close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16771

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 16771
(13) C1
(19)
(46) 2013.02.28
(12)
(51) МПК
G 01V 3/12
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ГЕОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЗАЛЕЖИ
(21) Номер заявки: a 20101498
(22) 2010.10.19
(43) 2012.06.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Полоцкий государственный университет" (BY)
(72) Авторы: Бездель Александр Олегович; Янушкевич Виктор Францевич; Щаденков Юрий Александрович (BY)
BY 16771 C1 2013.02.28
(2006.01)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Полоцкий государственный
университет" (BY)
(56) BY 10253 C1, 2008.
BY 5556 C1, 2003.
BY 7493 C1, 2005.
SU 987552, 1983.
SU 1140070 A, 1985.
US 6339333 B1, 2002.
US 3651395, 1972.
(57)
Способ геоэлектроразведки углеводородной залежи, заключающийся в том, что электромагнитную волну с несущей частотой f, заданной в интервале 0,1-2,0 ГГц, частотно
модулируют с индексом модуляции, заданным в интервале 20-95, колебанием с частотой
F, заданной в интервале 10-100 МГц, затем осуществляют амплитудную модуляцию с коэффициентом амплитудной модуляции, заданным в интервале 0,1-1,0, колебанием с частотой F, облучают исследуемый профиль электромагнитной волной с амплитудночастотной модуляцией на заданной фиксированной несущей частоте f, принимают отраженную электромагнитную волну в точках исследуемого профиля двумя каналами с противоположным направлением вращения векторов круговой поляризации, причем в первом
канале измеряют фазы компонентов поверхностного импеданса ϕ1Z11 и ϕ1Z12 для правой
круговой поляризации, а во втором канале - фазы компонентов поверхностного импеданса
ϕ2Z11 и ϕ2Z12 для левой круговой поляризации, сравнивают фазы двух каналов и по аномальным значениям фазовых сдвигов
границы углеводородной залежи.
∆ ϕ1
= ϕ1Z11 − ϕ 2Z11 и
Фиг. 5
∆ ϕ2
= ϕ1Z12 − ϕ2Z12 определяют
BY 16771 C1 2013.02.28
Изобретение относится к поисковой геофизике и может быть использовано при поиске
и разведке углеводородных залежей (УВЗ).
Известен способ геоэлектроразведки углеводородной залежи [1], при котором исследуемый профиль облучают электромагнитной волной (ЭМВ) на фиксированной частоте f,
которую выбирают в интервале частот от 1,5 до 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, ограниченное расстояние между приемником и передатчиком, связанное с конечной чувствительностью и мощностью передатчика, большие габариты антенн, а также неоднородность идентификации
аномалий напряженности электрического поля по виду полезного ископаемого.
Наиболее близким является способ геоэлектроразведки углеводородной залежи [2],
при котором облучают исследуемый профиль ЭМВ на заданной фиксированной частоте f,
производят разделение электромагнитной волны на два канала, на приемной и передающей сторонах, 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 и модулирующих колебаний двух каналов, по аномальным значениям фазовых сдвигов определяют
границы углеводородных залежей, при этом частоту f задают в интервале от 1,0 до
5,0 ГГц, а частоту F задают в интервале от 10,0 до 100,0 МГц.
Недостатком известного способа является осуществление вариаций параметров только
амплитудной модуляции, что обеспечивает недостаточную информационность геологоразведочных работ.
Задачей изобретения является повышение точности определения границ УВЗ.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе геоэлектроразведки
углеводородной залежи электромагнитную волну с несущей частотой f, заданной в интервале 0,1-2,0 ГГц, частотно модулируют с индексом модуляции, заданным в интервале 2095, колебанием с частотой F, заданной в интервале 10-100 МГц, затем осуществляют амплитудную модуляцию с коэффициентом амплитудной модуляции, заданным в интервале
0,1-1,0, колебанием с частотой F, облучают исследуемый профиль электромагнитной волной с амплитудно-частотной модуляцией на заданной фиксированной несущей частоте f,
принимают отраженную электромагнитную волну в точках исследуемого профиля двумя
каналами с противоположным направлением вращения векторов круговой поляризации,
причем в первом канале измеряют фазы компонентов поверхностного импеданса ϕ1Z11 и
ϕ1Z12 для правой круговой поляризации, а во втором канале - фазы компонентов поверхностного импеданса ϕ2Z11 и ϕ2Z12 для левой круговой поляризации, сравнивают фазы двух
каналов и по аномальным значениям фазовых сдвигов ∆ϕ1 = ϕ1Z11 - ϕ2Z11 и ∆ϕ2=ϕ1Z12 - ϕ2Z12
определяют границы углеводородной залежи.
На фиг. 1 приведена зависимость фазовой компоненты ϕZ11 от коэффициента амплитудной модуляции ϕZ11 = ψ(km), на фиг. 2 - зависимость фазовой компоненты ϕZ12 от коэффициента амплитудной модуляции ϕZ12 = ψ(km), на фиг. 3 - зависимость фазовой
компоненты ϕZ11 от индекса частотной модуляции ϕZ11 = ψ(β), на фиг. 4 - зависимость фазовой компоненты ϕZ12 от индекса частотной модуляции ϕZ12 = ψ(β), на фиг. 5 устройство, реализующее способ, на фиг. 6 - результаты экспериментальных исследований (зависимость ϕZ11 и ϕZ12 от коэффициента модуляции).
Сущность изобретения заключается в следующем. Проведено исследование фазовых
характеристик поверхностного импеданса при воздействии на среду над залежами углеводородов амплитудно-частотно-модулированного сигнала (АЧМ-сигнала):
(1)
e(t) = Eω(1 + kmcosΩt)⋅cos[ωt + β⋅cosΩt],
2
BY 16771 C1 2013.02.28
где Eω амплитуда сигнала несущей частоты ω; km, β - соответственно коэффициенты амплитудной модуляции и индекс частотной модуляции; Ω = 2π⋅F - частота модуляции.
Импедансные граничные условия имеют вид [3]
1
& = Z& = −
( ε& R − ε& L ),
Z
11
22
2 j ε& R ε& L
(2)
1
&Z = Z
& =
( ε& R + ε& L ),
12
21
2 ε& R ε& L
где ε& R = ε&1 + ε& 2 , ε& L = ε&1 − ε& 2 .
Значения компонентов тензора диэлектрической проницаемости среды над УВЗ ε&1 и
ε& 2 в режиме АЧМ-сигналов определяется по формулам [3]:
~
~ 2 − ν2
2

