двух каналов,
где ϕ1В и ϕ2В - фазы составляющих высокочастотных колебаний первого и второго каналов, ϕ1М и ϕ2М - фазы составляющих модулирующих колебаний первого и второго каналов, по аномальным значениям фазовых сдвигов ∆ϕ1 и ∆ϕ2 определяют границы
углеводородной залежи, при этом частоту f задают в интервале 1,0…5,0 ГГц, а частоту F
задают в интервале 10,0…100,0 МГц.
Сущность изобретения заключается в следующем.
При воздействии амплитудно-модулированного колебания e(t)
(1)
e(t) = E(1 + km cosΩt)cosωt,
где Е - амплитуда несущего колебания;
km = Em/E - коэффициент амплитудной модуляции;
Em - амплитуда модулирующего сигнала;
Ω = 2πF; ω = 2πf; F, f - модулирующая и несущая частоты;
t - время.
на исследуемый профиль УВЗ ее параметры описываются тензором диэлектрической проницаемости с компонентами:
2
BY 10253 C1 2008.02.28
2

 2
 ε r k m Ω sin Ωt
WГi
− ω2 − ν i2
σr 
j
−
−
+

WП i

2
2
2 2
2 2
ω(1 + k m cos Ωt ) ωε 0 


2 
W
4
ν
+
−
ω
+
ω
ν
i
Гi
i

ε& 1 = ε r + ∑ 
,

2
2
2
2

i =1  WПi

νi
ω + ν i + WГi



− ω
2
2

ν i2 + WГi
− ω2 + 4ω2 ν i2 





2
2
2 W2 W
− ω2 + ν i2
WГi
2 jν i WПi
WГi
 Пi Гi


&
ε
=
−
(2)
 2 ∑
,
2
2
2
2
2
2 2
2
2
2
2 2
ω
i =1 


ν i + WГi − ω + 4ω ν i
ν i + WГi − ω + 4ω ν i 


2
2 
 ε r k m Ω sin Ωt

WПi
νi
σr
1
1  
 2
&
j
−
−
+

 .
ε 3 = ε r + ∑ WПi 2
ω ω2 + ν i2  
ν i + ω2  ω(1 + k m cos Ωt ) ωε 0
i =1 







Здесь ε& 1 , ε& 2 , ε& 3 - компоненты тензора диэлектрической проницаемости;
εr- диэлектрическая проницаемость среды над УВЗ;
WПi, WГi - плазменная и гиротропная частоты;
ω - круговая частота несущего колебания;
j = − 1 - мнимая единица;
νi - частота столкновений частиц;
km - коэффициент амплитудной модуляции;
Ω - круговая частота модулирующего колебания;
t - время;
σr- проводимость среды над УВЗ;
ε0 = 8,85⋅10-12Ф/м - диэлектрическая постоянная.
Для оптимизации частот, воздействующей на среду ЭМВ, требуется провести анализ
дисперсионного уравнения с комплексными многопараметрическими коэффициентами.
Как показано в [3], аномальные участки частотных зависимостей корней такого уравнения
однозначно связаны с точками инверсии знака комбинированных элементов тензора
(КЭТ):
ε& P ( jω) = ε&1 ( jω) + ε& 2 ( jω) = ε PR + jε PI ,
(3)
ε& L ( jω) = ε& 1 ( jω) − ε& 2 ( jω) = ε LR − jε LI,
где ε& p - КЭТ среды над УВЗ для правостороннего вращения вектора поляризации волны;
(
)
(
(
)
)
(
)
j = − 1 - мнимая единица;
ω - круговая частота несущего колебания;
ε& 1 , ε& 2 - компоненты тензора несущего колебания;
εPR, εPI - вещественная и мнимая части КЭТ для правостороннего вращения вектора
поляризации волны;
ε& L - КЭТ среды над УВЗ для левостороннего вращения вектора поляризации волны;
εLR, εLI - вещественная и мнимая части КЭТ для правостороннего вращения вектора
поляризации волны.
и
В сравнении с КЭТ для гармонической ЭМВ ε1P и ε1L у элементов (4) модули ε AM
P
ε AM
имеют одинаковое значение, а их фазовые компоненты будут отличаться, так как:
L
3
BY 10253 C1 2008.02.28
(
(
)
)
1
1
ε& AM
P ( jω) = ε PR + j ε PR + ε AM ,
1
1
ε& AM
L ( jω) = ε LR − j ε LI + ε AM ,
(4)
где ε& AM
- КЭТ среды над УВЗ в режиме амплитудной модуляции;
P
j = − 1 - мнимая единица;
ω - круговая частота несущего колебания;
ε1PR ,ε1PI - вещественная и мнимая части КЭТ для правостороннего вращения вектора
поляризации волны гармонической ЭМВ;
εАМ - дополнительная составляющая диэлектрической проницаемости среды над УВЗ,
вызванная амплитудной модуляцией несущего колебания;
ε& AM
L - КЭТ среды над УВЗ в режиме амплитудной модуляции;
ε1LR ,ε1LI - вещественная и мнимая части КЭТ для правостороннего вращения вектора
поляризации волны гармонической ЭМВ.
В выражении (5) дополнительная составляющая определяется как:
Ωε r k m 1 + S2 (t ) / E 2
ε r k m Ω sin Ωt
(5)
=
ε AM =
,
ω(1 + k m cos Ωt )
ω(1 + S(t ) / E )
где εAM - дополнительная составляющая диэлектрической проницаемости среды над УВЗ,
вызванная амплитудной модуляцией несущего колебания;
εr - диэлектрическая проницаемость среды над УВЗ;
km - коэффициент амплитудной модуляции;
Ω - круговая частота модулирующего колебания;
t - время;
S(t) - мгновенное значение модулирующего сигнала;
Е - амплитуда несущего колебания;
ω - круговая частота несущего колебания.
Дополнительная составляющая εAM зависит от соотношения частот модулирующего и
высокочастотного колебаний, диэлектрической проницаемости вмещающих пород, соотношения модулирующего сигнала S(t) = ЕmcosΩt и амплитуды несущего колебания Е.
Данная составляющая имеет периодический характер во времени, зависящий от степени
модуляции km.
Фазовые сдвиги сигналов с правым и левым вращением векторов поляризации волны
определяются так:
 ε1PR + ε AM 
,
ϕ1B = arg ε& P = arctg
1


