專利名稱：地球物理勘探的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地球物理勘探，特別涉及到地球物理勘探中通過電場產(chǎn)生的聲響反應(yīng)的探測(cè)。
常規(guī)對(duì)地面的地震勘探技術(shù)是用一個(gè)適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)生地震能量的源和沿著或者接近地面表層散開的接收器陣，以探測(cè)任何地震信號(hào)，因?yàn)榈卣鹉芰繌牡叵碌刭|(zhì)的分界面被反射回來。這些信號(hào)作為時(shí)間的函數(shù)被記錄下來，然后這些信號(hào)即地震數(shù)據(jù)被用來重現(xiàn)合適的地下圖象。簡單地說，這種常規(guī)處理是使地震能量向下傳入地下，從某一特定的地質(zhì)層(阻抗對(duì)比)反射回來，并作為被反射的地震波回到接收器。
地震能量可以是所謂的橫波(S波)，或者是所謂的縱波(P波)。橫波和縱波的波速、反射角、振動(dòng)方向是不同的，并且在某種程度上來說，從它們各自的地震數(shù)據(jù)類型獲得的信息類型也是不同的。然而，兩種類型的波經(jīng)過地層時(shí)經(jīng)受相似的衰減;就是說，地層往往衰減高頻成份，而讓低頻成份相對(duì)不衰減地通過地層。這意味著對(duì)較深的地層來說，被反射的地震能量的低頻內(nèi)容包含著下伏地層的信息。然而，因?yàn)樘綔y(cè)反射地震能量的信號(hào)頻率比較低，被反射的地震能量的分辨率不足以探測(cè)很薄的地質(zhì)層。
另外，如果相鄰但不同的地質(zhì)層間的阻抗對(duì)比(impedance contrast)很小，只有少量的地震能量被反射回來，這種地質(zhì)層間的差別有可能不能從探測(cè)或者記錄下來的地震數(shù)據(jù)中分辨出來。因此，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)作出努力，用地球物理勘探技術(shù)而不僅僅只用地震探測(cè)技術(shù)去對(duì)地下地層適當(dāng)?shù)爻上瘛?br> 一項(xiàng)在1990年2月27日公開的專利號(hào)為US4，904，942、專利權(quán)人為A.H湯普森(A.H.Thompsm)的美國專利描述了一項(xiàng)地球物理勘探新技術(shù)。這項(xiàng)專利敘述了一種石油勘探的方法，其中涉及用地震波在含有流體的多孔巖層產(chǎn)生一個(gè)電場。更具體地說，伴隨地震波的壓力梯度引起多孔巖層細(xì)孔中的液體流動(dòng)。當(dāng)流體包含帶電物質(zhì)時(shí)，這種流動(dòng)產(chǎn)生電偶極層(detric dipole layers)的扭曲，從而形成一個(gè)電場。由此產(chǎn)生的電場傳播到地面，為地面的電磁傳感器所探測(cè)到。
這種所謂的電地震勘探技術(shù)可以提供更多關(guān)于地表下面地質(zhì)層的信息，但只是對(duì)具高滲透性的充滿流體的巖層才最敏感。這種電地震技術(shù)對(duì)具低滲透性的頁巖或含頁巖的巖層不敏感。因此，這種技術(shù)不能確定所探測(cè)的可能的多孔儲(chǔ)蓄層是否被低滲透密封層所覆蓋，如果在可能的儲(chǔ)蓄層中有的話，也不能確定何種低滲透性的地層是石油流體源。
此外，還有一些已經(jīng)出版的討論電動(dòng)效應(yīng)理論和應(yīng)用的文章。總的來說，這些文章敘述的是用來將電能轉(zhuǎn)換成聲能或者電動(dòng)機(jī)械能的實(shí)驗(yàn)裝置。例如，一個(gè)此類的裝置就是一個(gè)微量吸移管裝置，用一種含液體的多孔物質(zhì)，加一個(gè)電場使得多孔物質(zhì)噴出很少量的液體。這些實(shí)驗(yàn)裝置獲得有限的適用范圍，因?yàn)樗鼈兣c傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器和泵相比效率要低。
這些和那些先有技術(shù)的局限和缺點(diǎn)被本發(fā)明所克服，本發(fā)明提供了一種地球物理勘探的改進(jìn)的方法和裝置。
