Применение магнитотеллурических исследований для прогноза нефтянаянасыщенности и коллекторов Актуальная геология г. Санкт-Петербург 2014 год Магнитометр Hx Hy Hz Устройство сбора. Электроды Электрические диполи Ex Ey Компьютер GPS антенна

Физико-математическое обоснование прогнозных возможностей методики КМТЗ Как геоэлектрический объект – нефтяная залежь является образованием с уникальными электромагнитными свойствами. Ее уникальность проявляется в аномальных характеристиках низкочастотной дисперсии диэлектрической проницаемости этого геоэлектрического объекта. Физическое обоснование возможности выполнения локального прогноза нефтянаянасыщенности по данным магнитотеллурических исследований может быть выполнено с использованием модели нефтяной залежи в виде нефтеводяной эмульсии. ( физическое обоснование с аналогичным результатом, может быть выполнено и для модели нефтяной залежи как расслоенного объекта ) К причинам, которые определяют возможность существования нефтяной залежи в виде нефтеводяной эмульсией, как устойчивого во времени объекта следует отнести следующие: 1. Существование структурно-механического слоя естественных эмульгаторов (природных ПАВ - асфальтены, смолы, нафтены и парафины ), на межфазной границе глобул; Кинг Р., Смит Г. Антенны в материальных средах. М.:Мир, Т с. Сидоров В.А. Об электрической поляризуемости неоднородных пород//Изв. АН СССР. Физика Земли , с Шейнманн С.М. Современные физические основы теории электроразведки. Л.:Недра, с.

2. Образование двойного электрического слоя на поверхности раздела в присутствии ионизированных электролитов; Физико-математическое обоснование прогнозных возможностей методики КМТЗ Существование двойного электрического слоя на поверхности раздела элементов водонефтяной эмульсии, является определяющей предпосылкой возможности осуществления локального прогноза нефтянаянасыщенности Это связано с тем, что если приложить к данной ячейке электрическое поле, то ионы противоположных знаков сместятся и создадут индуцированный результирующий дипольный момент для всей частицы вместе с ее атмосферой. Этот индуцированный дипольный момент может существенно увеличить эквивалентную проницаемость горных пород в интервале продуктивных слоев разреза.

Магнитотеллурическое поле, в виде квазиплоской волны, взаимодействует с проводящим полупространством (геологическим разрезом), который может быть описан с использованием эквивалентной электрической схемы, элементы которой следующим образом определяют электромагнитные параметры геоэлектрического разреза (комплексную диэлектрическую проницаемость и проводимость разреза) Физико-математическое обоснование прогнозных возможностей методики КМТЗ

Рассмотрение элементов эквивалентной схемы и их связь с электромагнитными параметрами геологического разреза, в соответствии с выше приведенными формулами, позволяет утверждать, что взаимодействие магнитотеллурического поля с нефтянаясыщенными объектами формирует аномальные характеристики элементов эквивалентной электрической схемы, расположенных в цепочках p и g. Эти же цепочки во многом определяют и амплитудно-частотные характеристики, рассматриваемой эквивалентной схемы, которые в обобщенном виде представлены на следующем рисунке. На рисунке представлены теоретические амплитудно-частотные характеристики актив- ной (а) и реактивной (б) составляющих адмиттанса, рассматриваемой эквивалентной схемы.

Учитывая то, что на резонансных частотах аномальные значения диэлектрической проницаемости, определяемые присутствием в разрезе нефть насыщенных объектов могут достигать значений 10^4 и больше единиц, можно ожидать наличие локальных искажений спектра магнитотеллурического поля над прогнозируемыми объектами. Эти искажения спектра МТ-поля и являются собственно основным критерием выделения целевых объектов. Cледовательно аномальные особенности электромагнитных параметров зафиксированные над целевыми объектами, должны формировать различия в спектральных характеристик компонент МТ-поля, синхронно зарегистрированных над фоновым разрезом и над разрезами, содержащими углеводородные объекты. Поэтому решение геологической задачи по локальному прогнозу нефтега- зонанасыщенности требует проведение сравнительного анализа спектральных характеристик МТ-поля, синхронно зафиксированных на базовой и полевой станциях. Физико-математическое обоснование прогнозных возможностей методики КМТЗ

