Теория методов ГИС

1. Курс «Теория методов ГИС»

1

2. КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН занятий по курсу «Теория методов ГИС» на весенний семестр 2008/2009 уч. года

№
п\п
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Наименование темы занятий
2
Теоретические занятия
Характеристика объектов ГИС и решаемые задачи. Радиальная
характеристика сопротивления пласта-коллектора.
Распределение электрического поля в трехмерном пространстве.
Потенциал, напряженность и плотность тока в однородной среде.
Измерения кажущегося удельного сопротивления. Зонды КС.
Кривые КС против пластов ограниченной мощности.
Теория бокового каротажа. Понятие геометрического фактора.
Теория индукционного каротажа. Радиальная и вертикальная
характеристики зондов ИК. Комплексирование КС, БК и ИК.
Контрольная работа
Теория
двойных
электрических
слоев
и
потенциалов
самопроизвольной поляризации.
Диаграммы метода ПС.
Радиоактивность
горных
пород.
Теория
интегрального
и
спектрометрического гамма-каротажа.
Взаимодействие радиоактивного излучения с горными породами.
Теория гамма-гамма-каротажа. Особенности регистрации излучений.
Теория нейтронных методов. ИННК и ИНГК.
Модификации ИНГК.
Контрольная работа
Теоретические основы акустического метода.
Волновой акустический каротаж.
Теория ядерно-магнитного резонанса.
Ядерно-магнитный метод.
Задачи, решаемые ЯМК.
Теория теплового поля в скважине.
Теплофизические свойства горных пород.
Методы термометрии.
Теория геохимических методов. Газовый каротаж.
Контрольная работа
ИТОГО
Кол-во
часов
3
Неделя
2
20
2
21
2
2
2
2
21
22
23
23
2
2
24
25
2
2
25
26
2
2
4
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
27
27
28
29
29
30
31
31
32
33
33
34
35
35
36
52
4
2

3.

1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
2
Лабораторные работы
Исследование характеристик постоянного электрического поля
в радиальном направлении.
Расчет коэффициентов многоэлектродных зондов.
Расчет и анализ пространственных факторов бокового
каротажа.
Расчет и исследование радиального пространственного фактора
индукционного зонда.
Определение минерализации пластовой воды
Расчет интенсивности естественного гамма-излучения в пластах
различной мощности.
Расчет кинетической энергии электронов, образованных
рассеянными гамма-квантами.
Определение времени жизни нейтронов в водородосодержащих
средах.
Расчет и анализ начальной амплитуды сигнала свободной
прецессии метода ЯМР.
Исследование собственных колебаний излучателя акустических
волн.
Разработка алгоритмов расчетов по данным акустического
метода.
Расчет геотермограмм.
Решение прямой и обратной задачи геотермии для осадочного
разреза глубокой скважины.
ИТОГО
3
4
2
2
2
2
21
22
4
23-24
2
4
25
26-27
2
28
2
29
2
30
2
31
2
32
2
6
33
34-36
34
3

4.

Преподаватель: профессор Исаев Валерий Иванович, докт. геол.-мин. наук
группа 2050, весна 2008/2009
К у р с «Теория методов ГИС»
(23 лекции, 3 контрольные работы, 17 занятий лабораторных работ, курсовой проект, ЭКЗАМЕН)
Условия допуска к экзамену:
1. Прием преподавателем курсового проекта
2. Выполнение всех лабораторных работ
3. Прием преподавателем отчетов по всем лабораторным работам
Условия получения «автомата»:
1. Выполнение курсового проекта, лабораторных работ, сдача отчетов и приемка отчетов преподавателем
в соответствии с календарным планом занятий (отчет по предыдущей лабораторной работе сдается
преподавателю к началу следующей лабораторной работы).
2. Положительные оценки всех контрольных работ.
3. Посещаемость лекций, лабораторных и контрольных работ не мене 75%.
Оценка «автомата» («3», «4», «5») определяется как среднее арифметическое из оценок за каждый
отчет по лабораторным работам, за каждую контрольную работу.
Наряду с правильностью выполнения заданий, правильностью ответов на поставленные вопросы, основания для
оценки на «5» курсового проекта, отчета по лабораторной , результатов контрольной работы, результатов
сдачи экзамена следующие:
1. Высокий уровень оформления.
2. Наличие анализа с привлечением сведений из учебных курсов смежных дисциплин.
3. Наличие самостоятельных выводов.
4.
Наряду с лекционным курсом и материалами методичек, привлечение дополнительных материалов
(пособия, монографии, сборники, журналы).
4

5. ОБЪКТ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИС

5

6. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН:

1. ИЗУЧЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАЗРЕЗОВ СКВАЖИН
2. ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СКВАЖИН
3. КОНТРОЛЬ ЗА РАЗРАБОТКОЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И
ГАЗА
4. ПРОВЕДЕНИЕ ПРОСТРЕЛОЧНЫХ, ВЗРЫВНЫХ И ДРУГИХ
РАБОТ В СКВАЖИНАХ (?)
6

7. У.Э.С. осадочных горных пород

• 1.
У.Э.С.
породообразующих
минералов
(минерального скелета)
• 2. % примеси рудных минералов и самородных
элементов (проводников)
• 3. Коэффициент пористости и структура
пористости
• 4. У.Э.С. пластовых флюидов (пластовая вода,
нефть, газ)
• 5. Пластовая температура
7

8. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ У.Э.С. ПЛАСТА-КОЛЛЕКТОРА

8

9. Общие сведения о распределении электрического поля в горных породах

dU
E gradU
dn
j E èëèE j
div j = div σ (grad U) =
gradσ grad U — σ ΔU = 0
9

10. Однородная и изотропная среда Для однородной среды (σ = 1/ρ = const) третье уравнение преобразуется в дифференциальное

уравнение Лапласа
div σ (grad U) = ΔU = 0.
В прямоугольной системе координат уравнение
имеет вид
d2U/dx2 + d2U/dy2 + d2U/dz2=0,
10

11. Уравнения, устанавливающие непрерывность потенциала электрического поля

УРАВНЕНИЯ, УСТАНАВЛИВАЮЩИЕ НЕПРЕРЫВНОСТЬ
ПОТЕНЦИАЛА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
div j = div σ (grad U) =
gradσ grad U — σ ΔU = 0
div σ (grad U) = ΔU = 0
d2U/dx2 + d2U/dy2 + d2U/dz2=0
11

12. Функция U должна удовлетворять следующим граничным условиям: 1. Вблизи от источника тока А, с которым совмещается начало

координат, потенциальная функция U должна
стремиться к выражению потенциалов в однородной и
изотропной среде, т. е. при
R = sqr(x2+y2+z2) → 0
U → I. /4pR → ∞.
2. В бесконечно удаленных точках U → 0.
3. В точках, бесконечно близко расположенных к поверхности
S (см. рис.), ограничивающей любую область vi удельного
электрического сопротивления ρi от окружающего
пространства ve удельного сопротивления ρe , и раз деленных этой поверхностью, потенциальные функции
Ui (в области vi) и Uе (в области ve), согласно условию
непрерывности потенциала, должны быть равными друг
другу. То есть на поверхности S:
(Ui )s = (Ue )s
4. На этой же поверхности S должно соблюдаться
постоянство нормальной составляющей плотности тока
j , т. е.
(1/ i ).(dUi /dn) = (1/ e ).(dUe /dn). 12

13.

Распределение параметров электрического поля
точечного источника тока в трехмерном проводящем
пространстве получено в явном аналитическом виде
для следующих частных случаев:
1) однородного изотропного пространства;
2) однородного анизотропного пространства;
3) среды, состоящей из плоско-параллельных
слоев
различных мощностей и электрических
сопротивлений;
4) коаксиальных-бесконечно длинных
цилиндрических слоев при расположении
источника тока на их оси.
13

14.

14

15. Однородная и изотропная среда

Решение задачи о распределении электрического
поля в однородной изотропной и безграничной среде
(cм. рис.) может быть получено путем
интегрирования дифференциального уравнения
Лапласа
div σ (grad U) = ΔU = 0.
В однородной среде, вследствие сферической
симметрии, потенциал U любой точки М, удаленной
на расстоянии R oт начала координат, не зависит от
полярного угла θ и азимутального угла φ. Уравнение
Лапласа примет более простой следующий вид
15

16. Однородная и изотропная среда

Интегрируя уравнение
дважды по R, после первого
интегрирования получим
(9)
После второго интегрирования будем иметь
(10)
Постоянную D находят из условия равенства потенциала U нулю в бесконечно удаленных точках. Полагая в формуле R = ∞ и U = 0, получаем
D = 0.
16

17. Однородная и изотропная среда

const
ds 4pR
2
I
E
2
4pR
Решая равенство [3.] относительно R и полагая U = const, получаем уравнение,
определяющее вид эквипотенциальных поверхностей:
I
R
4pU
17

18. Измерение кажущегося удельного сопротивления ρк

18

19. Измерение кажущегося удельного сопротивления обычными зондами. Зонды.

19

20. Измерение кажущегося удельного сопротивления обычными зондами. Измеряемая разность потенциалов.

I
UM
4pRM
I
UM
4pAM ,
I
UN
.
4pAN
I 1
1 I AN AM
U U M U N
,
4p AM AN 4p AM AN
I MN
U
.
4p AM AN
20

21. Измерение кажущегося удельного сопротивления обычными зондами. Вычисление удельного сопротивления.

U 4pAM AN
.
I
MN
4pAM AN
K,
MN
U
U
K
K
,,((20
20))
II
Разность потенциалов ▲U выражается в тысячных долях вольта –
милливольтах (мВ), сила тока
I
в тысячных долях ампера –
миллиамперах (мА), расстояние будет выражено в метрах (м), а
удельное сопротивление ρ в ом-метрах (Ом×м).
21

22. Диаграммы ρк против пластов ограниченной мощности

22

23. ВЫСОКООМНЫЙ ПЛАСТ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ. ПОДОШВЕННЫЙ ГРАДИЕНТ-ЗОНД

23

24. ВЫСОКООМНЫЙ ПЛАСТ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ. ПОДОШВЕННЫЙ ГРАДИЕНТ-ЗОНД

24

25. ПЛАСТ НИЗКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ. ПОДОШВЕННЫЙ ГРАДИЕНТ-ЗОНД

25

26. ПАЧКА ТОНКИХ ПЛАСТОВ ВЫСОКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ. ГРАДИЕНТ-ЗОНД

26

27. ВЫСОКООМНЫЙ ПЛАСТ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ. ПОТЕНЦИАЛ ЗОНД.

27

28. .ВЫСОКООМНЫЙ ПЛАСТ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ. ПОТЕНЦИАЛ-ЗОНД

28

29. ПЛАСТ НИЗКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ. ПОТЕНЦИАЛ ЗОНД.

29

30. ПАЧКА ТОНКИХ ПЛАСТОВ ВЫСОКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ. ПОТЕНЦИАЛ-ЗОНД

30

31. Кривые сопротивления двух тонких пластов высокого сопротивления. Подошвенный градиент-зонд.

31

32. Фактические кривые ρк для двух пластов высокого сопротивления и мощностью, большей и меньшей длины зонда. 1 – глина; 2 –

песчаник
32