本發(fā)明具體提供了一種新型的地球物理勘探的方法和裝置。具體說，用能量源產(chǎn)生電場，并與含流體的多孔地表下面地層互相作用，改變多孔地層細(xì)孔里流體偶極子的極化，引起流體壓力脈沖。這種流體壓力脈沖在地層的細(xì)孔內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間變化的壓力梯度，并傳播到地層或巖層;然后這種巖層壓力脈沖以地震波的形式通過地表下層傳播。這些地震波可以通過一個(gè)適當(dāng)?shù)牡卣鹛綔y(cè)器或者地震探測(cè)器陣所探測(cè)到。
本發(fā)明的目的之一是提供關(guān)于地球物理勘探的一種新的方法。
本發(fā)明的目的之二是提供關(guān)于地球物理勘探的一種方法，包括產(chǎn)生電場、在至少含有一種流體的至少一個(gè)多孔地表下面地層里將所述電場轉(zhuǎn)換成地震波以及探測(cè)這種地震波。
本發(fā)明的目的之三是提供一種既利用電滲透又利用聲電偶合技術(shù)的地球物理勘探的新的方法。
本發(fā)明的目的之四是提供一種新的地震源。
本發(fā)明目的之五是提供一種新的井測(cè)方法。
本發(fā)明目的之六是提供一種新型地球物理勘探裝置。
所有以上本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)從接下來的詳細(xì)敘述中會(huì)變得明顯，并參照附圖中的各個(gè)分圖進(jìn)行。


圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的簡明工作原理圖，在地層的橫截面圖上示出了裝置和過程。
圖2是多孔地層的部分剖示圖，這種地層能依照本發(fā)明教導(dǎo)的那樣，適于在電場激勵(lì)下產(chǎn)生地震波。
圖3是簡略的方框圖，圖示依照本發(fā)明教導(dǎo)的地球物理勘探方法的步驟。
圖4是依照本發(fā)明的教導(dǎo)圖1中部件的另外一種布置的簡略示意圖。
圖5是依照本發(fā)明的教導(dǎo)圖1中的部件不同的布置的簡略示意圖。
圖6是依照本發(fā)明的教導(dǎo)圖1中部件的另一種不同的布置的簡略示意圖。
圖7是依照本發(fā)明的教導(dǎo)圖4中部件的改進(jìn)的簡略示意圖。
現(xiàn)在參考圖1，圖中可以顯示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的裝置的簡化的布置，具體地，可以看到天線110適當(dāng)?shù)胤胖迷诘孛嫔厦婊蛘叩乇砀浇a(chǎn)生電場111。圖1中所示的“天線”為兩個(gè)部分埋入地里的金屬電極112、114?？梢苑胖脙蓚€(gè)或者更多地象這樣的電極，并且這些電極可以在水平面以上或者以下(未畫出)。當(dāng)放置兩個(gè)電極時(shí)，這兩個(gè)電極間的距離可以從約15英尺到約25，000英尺。較好的選擇是電極都在第一個(gè)水平面以下。此外，一個(gè)大或者很大的金屬環(huán)(未畫出)，放置在地面上，通上較大的電流，也可以作為天線使用。類似地，一個(gè)(或者更多)大的線圈(未畫出)，不管有沒有鐵磁芯，都可以埋入地下(最好是水平面之下)作為天線使用。
一個(gè)脈沖直流源或者交流源116與天線連接產(chǎn)生電流(未畫出)，在地層里或者在地層附近產(chǎn)生作用電場111。電源的頻率可以從1毫赫到30千赫。作用電場111與電流產(chǎn)生的電磁場111a相關(guān)。這個(gè)電場111然后向下傳播進(jìn)入地表下面地層。要說明的是這種電磁波不同于聲波，它在地表下層是以光速傳播的。在地表下層的光速要低于在真空或者空氣中的光速。在地表下層傳播的電磁波要比聲波快大約100倍，這種聲波是在地震波頻率帶約10至100赫茲之間。
