WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Практическая значимость работы. Анализ полученных решений и данных моделирования позволил обосновать новые методики ГИС, применение которых позволяет получить практически важные данные о параметрах анизотропных пород. На основе полученных решений прямых задач для различных сторонних возбудителей поля в 1D- моделях анизотропной среды и разработанных на основе методов конечных разностей алгоритмов численных расчетов для 2D- моделей анизотропной среды создано программное обеспечение, позволяющее проводить расчеты характеристик поля различных сторонних возбудителей. Эти программные средства могут послужить при разработке конкретных методик скважинных измерений с целью изучения параметров электрически анизотропных пород и при интерпретации результатов таких измерений.

Апробация работы. Основные результаты по мере их получения обсуждались на ряде международных конференций и симпозиумов. Среди них- III Латиноамериканская геофизическая конференция и IX Симпозиум Мексиканского общества геофизиков (III Conferencia Latinoamericana de Geofisica y IX Simposium de Geofisica), Бийа-Эрмоса, Табаско, Мексика, 2000г.; 42-ой ежегодный симпозиум профессиональных исследователей- каротажников (Annual Logging Symposium, Society of Professional Well Log Analysts - SPWLA), Хьюстон, США, 2001г.; II международная конференция Геофизического Союза Мексики (UNION GEOFISICA MEXICANA), Пуэрта Байарта, Мексика, 2001г.; 43-ой ежегодный симпозиум профессиональных исследователей- каротажников (SPWLA), Ойсо, Япония, 2002г.; VI, VII, и VIII международные конференции «Новые идеи в науках о Земле», Москва, Россия, 2003, 2005 и 2007 гг.; конференция РГГРУ «Современные геофизические и геоинформационные системы», Москва, Россия, 2008г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 работ, в том числе 10 статей в рецензируемых научных журналах, 6 докладов.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 228 страниц текста, 53 рисунка. Библиография содержит 120 наименований.

Работа выполнена на кафедре электрических, гравитационных и магнитных методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых Российского государственного геологоразведочного университета имени Серго Орджоникидзе (г. Москва). В работе также нашли отражение результаты исследований автора в период его работы в Мексиканском институте нефти (IMP, г. Мехико) в 1999-2002гг.

Автор выражает искреннюю благодарность своему учителю и старшему коллеге, профессору Д. С. Даеву, который на всех этапах исследований способствовал написанию этой работы и детально ознакомился с рукописью диссертации, сделав ряд ценных замечаний.

С чувством глубокой благодарности автор обращается к памяти профессора Л. М. Альпина, одного из основателей отечественной школы каротажников и электроразведчиков, общение и совместная работа с которым оказала на автора огромное влияние.

Автор благодарен также сотрудникам Мексиканского Института Нефти (IMP) А. А. Мусатову, В. А. Шевнину и P. Anguiano за плодотворные обсуждения некоторых результатов исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение.

Дан краткий обзор состояния проблемы. Охарактеризованы актуальность проблемы и цель исследований, основные задачи, научная и практическая значимость работы, представительность ее апробации. Представлены основные защищаемые положения.

В области изучения влияния удельных электрических сопротивлений анизотропных горных пород на стационарное электрическое поле или квазистационарное электромагнитное поле выполнены теоретические исследования рядом отечественных и иностранных ученых. Среди таких исследований - работы Л.М. Альпина, М.Н. Бердичевского, В.Р. Бурсиана, Л.Л. Ваньяна, В.В. Вержбицкого, Ю.А. Дашевского, А.Е. Кулинковича, А.С. Семёнова, А.И. Сидорчука, Е.В Чаадаева, С.М. Шейнмана, М.И. Эпова, B.I. Anderson, T.D. Barber, A.B. Cheryauka, S. Gianzero, T. Hagiwara, W.D. Kennedy, K.S. Kunz, M.G. Lling, J.H. Moran, L.А. Tabarovsky, M.S. Zhdanov и другие. Обоснованию методов решения прямых задач электродинамики в анизотропных средах при соответствующих нормированиях (калибровках) электродинамических потенциалов были посвящены работы А.Н. Тихонова, Д.Н. Четаева, Л.Л. Ваньяна.

Для условий измерений в скважинах теоретические исследования, с целью изучения влияния электрической анизотропии горных пород на результаты таких измерений, как правило, проводились применительно к теории двух широко применяемых на практике методов геофизических исследований скважин (ГИС): каротажа кажущихся сопротивлений (КС) и индукционного каротажа (ИК). В качестве простейших сторонних возбудителей поля в теории этих методов рассматривают соответственно источник стационарного электрического поля в виде точечного электрода и такой возбудитель гармонически - меняющегося квазистационарного электромагнитного поля, как переменный магнитный диполь.

