Geofiziniai tyrimai: rūšys, metodai ir technologijos

2025 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2025-01-24 13:20

Geofiziniai tyrimai naudojami uolienoms tirti artimoje gręžinio erdvėje ir tarpgręžiniuose. Jie atliekami matuojant ir interpretuojant įvairių tipų natūralius ar dirbtinius fizinius rodiklius. Šiuo metu yra daugiau nei 50 geofizinių metodų.

Bendrosios charakteristikos

Geofiziniai tyrimai (GIS, gamybinė geofizika arba medienos ruoša) – tai taikomųjų geofizikos metodų rinkinys, naudojamas tirti geologinius profilius, gauti informaciją apie gręžinių techninę būklę ir identifikuoti mineralus podirvyje.

GIS pagrįsta įvairiomis fizinėmis uolienų savybėmis:

• elektrinis;
• radioaktyvus;
• magnetinis;
• terminė ir kt.

Gamybiniai geofiziniai gręžinių tyrimai yra pagrindinė gręžinių geologinės dokumentacijos rūšis. Jų įgyvendinimo tikslas – išspręsti daugybę techninių problemų (skyrių palyginimasto paties amžiaus sluoksnių nustatymas, produktyvių sluoksnių nustatymas, žymenų horizontai, litologinė sudėtis, pagrindinės darinio charakteristikos, turinčios įtakos gręžinių vystymuisi, plėtrai ir veikimui). Bet kurio šulinių registravimo metodo principas yra išmatuoti reikšmes, apibūdinančias uolienų savybes, ir jas interpretuoti.

Elektriniai metodai

Atliekant elektrinius geofizinius naftos gręžinių tyrimus, išmatuojamos šios charakteristikos:

1. Elektrinė savitoji varža (laidininkų mineralai, puslaidininkiai, dielektrikai).
2. Elektrinis ir magnetinis pralaidumas.
3. Uolienų elektrocheminis aktyvumas – natūralus (savipoliarizacijos potencialo metodas) arba dirbtinai sukeltas (sukeltas poliarizacijos potencialo metodas).

Pirmoji charakteristika siejama su tokia savybe kaip padidėjusi naftos ir dujų prisotintų uolienų savitoji savybė, kuri yra naftos ir dujų telkinių identifikavimo ypatybė (jie nelaidžia elektros energijos). Matavimai vertinami naudojant varžos didinimo koeficientą, leidžiantį nustatyti svarbiausias rezervuaro charakteristikas – poringumo, vandens ir naftos bei dujų prisotinimo koeficientą. Dažniausiai naudojami šios technologijos būdai aprašyti toliau.

Akivaizdaus pasipriešinimo metodas

Zondas su trimis įžeminimo elektrodais (vienas tiekimas ir 2 matavimo elektrodai) nuleidžiamas į šulinį, o ketvirtasis (maitinimas) įrengiamas šulinio galvutėje. Kai zondas juda vertikaliai išilgai gręžinio, potencialų skirtumas pasikeičia. Specifinė elektrinėatsparumas vadinamas tariamuoju, nes jis skaičiuojamas vienalytei terpei, tačiau iš tikrųjų ji yra nehomogeniška. Remiantis gautais duomenimis, sudaromos kreivės, pagal kurias galima nustatyti rezervuaro ribas.

Šoninis elektrinis garsas

Matavimams naudojami didelio ilgio gradientiniai zondai (2-30 šulinėlių skersmenų kartotiniai), kurie leidžia, atsižvelgiant į gręžimo skysčio įtaką ir jo įsiskverbimo į uolienas gylį, nustatyti tikrąją. formavimo varža.

Ekranuotas įžeminimo metodas su septyniais arba trimis elektrodų zondais

Septynių elektrodų zonde srovės stipris reguliuojamas taip, kad būtų užtikrinta potencialų lygybė centriniuose ir kraštutiniuose taškuose išilgai gręžinio ašies. Tai daroma siekiant nukreipti sutelktą elektros krūvio spindulį į uolą. Rezultatas taip pat yra akivaizdus pasipriešinimas.

Indukcijos metodas

Į šulinį nuleidžiamas zondas su spinduliavimo ir priėmimo ritėmis, generatoriumi ir lygintuvu. Kuriant indukuotą EML, nustatomas tariamasis darinio elektrinis laidumas.

Dielektrinis metodas

Panašus į ankstesnį, tačiau elektromagnetinio lauko dažnis ritėje yra eilės tvarka didesnis. Šis metodas naudojamas rezervuaro prisotinimo pobūdžiui nustatyti esant mažam vandens druskingumui.

Yra ir mikrozondų (jų dydis neviršija 5 cm) metodas uolienų elektrinei varžai matuoti,tiesiai prie gręžinio sienos.