作用電場111對(duì)多孔地層中至少一種流體的流體偶極子120起作用。這種地層中的一部分118在圖1中的部分分解圖中被畫出來。這個(gè)作用電場引起細(xì)孔流體偶極子120極化的變化，它反過來又引起流體的流動(dòng)或者產(chǎn)生壓力脈沖122。流動(dòng)的流體(或者脈沖)產(chǎn)生隨時(shí)間變化的壓力梯度，然后傳播進(jìn)入地層(或巖層)。壓力梯度然后傳播通過地表下層，包括到達(dá)地表，形成地震波124。這里使用的“地震波”這個(gè)術(shù)語是指任何在地層內(nèi)傳播的機(jī)械波，包括但不僅僅局限于P波和S波。這地震波被放在地面或地里的適當(dāng)?shù)牡卣鹛綔y(cè)器126所探測(cè)到;這個(gè)地震探測(cè)器可能是探測(cè)器組，由諸如水中地震檢波器(hydrophones)或者地震檢波器(geophones)組成。地震檢波器可以是單一的或者多組的地震檢波器，即有象垂直、水平和正交的一個(gè)或者多個(gè)靈敏度的軸。
代表地震波的信號(hào)可以通過常規(guī)的地震場記錄儀(未畫出)適當(dāng)?shù)赜涗浵聛?，這些儀器通常放在記錄車128里。這些信號(hào)可以按照常規(guī)的地震探測(cè)技術(shù)進(jìn)行處理，可以得到行經(jīng)時(shí)間，深度和/或速度信息，以及地表下層巖性信息。因?yàn)檫@種數(shù)據(jù)的記錄、分析及顯示(之前，過程中，和/或其后的處理)是公知的技術(shù)，這里就勿需詳細(xì)討論了。
圖2更清楚地說明了多孔地層的情況。就是說，有固體巖石部分201，處處散布溝狀的細(xì)孔空間202。這里用的“多孔”這個(gè)術(shù)語，是指含有非土空間或者細(xì)孔空間的地層物質(zhì)，包括但又不僅僅局限于堅(jiān)固的、欠堅(jiān)固的或者不堅(jiān)固的泥土物質(zhì)。在有含水或可極化的流體存在的地方，在這種含水或可極化的流體與固態(tài)的巖石部分201之間，可能形成一種電化學(xué)結(jié)合力(bond)。這些含水或可極化的流體可以是但不僅限于如水、鹽水、碳?xì)浠衔?、石油或者它們的混合物。這種電化學(xué)結(jié)合力在流體部分用“+”號(hào)在巖石部分用“-”號(hào)來表示。一般說來，巖石部分201存在自然的表面電荷。這種電化學(xué)結(jié)合力可以形成局部細(xì)孔流體偶極子，這導(dǎo)致產(chǎn)生局部背景預(yù)先存在的電場。要說明的是，總的來說，在未受擾動(dòng)的巖石及其周圍流體里是沒有凈偶極子的。
背景預(yù)先存在的電場的符號(hào)或電場極性方向，依賴于固體表面的電荷和流體篩分電荷的方式。在粘土中，電荷是典型地如圖2所示。然而，在碳酸鹽中，剛好反過來，即“+”電荷在固體上面。
當(dāng)作用電場111與地層相互作用時(shí)，如圖示地層的部位，背景電場有一個(gè)改變，背景電場作用于已建立的流體偶極子120或者伴隨那個(gè)偶極子的電荷，引起流體流動(dòng)，如圖1和圖2中由電磁波111a引起的作用電場111所示。盡管作用電場111可以是“脈沖”或者“交變”電場(即由脈沖的直流源或由交流源產(chǎn)生)，為了便于說明，圖1和圖2中所示的作用電場為靜電場。作用電場111起到改變電化學(xué)結(jié)合力或者移動(dòng)電荷的效果(由圖2中流體里電荷上面和下面畫出的小箭頭表示)，因而在結(jié)合力被改變或者破壞的地方實(shí)際上造成一個(gè)壓力脈沖。這個(gè)作用電場111遍及流體區(qū)域，并主要影響偶極子120的電荷，這些電荷在流體表面或者流體附近或者在巖石的界面。因此，細(xì)孔流體壓力脈沖是由造成的電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，所形成的壓力脈沖傳到地層的固態(tài)巖石部分。依次地，壓力脈沖以地震波124的形式被傳播通過巖石部分。因此，相應(yīng)的地表下面地層可成為一個(gè)地下地震能量源。
地震能量的一部分從地層(地震波124)向上向地表傳播，在地面被一個(gè)地震探測(cè)器或探測(cè)器陣所探測(cè)到。當(dāng)然，如果在地層和地表之間存在一個(gè)通常的地震波反射面，會(huì)產(chǎn)生地震波反射，這種反射也可以用常規(guī)的方式通過探測(cè)器陣探測(cè)到。在多孔地層中，特別是具有低滲透性的地層中，只要有流體就能進(jìn)行地下層所產(chǎn)生的地震波的探測(cè)。
