TRANSIENT ELECTROMAGNETIC SOUNDING IN 2D, 3D, AND 4D MODES: SEQUENCE OF GEOLOGICAL EXPLORATION ACTIVITIES

From 1980s, electromagnetic prospecting is an integral component of geophysical techniques for oil and gas exploration in many regions of the Russian Federation. Electromagnetic methods are used at all stages of geological exploration, including reconnaissance, discovery, prospecting and appraisal, and economic mining. In oil and gas exploration, the most commonly used technique is the near-field transient electromagnetic sounding (TEM). On the other hand, for each of these stages, specific tasks of electromagnetic prospecting have not been clearly defined yet. Furthermore, there are no standard requirements to the volume of a priori geological and geophysical information, which is sufficient for solving a geological problem. If such information is lacking or insufficient, a geological problem may be incorrectly stated and/or improperly correlated with the current stage of works. Our study aims to define which geological problems should be addressed by electromagnetic survey at the different stages of geological exploration, and to specify the requirements to the availability of a priori geological and geophysical information. We have analyzed the electromagnetic data from the regions of East and West Siberia, which have different geological settings. The main geological problems that can be solved by the seismic and electromagnetic techniques are determined. We propose a set of geophysical survey operations, which is optimal for oil and gas exploration. An effective sequence of electromagnetic prospecting stages is determined, and preliminary and accompanying surveys are specified. The requirements to the availability of a priori information are proposed, and its volume is defined. Geological problems are defined with respect to the corresponding stages of geological exploration. Special attention is given to approaches to the mineral resource estimation and calculation of hydrocarbon reserves, taking into account electromagnetic survey results. It is proposed to use the electromagnetic data at the stage of prospecting and appraisal, which aims to assess the resources of categories Dl and D0, as well as at the exploration stage for estimating the reserves of category C2 in new and explored fields. Approaches to the economic assessment of using electromagnetic surveys as part of the geological exploration are discussed. Our study shows that a correct sequence of electromagnetic prospecting operations at each stage can ensure obtaining an original geological dataset of the given stage and thus providing a proper basis for the next stage of oil-gas field investigation

Картирование внутренней структуры разломных зон осадочного чехла: применение тектонофизического подхода к интерпретации данных электроразведки методом 3D ЗСБ (на примере Ковыктинского газоконденсатного месторождения)