ε
PR


(6)
 ε1LI + ε AM 
,
ϕ 2B = arg ε& L = arctg
1


ε
LI


где ϕ1B, ϕ2В - фазовые сдвиги сигналов с правым и левым вращением векторов поляризации волны;
ε& P ,ε& L - КЭТ среды над УВЗ для правостороннего и левостороннего вращения вектора
поляризации волны;
ε1PR - вещественная часть КЭТ для правостороннего вращения вектора поляризации
волны гармонической ЭМВ;
εAM - дополнительная составляющая диэлектрической проницаемости среды над УВЗ,
вызванная амплитудной модуляцией несущего колебания;
4
BY 10253 C1 2008.02.28
ε1LR - вещественная часть КЭТ для правостороннего вращения вектора поляризации
волны гармонической ЭМВ.
Частотная зависимость одного из элементов КЭТ при фиксированном значении аргумента добавки (5) приведена на фиг. 1, по которой можно выделить частотные участки и
отдельные особые точки для определения фазовых отличий сигналов с круговой поляризацией: участок 1 и точка 3, где отсутствует изменение фазы; участки 2, 4, где существует
отличие фаз при изменении коэффициента модуляции. Так, выбрав частоту несущего колебания f = 1 ГГц и используя различные уровни амплитудной модуляции, можно получить отличие фазовых компонентов, отраженных от исследуемой среды сигналов.
На фиг. 1 приведена частотная зависимость фазового сдвига ∆ϕ = arg ε& R ; на фиг. 2 структурная схема устройства для реализации предложенного способа; на фиг. 3 - экспериментальная зависимость фазовых отличий от степени модуляции.
Устройство, реализующее способ (фиг. 2), состоит из передающей и приемной частей.
Передающая часть включает генератор (Г) 1, вырабатывающий колебание с фиксированной частотой f, к выходу которого подключен делитель (Д) 2, осуществляющий деление
мощности на два, выходы делителя соединены с первыми 1 входами модуляторов (M1 и
М2) 3 и 4, на вторые 2 входа которых подается колебание с частотой F с генератора (ГМК)
5, выходы 3 модуляторов соединены с входами усилителей мощности (УМ1 и УМ2) 6 и 7,
выход усилителя (УМ1) 6 соединен с антенной 8, имеющей левое вращение поляризации,
а выход усилителя (УМ2) 7 с антенной 9, обеспечивающей правое вращение поляризации.
Приемная часть включает антенну 10 левого вращения поляризации, соединенной с входом первого приемника (ПР1) 12 и первого усилителя-ограничителя (УО1) 15, антенну 11,
выход которой соединяется с входом второго приемника (ПР2) 13 и входом усилителяограничителя (УO2) 16, первое устройство сравнения фаз (УСФ1) 17, входы которого 1 и
2 соединены с выходами усилителей-ограничителей 15 и 16, а его выход 3 соединен с первым 1 входом оконечного устройства (ОУ) 18, второе устройство сравнения фаз (УСФ2)
14, входы 1 и 2 которого соединены с выходами приемников 12 и 13, а его выход 3 соединен со вторым входом оконечного устройства 18.
Устройство работает следующим образом. Сигнал с частотой f, вырабатываемый генератором 1, поступает на вход делителя 2, где происходит деление сигнала на два канала
с равными амплитудами. С выхода делителя сигналы поступают на входы модуляторов 3