Исследованию влияния анизотропии горных пород на постоянное электрическое поле расположенного в скважине точечного электрода были посвящены работы Л.М. Альпина, В.В. Вержбицкого, Ю.А. Дашевского, А.Е. Кулинковича, А.И. Сидорчука, Л.А. Табаровского, Е.В. Чаадаева и др. Работы Л.М. Альпина, в частности, содержат идею о том, как можно получить данные о «вертикальном» (поперечном) удельном электрическом сопротивлении n анизотропных пород путем перемещения измерительного диполя MN в поле неподвижного удаленного от анизотропных пластов токового электрода А. В работах А.Е. Кулинковича, В.Н. Румянцева, А.И. Сидорчука, Е.В. Чаадаева было высказано утверждение, что наличие анизотропии в пластах может проявиться в усложнении формы диаграмм градиент- зондов каротажа КС.

В работах А.Д. Гайдаша, В.А. Пантюхина, К.Л.Санто, Е.В.Чаадаева, М.И. Эпова, S., Gianzero, S. Graciet, T. Hagiwara, K.S.Kunz, J.H. Moran, L.C. Shen и других ученых предметом исследований являлось влияние анизотропных сред на компоненты низкочастотного магнитного поля переменного магнитного диполя. В последнее время в США различными исследователями выполнен большой объем работ с целью обоснования применения многокомпонентной аппаратуры индукционного каротажа (Multi-Component Induction Logs) при изучении анизотропных горных пород, и разработки методики интерпретации результатов измерений с этой аппаратурой. Зондовое устройство этой аппаратуры состоит из нескольких различно ориентированных генераторных и измерительных переменных магнитных диполей, что позволяет измерять компоненты низкочастотного магнитного поля, возбуждаемого магнитными диполями с взаимно- ортогональными моментами. Эти работы в США проводятся в компаниях Шелл, Бейкер, Шлюмберже, в Университетах штатов Юта, Техас и др. В проведении этих исследований принимает участие большое число ученых, в частности, A. Bespalov, B. Corley, A. Gribenko, S. Fang, O. Fanini, S. Forgang, Guo-Zhong Gao, S.W. Itskovich, B. Kriegshauser, G. Merchant, J. Morrison, E. Quint, M. Rabinovich, L.A. Tabarovsky, C. Torres, L. Yu, Z. Zhang, M. Zhdanov и др. В этих исследованиях также принимают участие и российские ученые (М. И. Эпов).

Но эти работы, как и практически все выполнявшиеся до последних лет исследования с целью определения электрической анизотропии пройденных скважиной горных пород, ориентированы на изучение влияния удельных электрических сопротивлений анизотропной среды на поле его сторонних возбудителей, традиционно применяемых в электрических и электромагнитных методах геофизических исследований скважин. Такими возбудителями поля являются токовый электрод и электрический диполь, как источники стационарного электрического поля, а также переменные магнитный и электрический диполи, как источники квазистационарного электромагнитного поля.

Оригинальный подход к исследованию анизотропии горных пород был предложен S. Gianzero. В его работе, опубликованной в 1999 г., высказано утверждение, что зонд из соосных генераторного электрического диполя и измерительной тороидальной антенны должен быть эффективным при определении «вертикального» (поперечного) удельного электрического сопротивления n. Этот вывод был сделан на основе анализа выражений для азимутальной компоненты магнитного поля переменного электрического диполя, лежащего на оси анизотропии однородной среды.

Результаты наших исследований показали, что при геофизических измерениях в скважинах с целью изучения электрических параметров анизотропных горных пород может быть перспективным применение некоторых методик измерений, отличающихся от тех, которыми пользуются в настоящее время в методах ГИС. Это, в частности, связано с использованием таких возбудителей электромагнитного поля, как тороидальная антенна, протяженная линия переменного тока или кабель с переменным током; измерение электрических компонент поля, возбуждаемого переменным магнитным диполем и др.

Глава 1. Уравнения переменного электромагнитного поля в анизотропной среде. Электродинамические потенциалы.

Выражения, приведенные в этой главе, послужили основой при аналитических и численных решениях прямых задач электродинамики в следующих главах настоящей работы.

Раздел 1.1. Представлены уравнения электромагнитного поля и уравнения связи в немагнитной анизотропной среде. Даны основные определения. Детальнее рассмотрены уравнения гармонически меняющегося поля (и некоторые другие выражения) в одноосно – анизотропной среде. В частности, соответствующие направлениям n и t волновые числа kn,t в немагнитной среде определяет равенство:, где n,t – диэлектрические проницаемости по направлениям n и t, i – мнимая единица, 0=1/(0с2)(109/36), Ф/м – электрическая постоянная, c3108, м/с – электродинамическая постоянная, равная скорости света в вакууме, 0=4107, Гн/м – магнитная постоянная, =2f – круговая частота, f – частота колебаний. При записи выражений для гармонически меняющихся величин и полей временной фактор был выбран в виде: exp(it), где t – время. В случае гармонически меняющегося поля коэффициент анизотропии =kt/kn. Для стационарного электрического поля или квазистационарного электромагнитного поля (0n,t<<1/n,t) коэффициент анизотропии, где n=1/n и t=1/t – удельные электропроводности по направлениям n и t.

Отмечено, что в анизотропной среде (в отличие от изотропной среды) объемные электрические заряды могут существовать и в том случае, когда такая среда – однородна. Если ось Z направлена по оси анизотропии n, то плотность объемных зарядов

где Ez – компонента электрического поля по оси анизотропии n. То есть плотность зарядов 0, если 1 и компонента поля по оси n меняется по направлению этой оси.

Раздел 1.2. Для гармонически меняющегося поля приведен вывод дифференциальных уравнений, которым в однородных областях анизотропной среды удовлетворяет векторный электродинамический потенциал электрического типа. Представлены выражения, связывающие магнитное () и электрическое () поля с потенциалом.

Раздел 1.3. Приведен вывод дифференциальных уравнений, которым (при калибровке Тихонова) удовлетворяет векторный электродинамический потенциал магнитного типа в однородной анизотропной среде. Даны выражения, связывающие составляющие и гармонически меняющегося электромагнитного поля с этим потенциалом.

Глава 2. Поле различных сторонних токов (генераторных антенн) в однородной анизотропной среде.

На основе приведенных в главе 1 уравнений для векторных электродинамических потенциалов электрического и магнитного типа и выражений, связывающих эти потенциалы с составляющими электромагнитного поля, получены выражения для компонент гармонически меняющегося поля в однородной одноосно-анизотропной среде. Они определяют компоненты поля различных его сторонних возбудителей: переменного электрического диполя, переменного магнитного диполя, тороидальной антенны бесконечно- малых разметов, линии AB переменного тока, бесконечно- длинного кабеля (БДК), линейной тороидальной антенны конечных размеров. Анализ полученных выражений и результатов численных расчетов позволил установить некоторые закономерности, проявляющиеся во влиянии параметров однородной анизотропной среды на разные компоненты электромагнитного поля различных его возбудителей.

Раздел 2.1. Приведены выражения для электрической составляющей поля произвольно ориентированного относительно оси анизотропии n (Z) переменного электрического диполя. Проанализированы выражения для компонент поля, определяющих результаты измерений при применении дипольно-осевых и дипольно-экваториальных зондов (установок) при их различной ориентации относительно оси n. В частности, как известно, при применении дипольно-осевого зонда (из генераторного и измерительного электрических диполей), ориентированного по оси анизотропии, компонента Ez электрического поля, которой пропорционально измеряемое напряжение в измерительном диполе MN, не зависит от волнового числа kn. При выполнении условий квазистационарности поля и ближней зоны в соответствии с парадоксом анизотропии (Бурсиан В.Р и др.) синфазная току I=I0exp(it) в генераторном электрическом диполе компонента ReEz пропорциональна продольному удельному электрическому сопротивлению t анизотропной среды. Запаздывающая по фазе на /2 относительно I компонента ImEz при этих условиях не зависит от электрических параметров среды.

В разделе 2.2 получены и проанализированы выражения для компонент магнитного и электрического поля переменного магнитного диполя, а также – для плотности объемных зарядов, индуцируемых электрической составляющей поля переменного магнитного диполя. Рассмотрены результаты численных расчетов для некоторых характеристик поля.

Если центр, магнитного диполя расположен в начале 0 декартовых координат с осью Z по оси анизотропии n, а момент диполя, лежит в плоскости y=0, то =Mx+Mz, где, - единичные векторы (орты). Из равенства (1) и выражений, полученных для компонент электрического поля переменного магнитного диполя, следует, что в такой системе координат плотность объемных электрических зарядов где. В ближней зоне () имеем:. То есть при возбуждении поля в однородной среде переменным магнитным диполем в ближней зоне плотность объемных электрических зарядов (и их поле) зависит лишь от одного электрического параметра среды – коэффициента анизотропии.

Рис. 1. Распределение в плоскости S плотности электрических зарядов и проекции на S векторов поля этих зарядов. Возбудитель поля - переменный магнитный диполь.

=60o, f=10кГц, L=1м, t=10 Омм, =3.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»