Geofyzikální výzkum: typy, metody a technologie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Geofyzikální výzkum se používá ke studiu hornin v blízkosti vrtů a mezivrtů. Provádějí se měřením a interpretací přírodních nebo umělých fyzikálních ukazatelů různých typů. V současné době existuje více než 50 geofyzikálních metod.

Obecné vlastnosti

Geofyzikální výzkum (GIS, produkční geofyzika nebo těžba dřeva) je soubor aplikovaných geofyzikálních metod používaných ke studiu geologických profilů, získávání informací o technickém stavu vrtů a identifikaci minerálů v podloží.

GIS je založen na různých fyzikálních vlastnostech hornin:

• elektrický;
• radioactive;
• magnetic;
• termální a další.

Produkční geofyzikální průzkumy vrtů jsou hlavním typem geologické dokumentace vrtů. Účelem jejich implementace je vyřešit řadu technických problémů (srovnání sekcí proidentifikace vrstev stejného stáří, určení produkčních vrstev, markerové horizonty, litologické složení, hlavní charakteristiky souvrství, které ovlivňují vývoj, vývoj a provoz studní). Principem každé metody těžby studní je měřit hodnoty, které charakterizují vlastnosti hornin a interpretovat je.

Elektrické metody

Při provádění elektrických geofyzikálních průzkumů ropných vrtů se měří následující charakteristiky:

1. Elektrický odpor (vodičové minerály, polovodiče, dielektrika).
2. Elektrická a magnetická permeabilita.
3. Elektrochemická aktivita hornin - přirozená (metoda autopolarizačního potenciálu) nebo uměle vyvolaná (metoda indukovaného polarizačního potenciálu).

První charakteristika je spojena s takovou vlastností, jako je zvýšený odpor hornin nasycených ropou a plynem, což je identifikační znak ložisek ropy a plynu (nevedou elektřinu). Měření jsou vyhodnocena pomocí faktoru zvýšení odporu, který umožňuje určit nejdůležitější vlastnosti nádrže - koeficient pórovitosti, nasycení vodou a ropou a plynem. Nejběžnější techniky této technologie jsou popsány níže.

Metoda zjevného odporu

Sonda se třemi uzemňovacími elektrodami (jedna napájecí a 2 měřicí elektrody) je spuštěna do vrtu a čtvrtá (přívodní) je instalována na ústí vrtu. Když se sonda pohybuje vertikálně podél vrtu, mění se potenciálový rozdíl. Specifické elektrickéodpor se nazývá zdánlivý, protože se počítá pro homogenní médium, ale ve skutečnosti je nehomogenní. Na základě získaných dat jsou sestaveny křivky, pomocí kterých je možné určit hranice nádrže.

Boční elektrické ozvučení

Při měření se používají gradientní sondy velké délky (násobek 2-30 průměrů vrtů), což umožňuje zohlednit vliv vrtné kapaliny a hloubku jejího pronikání do hornin, určit skutečnou odolnost vůči formování.

Metoda stíněného uzemnění se sedmi nebo třemi elektrodovými sondami

V sedmielektrodové sondě je síla proudu regulována tak, aby byla zajištěna rovnost potenciálů v centrálních a krajních bodech podél osy vrtu. To se provádí za účelem nasměrování soustředěného paprsku elektrického náboje do skály. Výsledkem je také zdánlivý odpor.

Metoda indukce

Sonda s vysílací a přijímací cívkou, alternátorem a usměrňovačem je spuštěna do jímky. Při vytváření indukovaného EMF se určuje zdánlivá elektrická vodivost útvaru.

Dielektrická metoda

Podobné jako předchozí, ale frekvence elektromagnetického pole v cívce je řádově vyšší. Tato metoda se používá k určení povahy nasycení nádrže s nízkou slaností vody.

Existuje také metoda mikrosond (jejich velikost nepřesahuje 5 cm) k měření elektrického odporu horniny,přímo sousedí se stěnou vrtu.

Radiometrie

Metody radiometrického geofyzikálního výzkumu jsou založeny na detekci jaderného záření (nejčastěji neutronů a záření gama). Nejběžnější metody jsou:

• přirozené horninové záření (ɣ-metoda);
• rozptýlené ɣ záření;
• neutron-neutron (registrace neutronů rozptýlených jádry atomů hornin);
• pulzní neutron;
• aktivace neutronů (ɣ-záření umělých radioaktivních izotopů vznikajících absorpcí neutronů);
• nukleární magnetická rezonance;
• neutron ɣ-metoda (ɣ-záření radiačního neutronového záchytu).

Metody jsou založeny na zákonu útlumu hustoty toku gama záření, vlivu rozptylu a absorpce neutronů v hornině. Na základě toho se určuje hustota hornin, jejich minerální složení, obsah jílu, štěpení a monitoruje se radioaktivní kontaminace vrtných zařízení.

Seismoakustické metody

Akustické metody jsou založeny na měření přirozených nebo umělých zvukových vibrací. V prvním případě se provádějí geologické a geofyzikální studie zvuků, které vznikají při vstupu plynu nebo ropy do vrtu, a také se měří spektrum vibrací vrtného nástroje při pronikání horniny.

Metody pro studium umělých oscilací zvuku nebo ultrazvukového spektra jsou založeny na měření doby šíření vlny popř.tlumení amplitudy kmitání. Rychlost šíření zvuku závisí na několika parametrech:

• minerální složení hornin;
• stupeň jejich nasycení plynovým olejem;
• litologické prvky;
• jílovitost;
• distribuce napětí v horninách;
• cementace a další.

Sonda spuštěná do jímky se skládá z vysílače a přijímače oddělených akustickými izolátory. Pro snížení vlivu geometrie vrtu na výsledky měření se obvykle používají tří- nebo čtyřprvkové sondy. Spádový nástroj je připojen k povrchovému zařízení kabelem. Signál z přijímače je digitalizován a zobrazen na obrazovce.

Pomocí této metody se provádějí studie litologické disekce části nádrže, provádějí se velké podzemní dutiny, zjišťují se vlastnosti nádrže a kontroluje se zářez vody.

Termální protokolování

Základem termické těžby v terénních geofyzikálních průzkumech je studium teplotního gradientu podél vrtu, který je spojen s různými tepelnými vlastnostmi hornin (metody přirozeného a umělého tepelného pole). Tepelná vodivost hlavních horninotvorných minerálů se pohybuje v rozmezí 1,3-8 W / (m∙K) a při vysokém nasycení plynem několikrát klesá.

Umělá tepelná pole vznikají při vrtání pomocí proplachovací kapaliny nebo instalace elektrických ohřívačů do studny. Nejčastěji měřit teplotní gradientpoužívají se ponorné elektrické odporové teploměry. Jako hlavní snímací prvek jsou použity měděné dráty a polovodičové materiály.

Změna teploty se zaznamenává nepřímo - velikostí elektrického odporu tohoto prvku. Měřicí obvod dále obsahuje elektronický oscilátor, jehož perioda kmitání se mění s odporem. Jeho frekvence je měřena speciálním zařízením a konstantní napětí generované v měřiči frekvence je přenášeno do vizuálního pozorovacího zařízení.

Provádění geofyzikálního výzkumu pomocí této techniky umožňuje získat informace o geologické struktuře pole, identifikovat ropné, plynové a vodonosné útvary, určit jejich průtok, odhalit antiklinální struktury a solné dómy, tepelné anomálie spojené s příliv uhlovodíků. Použití této technologie je zvláště důležité v oblastech s aktivní vulkanickou činností.

Geochemické metody GIS

Metody geochemického výzkumu jsou založeny na přímém studiu nasycení vrtné kapaliny plynem a úlomků vzniklých při proplachování studní. V prvním případě lze stanovení obsahu uhlovodíkových plynů provést přímo během vrtání nebo po něm. Vrtný výplach je odplyněn ve speciální jednotce a poté je stanoven obsah uhlovodíků pomocí plynového analyzátoru-chromatografu umístěného v těžební stanici.

Kůda nebo částice vyvrtané horniny,obsažené ve výplachu jsou studovány luminiscenčními nebo bituminologickými metodami.

Magnetické protokolování

Magnetické metody pro provádění těžby vrtů zahrnují několik způsobů, jak rozlišit horniny:

• magnetizací;
• o magnetické susceptibilitě (vytvoření umělého elektromagnetického pole);
• o nukleárních magnetických vlastnostech (tato technologie je také označována jako nukleární protokolování).