и 4, в которых осуществляется амплитудная модуляция колебаний с частотой F, поступающих с генератора 5. Сигналы с выходов модуляторов подаются на входы усилителей
мощности 6 и 7, с которых поступают на передающие антенны 8 и 9, имеющие в соответствии левое и правое вращение поляризации ЭВМ, с которых сигналы разделяются на два
вспомогательных канала. В одном из каналов производят измерения фазового сдвига высокочастотных колебаний ∆ϕ1 = (ϕ1B - ϕ2B), а во втором - модулирующих колебаний
∆ϕ2 = (ϕ1M - ϕ2М), где ϕ1B и ϕ2В - фазы составляющих высокочастотных колебаний первого
и второго каналов, ϕ1M и ϕ2М - фазы составляющих модулирующих колебаний первого и
второго каналов. Измерение фазовых сдвигов модулирующих колебаний осуществляется
путем сравнения сигналов в устройстве сравнения фаз 2, на которое измеряемые сигналы
подаются с входов антенн 10 и 11 через приемники 12 и 13. Измерение фазовых сдвигов
высокочастотных колебаний осуществляется в устройстве сравнения фаз 1, сигналы на
которое поступают с антенн 10 и 11 через ограничители 15 и 16. В оконечном устройстве
18 осуществляется сравнение фазовых сдвигов ∆ϕ1 и ∆ϕ2. При реализации способа, предполагающего изменение коэффициента модуляции между блоками 4 и 5, а также 3 и 5, устанавливаются регуляторы 19 и 20, обеспечивающие регулировку амплитуды сигнала
генератора 5.
Измерения проводят в контрольных точках геопрофиля. По аномальному значению
фазовых сдвигов ∆ϕ1 и ∆ϕ2 определяют границу углеводородной залежи.
5
BY 10253 C1 2008.02.28
Пример реализации способа.
Частота несущего колебания - f = 1 ГГц. Антенны 8, 9, 10 и 11 выполнены в виде спиральных антенн с диаметром D = 9,55 см, шагом спирали S = 12,1 см, длиной антенны
lа = 32,3 см и количеством витков N = 3. Антенны 8 и 10 имеют левое направление вращения, антенны 9 и 11 - правое направление вращения. Частота модуляции F = 100 МГц. Коэффициенты модуляции km = 0,1; 0,5; 1,0.
На фиг. 3 приведены результаты экспериментальных исследований - зависимость фазовых отличий ∆ϕ2 сигналов двух каналов от степени модуляции. Результаты исследований показывают, что при больших значениях km точность определения границ УВЗ
существенно повышается (фиг. 3).
Предлагаемый способ был апробирован на модели углеводородной залежи в лабораторных условиях.
Использование предлагаемого способа геоэлектроразведки углеводородных залежей
обеспечивает по сравнению с существующим аналогом следующие преимущества:
1. Повышение точности определения границ углеводородных залежей;
2. Выбор конкретных частот при ведении разведки;
3. Возможность вариации параметров АМ-сигнала, способствующей однозначности
определения границ залежей.
Источники информации:
1. А.с. СССР 1672392 A1, MПK G 01V 3/08, 1991.
2. US 2994031. HKИ 324-6, 1961 (прототип).
3. Гололобов Д.В., Янушкевич В.Ф. Радиотехнические системы поиска и идентификации углеводородных залежей в режиме двухчастотного взаимодействия / Весцi НАН
Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. - 2002. - № 1. - С. 49-54.
Фиг. 1
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
119 Кб
Теги
by10253, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа