Geofüüsikalised uuringud: tüübid, meetodid ja tehnoloogiad

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Geofüüsikalisi uuringuid kasutatakse kivimite uurimiseks puuraugude lähedal ja puurkaevudevahelises ruumis. Need viiakse läbi erinevat tüüpi looduslike või kunstlike füüsiliste näitajate mõõtmise ja tõlgendamise teel. Praegu on rohkem kui 50 geofüüsikalist meetodit.

Üldomadused

Geofüüsikalised uuringud (GIS, tootmisgeofüüsika või metsaraie) on geofüüsika rakendusmeetodite kogum, mida kasutatakse geoloogiliste profiilide uurimiseks, puurkaevude tehnilise seisukorra kohta teabe saamiseks ja maapõues leiduvate mineraalide tuvastamiseks.

GIS põhineb kivimite erinevatel füüsikalistel omadustel:

• elekter;
• radioaktiivne;
• magnetiline;
• termiline ja teised.

Kaevude geofüüsikalised uuringud on kaevude geoloogilise dokumentatsiooni põhiliik. Nende rakendamise eesmärk on lahendada mitmeid tehnilisi probleeme (sektsioonide võrdlusühevanuste kihtide tuvastamine, produktiivsete kihtide määramine, markerhorisondid, litoloogiline koostis, kihistu peamised tunnused, mis mõjutavad kaevude arengut, arengut ja toimimist). Iga puuraie meetodi põhimõte on mõõta väärtusi, mis iseloomustavad kivimite omadusi ja neid tõlgendada.

Elektrilised meetodid

Naftapuuraukude elektrigeofüüsikaliste uuringute läbiviimisel mõõdetakse järgmisi omadusi:

1. Elektriline eritakistus (juhtide mineraalid, pooljuhid, dielektrikud).
2. Elektriline ja magnetiline läbilaskvus.
3. Kivimite elektrokeemiline aktiivsus – loomulik (isepolarisatsioonipotentsiaali meetod) või kunstlikult esile kutsutud (indutseeritud polarisatsioonipotentsiaali meetod).

Esimene omadus on seotud sellise tunnusega nagu nafta- ja gaasiküllastunud kivimite suurenenud takistus, mis on nafta- ja gaasimaardlate identifitseerimistunnus (need ei juhi elektrit). Mõõtmisi hinnatakse takistuse suurendamise teguri abil, mis võimaldab määrata reservuaari kõige olulisemad omadused - poorsuse koefitsient, vee ning õli ja gaasi küllastus. Selle tehnoloogia levinumaid tehnikaid kirjeldatakse allpool.

Näiva vastupanu meetod

Kolme maanduselektroodiga (üks toite- ja 2 mõõteelektroodiga) sond lastakse süvendisse ning neljas (toite) paigaldatakse kaevupeasse. Kui sond liigub vertikaalselt piki puurauku, muutub potentsiaalide erinevus. Spetsiifiline elektrilinetakistust nimetatakse näiliseks, kuna see arvutatakse homogeense keskkonna jaoks, kuid tegelikult on see ebahomogeenne. Saadud andmete põhjal koostatakse kõverad, mille järgi on võimalik määrata veehoidla piire.

Külje elektriline helisignaal

Mõõtmisel kasutatakse suure pikkusega gradientsonde (2-30 kaevu läbimõõdu kordne), mis võimaldab tõelise kindlaksmääramiseks võtta arvesse puurimisvedeliku mõju ja selle kivimitesse tungimise sügavust. moodustumise takistus.

Varjestatud maandusmeetod seitsme või kolme elektroodsondiga

Seitsmeelektroodilises sondis reguleeritakse voolutugevust nii, et puuraugu telje kesk- ja äärmistes punktides on tagatud potentsiaalide võrdsus. Seda tehakse selleks, et suunata kivisse fokuseeritud elektrilaengukiir. Tulemuseks on ka näiline vastupanu.

Induktsioonimeetod

Süvendisse lastakse väljalaske- ja vastuvõtupoolidega sond, generaator ja alaldi. Indutseeritud EMF-i loomisel määratakse kihistu näiv elektrijuhtivus.

Dielektriline meetod

Sarnaselt eelmisele, kuid elektromagnetvälja sagedus mähises on suurusjärgu võrra suurem. Seda meetodit kasutatakse madala soolsusega veehoidla küllastumise olemuse määramiseks.

Kivimi elektritakistuse mõõtmiseks on olemas ka meetod mikrosondidega (nende suurus ei ületa 5 cm),otse puurkaevu seina kõrval.

Radiomeetria

Radiomeetrilised geofüüsikalised uurimismeetodid põhinevad tuumakiirguse (kõige sagedamini neutronite ja gammakiirguse) tuvastamisel. Kõige tavalisemad meetodid on:

• looduslik kivimikiirgus (ɣ-meetod);
• hajutatud ɣ kiirgus;
• neutron-neutron (kivimi aatomite tuumade poolt hajutatud neutronite registreerimine);
• impulssneutron;
• neutronite aktiveerimine (ɣ- neutronite neeldumisel tekkivate tehislike radioaktiivsete isotoopide kiirgus);
• tuumamagnetresonants;
• neutronite ɣ-meetod (ɣ-kiirguse neutronite püüdmise kiirgus).

Meetodid põhinevad gammakiirguse voo tiheduse nõrgenemise seadusel, neutronite hajumise ja neeldumise mõjul kivimis. Selle põhjal määratakse kivimite tihedus, nende mineraalne koostis, savisisaldus, purunemine ning jälgitakse puurkaevude puurimisseadmete radioaktiivset saastumist.

Seismoakustilised meetodid

Akustilised meetodid põhinevad loomuliku või kunstliku helivibratsiooni mõõtmisel. Esimesel juhul viiakse läbi gaasi või nafta puurauku sisenemisel tekkivate mürade geoloogilised ja geofüüsikalised uuringud ning mõõdetakse ka puurtööriista vibratsioonispektrit kivimite läbitungimisel.

Heli- või ultrahelispektri tehisvõnkumiste uurimise meetodid põhinevad laine levimisaja mõõtmisel võivõnkeamplituudi summutamine. Heli levimise kiirus sõltub mitmest parameetrist:

• kivimite mineraalne koostis;
• nende gaasiõli küllastumise aste;
• litoloogilised tunnused;
• savi;
• stressi jaotumine kivimites;
• tsementeerimine ja teised.

Kaevu langetatud sond koosneb saatjast ja vastuvõtjast, mis on eraldatud akustiliste isolaatoritega. Puuraugu geomeetria mõju vähendamiseks mõõtmistulemustele kasutatakse tavaliselt kolme- või neljaelemendilisi sonde. Puuraugu tööriist ühendatakse kaabli abil pinnavarustusega. Vastuvõtja signaal digiteeritakse ja kuvatakse ekraanil.

Selle meetodi abil tehakse veehoidla lõigu litoloogilise dissektsiooni uuringud, suured maa-alused õõnsused, määratakse veehoidla omadused ja kontrollitakse veekatkestust.

Termiline logimine

Väljade geofüüsikaliste uuringute termilise logimise aluseks on puuraugu piki temperatuurigradiendi uurimine, mis on seotud kivimite erinevate soojusomadustega (loodusliku ja tehisliku soojusvälja meetodid). Peamiste kivimit moodustavate mineraalide soojusjuhtivus on vahemikus 1,3–8 W / (m∙K) ja kõrge gaasiküllastuse korral langeb see mitu korda.

Kunstlikud soojusväljad tekivad puurimisel loputusvedeliku abil või elektriliste küttekehade paigaldamisel kaevu. Temperatuurigradiendi kõige sagedamini mõõtmisekskasutatakse puuraukude elektritakistustermomeetreid. Peamise sensorelemendina kasutatakse vasktraati ja pooljuhtmaterjale.

Temperatuuri muutus registreeritakse kaudselt – selle elemendi elektritakistuse suuruse järgi. Mõõteahel sisaldab ka elektroonilist ostsillaatorit, mille võnkeperiood varieerub sõltuv alt takistusest. Selle sagedust mõõdetakse spetsiaalse seadmega ja sagedusmõõturis tekkiv konstantne pinge edastatakse visuaalsele vaatlusseadmele.

Selle tehnikaga geofüüsikaliste uuringute läbiviimine võimaldab saada teavet põllu geoloogilise ehituse kohta, tuvastada naftat, gaasi ja vett kandvaid moodustisi, määrata nende voolukiirust, avastada antikliinseid struktuure ja soolakupliid ning maapinnaga seotud termilisi anomaaliaid. süsivesinike sissevool. Selle tehnoloogia kasutamine on eriti oluline aktiivse vulkaanilise tegevusega piirkondades.

Geokeemilised GIS-meetodid

Geokeemilised uurimismeetodid põhinevad puurimisvedeliku gaasiküllastuse ja puurkaevude läbipesemisel tekkivate lõikehaavade otsesel uurimisel. Esimesel juhul saab süsivesinikgaaside sisalduse määrata otse puurimise ajal või pärast seda. Puurimisvedelik degaseeritakse spetsiaalses seadmes ja seejärel määratakse süsivesinike sisaldus metsaraiejaamas asuva gaasianalüsaatori-kromatograafi abil.

Läga või puuritud kivimi osakesed,puurimisvedelikus sisalduvaid aineid uuritakse luminestsents- või bituminoloogiliste meetoditega.

Magnetiline logimine

Magnetilised meetodid puuraie tegemiseks hõlmavad mitmeid viise kivimite eristamiseks:

• magnetiseerimise teel;
• magnetilise vastuvõtlikkuse kohta (tehisliku elektromagnetvälja tekitamine);
• tuumamagnetiliste omaduste kohta (seda tehnoloogiat nimetatakse ka tuumalogimiseks).

Magnetvälja tugevus tuleneb nende aluseks olevate ja kattuvate magnetiliste maagikehade ja kihtide olemasolust. Magnetmodulatsiooniandurid (flurosondid) toimivad puuraukude tundlike elementidena. Kaasaegsed instrumendid suudavad mõõta kõiki kolme magnetvälja vektori komponenti ja ka magnetilist vastuvõtlikkust.

Tuumamagnetiline logimine on magnetvälja karakteristikute määramine, mille tekitavad pooride vedelikus olevad vesiniku tuumad. Vesi, gaas ja õli erinevad vesiniku tuumade sisalduse poolest. Tänu sellele omadusele on võimalik uurida reservuaari ja selle läbilaskvust, tuvastada vedeliku tüüpi ja eristada kivimite tüüpe.

gravitatsiooniuuring

Gravitatsiooniuuring on maardlate geofüüsikalise uurimise meetod, mis põhineb gravitatsioonivälja ebaühtlasel jaotumisel puuraugu pikkuses. Eesmärgi järgi eristatakse 2 sellist metsaraiet – kaevu ületavate kihtide kivimite tiheduse määramine ja gravitatsioonianomaaliat (selle väärtuse muutumist) põhjustavate geoloogiliste objektide asukoha tuvastamine.

Viimase indikaatori hüpe toimub liikudes väiksema tihedusega veehoidl alt tihedamate kivimite poole. Meetodi olemus on vertikaalse gravitatsiooni mõõtmine ja reservuaari paksuse määramine. Need andmed võimaldavad teil teada saada kivimite tihedust.

Peamise puuraukude varustusena kasutatakse nöör- ja kvartsgravimeetreid. Esimest tüüpi seadmeid kasutatakse kõige laialdasem alt. Sellised gravimeetrid on elektromehaaniline vibraator, milles rippkoormusega vertikaalselt fikseeritud nöörile rakendatakse vahelduvpinge. Vibraator on ühendatud generaatoriga ja selle sageduse kõikumine on viimane parameeter.

Varustus

Geofüüsikalisi uurimismeetodeid teostatakse geofüüsikaliste välijaamade abil, mille põhielemendid on:

• aukude tööriistad;
• mehaanilise või elektromehaanilise ajamiga vints (jõuvõllilt, elektrivõrgust või sõltumatust jõuallikast);
• draivi juhtseade;
• järelevalvesüsteem väljalülitusprotseduuride põhinäitajate jaoks (sukeldumissügavus, kaevu laskumise kiirus, pingutusjõud) - näidikuplokk, pingutusseade, sügavusandur;
• puurkaevu määrdeseade kaevupea tihendamiseks kaevu raiumise ajal (sisaldab sulgeventiile, tihendikarpi, vastuvõtukambrit, manomeetrit ja muud mõõteriistad);
• maamõõteseade (auto šassiil).

Süvakaevude hooldusseadmedvõib asuda kahe auto keres. Kaevude geofüüsikalise uurimise laborid on paigaldatud URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 jt šassiile. Auto kerel on tavaliselt 2 sektsiooni – töötaja, milles seadmed asuvad, ja teeninduspersonali "vahetusmaja".

Peamised nõuded seadmetele on geofüüsikaliste uuringute kõrge täpsus ja töökindlus. Töö kaevudes on seotud keeruliste tingimustega - suur sügavus, olulised temperatuurilangused, vibratsioon, värisemine. Seadmed komplekteeritakse vastav alt tellija nõudmistele, kasutatavale meetodile ja töö eesmärkidele. Avamere kaevude geofüüsikaliste uuringute jaoks veetakse kogu varustus konteinerites.

Tulemuste tõlgendamine

Geofüüsikaliste uuringute tulemusi töödeldakse samm-sammult alates mõõteriistade väärtustest kuni veehoidla geofüüsikaliste parameetrite määramiseni:

1. Aukude seadmete signaalide teisendamine.
2. Uuritud kivimite tegelike füüsikaliste omaduste määramine. Selles etapis võib olla vaja täiendavat geofüüsikalist tööd.
3. Kistiku litoloogiliste ja reservuaariomaduste määramine.
4. Saadud tulemuste kasutamine ühe püstitatud ülesande lahendamiseks - maavarade maardlate väljaselgitamine, nende levik kogu piirkonnas, kivimite geoloogilise vanuse, poorsuse koefitsientide, savisisalduse, gaasi- ja õliküllastuse, läbilaskvuse määramine; reservuaaride tuvastamine, tunnuste uuriminegeoloogiline osa ja teised.

Geofüüsikaliste uuringute tõlgendamine toimub erinevate meetoditega sõltuv alt kasutatavast tehnoloogiast (elektri-, radiomeetriline, termiline jne) ja mõõteseadmetest. Kaasaegsed geofüüsikalised organisatsioonid kasutavad automatiseeritud andmete kogumise ja töötlemise süsteeme (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight jt).