Диэлектрическая проницаемость некоторых горных пород По данным измерений на образцах для f=0.5 MHz Горная порода Диэлектрическая проницаемость Известняк обводненные до 40 Доломит обводненные до 45 Песчаник обводненные до 25 Глина 5-6 обводненные до 40 Базальт Гранит Физико-математическое обоснование прогнозных возможностей методики КМТЗ Если ориентироваться на стандартные значения диэлектрической проницаемости горных пород, при- веденные в данной таблице, то представляется очевидным, что они не могут хотя бы в малейшей степени влиять на значения волнового числа среды и следовательно данные электромагнитных зондирований не могут служить индикаторами изменения диэлектрических характеристик разреза

Физико-математическое обоснование прогнозных возможностей методики КМТЗ Низкочастотная дисперсия диэлектрической проницаемости, являющаяся отличительной чертой подобных нефтеводяных (композитных) объектов, приводит к аномальному увеличению ее значений, что иллюстрируется приводимыми графиками. При таких значениях волновое число среды должно определятся следующим выражением где помимо таких характеристик разреза как удельная проводимость, магнитная проницаемость, в качестве значимого параметра выступает и коэффициент частотной дисперсии

Физико-математическое обоснование прогнозных возможностей методики КМТЗ Таким образом можно постулировать, что возможность прогноза нефтяная- насыщенности базируется на представлении нефтяного пласта как композиции проводящих и диэлектрических компонент. Наличие диэлектрических компонент, слабо влияя на среднее удельное электрическое сопротивление, может заметно удлинять релаксационные процессы.. С точки зрения особенностей электромагнитных параметров это определяет их сильную частотную дисперсию и гигантские значения низкочастотной диэлектрической проницаемости. Очевидно, что данные процессы должны проявится в различии спектральных характеристик компонент МТ-поля, синхронно зарегистрированных над фоновым разрезом и над разрезами, содержащими углеводородные объекты. Таким образом, присутствующие в разрезе углеводородные объекты, при их взаимодействии с низкочастотным магнитотеллурическим полем, должны формировать аномальные электромагнитные параметры характеризующие продуктивные интервалы разреза.. В реализованной нами методике электромагнитных зондирований, аномальные значения электромагнитных параметров выделяются по различию спектров соответствующих компонент магнитотеллурического поля, синхронно зарегистрированных над фоновым и изучаемым разрезами.

Полевые электроразведочные исследования методом магнитотеллурического зондирования выполняются с использованием цифрового магнитотеллурического комплекса MVC-4DS, разработанного и изготовленного в Санкт –Петербургском филиале «Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн» РАН Магнитовариационный комплекс MVC-4DS Магнитовариационный комплекс состоит состоит из: Блока магнитных датчиков (MSU MVC-4DS) Блока сбора данных MVC-4DS (БСД) Аккумуляторной батареи 16 А/Час Двух катушек с проводом 2 х 100 м Flash диска 128 Mb, ATA PCMCIA Type II Комплект ЗИП

Технические характеристики MVC-4DS Разрядность АЦП: 24 бита. Частота дискретизации АЦП: 1, 2, 5, 10, 12.5, 25, 50 Гц Коэффициент подавления сетевой помехи и ее гармоник встроенным в АЦП цифровым рекурсивным режекторным фильтром не хуже –200 db Измеряемые величины: три взаимно-ортогональные компоненты магнитного поля (H, D и Z) и любые три компоненты электрического (теллурического) поля. Тип датчиков магнитных компонент: магнитостатический (torsion). Коэффициент подавления сигнала на частоте 50 Гц аналоговыми фильтрами блока MSU: 30 дБ. Диапазон измеряемых частот: от 0 до 10 Гц. Диапазон измерений каждого магнитного датчика ( 10 В по выходному напряжению): 5000 н Тл 5% (величина диапазона для каждого конкретного датчика указана в паспорте). Интегральный уровень шумов для каждой магнитной компоненты (peak to peak) в частотном диапазоне от до 10 Гц (центральная частота 1 Гц) с 99% интервалом вероятности: не более 0.01 н Тл.

Технические характеристики MVC-4DS MVC-4DS дополнен тремя дополнительными измерительными каналами аналогичными по электрическим параметрам каналам для измерения теллурических токов и позволяющими подключать дополнительные устройства такие как индукционные датчики или трехкомпонентные низкочастотные сейсмоприемники Габариты блока MSU: 125 мм, h = 500 мм. Вес блока MSU: кг. Габариты MVC-4DS: 300 х 320 х 190 Вес MVC-4DS: кг. Напряжение питания MVC-4DS: +12 В (от 10 до 18 В). Вес блока сбора данных: кг. Потребляемая мощность MVC-4DS: не более 8.5 Вт. Диапазон рабочих температур: от –30 o до +50 С o.

