Geofysiikan tutkimus: tyypit, menetelmät ja tekniikat

2025 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-24 13:16

Geofysikaalisella tutkimuksella tutkitaan kallioita kaivon lähellä ja kaivojen välisissä tiloissa. Ne suoritetaan mittaamalla ja tulkitsemalla erilaisia luonnollisia tai keinotekoisia fyysisiä indikaattoreita. Tällä hetkellä on olemassa yli 50 geofysikaalista menetelmää.

Yleiset ominaisuudet

Geofysiikan tutkimus (GIS, tuotantogeofysiikka tai hakkuut) on joukko sovellettavia geofysiikan menetelmiä, joilla tutkitaan geologisia profiileja, hankitaan tietoa kaivojen teknisestä kunnosta ja tunnistetaan mineraaleja pohjamaassa.

GIS perustuu kivien erilaisiin fysikaalisiin ominaisuuksiin:

• sähkö;
• radioaktiivinen;
• magneettinen;
• lämpö ja muut.

Kaivojen geofysikaaliset tuotantotutkimukset ovat kaivojen geologisen dokumentaation pääasiallinen tyyppi. Niiden toteutuksen tarkoituksena on ratkaista useita teknisiä ongelmia (osien vertailusamanikäisten kerrostumien tunnistaminen, tuotantokerrostumien määrittäminen, merkkihorisontit, litologinen koostumus, muodostuman tärkeimmät ominaisuudet, jotka vaikuttavat kaivojen kehitykseen, kehitykseen ja toimintaan). Kaivonhakkuumenetelmän periaate on mitata kivien ominaisuuksia kuvaavia arvoja ja tulkita niitä.

Sähköiset menetelmät

Öljylähteiden sähkögeofysikaalisia tutkimuksia tehtäessä mitataan seuraavat ominaisuudet:

1. Sähköinen ominaisvastus (johdemineraalit, puolijohteet, eristeet).
2. Sähköinen ja magneettinen permeabiliteetti.
3. Kivien sähkökemiallinen aktiivisuus - luonnollinen (itsepolarisaatiopotentiaalimenetelmä) tai keinotekoisesti indusoitu (indusoitu polarisaatiopotentiaalimenetelmä).

Ensimmäinen ominaisuus liittyy sellaiseen ominaisuuteen kuin öljy- ja kaasukylläisten kivien lisääntynyt resistanssi, joka on öljy- ja kaasuesiintymien tunnistusominaisuus (ne eivät johda sähköä). Mittaukset arvioidaan käyttämällä vastuksen lisäyskerrointa, jonka avulla voit määrittää säiliön tärkeimmät ominaisuudet - huokoisuuskertoimen, veden sekä öljyn ja kaasun kyllästymiskertoimen. Tämän tekniikan yleisimmät tekniikat on kuvattu alla.

Näennäisen vastuksen menetelmä

Kolmella maadoituselektrodilla varustettu anturi (yksi syöttö ja 2 mittauselektrodia) lasketaan kaivoon ja neljäs (syöttö) asennetaan kaivon päähän. Kun anturi liikkuu pystysuunnassa porausreikää pitkin, potentiaaliero muuttuu. Erityinen sähköresistanssia kutsutaan näennäiseksi, koska se on laskettu homogeeniselle väliaineelle, mutta itse asiassa se on epähomogeeninen. Saatujen tietojen perusteella rakennetaan käyrät, joiden avulla on mahdollista määrittää säiliön rajat.

Sähköinen sivuääni

Mittauksissa käytetään suuripituisia gradienttiantureita (2-30 kaivon halkaisijan kerrannainen), mikä mahdollistaa porausnesteen vaikutuksen ja sen kallioihin tunkeutumissyvyyden huomioimisen todellisen muodostusvastus.

Suojattu maadoitusmenetelmä seitsemällä tai kolmella elektrodilla

Seitsemän elektrodin mittapäässä virran voimakkuutta säädetään siten, että potentiaalien tasaisuus varmistetaan reiän akselin keski- ja ääripisteissä. Tämä tehdään kohdistetun sähkövarauksen ohjaamiseksi kallioon. Tuloksena on myös näennäinen vastus.