 ω2Ïi ⋅ ω
ω2ri − ω
2
4
4
i
&
&
⋅ 2
ε1 = ε r (1 − k m sin Ωt ) + ∑ 
2
~ 2 )2 + 4 ⋅ ω
~ 2 ⋅ ν2 +
ω
ν
+
ω
−
ω
(
i =1 
i
ri
4
4
i


2
2
2
2
~

σ
ω ⋅ν
ω4 + ν i + ωri
  ε r ⋅ β ⋅ k m ⋅ sin Ωt
− r − Ïi i ⋅ 2
;
(3)
+ j
~ 2 )2 + 4 ⋅ ω
~ 2 ⋅ ν 2  ;
ω ⋅ ε0
ωw
(νi + ω2ri − ω
4
4
i 
  1 + β ⋅ cos Ωt

2
~ 2 + ν2
~ ν ω2 ω
2

ω2ri − ω
2 jω
4
i
4 i ni ri
ε& = ∑  ωÏi ⋅ ωri ⋅
−
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
~ ) + 4⋅ω
~ ⋅ν
~ ) + 4⋅ω
~ ⋅ ν ] ;

ω
ω
⋅
ν
+
ω
−
ω
(νi + ωri − ω
[(
i =1 
4
4
i
i
ri
4
4
i 
где εr - диэлектрическая проницаемость вмещающих пород;
ωПi - плазменная частота;
~ = ω[1 − k ⋅ sin Ωt ];
ω
(4)
4
m
ωri - гиротропная частота;
νi - частота столкновения частиц;
ε0 - диэлектрическая постоянная;
σr - удельная электрическая проводимость среды.
Преобразуем выражения (2) к следующему виду:
& = Z& = Z ⋅ e jϕ⋅z11 = Z ⋅ e jϕ⋅z 22 ,
Z
11
22
11
22
(5)
ϕ
⋅
j
z
& =Z
& = Z ⋅ e 12 = Z ⋅ e jϕ⋅z 21 ,
Z
12
21
12
21
где ϕ11 = ϕ22 и ϕ12 = ϕ21 - фазовые характеристики поверхностного импеданса.
Были проанализированы зависимости (5) на основании экспериментально полученных
данных над залежами углеводородов:
диэлектрическая проницаемость εr = 10;
удельная электрическая проводимость σr = 0,03 См/м;
напряженность магнитного поля земли H0 = 39 А/м;
концентрация частиц Ne = Ni = 1016 м-3;
эффективные частоты столкновений νe = 109 c-1 и νi = 0,5⋅107 c-1.
Расчеты показали, что наибольшее влияние на величину поверхностного импеданса
оказывает частота несущего колебания f = (25-30)МГц. На данном отрезке частот были
проведены исследования влияния характеристик зондирующего сигнала на фазу поверхностного импеданса.
На фиг. 1 видно, что на величину ϕZ11 коэффициент амплитудной модуляции km оказывает существенное воздействие при различных частотах модулирующего сигнала F. В
более низкочастотном диапазоне, т.е при F = (0,l-10) МГц, фаза практически постоянна,
принимая значения (0,78-0,85) рад. При увеличении значения F эффект модуляции зондирующего сигнала приводит к изменениям величины ϕZ11. Наибольший интерес представляет частота F = 100 МГц. При изменении величины km от 0 до 0,2 фаза уменьшается от
3
BY 16771 C1 2013.02.28
1,48 рад до -0,5 рад, причем ϕZ11 = 0 при km = 0,17. При дальнейшем увеличении km фаза
начинает увеличиваться, проходя через нуль при km = 0,25, достигает значения 1,2 рад при
km = 0,3, после чего фаза уже только уменьшается. При km = 0,7 фазовая составляющая
ϕZ11 = 0. При больших значениях km фаза становится отрицательной, достигая значения 0,8 рад при km = 1,0. Фазовая компонента ϕZ12 (фиг. 2) также зависит от коэффициента амплитудной модуляции km и частоты F. При низких значениях F фаза практически не изменяется, принимая значения (0,76-0,78) рад. При увеличении частоты F импедансные
условия среды над УВЗ изменяются. Наибольшее влияние проявляется при F = 100 МГц.
При изменении km от 0 до 0,2 фаза уменьшается от 0,62 рад до нуля. На отрезке
km = (0,2 ÷ 1,0) ϕZ12 уменьшается от нуля до величины -0,8 рад.
Также был проведен анализ влияния на характеристики поверхностного импеданса
параметров частотной модуляции, т.е индекса β.
На фиг. 3 видно, что на величину ϕZ11 индекс β оказывает существенное воздействие
при изменении значений km. При небольших значениях коэффициента амплитудной модуляции фаза практически не изменяется. Так, при km = (0-0,3) ϕZ11 = (0,6-0,7) рад. Увеличение значений km сильнее отражается на изменении фазы.
При km = 0,5 ϕZ11 увеличивается от 0,88 рад при β = 0 до 1,58 рад при β = 95, затем
уменьшается до значения 1,45 рад при β = 100. Например, при km = 1,0 ϕZ11 увеличивается
от значения 1,2 рад при β = 0 до 1,6 рад при β ≈ 12. Затем фазовая компонента уменьшается практически до нуля при β = 20, возрастает до 1,58 рад при β ≈ 25. Дальнейшие изменения индекса β приводят к уменьшению фазы до величины 0,6 рад при β ≈ 35, которая
практически не изменяется при β = (35-100). Индекс β влияет и на фазовую компоненту