The article presents the results of studying the internal structures of platform fault zones with the use of a new tectonophysical approach to processing and interpretation of electrical exploration data obtained by the transient elec‐ tromagnetic method in the near field zone (TEM). In the study of the central part of the Kovykta gas condensate field (East Siberia, Russia), we applied the ideas of tectonophysics envisaging three stages of fault formation, which determine the three‐membered transverse zoning of a fully formed fault zone. Each subzone is characterized by a certain level of rock disturbance and corresponding electrical conductivity. Based on the analysis of electrical conductivity values, the boundaries can be determined between locations differing by the degrees of rock disturbance of the sedimentary stra‐ tum. Using a map of this parameter, it becomes possible to generally establish the boundaries of fault zones and specify internal subzones. The new approach was applied to assess the electrical conductivity of the reservoirs of the Kovykta field. It is established that there are several zones of faulting in the sedimentary stratum, which have not reached a final stage of development when a single fault plane is formed. Currently, these are zones of increased fracturing and dense occurrence of second‐order ruptures that are typical of platform settings due to their relatively weak tectonic activity. The zones are structurally non‐uniform, as evidenced by rheological layering of the sedimentary cover in the vertical cross‐section. A 3D electrical conductivity model of the largest fault zone in the study area shows alternating segments with more or less developed internal structures. Such segments are confined to layers that differ with respect to frac‐ turing. Exploration and development of hydrocarbon deposits can benefit from 3D modeling of large fault zones with the use of the tectonophysical approach for processing and interpretation of the TEM data. The models can provide addition‐ al arguments for improved decision making about locations for trouble‐free well drilling, as well as for selecting more effective methods for drilling sedimentary strata composed of complex horizontal layers.Статья посвящена результатам изучения внутреннего строения платформенных разломных зон на основе применения тектонофизического подхода к обработке и интерпретации материалов электроразведки методом зондирований становлением поля в ближней зоне (ЗСБ). Объектом исследования являлась разломная структура осадочной толщи на участке детальных работ ЗСБ, располагающемся в центральной части Ковыктинского газоконденсатного месторождения (Восточная Сибирь). Новый подход основан на представлениях тектонофизики о трех стадиях разломообразования, предопределяющих наличие у полностью сформированной разломной зоны трехчленной поперечной зональности. Каждой из подзон соответствуют определенные уровни нарушенности пород и, соответственно, их электропроводности. Анализ значений электрической проводимости, полученных для участка исследований, дает возможность определить границы уровней нарушенности осадочной толщи и затем выделить на картах распределения данного параметра границы разломных зон в целом и их внутренних подзон в частности. Применение нового подхода к оценке электропроводности в отдельных горизонтах‐коллекторах Ковыктинской площади позволило установить, что осадочная толща нарушена системой разломных зон, большинство из которых не достигли заключительной стадии развития, когда формируется поверхность единого сместителя. Они представляют зоны повышенной трещиноватости и сгущения разрывов 2‐го порядка, характерные для платформ ввиду их относительно слабой тектонической активности. Установлена продольная неравномерность в строении зон, которая в вертикальном разрезе определяется реологической расслоенностью осадочного чехла. В объемной модели электропроводности, построенной для наиболее крупной разломной зоны участка исследований, имеет место чередование сегментов с более и менее развитой внутренней структурой, приуроченных к слоям с разной компетентностью по отношению к процессу разрывообразования. Трехмерные модели крупных разломных зон, созданные посредством тектонофизического подхода к обработке и интерпретации данных электроразведки методом ЗСБ, представляют практический интерес для разведки и эксплуатации месторождений углеводородного сырья. Они являются дополнительной основой для принятия решений о местах проходки безаварийных скважин, а также эффективных способах разбуривания сложнодислоцированной горизонтально‐слоистой осадочной толщи

Mapping the internal structures of fault zones of the sedimentary cover: a tectonophysical approach applied to interpret TDEM data (Kovykta gas condensate field)

The article presents the results of studying the internal structures of platform fault zones with the use of a new tectonophysical approach to processing and interpretation of electrical exploration data obtained by the transient elec‐ tromagnetic method in the near field zone (TEM). In the study of the central part of the Kovykta gas condensate field (East Siberia, Russia), we applied the ideas of tectonophysics envisaging three stages of fault formation, which determine the three‐membered transverse zoning of a fully formed fault zone. Each subzone is characterized by a certain level of rock disturbance and corresponding electrical conductivity. Based on the analysis of electrical conductivity values, the boundaries can be determined between locations differing by the degrees of rock disturbance of the sedimentary stra‐ tum. Using a map of this parameter, it becomes possible to generally establish the boundaries of fault zones and specify internal subzones. The new approach was applied to assess the electrical conductivity of the reservoirs of the Kovykta field. It is established that there are several zones of faulting in the sedimentary stratum, which have not reached a final stage of development when a single fault plane is formed. Currently, these are zones of increased fracturing and dense occurrence of second‐order ruptures that are typical of platform settings due to their relatively weak tectonic activity. The zones are structurally non‐uniform, as evidenced by rheological layering of the sedimentary cover in the vertical cross‐section. A 3D electrical conductivity model of the largest fault zone in the study area shows alternating segments with more or less developed internal structures. Such segments are confined to layers that differ with respect to frac‐ turing. Exploration and development of hydrocarbon deposits can benefit from 3D modeling of large fault zones with the use of the tectonophysical approach for processing and interpretation of the TEM data. The models can provide addition‐ al arguments for improved decision making about locations for trouble‐free well drilling, as well as for selecting more effective methods for drilling sedimentary strata composed of complex horizontal layers

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДОМ ЗСБ 2D, 3D, 4D: ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПОСТАНОВКИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

