Badania geofizyczne: rodzaje, metody i technologie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Badania geofizyczne są wykorzystywane do badania skał w przestrzeni przyodwiertowej i międzyodwiertowej. Przeprowadza się je poprzez pomiar i interpretację naturalnych lub sztucznych wskaźników fizycznych różnego typu. Obecnie istnieje ponad 50 metod geofizycznych.

Charakterystyka ogólna

Badania geofizyczne (GIS, geofizyka produkcyjna lub pozyskanie drewna) to zestaw stosowanych metod geofizycznych służących do badania profili geologicznych, pozyskiwania informacji o stanie technicznym odwiertów oraz identyfikacji minerałów w podłożu.

GIS opiera się na różnych właściwościach fizycznych skał:

• elektryczny;
• radioaktywny;
• magnetyczny;
• termiczne i inne.

Wykonywanie badań geofizycznych studni jest głównym rodzajem dokumentacji geologicznej studni. Celem ich wdrożenia jest rozwiązanie szeregu problemów technicznych (porównanie przekrojów dlaidentyfikacja warstw o tym samym wieku, określenie warstw produkcyjnych, horyzontów markerowych, składu litologicznego, głównych cech formacji wpływających na rozwój, rozwój i eksploatację odwiertów). Zasadą każdej metody rejestrowania odwiertu jest pomiar wartości charakteryzujących właściwości skał i ich interpretacja.

Metody elektryczne

Podczas przeprowadzania elektrycznych badań geofizycznych szybów naftowych mierzone są następujące cechy:

1. Rezystywność elektryczna (minerały przewodzące, półprzewodniki, dielektryki).
2. Przepuszczalność elektryczna i magnetyczna.
3. Aktywność elektrochemiczna skał - naturalna (metoda potencjału samopolaryzacyjnego) lub sztucznie indukowana (metoda indukowanego potencjału polaryzacyjnego).

Pierwsza cecha związana jest z taką cechą, jak zwiększona rezystywność skał nasyconych ropą i gazem, która jest cechą identyfikacyjną złóż ropy i gazu (nie przewodzą prądu). Pomiary są oceniane za pomocą współczynnika wzrostu oporu, który pozwala na określenie najważniejszych cech zbiornika – współczynnika porowatości, nasycenia wodą i ropą oraz gazem. Poniżej opisano najczęstsze techniki tej technologii.

Pozorna metoda oporu

Sonda z trzema elektrodami uziemiającymi (jedna zasilająca i 2 elektrody pomiarowe) jest opuszczana do odwiertu, a czwarta (zasilająca) jest instalowana na głowicy odwiertu. Kiedy sonda porusza się pionowo wzdłuż odwiertu, zmienia się różnica potencjałów. Specyficzne elektryczneOpór nazywany jest pozornym, ponieważ jest obliczany dla ośrodka jednorodnego, ale w rzeczywistości jest niejednorodny. Na podstawie uzyskanych danych budowane są krzywe, za pomocą których można wyznaczyć granice zbiornika.

Boczne sondowanie elektryczne

W pomiarach stosuje się sondy gradientowe o dużej długości (wielokrotność 2-30 średnic studni), co pozwala na uwzględnienie wpływu płuczki wiertniczej i głębokości jej penetracji w skałach, w celu określenia rzeczywistej rezystywność formacji.

Metoda uziemienia ekranowanego z siedmioma lub trzema sondami elektrodowymi

W sondzie siedmioelektrodowej siła prądu jest regulowana tak, aby zapewnić równość potencjałów w centralnym i skrajnym punkcie wzdłuż osi otworu. Ma to na celu skierowanie skupionej wiązki ładunku elektrycznego na skałę. Rezultatem jest również pozorny opór.

Metoda indukcyjna

Sonda z cewkami nadawczymi i odbiorczymi, alternator i prostownik jest opuszczona do studni. Podczas tworzenia indukowanego pola elektromagnetycznego określana jest pozorna przewodność elektryczna formacji.

Metoda dielektryczna

Podobny do poprzedniego, ale częstotliwość pola elektromagnetycznego w cewce jest o rząd wielkości wyższa. Metoda ta służy do określenia charakteru nasycenia zbiornika niskim zasoleniem wody.

Istnieje również metoda mikrosond (ich rozmiar nie przekracza 5 cm) do pomiaru oporu elektrycznego skały,przylega bezpośrednio do ściany odwiertu.

Radiometria

Radiometryczne metody badań geofizycznych opierają się na wykrywaniu promieniowania jądrowego (najczęściej neutronów i promieni gamma). Najczęstsze metody to:

• naturalne promieniowanie skał (metoda ɣ);
• promieniowanie rozproszone ɣ;
• neutron-neutron (rejestracja neutronów rozproszonych przez jądra atomów skały);
• neutron impulsowy;
• aktywacja neutronów (ɣ-promieniowanie sztucznych izotopów promieniotwórczych powstających w wyniku absorpcji neutronów);
• magnetyczny rezonans jądrowy;
• neutron ɣ-metoda (ɣ-promieniowanie wychwytujące neutrony radiacyjne).

Metody opierają się na prawie tłumienia gęstości strumienia promieniowania gamma, wpływie rozpraszania i absorpcji neutronów w skale. Na tej podstawie określa się gęstość skał, ich skład mineralny, zawartość gliny, szczelinowanie oraz monitoruje się skażenie radioaktywne sprzętu wiertniczego.

Metody sejsmoakustyczne

Metody akustyczne opierają się na pomiarze drgań naturalnych lub sztucznych dźwięków. W pierwszym przypadku prowadzone są badania geologiczne i geofizyczne dotyczące odgłosów, które pojawiają się podczas wnikania gazu lub ropy do odwiertu, a także mierzone jest widmo drgań narzędzia wiertniczego podczas penetracji skały.

Metody badania sztucznych oscylacji dźwięku lub widma ultradźwiękowego opierają się na pomiarze czasu propagacji fali lubtłumienie amplitudy oscylacji. Szybkość propagacji dźwięku zależy od kilku parametrów:

• skład mineralny skał;
• stopień ich nasycenia olejem napędowym;
• elementy litologiczne;
• glina;
• rozkład naprężeń w skałach;
• cementowanie i inne.

Sonda wpuszczona do studni składa się z nadajnika i odbiornika oddzielonych izolatorami akustycznymi. Aby ograniczyć wpływ geometrii otworu na wyniki pomiarów, stosuje się zwykle sondy trzy- lub czteroelementowe. Narzędzie wiertnicze jest połączone z wyposażeniem powierzchniowym za pomocą kabla. Sygnał z odbiornika jest digitalizowany i wyświetlany na ekranie.

Za pomocą tej metody przeprowadzane są badania litologicznego rozbioru odcinka zbiornika, dużych podziemnych jam, określane są właściwości zbiornika i kontrolowana jest redukcja wody.

Rejestracja termiczna

Podstawą rejestracji termicznej w terenowych badaniach geofizycznych jest badanie gradientu temperatury wzdłuż odwiertu, co wiąże się z różnymi właściwościami termicznymi skał (metodą naturalnego i sztucznego pola cieplnego). Przewodność cieplna głównych minerałów skałotwórczych waha się w granicach 1,3-8 W/(m∙K), a przy dużym nasyceniu gazem spada kilkukrotnie.

Sztuczne pola cieplne powstają podczas wiercenia za pomocą płynu do płukania lub instalacji grzałek elektrycznych w studni. Aby najczęściej mierzyć gradient temperaturystosowane są elektryczne termometry oporowe wgłębne. Jako główny element czujnikowy stosuje się drut miedziany i materiały półprzewodnikowe.

Zmiana temperatury jest rejestrowana pośrednio - przez wielkość rezystancji elektrycznej tego elementu. Obwód pomiarowy zawiera również oscylator elektroniczny, którego okres drgań zmienia się wraz z rezystancją. Jego częstotliwość jest mierzona przez specjalne urządzenie, a stałe napięcie generowane w mierniku częstotliwości jest przekazywane do sprzętu do obserwacji wizualnych.

Przeprowadzenie badań geofizycznych tą techniką pozwala na uzyskanie informacji o budowie geologicznej złoża, rozpoznanie formacji naftowych, gazowych i wodonośnych, określenie ich natężenia przepływu, wykrycie struktur antyklinalnych i wysadów solnych, anomalii termicznych związanych z napływ węglowodorów. Zastosowanie tej technologii jest szczególnie istotne na obszarach o aktywnej aktywności wulkanicznej.

Geochemiczne metody GIS

Metody badań geochemicznych opierają się na bezpośrednim badaniu nasycenia gazem płuczki wiertniczej i zwiercin powstałych podczas płukania odwiertu. W pierwszym przypadku oznaczanie zawartości gazów węglowodorowych może odbywać się bezpośrednio podczas wiercenia lub po nim. Płyn wiertniczy jest odgazowywany w specjalnym urządzeniu, a następnie za pomocą analizatora-chromatografu gazowego znajdującego się w stacji pomiarowej określa się zawartość węglowodorów.

Zawiesina lub cząstki wierconej skały,zawarte w płuczce wiertniczej są badane metodami luminescencyjnymi lub bituminologicznymi.

Logowanie magnetyczne

Metody magnetyczne do prowadzenia pomiarów studni obejmują kilka sposobów rozróżniania skał:

• przez namagnesowanie;
• o podatności magnetycznej (tworzenie sztucznego pola elektromagnetycznego);
• na temat właściwości magnetycznych jądra atomowego (technologia ta jest również określana jako rejestracja jądrowa).

