Geofyzikálny výskum: typy, metódy a technológie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Geofyzikálny výskum sa používa na štúdium hornín v blízkosti vrtov a medzivrtov. Vykonávajú sa meraním a interpretáciou prírodných alebo umelých fyzikálnych ukazovateľov rôznych typov. V súčasnosti existuje viac ako 50 geofyzikálnych metód.

Všeobecné charakteristiky

Geofyzikálny výskum (GIS, produkčná geofyzika alebo ťažba dreva) je súbor aplikovaných geofyzikálnych metód používaných na štúdium geologických profilov, získavanie informácií o technickom stave vrtov a identifikáciu minerálov v podloží.

GIS je založený na rôznych fyzikálnych vlastnostiach hornín:

• elektrický;
• radioactive;
• magnetic;
• termálne a iné.

Výrobné geofyzikálne prieskumy vrtov sú hlavným typom geologickej dokumentácie vrtov. Účelom ich implementácie je vyriešiť množstvo technických problémov (porovnanie sekcií preidentifikácia vrstiev rovnakého veku, určenie produkčných vrstiev, markerové horizonty, litologické zloženie, hlavné charakteristiky súvrstvia, ktoré ovplyvňujú vývoj, vývoj a prevádzku studní). Princípom každej metódy ťažby studní je merať hodnoty, ktoré charakterizujú vlastnosti hornín a interpretovať ich.

Elektrické metódy

Pri vykonávaní elektrických geofyzikálnych prieskumov ropných vrtov sa merajú tieto charakteristiky:

1. Elektrický odpor (vodičové minerály, polovodiče, dielektrika).
2. Elektrická a magnetická permeabilita.
3. Elektrochemická aktivita hornín - prirodzená (metóda autopolarizačného potenciálu) alebo umelo vyvolaná (metóda indukovaného polarizačného potenciálu).

Prvá charakteristika je spojená s takou vlastnosťou, ako je zvýšený odpor hornín nasýtených ropou a plynom, čo je identifikačný znak ložísk ropy a plynu (nevedú elektrinu). Merania sa vyhodnocujú pomocou faktora zvýšenia odporu, ktorý umožňuje určiť najdôležitejšie charakteristiky zásobníka - koeficient pórovitosti, nasýtenie vodou a ropou a plynom. Najbežnejšie techniky tejto technológie sú popísané nižšie.

Metóda zdanlivého odporu

Sonda s tromi uzemňovacími elektródami (jedna napájacia a 2 meracie elektródy) sa spustí do vrtu a štvrtá (napájacia) sa inštaluje na ústie vrtu. Keď sa sonda pohybuje vertikálne pozdĺž vrtu, potenciálny rozdiel sa mení. Špecifické elektrickéodpor sa nazýva zdanlivý, pretože je vypočítaný pre homogénne médium, ale v skutočnosti je nehomogénny. Na základe získaných údajov sú zostavené krivky, pomocou ktorých je možné určiť hranice nádrže.

Bočné elektrické ozvučenie

Pri meraniach sa používajú gradientové sondy veľkej dĺžky (násobok 2-30 priemerov vrtov), čo umožňuje brať do úvahy vplyv vrtného výplachu a hĺbku jeho prieniku do hornín, určiť skutočnú odolnosť voči formovaniu.

Tienený spôsob uzemnenia so siedmimi alebo tromi elektródovými sondami

V sedemelektródovej sonde je sila prúdu regulovaná tak, aby bola zabezpečená rovnosť potenciálov v centrálnom a krajnom bode pozdĺž osi vrtu. Toto sa robí s cieľom nasmerovať sústredený lúč elektrického náboja do horniny. Výsledkom je tiež zjavný odpor.

Metóda indukcie

Sonda s vysielacou a prijímacou cievkou, alternátorom a usmerňovačom je spustená do studne. Pri vytváraní indukovaného EMP sa určuje zdanlivá elektrická vodivosť útvaru.

Dielektrická metóda

Podobné ako predchádzajúce, ale frekvencia elektromagnetického poľa v cievke je rádovo vyššia. Táto metóda sa používa na určenie charakteru nasýtenia nádrže s nízkou slanosťou vody.

Existuje aj metóda mikrosond (ich veľkosť nepresahuje 5 cm) na meranie elektrického odporu horniny,priamo priľahlý k stene vrtu.

Radiometria

Rádiometrické geofyzikálne výskumné metódy sú založené na detekcii jadrového žiarenia (najčastejšie neutrónov a gama žiarenia). Najbežnejšie metódy sú:

• prírodné skalné žiarenie (ɣ-metóda);
• rozptýlené ɣ žiarenie;
• neutrón-neutrón (registrácia neutrónov rozptýlených v jadrách atómov hornín);
• pulzný neutrón;
• aktivácia neutrónov (ɣ-žiarenie umelých rádioaktívnych izotopov vznikajúcich absorpciou neutrónov);
• nukleárna magnetická rezonancia;
• neutrónová ɣ-metóda (ɣ-záchytné žiarenie neutrónov).