Radiometrija

Radiometrinių geofizinių tyrimų metodai paremti branduolinės spinduliuotės (dažniausiai neutronų ir gama spindulių) aptikimu. Dažniausiai naudojami šie metodai:

• natūrali uolienų spinduliuotė (ɣ-metodas);
• išsklaidyta ɣ spinduliuotė;
• neutronas-neutronas (uolienų atomų branduoliuose išsklaidytų neutronų registracija);
• pulsinis neutronas;
• neutronų aktyvinimas (ɣ-dirbtinių radioaktyvių izotopų spinduliavimas, atsirandantis dėl neutronų sugerties);
• branduolinis magnetinis rezonansas;
• neutronų ɣ metodas (ɣ-radiacinė neutronų gaudymo spinduliuotė).

Metodai pagrįsti gama spinduliuotės srauto tankio silpnėjimo dėsniu, uolienoje esančių neutronų sklaidos ir sugerties poveikiu. Remiantis tuo, nustatomas uolienų tankis, mineralinė sudėtis, molio kiekis, skilimas, stebimas gręžinių gręžimo įrangos radioaktyvusis užterštumas.

Seismoakustiniai metodai

Akustiniai metodai yra pagrįsti natūralių arba dirbtinių garso virpesių matavimu. Pirmuoju atveju atliekami geologiniai ir geofiziniai triukšmo, atsirandančio dujoms ar naftai patekus į gręžinį, tyrimai, taip pat matuojamas gręžimo įrankio virpesių spektras prasiskverbiant į uolieną.

Garso ar ultragarso spektro dirbtinių virpesių tyrimo metodai yra pagrįsti bangos sklidimo laiko matavimu arbasvyravimų amplitudės slopinimas. Garso sklidimo greitis priklauso nuo kelių parametrų:

• mineralinė uolienų sudėtis;
• jų gazolio prisotinimo laipsnis;
• litologiniai bruožai;
• molis;
• streso pasiskirstymas uolose;
• cementavimas ir kt.

Į šulinį nuleistas zondas susideda iš siųstuvo ir imtuvo, atskirtų akustiniais izoliatoriais. Norint sumažinti gręžinio geometrijos įtaką matavimo rezultatams, dažniausiai naudojami trijų ar keturių elementų zondai. Gręžimo įrankis yra prijungtas prie paviršiaus įrangos kabeliu. Imtuvo signalas suskaitmeninamas ir rodomas ekrane.

Šio metodo pagalba atliekami rezervuaro ruožo, didelių požeminių ertmių litologinio skrodimo tyrimai, nustatomos rezervuaro savybės ir kontroliuojamas vandens skilimas.

Šiluminis registravimas

Šiluminio registravimo pagrindas lauko geofiziniuose tyrimuose yra temperatūros gradiento išilgai gręžinio tyrimas, kuris yra susijęs su skirtingomis uolienų šiluminėmis savybėmis (natūralaus ir dirbtinio terminio lauko metodai). Pagrindinių uolienas formuojančių mineralų šilumos laidumas svyruoja nuo 1,3–8 W / (m∙K), o esant dideliam dujų prisotinimui, jis kelis kartus sumažėja.

Dirbtiniai šiluminiai laukai sukuriami gręžimo metu, naudojant praplovimo skystį arba įrengiant elektrinius šildytuvus šulinyje. Dažniausiai matuoti temperatūros gradientąnaudojami gręžtiniai elektriniai varžos termometrai. Varinė viela ir puslaidininkinės medžiagos naudojamos kaip pagrindinis jutimo elementas.

Temperatūros pokytis registruojamas netiesiogiai – pagal šio elemento elektrinės varžos dydį. Matavimo grandinėje taip pat yra elektroninis osciliatorius, kurio virpesių periodas kinta priklausomai nuo pasipriešinimo. Jo dažnis matuojamas specialiu prietaisu, o dažnmačiu generuojama pastovi įtampa perduodama į vizualinio stebėjimo įrangą.

Atliekant geofizinius tyrimus naudojant šią techniką, galima gauti informacijos apie lauko geologinę struktūrą, identifikuoti naftos, dujų ir vandens telkinius, nustatyti jų tėkmės greitį, aptikti antiklinines struktūras ir druskų kupolus, šilumines anomalijas, susijusias su angliavandenilių antplūdis. Šios technologijos naudojimas ypač aktualus vietovėse, kuriose aktyvi ugnikalnių veikla.

Geocheminiai GIS metodai

Geocheminiai tyrimo metodai yra pagrįsti tiesioginiu gręžimo skysčio prisotinimo dujomis ir gręžinių praplovimo metu susidariusių nuopjovų tyrimu. Pirmuoju atveju angliavandenilių dujų kiekis gali būti nustatomas tiesiogiai gręžimo metu arba po jo. Gręžimo skystis degazuojamas specialiame įrenginyje, o angliavandenilių kiekis nustatomas naudojant dujų analizatorių-chromatografą, esantį medienos ruošos stotyje.

Srutos arba išgręžtos uolienos dalelės,gręžimo skystyje yra tiriami liuminescenciniais arba bituminologiniais metodais.

Magnetinis registravimas

Magnetiniai šulinių kirtimo metodai apima kelis būdus, kaip atskirti uolienas:

• įmagnetinimu;
• dėl magnetinio jautrumo (dirbtinio elektromagnetinio lauko sukūrimo);
• dėl branduolinių magnetinių savybių (ši technologija dar vadinama branduoliniu registravimu).