因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，就是提供一種通過在地表上或地表里的電極之間產(chǎn)生電場從而產(chǎn)生地表下層地震能量的方法。這里一會(huì)還要提到，也可以將電極放進(jìn)鉆孔以產(chǎn)生地震能量。這種電場當(dāng)它與在至少包含一種流體的多孔地表下地層中細(xì)孔流體偶極子相互作用時(shí)，便被轉(zhuǎn)換成地震能量。
如圖1所示，當(dāng)探測(cè)器和電極都在地表時(shí)，探測(cè)到的地震響應(yīng)表明存在含有流體的地層。通過分析探測(cè)到的地震響應(yīng)，能夠確定存在多少這樣的地層以及這些地層的深度。
通過“調(diào)節(jié)”作用電場的波長和/或振幅去選擇電場有效地穿過地層的深度是可能的。一般來說，強(qiáng)電流產(chǎn)生的電場和長波電場能穿過更深的地層。
一般認(rèn)為含流體地表下面地層中產(chǎn)生的地震波的振幅及頻率。由作用電場的頻率、地層的厚度及地層的深度決定。通過分析探測(cè)到的地震波的頻率內(nèi)容，產(chǎn)生地震波的地層的滲透性程度就可以被確定。
如前所述，這個(gè)電場是伴隨著電磁波的電場。相應(yīng)地，脈沖直流源或交流源適當(dāng)?shù)嘏c天線或電極相連產(chǎn)生電磁場。脈沖頻率或交流頻率可以調(diào)節(jié)，電流的大小也可以調(diào)節(jié)。
對(duì)于交流源來說，頻率可以在一系列頻率掃描，與地震振動(dòng)器的掃描頻率相似。交流源可以由一個(gè)信號(hào)發(fā)生器和一個(gè)放大器組成，放大器足夠?qū)⒔涣餍盘?hào)放大到在地表下面感興趣的地層區(qū)產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的電場所需要的電流和電壓。交流源也可以由恒速或變速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)生器組成。
直流脈沖源可以由一個(gè)信號(hào)脈沖發(fā)生器和一個(gè)放大器組成，放大器足夠?qū)⒅绷髅}沖信號(hào)放大到在地表下面感興趣的地層區(qū)產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的電場所需要的電流和電壓。
這種電源的頻率范圍為從約1毫赫到約30千赫;傳統(tǒng)地震學(xué)采用的頻率范圍是從約1赫到約100赫。如前所述，選擇的電源頻率受電場所需穿越的深度的影響;對(duì)于深或很深的地層所使用的頻率低到約0.1赫。
合適的放大器可以是我們?cè)趧≡骸Ⅲw育場、或者其它公共集會(huì)場所看到的大功率有線廣播或音樂放大系統(tǒng)的那種典型的放大器。本發(fā)明所使用的電極的類型就是那些用來于作為聲頻大地磁場或電磁勘探或測(cè)量的控制源的電極。當(dāng)使用兩個(gè)電極時(shí)，電極間的距離可以是從約15英尺到約25，00英尺。當(dāng)使用兩個(gè)以上的電極時(shí)，極間空間可以偏離這個(gè)范圍，但電極陣總的長度及/或?qū)挾葢?yīng)該大體在同樣的范圍。
可以用電極陣來產(chǎn)生特定類型或定向的電場。特別地，電極陣可以是類似于固定相位的電極陣，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)電子延遲，便可產(chǎn)生容易調(diào)控的電場。有可能出現(xiàn)的另一個(gè)情況是產(chǎn)生向下傳播進(jìn)入地表下層的平面波。
現(xiàn)在參考圖3，所示的是依照本發(fā)明的地球物理勘探方法最佳步驟的簡化方框圖。具體地，可以看到第一步301是產(chǎn)生電場。電場可以按照前面所述的方法產(chǎn)生，即通過將電極放入或放在地面，然后將這些電極通上電流。電流產(chǎn)生電磁波，伴隨電磁波的電場然后穿過地表下面地層。這些電極最好應(yīng)當(dāng)部分地埋入地里，更可取的是，放在第一個(gè)水平面之下。
本發(fā)明優(yōu)選方法的第二步302，是通過至少含有一種流體的多孔地表下面地層里的流體偶極子，將電場轉(zhuǎn)換成地震能量。如前所述，這種流體可以是碳?xì)浠衔?、水鹽水、其余與石油有關(guān)的流體或者這些流體的混合物。如前所述，作用電場作用于至少有一種流體的多孔地層的流體偶極子。作用電場引起流體偶極子極化的改變，結(jié)果形成壓力脈沖，然后再形成地震波。