Induktiomenetelmä

Kaivoon lasketaan mittapää, jossa on lähetys- ja vastaanottokäämit, vaihtovirtageneraattori ja tasasuuntaaja. Indusoitua EMF:ää luotaessa määritetään muodostuman näennäinen sähkönjohtavuus.

Dielektrinen menetelmä

Samanlainen kuin edellinen, mutta sähkömagneettisen kentän taajuus kelassa on suuruusluokkaa suurempi. Tätä menetelmää käytetään määrittämään säiliön kyllästymisen luonne, kun veden suolapitoisuus on alhainen.

On olemassa myös menetelmä mikrokoettimilla (niiden koko ei ylitä 5 cm) kiven sähkövastuksen mittaamiseksi,suoraan porareiän seinän vieressä.

Radiometria

Radiometriset geofysikaaliset tutkimusmenetelmät perustuvat ydinsäteilyn (useimmiten neutronien ja gammasäteiden) havaitsemiseen. Yleisimmät menetelmät ovat:

• luonnollinen kivisäteily (ɣ-menetelmä);
• hajallaan ɣ säteilyä;
• neutroni-neutroni (kiviatomien ytimien hajottamien neutronien rekisteröinti);
• pulssineutroni;
• neutronien aktivaatio (ɣ-keinotekoisten radioaktiivisten isotooppien säteily, joka syntyy neutronien absorptiosta);
• ydinmagneettinen resonanssi;
• neutronin ɣ-menetelmä (ɣ-säteilyn neutronien sieppaussäteily).

Menetelmät perustuvat gammasäteilyvuon tiheyden vaimenemislakiin, neutronien sironnan vaikutukseen ja absorptioon kalliossa. Tämän perusteella määritetään kivien tiheys, niiden mineraalikoostumus, savipitoisuus, murtuminen ja seurataan kairauslaitteiden radioaktiivista kontaminaatiota.

Seismoakustiset menetelmät

Akustiset menetelmät perustuvat luonnollisen tai keinotekoisen äänivärähtelyn mittaamiseen. Ensimmäisessä tapauksessa tehdään geologisia ja geofysikaalisia tutkimuksia meluista, joita syntyy kaasun tai öljyn päästäessä porausreikään, ja mitataan myös poraustyökalun värähtelyspektri kallion tunkeutumisen aikana.

Menetelmät äänen tai ultraäänispektrin keinotekoisten värähtelyjen tutkimiseksi perustuvat aallon etenemisajan mittaamiseen taivärähtelyamplitudin vaimennus. Äänen etenemisnopeus riippuu useista parametreista:

• kivien mineraalikoostumus;
• niiden kaasuöljykyllästymisaste;
• litologiset piirteet;
• savuus;
• stressin jakautuminen kivissä;
• sementointi ja muut.

Kaivoon laskettu anturi koostuu lähettimestä ja vastaanottimesta, jotka on erotettu akustisilla eristeillä. Kairareiän geometrian vaikutuksen vähentämiseksi mittaustuloksissa käytetään yleensä kolmen tai neljän elementin antureita. Reikätyökalu liitetään pintalaitteistoon kaapelilla. Vastaanottimen signaali digitoidaan ja näytetään näytöllä.

Tämän menetelmän avulla tehdään säiliöosan, suurten maanalaisten onteloiden litologisen dissektion tutkimuksia, säiliön ominaisuuksien määrittämistä ja vesileikkauksen hallintaa.

Lämpöhaku

Lämpölogon perusta kenttägeofysikaalisissa tutkimuksissa on kaivon reiän varrella vallitsevan lämpötilagradientin tutkimus, joka liittyy kivien erilaisiin lämpöominaisuuksiin (luonnollisen ja keinotekoisen lämpökentän menetelmät). Tärkeimpien kiviä muodostavien mineraalien lämmönjohtavuus vaihtelee välillä 1,3-8 W / (m∙K), ja korkeassa kaasukyllästymisessä se laskee useita kertoja.

Keinotekoisia lämpökenttiä syntyy porauksen aikana huuhtelunesteen tai sähkölämmittimien asennuksen avulla kaivoon. Lämpötilagradientin mittaamiseen useimmitenkäytetään sähkövastuslämpömittareita. Päätunnistinelementtinä käytetään kuparilankaa ja puolijohdemateriaaleja.

Lämpötilan muutos tallennetaan epäsuorasti - tämän elementin sähkövastuksen suuruuden mukaan. Mittauspiirissä on myös elektroninen oskillaattori, jonka värähtelyjakso vaihtelee vastuksen mukaan. Sen taajuus mitataan erikoislaitteella ja taajuusmittarissa syntyvä vakiojännite välitetään visuaaliseen havainnointilaitteistoon.

Tällä tekniikalla tehtävä geofysikaalinen tutkimus mahdollistaa tiedon saamisen kentän geologisesta rakenteesta, öljyä, kaasua ja vettä sisältävien muodostumien tunnistamisen, niiden virtausnopeuden määrittämisen, antikliinisten rakenteiden ja suolakupolien sekä kenttään liittyvien lämpöpoikkeamien havaitsemisen. hiilivetyjen tulva. Tämän tekniikan käyttö on erityisen tärkeää alueilla, joilla on aktiivista vulkaanista toimintaa.

Geokemialliset GIS-menetelmät

Geokemialliset tutkimusmenetelmät perustuvat porausnesteen kaasukyllästymisen ja kaivon huuhtelun aikana muodostuvien pistosten suoraan tutkimukseen. Ensimmäisessä tapauksessa hiilivetykaasujen pitoisuuden määritys voidaan suorittaa suoraan porauksen aikana tai sen jälkeen. Porausnesteestä poistetaan kaasu erikoisyksikössä, jonka jälkeen hiilivetypitoisuus määritetään hakkuuasemalla sijaitsevalla kaasuanalysaattori-kromatografilla.

Liete tai poratun kiven hiukkaset,porausnesteen sisältämiä aineita tutkitaan luminoivilla tai bituminologisilla menetelmillä.

Magneettinen kirjaus

Magneettiset menetelmät kaivonhakkuiden suorittamiseen sisältävät useita tapoja erottaa kivet:

• magnetoimalla;
• magneettisesta sustseptiivisuudesta (keinotekoisen sähkömagneettisen kentän luominen);
• ydinmagneettisista ominaisuuksista (tätä tekniikkaa kutsutaan myös ydinmateriaalin kirjaamiseksi).

Magneettisen kentän voimakkuus johtuu niiden alla olevista ja päällekkäisistä magneettisista malmikappaleista ja kerroksista. Magneettiset modulaatioanturit (flurosondit) toimivat porausreikien herkkinä elementteinä. Nykyaikaisilla instrumenteilla voidaan mitata kaikki kolme magneettikenttävektorin komponenttia sekä magneettinen susceptibiliteetti.

Ydinmagneettisen kirjauksen tarkoituksena on määrittää huokosnesteen vetyytimien indusoiman magneettikentän ominaisuudet. Vesi, kaasu ja öljy eroavat toisistaan vetyytimien pitoisuudessa. Tämän ominaisuuden ansiosta on mahdollista tutkia säiliötä ja sen läpäisevyyttä, tunnistaa nesteen tyyppi ja erottaa kivilajit.

painovoimatutkimus

Painovoimatutkimus on esiintymien geofysikaalisen tutkimuksen menetelmä, joka perustuu painovoimakentän epätasaiseen jakautumiseen kaivon reiän pituudella. Tarkoituksen mukaan tällaisia hakkuita erotetaan 2 tyyppiä - kaivon ylittävien kerrosten kivitiheyden määrittäminen ja painovoimapoikkeaman (sen arvon muutoksen) aiheuttavien geologisten kohteiden sijainnin tunnistaminen.