From 1980s, electromagnetic prospecting is an integral component of geophysical techniques for oil and gas exploration in many regions of the Russian Federation. Electromagnetic methods are used at all stages of geological exploration, including reconnaissance, discovery, prospecting and appraisal, and economic mining. In oil and gas exploration, the most commonly used technique is the near-field transient electromagnetic sounding (TEM). On the other hand, for each of these stages, specific tasks of electromagnetic prospecting have not been clearly defined yet. Furthermore, there are no standard requirements to the volume of a priori geological and geophysical information, which is sufficient for solving a geological problem. If such information is lacking or insufficient, a geological problem may be incorrectly stated and/or improperly correlated with the current stage of works. Our study aims to define which geological problems should be addressed by electromagnetic survey at the different stages of geological exploration, and to specify the requirements to the availability of a priori geological and geophysical information. We have analyzed the electromagnetic data from the regions of East and West Siberia, which have different geological settings. The main geological problems that can be solved by the seismic and electromagnetic techniques are determined. We propose a set of geophysical survey operations, which is optimal for oil and gas exploration. An effective sequence of electromagnetic prospecting stages is determined, and preliminary and accompanying surveys are specified. The requirements to the availability of a priori information are proposed, and its volume is defined. Geological problems are defined with respect to the corresponding stages of geological exploration. Special attention is given to approaches to the mineral resource estimation and calculation of hydrocarbon reserves, taking into account electromagnetic survey results. It is proposed to use the electromagnetic data at the stage of prospecting and appraisal, which aims to assess the resources of categories Dl and D0, as well as at the exploration stage for estimating the reserves of category C2 in new and explored fields. Approaches to the economic assessment of using electromagnetic surveys as part of the geological exploration are discussed. Our study shows that a correct sequence of electromagnetic prospecting operations at each stage can ensure obtaining an original geological dataset of the given stage and thus providing a proper basis for the next stage of oil-gas field investigation.Электроразведка на протяжении десятков лет используется как неотъемлемая часть комплекса геофизических методов при проведении нефтегазопоисковых работ во многих регионах Российской Федерации. Методы электроразведки находят свое применение на всех этапах геологоразведочных работ: региональном, поисково-оценочном, разведочном и эксплуатационном. При решении нефтегазопоисковых задач наибольшее распространение получил метод электромагнитного зондирования становлением поля в ближней зоне. Вместе с тем до настоящего времени четко не определены конкретные задачи, решаемые электроразведкой на соответствующем этапе. Более того, отсутствуют единые требования к наличию априорной геолого-геофизической информации. Очевидно, что отсутствие или недостаточный объем такой информации может привести к некорректной постановке геологических задач и/или их несоответствию текущей стадии изучения участка работ.Цель настоящего исследования – обоснование геологических задач, решаемых электроразведкой на соответствующем этапе геологоразведочных работ, а также требований к априорной геолого-геофизической информации. В ходе исследования были проанализированы результаты электроразведочных работ, полученные в различных геологических условиях Восточной и Западной Сибири. Определены основные геологические задачи, решаемые методами сейсмо- и электроразведки. Предложен оптимальный комплекс геофизических исследований при проведении нефтегазопоисковых работ, установлена оптимальная стадийность постановки электроразведки: опережающие и сопровождающие исследования. Выдвинуты требования к наличию априорной информации и предложены геологические задачи, соответствующие каждому этапу геологоразведочных работ. Рассмотрены подходы к оценке ресурсов и подсчету запасов углеводородов с учетом материалов электроразведки. Предложено использовать результаты электромагнитных исследований на поисково-оценочном этапе для подсчета ресурсов категорий Dл и D0, а на разведочном – запасов категории С2 на новых и разведываемых залежах. Рассмотрены подходы к экономической оценке привлечения электроразведки в комплекс геологоразведочных работ. Показано, что соблюдение корректной последовательности позволит на каждом этапе получать уникальную геологическую информацию, являющуюся базовой для последующей стадии изучения месторождений нефти и газа