Магнитовариационный комплекс TS-1 Начиная с 2006 года, был введен в эксплуатацию магнитотеллури-ческий комплекс нового поколения TS-1, созданный на основе логгера PR6-24 фирмы "Earth Data"

В общем виде полевая установка для регистрации МТ-полей выглядит следующим образом Магнитометр Hx Hy Hz Устройство сбора. Электроды Электрические диполи Ex Ey Компьютер GPS антенна

Методика полевых работ КМТЗ не менее 5%Объем контрольных наблюдений Garmin-12XL система GPS, встроенная в блоки регистрации, контролируемая внешней системой GPS Топогеодезическое обеспечение С точностью не хуже 50 s технологии SS MT (синхронные наблюдения со спутниковой синхронизацией) Синхронизация станций ~ 1 корд. т. на 0.25 км.кв Сеть наблюдений не менее 12 часов Время регистрации МТ-поля 0-10 Гц.Частотный диапазон Тип гальванических заземлителей – не поляризующие с я электроды Прямоугольная установка из двух линий с гальваническими заземлениями (L=100 м.) Датчики электрических (Ех и Еу) компонент Трехкомпонентный магнитометр (MSU MVC-4DS) Магнитные датчики Магнитовариационный комплекс MVC-4DS (TS-1) Аппаратура Примечания Характеристика раздела Разделы методики

Методика обработки данных КМТЗ с целью выполнения локального прогноза нефтянаянасыщенности Этот этап обработки выполняется в следующей последовательности Формирование пар синхронных временных рядов, на анализируемых интервалов которых отсутствуют не коррелируемые искажения МТ-поля. Ниже приведены типичные синхронные пары временных рядов, подготовленных для дальнейшей обработки Синхронная пара временных рядов Z-компоненты МТ-поля

Методика обработки данных КМТЗ с целью выполнения локального прогноза нефтянаянасыщенности 2. Спектральный анализ, подготовленных синхронных временных рядов, пред- ставленных дискретными значениями компонент электромагнитного поля. базовая станция полевая станция Пример синхронных спектров компонент МТ-поля в выбранном частотном диапазоне

Методика обработки данных КМТЗ с целью выполнения локального прогноза нефтянаянасыщенности 3. Определение остаточных спектральных аномалий МТ-поля в системе наблюдений базовая – полевая станции. Пример частотных зависимостей остаточных спектральных аномалий компонент МТ-поля

Методика обработки данных КМТЗ с целью выполнения локального прогноза нефтянаянасыщенности 4. Факторный анализ статистик остаточных спектральных аномалий вариаций МТ-поля, определенных в системе наблюдений базовая – полевая станции С использованием значений факторных нагрузок выполняется районирование площади работ по ее общей целевой перспективности. В качестве информативных обычно используются факторные группы, включающие в себя статистики магнитной Z-компоненты МТ-поля. Выполненный анализ в ряде случаев позволяет установить достаточно надежные корреляционные зависимости между МТ-пара- метрами и геологическими характеристиками продуктивных интервалов разреза и использовать их для выполнения целевого районирования по нефтегазонасыщенным мощностям, определенных в геологическом зада- нии, стратиграфических подразделений. Таким образом, рассмотренная методика реализует возможность магнитотеллурических исследований как инструмента прогноза нефте- газонасыщенных толщин с использованием корреляционных зависимостей между МТ-параметрами и прогнозируемыми геологическими характерис- тиками продуктивных интервалов разреза.

Пример корреляционных зависимостей, формируемых по МТ-данным, для отдельных стратиграфических подразделений

Примеры корреляционных зависимостей, формируемых по МТ-данным, для отдельных стратиграфических подразделений

Пример использования удаленных корреляционных зависимостей, формируемых по МТ-данным Выполнение МТ-прогноза на площадях не обеспеченных параметрическими данными, предполагает использова- ние корреляционных зависимостей, полученных на участках со сходным геологическим строением. Так например, для выполнения МТ-прогноза на Леушинской, были использованы обобщенные корреляционные за- висимости, полученные по данным магнитотеллурических исследований на Западно-Тугровской и Токушинской площадях. Данные по единственной скважине, расположенной на Леушинской площади (452), хорошо согласуются с синтезированными корреляционными зависимостями.

Пример районирования территории по целевым характеристикам с использованием корреляционных зависимостей. (Леушинская площадь)

Пример районирования территории по целевым характеристикам с использованием корреляционных зависимостей. (Усть-Котухтинское месторождение) (нефтянаясыщенные мощности БВ-8)

Пример районирования территории по целевым характеристикам с использованием корреляционных зависимостей. (Чатылькынское месторождение)