Metódy sú založené na zákone útlmu hustoty toku gama žiarenia, účinku rozptylu a absorpcie neutrónov v hornine. Na základe toho sa určuje hustota hornín, ich minerálne zloženie, obsah ílu, lámavosť a monitoruje sa rádioaktívna kontaminácia vrtných zariadení.

Seizmoakustické metódy

Akustické metódy sú založené na meraní prirodzených alebo umelých zvukových vibrácií. V prvom prípade sa vykonajú geologické a geofyzikálne štúdie zvukov, ktoré vznikajú pri vstupe plynu alebo ropy do vrtu, a meria sa aj spektrum vibrácií vrtného nástroja počas prenikania horniny.

Metódy na štúdium umelých kmitov zvukového alebo ultrazvukového spektra sú založené na meraní doby šírenia vlny resp.tlmenie amplitúdy kmitania. Rýchlosť šírenia zvuku závisí od niekoľkých parametrov:

• minerálne zloženie hornín;
• stupeň ich nasýtenia plynovým olejom;
• litologické prvky;
• ílovitosť;
• distribúcia napätia v horninách;
• cementácia a iné.

Sonda spustená do studne pozostáva z vysielača a prijímača oddelených akustickými izolátormi. Na zníženie vplyvu geometrie vrtu na výsledky merania sa zvyčajne používajú troj- alebo štvorprvkové sondy. Dolný nástroj je pripojený k povrchovému zariadeniu káblom. Signál z prijímača je digitalizovaný a zobrazený na obrazovke.

Pomocou tejto metódy sa uskutočňujú štúdie litologickej disekcie časti nádrže, uskutočňujú sa veľké podzemné dutiny, zisťujú sa vlastnosti nádrže a riadi sa rez vody.

Tepelná ťažba

Základom tepelnej ťažby v terénnych geofyzikálnych prieskumoch je štúdium teplotného gradientu pozdĺž vrtu, ktorý je spojený s rôznymi tepelnými vlastnosťami hornín (metódy prirodzeného a umelého tepelného poľa). Tepelná vodivosť hlavných horninotvorných minerálov sa pohybuje v rozmedzí 1,3-8 W / (m∙K) a pri vysokej nasýtenosti plynmi niekoľkonásobne klesá.

Umelé tepelné polia vznikajú pri vŕtaní pomocou preplachovacej kvapaliny alebo inštalácie elektrických ohrievačov do studne. Najčastejšie merať teplotný gradientpoužívajú sa ponorné elektrické odporové teplomery. Ako hlavný snímací prvok sa používa medený drôt a polovodičové materiály.

Zmena teploty sa zaznamenáva nepriamo – veľkosťou elektrického odporu tohto prvku. Merací obvod obsahuje aj elektronický oscilátor, ktorého perióda oscilácie sa mení s odporom. Jeho frekvencia je meraná špeciálnym zariadením a konštantné napätie generované vo frekvenčnom metre sa prenáša do vizuálneho pozorovacieho zariadenia.

Uskutočňovanie geofyzikálneho výskumu pomocou tejto techniky umožňuje získať informácie o geologickej štruktúre poľa, identifikovať ropné, plynové a vodonosné útvary, určiť ich prietok, odhaliť antiklinálne štruktúry a soľné dómy, tepelné anomálie spojené s prílev uhľovodíkov. Použitie tejto technológie je obzvlášť dôležité v oblastiach s aktívnou sopečnou činnosťou.

Geochemické metódy GIS

Geochemické výskumné metódy sú založené na priamom štúdiu nasýtenia vrtnej kvapaliny plynom a úlomkov vytvorených počas preplachovania studní. V prvom prípade môže byť stanovenie obsahu uhľovodíkových plynov vykonané priamo počas vŕtania alebo po ňom. Vrtná kvapalina sa odplyní v špeciálnej jednotke a potom sa pomocou plynového analyzátora-chromatografu umiestneného v ťažobnej stanici stanoví obsah uhľovodíkov.

Kus alebo častice vyvŕtanej horniny,obsiahnuté vo výplachu sa skúmajú luminiscenčnými alebo bituminologickými metódami.

Magnetické protokolovanie

Magnetické metódy na ťažbu vrtov zahŕňajú niekoľko spôsobov rozlíšenia hornín:

• magnetizáciou;
• o magnetickej susceptibilite (vytvorenie umelého elektromagnetického poľa);
• o nukleárnych magnetických vlastnostiach (táto technológia sa tiež označuje ako nukleárna ťažba dreva).