Síla magnetického pole je způsobena přítomností těles magnetické rudy a vrstev, které je podkládají a překrývají. Magnetické modulační senzory (flurosondy) slouží jako citlivé prvky downhole zařízení. Moderní přístroje dokážou měřit všechny tři složky vektoru magnetického pole a také magnetickou susceptibilitu.

Nukleární magnetický záznam má určit charakteristiky magnetického pole, které je indukováno jádry vodíku v pórové tekutině. Voda, plyn a ropa se liší obsahem vodíkových jader. Díky této vlastnosti je možné studovat nádrž a její propustnost, identifikovat typ tekutiny a rozlišovat typy hornin.

průzkum gravitace

Gravitní průzkum je metoda geofyzikálního průzkumu ložisek založená na nerovnoměrném rozložení gravitačního pole po délce vrtu. Podle účelu se rozlišují 2 typy takové těžby - k určení hustoty hornin vrstev, které studnu protínají, a k identifikaci polohy geologických objektů, které způsobují anomálii gravitace (změnu její hodnoty).

Skok posledního indikátoru nastává při přesunu z nádrže s nižší hustotou do hustších hornin. Podstatou metody je měření vertikální gravitace a stanovení tloušťky nádrže. Tato data vám umožní zjistit hustotu hornin.

Strunové a křemenné gravimetry se používají jako hlavní zařízení pro vrtání. První typ zařízení je nejpoužívanější. Takové gravimetry jsou elektromechanické vibrátory, ve kterých je na vertikálně upevněnou strunu se zavěšeným břemenem přiváděno střídavé napětí. Vibrátor je připojen ke generátoru a jeho kolísání frekvence slouží jako konečný parametr.

Zařízení

Metody geofyzikálního výzkumu se provádějí pomocí terénních geofyzikálních stanic, jejichž hlavními prvky jsou:

• downhole tools;
• naviják s mechanickým nebo elektromechanickým pohonem (z pomocného náhonu, elektrické sítě nebo nezávislého zdroje energie);
• řídicí jednotka pohonu;
• systém monitorování hlavních indikátorů vypínacích procedur (hloubka ponoření, rychlost sestupu do vrtu, tažná síla) - zobrazovací jednotka, napínací jednotka, hloubkový senzor;
• maznice vrtu pro utěsnění ústí vrtu během těžby vrtu (zahrnuje uzavírací ventily, ucpávku, přijímací komoru, tlakoměry a další vybavení);
• zařízení pro pozemní měření (na podvozku automobilu).

Zařízení pro údržbu hlubokých vrtůmohou být umístěny v karoseriích dvou automobilů. Laboratoře pro geofyzikální průzkum vrtů jsou namontovány na podvozku URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 a dalších. Karoserie vozu obvykle obsahuje 2 oddíly - pracovníka, ve kterém je umístěna technika a "převlékárnu" pro obsluhu.

Hlavními požadavky na vybavení jsou vysoká přesnost a spolehlivost geofyzikálních průzkumů. Práce ve studních je spojena se ztíženými podmínkami – velká hloubka, výrazné poklesy teplot, vibrace, otřesy. Zařízení je kompletováno dle požadavků zákazníka, použité metody a cílů práce. Pro geofyzikální výzkum v pobřežních vrtech se veškeré vybavení přepravuje v kontejnerech.

Interpretace výsledků

Výsledky geofyzikálních průzkumů jsou zpracovávány krok za krokem od hodnot měřicích přístrojů až po stanovení geofyzikálních parametrů nádrže:

1. Konverze signálů downhole zařízení.
2. Stanovení skutečných fyzikálních vlastností studovaných hornin. V této fázi mohou být vyžadovány další terénní geofyzikální práce.
3. Určení litologických a rezervoárových vlastností útvaru.
4. Využití získaných výsledků k řešení jednoho ze stanovených úkolů – identifikace ložisek nerostných surovin, jejich rozložení v regionu, stanovení geologického stáří hornin, koeficientů pórovitosti, obsahu jílu, nasycení plyny a ropnými látkami, propustnosti; identifikace nádrží, studium rysůgeologický úsek a další.

Interpretace geofyzikálních průzkumů se provádí různými metodami v závislosti na použité technologii (elektrické, radiometrické, tepelné atd.) a měřicích zařízeních. Moderní geofyzikální organizace provozují automatizované systémy sběru a zpracování dat (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight a další).