Viimeisen osoittimen hyppy tapahtuu siirryttäessä pienemmän tiheyden omaavasta säiliöstä tiheämpään kiviin. Menetelmän ydin on mitata pystysuora painovoima ja määrittää säiliön paksuus. Näiden tietojen avulla voit selvittää kivien tiheyden.

Jie- ja kvartsigravimetrit ovat pääasiallisena porausreiän laitteistona. Ensimmäinen laitetyyppi on eniten käytetty. Tällaiset gravimetrit ovat sähkömekaanisia värähtelylaitteita, joissa vaihtojännite syötetään pystysuoraan kiinteään nauhaan riippuvaisella kuormalla. Vibraattori on kytketty generaattoriin ja sen taajuusvaihtelut toimivat viimeisenä parametrina.

Varusteet

Geofysiikan tutkimusmenetelmiä tehdään kenttägeofysiikan asemien avulla, joiden pääelementit ovat:

• pohjatyökalut;
• vinssi mekaanisella tai sähkömekaanisella käyttövoimalla (voimanotosta, sähköverkosta tai itsenäisestä voimanlähteestä);
• käytön ohjausyksikkö;
• valvontajärjestelmä laukaisutoimenpiteiden pääindikaattoreille (upotuksen syvyys, kaivoon laskeutumisen nopeus, jännitysvoima) - näyttöyksikkö, jännitysyksikkö, syvyysanturi;
• porareiän voitelulaite kaivon pään tiivistämiseen kaivonkorjauksen aikana (sisältää sulkuventtiilit, tiivistepesän, vastaanottokammion, painemittarit ja muut instrumentit);
• maamittauslaitteet (auton alustaan).

Syvän kaivon huoltolaitteetvoidaan sijoittaa kahden auton koriin. Laboratoriot kaivojen geofysikaalista tutkimusta varten on asennettu URAL-, GAZ-2752 Sobol-, KamAZ-, GAZ-33081- ja muiden runkoon. Auton rungossa on yleensä 2 lokeroa - työntekijä, jossa varusteet sijaitsevat, ja "vaihtotalo" huoltohenkilöstöä varten.

Laitteille asetettuja päävaatimuksia ovat geofysikaalisten tutkimusten korkea tarkkuus ja luotettavuus. Kaivoissa työskentelemiseen liittyy vaikeita olosuhteita - suuri syvyys, merkittävät lämpötilan pudotukset, tärinä, tärinä. Laitteet valmistetaan asiakkaan vaatimusten, käytetyn menetelmän ja työn tavoitteiden mukaisesti. Offshore-kaivojen geofysikaaliseen tutkimukseen kaikki laitteet kuljetetaan konteissa.

Tulosten tulkinta

Geofysiikan tutkimustulokset käsitellään askel askeleelta mittauslaitteiden arvoista säiliön geofysikaalisten parametrien määritykseen:

1. Reiän laitteiden signaalien muuntaminen.
2. Tutkittujen kivien todellisten fysikaalisten ominaisuuksien määrittäminen. Tässä vaiheessa saatetaan tarvita lisää geofysikaalista kenttätyötä.
3. muodostelman litologisten ja säiliöominaisuuksien määritys.
4. Saatujen tulosten avulla ratkaistaan yksi asetetuista tehtävistä - mineraaliesiintymien tunnistaminen, niiden jakautuminen koko alueelle, kivien geologisen iän, huokoisuuskertoimien, savipitoisuuden, kaasun ja öljyn kyllästymisen, läpäisevyyden määrittäminen; altaiden tunnistaminen, ominaisuuksien tutkiminengeologinen osa ja muut.

Geofysiikan mittausten tulkinta suoritetaan eri menetelmillä riippuen käytetystä tekniikasta (sähkö, radiometrinen, lämpö jne.) ja mittalaitteista. Nykyaikaiset geofysikaaliset organisaatiot käyttävät automatisoituja tiedonkeruu- ja käsittelyjärjestelmiä (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight ja muut).