本發(fā)明優(yōu)選方法的第三步303，是探測(cè)這種產(chǎn)生的地震能量。這種地震能量可以通過地表上面或附近放置的探測(cè)器或探測(cè)器陣探測(cè)到。這個(gè)探測(cè)器和/或探測(cè)器陣可以由任何適當(dāng)?shù)牡卣鹛綔y(cè)器組成。特別地，適當(dāng)?shù)牡卣鹛綔y(cè)器可以是水中地震檢波器或地震檢波器。地震檢波器可以有一個(gè)或多個(gè)軸的敏感度。這種探測(cè)器或探測(cè)器陣接收地震能量，這種地震能量是在至少包含一種流體的多孔地表下面地層中從電場轉(zhuǎn)換過來的。
簡單地說，本發(fā)明關(guān)于地球物理勘探的方法是先產(chǎn)生電場，在至少含有一種流體的多孔地表下面地層中將電場轉(zhuǎn)換成地震能量，然后探測(cè)這些所產(chǎn)生的地震能。
實(shí)現(xiàn)此方法必須的裝置基本上由以下組成，天線、電極或電極陣、脈沖的直流或交流的電流或功率源、放在地面上或附近的合適的地震探測(cè)器或探測(cè)器陣。很明顯，在沒有穿過地下的鉆孔時(shí)，這是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明最有效的方法;當(dāng)有鉆孔時(shí)，方法和裝置都有所改變，這要在下面繼續(xù)討論。
為了使本發(fā)明的基本點(diǎn)更清楚，還要作以下的簡短解釋。當(dāng)壓力梯度作用于充滿流體的多孔巖層時(shí)，可以產(chǎn)生電場。這種偶合可以叫作聲電偶合或者叫作流動(dòng)位差。當(dāng)時(shí)充滿液體的多孔巖層施加電場時(shí)，可以產(chǎn)生壓力梯度。這種偶合可叫做電聲偶合或者電滲透效應(yīng)。偶合系數(shù)可以用來說明這兩個(gè)偶合過程的大小和程度。
目前認(rèn)為對(duì)于具有高滲透性即幾毫達(dá)西(mD)以上的巖石來說，聲電偶合系數(shù)要比電聲偶合系數(shù)大得多，這是因?yàn)閷?duì)激勵(lì)作出的反應(yīng)的細(xì)孔流體的體積不同。在聲電偶合情況下，整個(gè)的流體容量對(duì)施加的壓力梯度作出反應(yīng)。在電聲偶合情況時(shí)，只有直接鄰靠細(xì)孔壁的帶電流體才對(duì)作用電場作出反應(yīng)。因?yàn)檫@個(gè)原因，由作用電場產(chǎn)生流體運(yùn)動(dòng)的效率與通過壓力波引起的流體流動(dòng)而產(chǎn)生電磁波的效率是不一樣的。
為了更清楚地了解本發(fā)明的基本點(diǎn)，還要作如下詳細(xì)的說明。在多孔介質(zhì)中流體電動(dòng)效應(yīng)的唯象模型(pnenomenological models)已有過多年詳細(xì)的研究。特別地，John L.Anderson和Wei-Hwkoh的一篇論文討論了這些模型(膠體和截面科學(xué)雜志Journal of Colloid and Interfacl Sciencl)，59，149〔1977〕。聯(lián)系電流和場的基本方程叫作Onsager方程。在直管中流體流和電流的關(guān)系如下Q＝ (A)/(l) ( (K)/(η) △P+α△V) (1)I＝ (A)/(l) (α△P+βσ0△V) (2)這里，Q＝流量〔m3/Sec〕，A＝細(xì)孔面積〔m2〕，l＝細(xì)孔長度〔m〕，K＝滲透率 (r2)/8 (管子)(1m2＝1015mD)，η＝絕對(duì)粘滯余數(shù)〔Kg/m·Sec〕△P＝樣品間的壓差〔N/m2〕，α＝電滲透系數(shù)或電滲透遷移率〔m2/V·Sec〕，△V＝樣品間電壓差〔V〕，I＝電流(離子流)〔C/Sec〕，β＝導(dǎo)電率增加率〔無量綱〕＝ (帶電荷管導(dǎo)電率)/(不帶電荷的同樣管子的導(dǎo)電率) ，σ0＝鹽水導(dǎo)電率〔Ω·m-1〕電聲系數(shù)可以從令等式1的流體流動(dòng)為零得到(△V)/(△P) ＝ (-K)/(ηα) (3)