Magnetinio lauko stiprumas yra dėl magnetinių rūdos kūnų ir sluoksnių, kurie yra jų apačioje ir persidengia. Magnetinio moduliavimo jutikliai (fluorozondai) tarnauja kaip jautrūs gręžinių įrangos elementai. Šiuolaikiniai prietaisai gali išmatuoti visus tris magnetinio lauko vektoriaus komponentus, taip pat magnetinį jautrumą.

Branduolinis magnetinis registravimas skirtas nustatyti magnetinio lauko, kurį porų skystyje sukelia vandenilio branduoliai, charakteristikas. Vanduo, dujos ir nafta skiriasi vandenilio branduolių kiekiu. Dėl šios savybės galima ištirti rezervuarą ir jo pralaidumą, nustatyti skysčio tipą ir atskirti sudedamųjų uolienų tipus.

gravitacijos tyrinėjimas

Gravitacijos tyrinėjimas yra geofizinio telkinių tyrimo metodas, pagrįstas netolygiu gravitacijos lauko pasiskirstymu per visą gręžinio ilgį. Pagal paskirtį išskiriami 2 tokio kirtimo tipai - nustatyti šulinį kertančių sluoksnių uolienų tankį ir geologinių objektų, sukeliančių gravitacijos anomaliją (jo vertės pokytį), išsidėstymą.

Paskutinio indikatoriaus šuolis įvyksta, kai iš mažesnio tankio rezervuaro pereinama prie tankesnių uolienų. Metodo esmė – išmatuoti vertikalią gravitaciją ir nustatyti rezervuaro storį. Šie duomenys leidžia sužinoti uolienų tankį.

Styginiai ir kvarciniai gravimetrai naudojami kaip pagrindinė gręžinių įranga. Pirmojo tipo įrenginiai yra plačiausiai naudojami. Tokie gravimetrai yra elektromechaninis vibratorius, kuriame kintamoji įtampa yra taikoma vertikaliai fiksuotai stygai su pakabinama apkrova. Vibratorius yra prijungtas prie generatoriaus, o jo dažnio svyravimai yra galutinis parametras.

Įranga

Geofizinių tyrimų metodai atliekami naudojant lauko geofizines stotis, kurių pagrindiniai elementai yra:

• gręžimo įrankiai;
• gervė su mechanine arba elektromechanine pavara (iš galios veleno, elektros tinklo ar nepriklausomo maitinimo š altinio);
• pavaros valdymo blokas;
• stebėjimo sistema pagrindiniams išjungimo procedūrų indikatoriams (panardinimo gylis, nusileidimo į šulinį greitis, įtempimo jėga) - ekrano blokas, įtempimo blokas, gylio jutiklis;
• gręžinio tepalas, skirtas sandarinti šulinio galvutę gręžinio metu (apima uždarymo vožtuvus, sandarinimo dėžę, priėmimo kamerą, manometrus ir kitus prietaisus);
• žemės matavimo įranga (ant automobilio važiuoklės).

Giliųjų šulinių priežiūros įrangagali būti dviejų automobilių kėbuluose. Geofizinių gręžinių tyrinėjimų laboratorijos sumontuotos ant URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 ir kitų važiuoklės. Automobilio kėbulą dažniausiai sudaro 2 skyriai – darbuotojo, kuriame yra įranga, ir „persirengimo namai“aptarnaujančiam personalui.

Pagrindiniai reikalavimai įrangai yra didelis geofizinių tyrimų tikslumas ir patikimumas. Darbas šuliniuose susijęs su sunkiomis sąlygomis – didelis gylis, dideli temperatūros kritimai, vibracijos, drebėjimas. Įranga komplektuojama pagal užsakovo reikalavimus, naudojamą būdą ir darbo tikslus. Geofiziniams tyrimams jūriniuose gręžiniuose visa įranga gabenama konteineriuose.

Rezultatų interpretavimas

Geofizinių tyrimų rezultatai apdorojami žingsnis po žingsnio nuo matavimo priemonių verčių iki rezervuaro geofizinių parametrų nustatymo:

1. Gilinių įrangos signalų konvertavimas.
2. Tirtų uolienų tikrųjų fizinių savybių nustatymas. Šiame etape gali prireikti papildomų lauko geofizinių darbų.
3. Sdarinio litologinių ir rezervuarinių savybių nustatymas.
4. Gautus rezultatus panaudojant sprendžiant vieną iš iškeltų uždavinių – naudingųjų iškasenų telkinių nustatymas, jų pasiskirstymas visame regione, uolienų geologinio amžiaus, poringumo koeficientų, molio kiekio, dujų ir naftos įsotinimo, laidumo nustatymas; rezervuarų nustatymas, požymių tyrimasgeologinis skyrius ir kt.

Geofizinių tyrimų interpretacija atliekama įvairiais metodais, priklausomai nuo naudojamos technologijos (elektrinės, radiometrinės, šiluminės ir kt.) ir matavimo įrangos. Šiuolaikinės geofizinės organizacijos valdo automatizuotas duomenų rinkimo ir apdorojimo sistemas (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight ir kt.).