ϕZ12 (фиг. 4). При низких значениях km фаза практически не изменяется. Например, для
km = (0 ÷ 0,3) ϕZ12 = (0,6-0,7) рад. При km = 0,5 фазовая составляющая увеличивается от
0,88 рад при β = 0 до 1,58 рад при β = 95, затем уменьшается до 1,45 рад при β = 100. Для
km = 1,0 ϕZ12 увеличивается от 0,88 рад при β = 0 до 1,58 рад при β = 20. На отрезке
β = (20-100) фазовая компонента уменьшается до величины 0,8 рад.
Устройство, реализующее способ (фиг. 5), состоит из передающей и приемной частей.
Передающая часть включает генератор 1, вырабатывающий колебания с частотой f, к выходу которого подключен ЧМ-модулятор 2, на который подается модулирующий сигнал
от генератора. Выход ЧМ-модулятора соединен через буферный каскад 3 со входом
АМ-модулятора 4, на который подается модулирующий сигнал от генератора модулирующего сигнала F 7. Выход ЧМ-модулятора соединен с выходными каскадами передатчика
5, выходы которых соединены с антенной 6. Приемная часть включает антенну правой
круговой поляризации 8 и антенну левой круговой поляризации 10, выходы которых соединены с разностным устройством 12, к выходу которого подключен измеритель разности фаз 13.
Устройство работает следующим образом. Сигнал с частотой f, вырабатываемой генератором 1, поступает на ЧМ-модулятор 2, где осуществляется частотная модуляция несущего колебания с частотой F, поступающей от генератора 7. С выхода ЧМ-модулятора
сигнал через буферный каскад 3 поступает на АМ-модулятор 4, где осуществляется амплитудная модуляция ЧМ-сигнала с частотой F, поступающей от генератора 7. Сигнал с
выхода АМ-модулятора поступает в выходные каскады передатчика 5, с выхода которых
АЧМ-сигнал подается на передающую антенну 6. На приемной стороне используются два
канала измерений. В одном из каналов производят измерение фаз компонентов поверхностного импеданса ϕ1Z11 и ϕ1Z12 для правой круговой поляризации, а во втором канале фаз компонентов поверхностного импеданса ϕ2Z11 и ϕ2Z12 для левой круговой поляризации. Сигналы с приемных антенн правой круговой поляризации 8 и левой круговой поляризации 10 поступают на радиоприемное устройство 9 и 11, с выходов которых
информация подается на разностное устройство 12. Измеритель разности фаз 13 осу4
BY 16771 C1 2013.02.28
ществляет сравнение фаз двух каналов, ∆ϕ1 = ϕ1Z11 - ϕ2Z11 и ∆ϕ2 = ϕ1Z12 - ϕ2Z12. Измерения
проводят в контрольных точках геопрофиля. По аномальным значениям фазовых сдвигов
∆ϕ1 и ∆ϕ2 определяют границу углеводородной залежи.
Пример реализации способа.
Частота несущего колебания f = 1 ГГц. Антенны 8, 10 выполнены в виде спиральных
антенн с диаметром D = 9,55 см, шагом спирали S = 12,1 см, длиной антенны la = 32,3 см и
количеством витков N = 3. Антенна 6 - рупорная антенна типа П6-23А. Антенна 6 имеет
линейную поляризацию, антенны 8 и 10 - соответственно правую и левую круговую поляризацию. Частота модуляции F = 100 МГц. Коэффициент модуляции km = 0,1; 0,5; 1,0. Индекс модуляции B = 20; 30; 95.
На фиг. 6 приведены результаты экспериментальных исследований - зависимость ϕZ11
и ϕZ21 от коэффициента модуляции.
Предлагаемый способ был опробован на модели углеводородной залежи в лабораторных условиях.
Использование предлагаемого способа геоэлектроразведки углеводородных залежей
обеспечивает по сравнению с существующими аналогами следующие преимущества:
1) повышение точности определения границ углеводородных залежей,
2) выбор конкретных частот при ведении разведки,
3) возможность вариации параметров АЧМ-сигнала, способствующей однозначности
определения границ залежей.
Источники информации:
1. Патент US 2994031, HКИ 324, 1991.
2. Патент 10253 РБ, МПК G 01V 3/12, 2008.
3. Гололобов Д.В. Поверхностный импеданс среды над углеводородными залежами в
режиме амплитудно-частотно-модулированных сигналов. Доклад БГУИР. - Минск, 2010.
Т1 (40). - С. 40-45.
Фиг. 1
Фиг. 2
5
BY 16771 C1 2013.02.28
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
217 Кб
Теги
by16771, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа