Geofizikalne raziskave: vrste, metode in tehnologije

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Geofizikalne raziskave se uporabljajo za preučevanje kamnin v območju blizu vrtine in med vrtinami. Izvajajo se z merjenjem in interpretacijo naravnih ali umetnih fizikalnih kazalcev različnih vrst. Trenutno obstaja več kot 50 geofizikalnih metod.

Splošne značilnosti

Geofizične raziskave (GIS, proizvodna geofizika ali sečnja) so skupek uporabljenih geofizičnih metod, ki se uporabljajo za preučevanje geoloških profilov, pridobivanje informacij o tehničnem stanju vrtin in identifikacijo mineralov v podzemlju.

GIS temelji na različnih fizikalnih lastnostih kamnin:

• električni;
• radioaktivno;
• magnetno;
• termalni in drugi.

Proizvodna geofizikalna raziskovanja vrtin so glavna vrsta geološke dokumentacije vrtin. Namen njihove izvedbe je reševanje številnih tehničnih problemov (primerjava razdelkov zaidentifikacija plasti iste starosti, določitev produktivnih plasti, označevalnih horizontov, litološke sestave, glavnih značilnosti formacije, ki vplivajo na razvoj, razvoj in delovanje vrtin). Načelo katere koli metode zajemanja vrtin je meriti vrednosti, ki označujejo lastnosti kamnin, in jih interpretirati.

električne metode

Pri izvajanju elektrogeofizikalnih raziskav naftnih vrtin se izmerijo naslednje značilnosti:

1. Električna upornost (minerali prevodnikov, polprevodniki, dielektriki).
2. Električna in magnetna prepustnost.
3. Elektrokemična aktivnost kamnin - naravna (metoda samopolarizacijskega potenciala) ali umetno inducirana (metoda induciranega polarizacijskega potenciala).

Prva značilnost je povezana s tako lastnostjo, kot je povečana upornost kamnin, nasičenih z nafto in plinom, kar je identifikacijska značilnost nahajališč nafte in plina (ne prevajajo električne energije). Meritve se ocenjujejo s faktorjem povečanja odpornosti, ki vam omogoča, da določite najpomembnejše značilnosti rezervoarja - koeficient poroznosti, nasičenosti z vodo in oljem in plinom. Spodaj so opisane najpogostejše tehnike te tehnologije.

Metoda navidezne odpornosti

Sondo s tremi ozemljitvenimi elektrodami (ena dovodna in 2 merilni elektrodi) se spusti v vrtino, četrta (napajalna) pa je nameščena na vrtini. Ko se sonda premika navpično vzdolž vrtine, se potencialna razlika spremeni. Specifična elektrikaupor se imenuje navidezen, ker je izračunan za homogen medij, v resnici pa je nehomogen. Na podlagi pridobljenih podatkov se zgradijo krivulje, po katerih je mogoče določiti meje akumulacije.

stransko električno sondiranje

Gradientne sonde velike dolžine (množnik premera 2-30 vrtin) se uporabljajo pri meritvah, kar omogoča, da se ob upoštevanju vpliva vrtalne tekočine in globine njenega prodiranja v kamnine določi pravi upornost tvorbe.

Zaščitena metoda ozemljitve s sedmimi ali tremi elektrodnimi sondami

V sedemelektrodni sondi je jakost toka regulirana tako, da je zagotovljena enakost potencialov na osrednji in skrajni točki vzdolž osi vrtine. To se naredi za usmerjanje fokusiranega snopa električnega naboja v skalo. Rezultat je tudi navidezni upor.

Indukcijska metoda

V vodnjak se spusti sonda z oddajno in sprejemno tuljavo, alternatorjem in usmernikom. Pri ustvarjanju induciranega EMF se določi navidezna električna prevodnost formacije.

Dielektrična metoda

Podobno kot prejšnje, vendar je frekvenca elektromagnetnega polja v tuljavi za red velikosti višja. Ta metoda se uporablja za določitev narave zasičenosti rezervoarja z nizko slanostjo vode.

Obstaja tudi metoda mikrosond (njihova velikost ne presega 5 cm) za merjenje električnega upora kamnine,neposredno ob steni vrtine.

Radiometrija

Radiometrične geofizikalne raziskovalne metode temeljijo na detekciji jedrskega sevanja (najpogosteje nevtronov in gama žarkov). Najpogostejše metode so:

• naravno kamninsko sevanje (ɣ-metoda);
• razpršeno ɣ sevanje;
• nevtron-nevtron (registracija nevtronov, razpršenih z jedri atomov kamnin);
• impulzni nevtron;
• nevtronska aktivacija (ɣ-sevanje umetnih radioaktivnih izotopov, ki nastanejo zaradi absorpcije nevtronov);
• jedrska magnetna resonanca;
• nevtronska ɣ-metoda (ɣ-sevalno sevanje za zajemanje nevtronov).

Metode temeljijo na zakonu slabljenja gostote pretoka gama sevanja, učinku sipanja in absorpcije nevtronov v kamnini. Na podlagi tega se določi gostota kamnin, njihova mineralna sestava, vsebnost gline, lomljenost in se spremlja radioaktivna kontaminacija vrtalne opreme.

Seizmoakustične metode

Akustične metode temeljijo na merjenju naravnih ali umetnih zvočnih vibracij. V prvem primeru se izvajajo geološke in geofizične študije hrupa, ki nastanejo ob vstopu plina ali nafte v vrtino, meri pa se tudi spekter tresljajev vrtalnega orodja med prodiranjem kamnin..

Metode za preučevanje umetnih nihanj zvočnega ali ultrazvočnega spektra temeljijo na merjenju časa širjenja valov oz.dušenje amplitude nihanja. Hitrost širjenja zvoka je odvisna od več parametrov:

• mineralna sestava kamnin;
• stopnja njihove nasičenosti s plinskim oljem;
• litološke značilnosti;
• glinenost;
• razporeditev stresa v kamninah;
• cementacija in drugo.

Sonda, spuščena v vrtino, je sestavljena iz oddajnika in sprejemnika, ki sta ločena z zvočnimi izolatorji. Za zmanjšanje vpliva geometrije vrtine na rezultate meritev se običajno uporabljajo tri- ali štirielementne sonde. Orodje za vrtino je s kablom povezano s površinsko opremo. Signal iz sprejemnika je digitaliziran in prikazan na zaslonu.

S pomočjo te metode se izvajajo študije litološke disekcije akumulacijskega odseka, velikih podzemnih votlin, ugotavljajo lastnosti rezervoarja in nadzorujejo izrez vode.

Toplotno sečnjo

Osnova toplotne karoče v terenskih geofizikalnih raziskavah je preučevanje temperaturnega gradienta vzdolž vrtine, ki je povezan z različnimi toplotnimi lastnostmi kamnin (metode naravnega in umetnega toplotnega polja). Toplotna prevodnost glavnih mineralov, ki tvorijo kamnine, se giblje med 1,3-8 W / (m∙K), pri visoki nasičenosti s plinom pa večkrat pade.

Umetna toplotna polja nastajajo med vrtanjem s pomočjo splakovalne tekočine ali vgradnje električnih grelnikov v vrtino. Najpogosteje merimo temperaturni gradientUporabljajo se električni uporni termometri v vrtini. Bakrena žica in polprevodniški materiali se uporabljajo kot glavni senzorski element.

Sprememba temperature se beleži posredno - z velikostjo električnega upora tega elementa. Merilno vezje vsebuje tudi elektronski oscilator, katerega obdobje nihanja se spreminja glede na upor. Njegova frekvenca se meri s posebno napravo, konstantna napetost, ki nastane v merilniku frekvence, pa se prenaša na opremo za vizualno opazovanje.

Izvajanje geofizikalnih raziskav s to tehniko omogoča pridobivanje informacij o geološki zgradbi polja, identifikacijo nafto, plin in vodonosnih formacij, določanje njihovega pretoka, odkrivanje antiklinalnih struktur in solnih kupol, toplotnih anomalij, povezanih z dotok ogljikovodikov. Uporaba te tehnologije je še posebej pomembna na območjih z aktivno vulkansko dejavnostjo.

geokemične metode GIS

Geokemične raziskovalne metode temeljijo na neposredni študiji nasičenosti vrtalne tekočine s plinom in odrezkov, ki nastanejo med izpiranjem vrtine. V prvem primeru se lahko določitev vsebnosti ogljikovodikovih plinov izvede neposredno med vrtanjem ali po njem. Vrtalna tekočina se razplini v posebni enoti, nato pa se vsebnost ogljikovodikov določi s plinskim analizatorjem-kromatografom, ki se nahaja v sečalni postaji.

Geva ali delci izvrtane kamnine,Vsebovane v vrtalni tekočini se preučujejo z luminiscentnimi ali bituminološkimi metodami.

Magnetno beleženje

Magnetne metode za izvajanje sečnje vrtin vključujejo več načinov za razlikovanje kamnin:

• z magnetizacijo;
• o magnetni občutljivosti (ustvarjanje umetnega elektromagnetnega polja);
• o jedrskih magnetnih lastnostih (ta tehnologija se imenuje tudi jedrska sečnja).

Moč magnetnega polja je posledica prisotnosti magnetnih rudnih teles in plasti, ki jih podlagajo in prekrivajo. Senzorji magnetne modulacije (fluorosonde) služijo kot občutljivi elementi vrtinške opreme. Sodobni instrumenti lahko merijo vse tri komponente vektorja magnetnega polja, pa tudi magnetno občutljivost.

Nuclear magnetic logging je določitev značilnosti magnetnega polja, ki ga inducirajo vodikova jedra v porni tekočini. Voda, plin in olje se razlikujejo po vsebnosti vodikovih jeder. Zahvaljujoč tej lastnosti je mogoče preučevati rezervoar in njegovo prepustnost, identificirati vrsto tekočine in razlikovati vrste sestavnih kamnin.

raziskovanje gravitacije

Gravitacijsko raziskovanje je metoda geofizičnega raziskovanja nahajališč, ki temelji na neenakomerni porazdelitvi gravitacijskega polja po dolžini vrtine. Po namenu ločimo 2 vrsti takšne sečnje - za določitev gostote kamnin plasti, ki prečkajo vrtino, in za identifikacijo lokacije geoloških objektov, ki povzročajo anomalijo gravitacije (sprememba njene vrednosti).

Preskok zadnjega indikatorja se pojavi pri premikanju iz rezervoarja z manjšo gostoto na gostejše kamnine. Bistvo metode je merjenje navpične teže in določitev debeline rezervoarja. Ti podatki vam omogočajo, da ugotovite gostoto kamnin.

Strenski in kvarčni gravimetri se uporabljajo kot glavna oprema za vrtino. Prva vrsta naprav je najbolj razširjena. Takšni gravimetri so elektromehanski vibrator, v katerem se na navpično pritrjeno vrvico z obešeno obremenitvijo dovaja izmenična napetost. Vibrator je povezan z generatorjem, njegova frekvenčna nihanja pa služijo kot končni parameter.

Oprema

Geofizične raziskovalne metode se izvajajo s pomočjo terenskih geofizičnih postaj, katerih glavni elementi so:

• izkopna orodja;
• vitel z mehanskim ali elektromehanskim pogonom (iz priključne gredi, električnega omrežja ali neodvisnega vira napajanja);
• pogon krmilna enota;
• sistem za spremljanje glavnih indikatorjev postopkov izklopa (globina potopitve, hitrost spusta v vrtino, napetostna sila) - prikazovalna enota, napetostna enota, senzor globine;
• mazalec vrtine za tesnjenje glave vrtine med zajemanjem vrtine (vključuje zaporne ventile, polnilno škatlo, sprejemno komoro, merilnike tlaka in druge instrumente);
• oprema za merjenje tal (na šasiji avtomobila).

Oprema za vzdrževanje globokih vrtinse lahko nahaja v karoseriji dveh avtomobilov. Laboratoriji za geofizično raziskovanje vrtin so nameščeni na šasiji URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 in drugih. Karoserija avtomobila običajno vključuje 2 predelka - delavski, v katerem se nahaja oprema, in "spremenljivo" za servisno osebje.

Glavne zahteve za opremo so visoka natančnost in zanesljivost geofizikalnih raziskav. Delo v vrtinah je povezano s težkimi pogoji - velika globina, znatni padci temperature, vibracije, tresenje. Oprema je izdelana glede na zahteve naročnika, uporabljeno metodo in cilje dela. Za geofizikalne raziskave v vrtinah na morju se vsa oprema prevaža v kontejnerjih.

Interpretacija rezultatov

Rezultati geofizikalnih raziskav se obdelujejo korak za korakom od vrednosti merilnih instrumentov do določitve geofizičnih parametrov rezervoarja:

1. Pretvorba signalov opreme v vrtini.
2. Določanje resničnih fizikalnih lastnosti proučevanih kamnin. Na tej stopnji bo morda potrebno dodatno geofizično delo na terenu.
3. Določanje litoloških in rezervoarskih lastnosti formacije.
4. Uporaba dobljenih rezultatov za reševanje ene od zastavljenih nalog - identifikacija mineralnih nahajališč, njihova razporeditev po regiji, določitev geološke starosti kamnin, koeficientov poroznosti, vsebnosti gline, nasičenosti s plinom in oljem, prepustnosti; identifikacija rezervoarjev, študij značilnostigeološki odsek in drugi.

Interpretacija geofizikalnih raziskav se izvaja z različnimi metodami, odvisno od uporabljene tehnologije (električna, radiometrična, toplotna itd.) in merilne opreme. Sodobne geofizične organizacije upravljajo avtomatizirane sisteme za zbiranje in obdelavo podatkov (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight in drugi).