Siła pola magnetycznego wynika z obecności ciał rudy magnetycznej i warstw leżących pod nimi i nakładających się na nie. Czujniki modulacji magnetycznej (flurosondy) służą jako czułe elementy wyposażenia wiertniczego. Nowoczesne przyrządy mogą mierzyć wszystkie trzy składowe wektora pola magnetycznego, a także podatność magnetyczną.

Magnetyczne rejestrowanie jądrowe ma na celu określenie charakterystyki pola magnetycznego, które jest indukowane przez jądra wodoru w płynie porowym. Woda, gaz i ropa różnią się zawartością jąder wodoru. Dzięki tej właściwości możliwe jest badanie zbiornika i jego przepuszczalności, rozpoznanie rodzaju płynu oraz rozróżnienie typów skał składowych.

eksploracja grawitacyjna

Poszukiwanie grawitacyjne to metoda geofizycznej eksploracji złóż opartą na nierównomiernym rozmieszczeniu pola grawitacyjnego wzdłuż długości odwiertu. Celowo rozróżnia się 2 rodzaje takiego pozyskiwania drewna - w celu określenia gęstości skał warstw przecinających studnię oraz określenia położenia obiektów geologicznych powodujących anomalię grawitacyjną (zmianę jej wartości).

Przeskok ostatniego wskaźnika następuje podczas przechodzenia ze zbiornika o mniejszej gęstości do gęstszych skał. Istotą metody jest pomiar grawitacji pionowej i określenie grubości zbiornika. Te dane pozwalają określić gęstość skał.

Grawimetry strunowe i kwarcowe są używane jako główne urządzenia wiertnicze. Najczęściej stosowany jest pierwszy typ urządzeń. Takie grawimetry są wibratorem elektromechanicznym, w którym napięcie przemienne jest przykładane do pionowo zamocowanej struny z zawieszonym ładunkiem. Wibrator jest podłączony do generatora, a jego wahania częstotliwości służą jako końcowy parametr.

Sprzęt

Geofizyczne metody badawcze realizowane są przy pomocy polowych stacji geofizycznych, których głównymi elementami są:

• narzędzia wiertnicze;
• wyciągarka z napędem mechanicznym lub elektromechanicznym (z przystawki odbioru mocy, sieci elektrycznej lub niezależnego źródła zasilania);
• jednostka sterująca napędem;
• system monitorowania głównych wskaźników procedur wyzwalania (głębokość zanurzenia, prędkość zanurzania do studni, siła naciągu) - jednostka wyświetlacza, jednostka naciągu, czujnik głębokości;
• smarownica otworu wiertniczego do uszczelniania głowicy odwiertu podczas pozyskiwania drewna (zawiera zawory odcinające, dławnicę, komorę odbiorczą, manometry i inne oprzyrządowanie);
• sprzęt do pomiaru gruntu (na podwoziu samochodu).

Sprzęt do konserwacji głębokich studnimoże znajdować się w nadwoziach dwóch samochodów. Laboratoria do badań geofizycznych odwiertów są montowane na podwoziach URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 i innych. Nadwozie samochodu zwykle zawiera 2 przedziały - pracownika, w którym znajduje się sprzęt, oraz "przebieralnię" dla personelu serwisowego.

Główne wymagania dotyczące sprzętu to wysoka dokładność i wiarygodność badań geofizycznych. Praca w studniach wiąże się z trudnymi warunkami – duża głębokość, znaczne spadki temperatury, drgania, drgania. Sprzęt jest kompletowany zgodnie z wymaganiami klienta, stosowaną metodą i celami pracy. W przypadku badań geofizycznych w studniach morskich cały sprzęt jest transportowany w kontenerach.

Interpretacja wyników

Wyniki badań geofizycznych są przetwarzane krok po kroku od wartości przyrządów pomiarowych do określenia parametrów geofizycznych zbiornika:

1. Konwersja sygnałów urządzeń wiertniczych.
2. Określenie prawdziwych właściwości fizycznych badanych skał. Na tym etapie mogą być wymagane dodatkowe terenowe prace geofizyczne.
3. Określenie właściwości litologicznych i zbiornikowych formacji.
4. Wykorzystanie uzyskanych wyników do rozwiązania jednego z postawionych zadań - identyfikacja złóż kopalin, ich rozmieszczenie w całym regionie, określenie wieku geologicznego skał, współczynników porowatości, zawartości iłów, nasycenia gazem i ropą, przepuszczalności; identyfikacja zbiorników, badanie cechsekcja geologiczna i inne.

Interpretacja badań geofizycznych przeprowadzana jest różnymi metodami w zależności od zastosowanej technologii (elektrycznej, radiometrycznej, termicznej itp.) oraz sprzętu pomiarowego. Nowoczesne organizacje geofizyczne obsługują zautomatyzowane systemy gromadzenia i przetwarzania danych (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight i inne).