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震電勘探技術 精確瞄準地熱帶 彈無虛發

震電勘探技術 精確瞄準地熱帶 彈無虛發

地熱資源可廣泛用于地熱發電、采暖、溫室、養殖、康復醫療、提取化工原料、旅游以及瓶裝礦泉水等方面。因此,近年來地熱資源勘探活動十分活躍,而震電勘探技術作為一種尋找地熱帶的方法也廣受關注。

來自 | Seismo Electronics
編譯 | 白礬

震電勘探技術是利用電動電位的方法的物探技術,它是利用流體的可動性直接勘探地下流體包括(水,油和天然氣)的新技術,具有定位精度高,成本低,和操作程序簡單的特點。

傳統的地震勘探和電法勘探是分別根據不同的地震波波速或者電阻率,間接找到水層或油氣層的位置。與它們不同,震電法能夠同時接收同一震源產生的地震信號和震電信號,然后根據流體的物理特性,直接確定流體的深度,并估算流量。因此,震電勘探不僅可以和傳統勘探方法一樣,勘探地下流體資源,更適用于尋找一些地質情況復雜、無法用傳統勘探方法找到地下流體層,如地熱資源勘探、裂隙帶找水、頁巖氣和頁巖油的壓裂監測等非常規性勘探。

地熱能是由地殼抽取的天然熱能,這種能量來自地球內部的熔巖,并以熱力形式存在。地熱能是一種新的清潔能源,當今,人們的環保意識日漸增強,能源也日趨緊缺,對地熱資源的合理開發利用已愈來愈受到人們的青睞,所以尋找一種適用于地熱能勘探的技術就顯得尤為重要。

震電勘探方法不僅克服許多傳統物探方法的缺點,例如地震勘探復雜的檢波器排列與高成本,同時具有比高密度電法勘探和重磁勘探更高的精度優勢。同時,震電檢測方法利用對薄水層的敏感性,能準確探測水層的頂底界面位置和平面分布范圍,因此,將成為適用于勘探地熱水的常規方法。而美中地龍震電有限公司(Seismo Electronics)推出的DC-4500震電地下流體定位儀就是一款先進的震電勘探產品。

DC-4500震電流體勘探儀能夠有效避免干井,能夠在實時分辨其是水層還是油氣儲層。采用相關應用,可以找出各種流體的地下位置,比如原油和地下水、地下水和含鹽鹵水還可以與地震勘探結合使用。

震電勘探原理

所謂震電效應,就是大地孔隙介質中彈性波場與電磁場之間相互作用引起大地介質中這兩種地球物理場特性發生變化的物理效應。在地球物理勘探理論中,震電效應則特指在彈性波場作用下大地電磁場特性發生變化。

地下含流體孔隙介質中產生的震電信號較強主要是由于在孔隙介質的固-液交界面上存在雙電層現象。在初始平衡狀態下,巖石顆粒表面通常吸附負離子,在其周圍溶液的界面上則分布正離子,這樣便在固-液間形成了雙電層。當地震波在地下含流體飽和孔隙介質中傳播時,帶電液體和骨架會產生非同相振動,引起孔隙流體與固體骨架的相對運動,導致電荷密度發生波動,從而使孔隙流體中的帶電離子形成微電流并在不連續邊界處將會激發電磁波。通過接收這種電磁波,地下流體定位儀可以直接定位地下流體層的位置和深度,即使在勘探難度較大的裂隙帶,也可以準確找到地下流體層的位置。

震電效應的幅度與流體在多孔介質的孔隙度成正比,因而有可能通過震電效應信號幅值的大小直接探測含油氣地層孔隙度的相對大小。

震電勘探流程

一套震電勘探設備包括震源,接收信號的傳感器和接收機。美中地龍震電公司通常使用的震源是水牛槍,接收信號的傳感器為4根高穩定的極化電極和2個地震檢波器。接收機為其自主研發的DC-4500震電地下流體定位儀。定位儀有4道,其中1道和4道接收地震波信號;而2道和3道與不極化電極相連接,接收震電信號。在野外操作時,震源最先產生地震波,當地震波在地下傳播遇到地下流體層時,會引起地下流體層內的流體產生震動,從而產生相關的電信號。電信號反向傳播回地面后,就會被震電地下流體定位儀接收,進而確定地下流體層的地表位置。最終經過處理和解釋,美中地龍震電公司可以進一步確定地下流體層的深度和體積。

DC-4500震電流體勘探儀

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一套DC-4500震電流體定位儀的震電記錄設備由震電信號預調節器和軍用級內置GPS的電腦端組成。在勘探中,設備可以同時獲取地震信號和相伴隨的震電信號。

地震源

人工地震源是地震和震電勘察的關鍵。震電法的勘探深度依賴于震源,美中地龍震電公司可以接收到來自于地下7000英尺深的信號,使用特殊震源,甚至可以接收到深度達到30000英尺深的信號??捎谜鹪窗ǎ捍箦N,水牛槍和重錘震源。

大錘

淺層地震折射常使用的震源,勘測深度有限。

聲納震源激發器

“聲納震源激發器”(水牛槍)作為人工震源,具有攜帶方便,價格低廉的優點,美中地龍震電公司已在現場作為主要地震源推廣使用。水牛槍的主要問題是其爆炸聲音響亮,人口密集的地區可能會限制其使用。美中地龍震電公司已經開發了專業的消聲設備,安裝在水牛槍內部,使其使用12號獵槍子彈具有相同的地震效果。

重錘震源

由于一些作業者的特別需求,美中地龍震電公司還測試過采用重錘激發的地震勘探。測試數據表明一個200P/S的落錘可以產生與12號子彈同樣的聲波信號。只是落錘震源要比水牛槍震源的成本高。

美國德克薩斯州中石化地熱勘探試驗項目

2014年4月,美中地龍震電公司與中國石化石油勘探開發研究院合作,在美國德克薩斯州休斯頓市南部運用震電技術勘探地熱資源,取得了良好的效果。

此次震電勘探地熱資源試驗靶區正處于埤里三特河地區(Pleasant Bayou),此區的地熱來源地層屬于安得勞期(Andrau)福來歐層(Frio Formation)。奧陶紀的福來歐層包含富含砂巖的河相至三角洲相的堆積系統,是墨西哥灣沿岸的第三紀的重要油氣天然資源的儲存層。福來歐層的厚度大約可從300米至3000米厚。

美中地龍震電公司選擇了離德州地熱實驗井附近的農場作為試驗靶區。靶區位于休士頓市的南部,呈矩形。美中地龍震電公司共設計了兩條震電勘探測線,分別位于靶區的西側和北側邊界,共含有34個震電勘探測點。

美中地龍震電公司根據兩條震電測線以及經過斷層的相關情況,分別在兩條測線上共做了四個剖面:AA’、BB’、CC’和DD’。結合地質信息,該公司將在剖面上對數據信息進行分析比較,計算出水層的深度和厚度。

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剖面DD’顯示在測點L12和L13之間存在著斷層。此斷層兩側都是由致密頁巖層在斷層附近垂直方向上形成的破碎帶。通過比較L12~L13震電含水指數條紋圖和R5~R8震電含水指數條紋圖(SEW),美中地龍震電公司推斷L12和L13之間的破碎帶要比R5~-R8之間的破碎帶要寬一些,因而含水量更多。如果在這里打井,出水量可能會比在R5~R8之間的破碎帶要多,這還需要進一步勘查。如果這兩條裂隙斷層來自于同一個水源,滲透率大的斷層會比滲透率小的斷層出更多的水。地下的高溫水可以沿著這個垂直的破碎帶流到淺層。在淺層的這個位置鉆井,就會得到高溫的地下水。

剖面圖AA’顯示了從R4到L16個連續的測點數據。在測點R5和R8之間存在著斷層。斷層的兩側原來都是由致密頁巖在斷層附近垂直的方向形成破碎帶。地下的高溫水可以沿著這個垂直的破碎帶流到淺層。在淺層的這個位置鉆井,就會得到高溫地下水。
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通過比較震電含水指數條紋圖Seismo Electric Water(SEW)與測井曲線,可以發現自然電位曲線和伽馬曲線所顯示的含水層的位置,70%到80%的震電含水指數條紋圖(SEW)也有相應的異常反應。這表示震電含水指數條紋圖(SEW)找水的功能的成功率最少是70%~80%。中石化評審專家組對美中地龍震電公司的項目給予了高度評價。

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白礬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。
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