對(duì)于在圓柱形的石英管(半徑10微米)中水的典型值，我們可以得到(△V)/(△P) ＝104V/bar因此，在半徑10微米時(shí)石英直管中，需要104伏才產(chǎn)生1個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。如果毛細(xì)管再小些而表面電荷更多一些，這樣變化會(huì)產(chǎn)生非常大的效果使得這個(gè)系數(shù)小于10V/bar。這小于10V/bar的系數(shù)使得用適當(dāng)?shù)碾妷寒a(chǎn)生較大的聲壓梯度成為可能。同樣，對(duì)于滲透率為300mD的砂巖及具典型值的水，電聲偶合系數(shù)的數(shù)量級(jí)為103V/bar。然而，對(duì)于滲透率數(shù)量級(jí)在3×10-3mD的有細(xì)孔結(jié)構(gòu)的巖層，電聲系數(shù)大約為0.3V/bar。
因此，對(duì)具有低或很低滲透性的巖層來說，0.3伏就能產(chǎn)生1個(gè)大氣壓的壓強(qiáng)。在細(xì)管流體中產(chǎn)生的這個(gè)壓力能有效地傳遞給脈石，產(chǎn)生地震能量源。偶合或轉(zhuǎn)換流體壓力變化成聲波的問題，在A.N.Norris著的“多孔固體飽和流體中點(diǎn)源輻射和散射理論”(“Radia-tion from a Point Source and Scattering Theory in a Fiuid Saturated Porous Solid”)(美國聲學(xué)協(xié)會(huì)期刊(Journal of Acoustic Society of America)77(6)，2012〔1985〕中已經(jīng)討論了。Norris討論了兩種脈沖源(1)僅作用于固態(tài)組分的點(diǎn)載荷位移(Point load displacement)，和(2)作用于流體的點(diǎn)載荷位移。這兩種源都產(chǎn)生P波和S波。對(duì)于適合地震勘探的頻率來說，對(duì)縱波來說流體位移與固體的位移的比率大約是1，就是說，當(dāng)同樣的壓差(壓強(qiáng)變化)施加于流體和施加于固體會(huì)產(chǎn)生同樣的P波。一般說來，對(duì)于S波來說也有相同效果。
因此，如果電聲偶合系數(shù)大，則產(chǎn)生地震波的效率更高。特別是，從流體中局部壓力變化到傳播的地震波的轉(zhuǎn)換，與滲透性無關(guān)。因此，具低滲透性的巖層可以被認(rèn)為是這種電聲轉(zhuǎn)換的較好的源。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，在地層中通過電磁波產(chǎn)生的感生壓力，可以從前述的方程估算。用這些方程，所期望的地表下面地層的聲波響應(yīng)(通過作用電場激勵(lì))，已經(jīng)與常規(guī)的地震反射大小作過比較。就一個(gè)特別的模型來說，采用的參數(shù)如下天線為100米長，通以100安培的交流電，其頻率在地震頻帶(10-100赫)之間。在1，000米深處地層由電磁感生的壓力梯度，與1磅火藥爆炸所產(chǎn)生的壓力是同一數(shù)量級(jí)。
因此，這個(gè)模型表明，由電磁感生的地震波幅度與從同一地層的常規(guī)的地震反射波幅具有同一數(shù)量級(jí)。另外，在非均勻巖層或有細(xì)孔分布的巖層，電聲效應(yīng)可望有某種頻率相關(guān)性(對(duì)地震勘探合適的頻率)。感生壓力梯度與作用電場的頻率成正比。因此，通過電場產(chǎn)生的地震波應(yīng)該有足夠高的頻率(達(dá)到約電場的兩倍)，以便增加對(duì)薄地質(zhì)層的分辨能力。
因此，還會(huì)看到在本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種地球物理勘探方法，它是通過產(chǎn)生電波，在含流體的地表下面多孔地層中將電波轉(zhuǎn)換成地震波，然后探測(cè)這樣產(chǎn)生的地震波。另外，電波同時(shí)伴有電磁波，并可由穿過地層的適當(dāng)?shù)碾娏鳟a(chǎn)生。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4，圖中畫出了產(chǎn)生電場111的電極412、414相對(duì)于地震探測(cè)器426的另一種放置。圖4中，電極412、414放置在穿過地表下層的井孔中。雖然圖中只畫出了兩個(gè)電極，但多于兩個(gè)的電極也可以同樣使用。另外，盡管畫出的兩個(gè)電極一個(gè)靠近井孔的頂端而另一個(gè)靠近井孔底部，電極可以放置在彼此相隔很近的地方，并可沿著井孔放置在任何深度。圖4也畫出了布置在地面的地震探測(cè)器陣426。顯然，電極(在鉆孔里的)和探測(cè)器陣(在地面上的)可以互換，讓探測(cè)器陣在鉆孔里而電極在地面上或附近。
現(xiàn)在參考圖5，地震探測(cè)器陣526和電極512、514都在同一個(gè)鉆孔里。顯然，探測(cè)器陣與電極的相對(duì)位置可以互換。另外，電極與探測(cè)器陣完全可以部分或全部交錯(cuò)。再者，可以使用任何數(shù)量的電極。而且，電極和探測(cè)器陣可以作為測(cè)井工具的一部分(未圖示出)，這種工具可以使用常規(guī)方法、用本發(fā)明的電聲效應(yīng)對(duì)被鉆孔穿過的含流體的多孔地層進(jìn)行井測(cè)。
因此，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種井測(cè)鉆孔的方法，它是通過在鄰近井孔的地方產(chǎn)生電場，在鄰近井孔含流體的多孔地表下面地層將電場轉(zhuǎn)換成地震波，然后在井孔中探測(cè)所形成的地震波。另外，需要注意的是，因?yàn)樗a(chǎn)生的地震波的頻率與常規(guī)地震勘探技術(shù)的地震波在同一頻率范圍，用這種方法井測(cè)所獲得的信息與常規(guī)井測(cè)的信息相比，它更容易和地震橫截面一致或“聯(lián)結(jié)”;地震橫截面可以在已井測(cè)過的鉆孔開鉆之前、過程中或者以后獲得。
用類似的方式，圖6畫出了在一個(gè)鉆孔620內(nèi)電極612，614的位置和在鄰近鉆孔630中地震探測(cè)器陣626的位置。再者，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可以采用多個(gè)電極，鉆孔中各個(gè)電極和/或所有電極的位置可以改變。
因此，本發(fā)明附加實(shí)施例提供了一種采用橫孔層析X射線攝影法的方法。特別是，本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例是使用電場在鄰靠的一個(gè)鉆孔里產(chǎn)生地震波，然后可以通過適當(dāng)處理在第二個(gè)鄰近的鉆孔里為探測(cè)器所接收到的層析X射線攝像方法所得到的數(shù)據(jù)，用來產(chǎn)生圖象。處理層析X射線攝像方法所得數(shù)據(jù)而獲得關(guān)于鉆孔間的地層下層材料的信息是常規(guī)的公知技術(shù)，這里就不再贅述了。
現(xiàn)在參考圖7，可以看到對(duì)圖4中的構(gòu)件作了一些改變。特別是，圖7中采用了套管鉆孔720，而圖4中采用的是無套管鉆孔420。就是說，鉆孔還包含延伸到鉆孔某一深處的套管(或管子(750。這個(gè)套管750可以用作天線將電場輻射到地表下面地層。這個(gè)套管用作一個(gè)電極712，而將第二個(gè)電極714放置在離鉆孔有一定距離(可達(dá)1英里甚至更多)的地方。套管及第二個(gè)電極714適當(dāng)?shù)嘏c電源716相連，如前所述的那樣。圖7還畫出了探測(cè)器陣726。
根據(jù)類似的方法，為了能在套管鉆孔中使用圖5和圖6中的部件可以作一些改變。就是說，圖中的一個(gè)電極可以是套管，而另一個(gè)電極可以放在鉆孔里或者放在地表上。顯然，圖4-6中畫出的構(gòu)件的配置仍可使用，而不管鉆孔加或不加套管作為電極;在這些情況下，電極必須放置在鉆孔中未加套管的部分。