Sila magnetického poľa je spôsobená prítomnosťou telies magnetickej rudy a vrstiev, ktoré ich podkladajú a prekrývajú. Senzory magnetickej modulácie (flurosondy) slúžia ako citlivé prvky dolných zariadení. Moderné prístroje dokážu merať všetky tri zložky vektora magnetického poľa, ako aj magnetickú susceptibilitu.

Nukleárne magnetické zaznamenávanie má určiť charakteristiky magnetického poľa, ktoré je indukované jadrami vodíka v pórovej tekutine. Voda, plyn a ropa sa líšia obsahom vodíkových jadier. Vďaka tejto vlastnosti je možné skúmať nádrž a jej priepustnosť, identifikovať typ tekutiny a rozlišovať typy základných hornín.

explorácia gravitácie

Gravitný prieskum je metóda geofyzikálneho prieskumu ložísk založená na nerovnomernom rozložení gravitačného poľa po dĺžke vrtu. Podľa účelu sa rozlišujú 2 typy takejto ťažby - na určenie hustoty hornín vrstiev, ktoré pretínajú studňu, a na identifikáciu polohy geologických objektov, ktoré spôsobujú anomáliu gravitácie (zmenu jej hodnoty).

Skok posledného indikátora nastáva pri prechode z nádrže s nižšou hustotou do hustejších skál. Podstatou metódy je meranie vertikálnej gravitácie a určenie hrúbky nádrže. Tieto údaje vám umožňujú zistiť hustotu hornín.

Strunové a kremenné gravimetre sa používajú ako hlavné dolné zariadenie. Prvý typ zariadení je najpoužívanejší. Takéto gravimetre sú elektromechanickým vibrátorom, v ktorom sa striedavé napätie privádza na vertikálne upevnenú strunu so zaveseným bremenom. Vibrátor je pripojený ku generátoru a jeho kolísanie frekvencie slúži ako konečný parameter.

Vybavenie

Geofyzikálne výskumné metódy sa vykonávajú pomocou terénnych geofyzikálnych staníc, ktorých hlavnými prvkami sú:

• downhole tools;
• navijak s mechanickým alebo elektromechanickým pohonom (z vývodového hriadeľa, elektrickej siete alebo nezávislého zdroja energie);
• riadiaca jednotka pohonu;
• systém monitorovania hlavných indikátorov vypínania (hĺbka ponorenia, rýchlosť zostupu do vrtu, sila ťahu) - zobrazovacia jednotka, napínacia jednotka, hĺbkový senzor;
• maznica vrtu na utesnenie ústia vrtu počas ťažby vrtu (zahŕňa uzatváracie ventily, upchávku, prijímaciu komoru, tlakomery a iné prístroje);
• pozemné meracie zariadenie (na podvozku auta).

Zariadenia na údržbu hlbokých studnímôžu byť umiestnené v karosériách dvoch áut. Laboratóriá na geofyzikálny prieskum vrtov sú namontované na podvozku URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 a ďalších. Karoséria auta zvyčajne obsahuje 2 priehradky - pracovníka, v ktorom je umiestnená technika a "zmenáreň" pre obsluhujúci personál.

Hlavnými požiadavkami na vybavenie sú vysoká presnosť a spoľahlivosť geofyzikálnych prieskumov. Práca v studniach je spojená s ťažkými podmienkami - veľká hĺbka, výrazné poklesy teploty, vibrácie, otrasy. Vybavenie je kompletizované podľa požiadaviek zákazníka, použitej metódy a cieľov práce. Pre geofyzikálny výskum v pobrežných vrtoch sa všetko vybavenie prepravuje v kontajneroch.

Interpretácia výsledkov

Výsledky geofyzikálnych prieskumov sú spracované krok za krokom od hodnôt meracích prístrojov až po určenie geofyzikálnych parametrov nádrže:

1. Konverzia signálov dolného zariadenia.
2. Určenie skutočných fyzikálnych vlastností študovaných hornín. V tejto fáze môžu byť potrebné ďalšie terénne geofyzikálne práce.
3. Určenie litologických a rezervoárových vlastností útvaru.
4. Využitie získaných výsledkov pri riešení jednej zo stanovených úloh - identifikácia ložísk nerastných surovín, ich rozmiestnenie v regióne, určenie geologického veku hornín, koeficienty pórovitosti, obsah ílu, nasýtenie plynmi a olejmi, priepustnosť; identifikácia nádrží, štúdium vlastnostígeologický úsek a iné.

Interpretácia geofyzikálnych prieskumov sa vykonáva rôznymi metódami v závislosti od použitej technológie (elektrická, rádiometrická, tepelná atď.) a meracieho zariadenia. Moderné geofyzikálne organizácie prevádzkujú automatizované systémy zberu a spracovania údajov (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight a ďalšie).