另外，本發(fā)明技術(shù)可以與美國專利專利號(hào)為US4，904，942中的技術(shù)結(jié)合，這項(xiàng)專利較早介紹了聲電效應(yīng)。聲電技術(shù)可以用來探測(cè)更多的多孔地層即可能儲(chǔ)藏有石油和天然氣的高滲透性地層。本發(fā)明技術(shù)用來勘探同樣的地表下面區(qū)域時(shí)，能提供對(duì)在可能的儲(chǔ)蓄層頂上覆以一層低滲透性巖層情況下的探測(cè)，及對(duì)覆蓋巖層滲透性的估計(jì)。不管是可能的儲(chǔ)蓄層還是覆蓋巖層，它們都很容易通過聯(lián)合使用這兩種技術(shù)探測(cè)到，但都不能用常規(guī)的地震勘探技術(shù)探測(cè)到。特別是，直接指示滲透性(從常規(guī)地表數(shù)據(jù)是不能得到的)可以從聯(lián)合使用這兩種技術(shù)得到。因此，聯(lián)合使用兩種技術(shù)，就能得到否則只有鉆鉆孔才能得到的信息。同樣，這兩項(xiàng)技術(shù)也可以用作鉆孔井測(cè)。
對(duì)這項(xiàng)技術(shù)已有經(jīng)驗(yàn)的人來說，只要不違背本發(fā)明的基本原理，對(duì)于前述裝置和技術(shù)還可作出許多其它的改變和改進(jìn)。因此，附圖和前邊文字所描述的裝置和方法，顯然只是為了解說，這并不意味著本發(fā)明就局限于此范圍。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)預(yù)先選定的地面下層區(qū)域的地球物理勘探方法，該方法包括以下步驟(a).產(chǎn)生足夠強(qiáng)的電場，傳播進(jìn)入該預(yù)先選定的地面下層區(qū)域；(b).在該預(yù)選地面下層區(qū)域中的至少一個(gè)地表下面多孔地層，將該電場轉(zhuǎn)換成地震波，該多孔地層至少含有一種流體，該地震波產(chǎn)生于由該電場引起的在該多孔層里的該流體的流體偶極子的運(yùn)動(dòng)；(c).用地震探測(cè)器探測(cè)該地震波。
2.在權(quán)利要求1的方法中，產(chǎn)生電場和探測(cè)該地震波的步驟都是在地表上或地表附近進(jìn)行。
3.在權(quán)利要求1的方法中，產(chǎn)生電場和探測(cè)該地震波的步驟中之一是在地表上或地表附近進(jìn)行，而另一步驟是在穿入地層的鉆孔中進(jìn)行。
4.在權(quán)利要求1的方法中，產(chǎn)生電場和探測(cè)該地震波的步驟都在從地表穿入該預(yù)選地表下層區(qū)域的鉆孔中進(jìn)行。
5.在權(quán)利要求1的方法中，該產(chǎn)生電場的步驟在第一個(gè)穿進(jìn)地層的鉆孔中進(jìn)行，該探測(cè)該地震波的步驟在第二個(gè)穿進(jìn)地層的鉆孔中進(jìn)行，并且該預(yù)先選定的地表下層區(qū)域一般位于該第一鉆孔與第二鉆孔之間。
6.在權(quán)利要求1的方法中，該產(chǎn)生電場的步驟進(jìn)一步包括(ⅰ)將直流脈沖源或交流源與天線相連，并且(ⅱ)啟動(dòng)該電源，通過該天線產(chǎn)生電場。
7.在權(quán)利要求6的方法中，該天線包括至少兩個(gè)金屬電極，金屬電極至少部分放置在地里。
8.根據(jù)權(quán)利要求7，該方法進(jìn)一步包括將該金屬電極中的至少一個(gè)放在穿進(jìn)地層的鉆孔里。
9.在權(quán)利要求7的方法中，該金屬電極中至少有一個(gè)是在穿進(jìn)地層的鉆孔中的鉆孔套管。
10.在權(quán)利要求1的方法中，該方法進(jìn)一步包括記錄通過該地震探測(cè)器探測(cè)到的信號(hào)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新型的地球物理勘探方法和裝置。方法是給含流體的地表下面多孔地層施加作用電場，由于細(xì)孔流體偶極子極化的變化而產(chǎn)生流體脈沖。流體脈沖以地震波形式在地表下層傳播，地震波可以被適當(dāng)?shù)牡卣鹛綔y(cè)器陣所探測(cè)到。裝置是產(chǎn)生作用電場的直流脈沖電源或交流電源及地震探測(cè)器。
文檔編號(hào)G01V3/08GK1066510SQ92103309
公開日1992年11月25日 申請(qǐng)日期1992年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月6日
發(fā)明者阿瑟·霍華德·湯姆森, 格蘭特·阿蘭·吉斯特 申請(qǐng)人:埃克森生產(chǎn)研究公司