Геофизични изследвания: видове, методи и технологии

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Геофизичните изследвания се използват за изследване на скали в близост до кладенеца и между кладенеца. Те се извършват чрез измерване и интерпретиране на естествени или изкуствени физически показатели от различен тип. В момента има повече от 50 геофизични метода.

Общи характеристики

Геофизични изследвания (ГИС, производствена геофизика или каротаж) е набор от приложни геофизични методи, използвани за изследване на геоложки профили, получаване на информация за техническото състояние на кладенците и идентифициране на минерали в подпочвените слоеве.

GIS се основава на различни физически свойства на скалите:

• електрически;
• радиоактивен;
• магнитен;
• термални и други.

Производствените геофизични проучвания на кладенци са основният вид геоложка документация на кладенците. Целта на тяхното изпълнение е да се решат редица технически проблеми (сравнение на раздели заидентифициране на пластове от една и съща възраст, определяне на продуктивни пластове, маркерни хоризонти, литоложки състав, основните характеристики на формацията, които влияят върху развитието, развитието и експлоатацията на кладенци). Принципът на всеки метод за дърводобив е да се измерват стойностите, които характеризират свойствата на скалите и да се интерпретират.

Електрически методи

При извършване на електрогеофизични проучвания на нефтени кладенци се измерват следните характеристики:

1. Електрическо съпротивление (проводникови минерали, полупроводници, диелектрици).
2. Електрическа и магнитна пропускливост.
3. Електрохимична активност на скалите - естествена (метод на потенциал за самополяризация) или изкуствено предизвикана (метод на индуциран поляризационен потенциал).

Първата характеристика е свързана с такава особеност като повишено съпротивление на наситените с нефт и газ скали, което е идентификационен признак на нефтените и газовите находища (те не провеждат електричество). Измерванията се оценяват с помощта на коефициента на увеличаване на съпротивлението, което ви позволява да определите най-важните характеристики на резервоара - коефициентът на порьозност, наситеност с вода и нефт и газ. Най-често срещаните техники на тази технология са описани по-долу.

Метод на привидна устойчивост

Сонда с три заземяващи електрода (един захранващ и 2 измервателни електрода) се спуска в кладенеца, а четвъртият (захранващ) се монтира на главата на кладенеца. Когато сондата се движи вертикално по кладенеца, разликата в потенциала се променя. Специфични електрическисъпротивлението се нарича привидно, защото е изчислено за хомогенна среда, но всъщност е нехомогенно. Въз основа на получените данни се изграждат криви, по които е възможно да се определят границите на резервоара.

Странично електрическо звучене

Градиентни сонди с голяма дължина (кратно на 2-30 диаметъра на кладенеца) се използват при измервания, което позволява да се вземе предвид влиянието на сондажната течност и дълбочината на нейното проникване в скалите, за да се определи истинската съпротивление на образуването.

Екраниран метод за заземяване със седем или три електродни сонди

При сонда със седем електрода силата на тока се регулира така, че да се гарантира равенството на потенциалите в централната и крайната точки по оста на сондажа. Това се прави, за да се насочи фокусиран лъч електрически заряд към скалата. Резултатът също е видимо съпротивление.

Метод на индукция

В кладенеца се спуска сонда с излъчваща и приемаща намотки, алтернатор и токоизправител. При създаването на индуцираната ЕМП се определя привидната електрическа проводимост на формацията.

Диелектричен метод

Подобно на предишния, но честотата на електромагнитното поле в намотката е с порядък по-висока. Този метод се използва за определяне на естеството на насищане на резервоара с ниска соленост на водата.

Има и метод на микросонди (техният размер не надвишава 5 см) за измерване на електрическото съпротивление на скалата,в непосредствена близост до стената на сондажа.

Радиометрия

Радиометричните геофизични изследователски методи се основават на откриването на ядрено лъчение (най-често неутрони и гама лъчи). Най-често срещаните методи са:

• естествена скална радиация (ɣ-метод);
• разпръсната ɣ радиация;
• неутрон-неутрон (регистриране на неутрони, разпръснати от ядрата на атомите на скалата);
• импулсен неутрон;
• неутронно активиране (ɣ-радиация на изкуствени радиоактивни изотопи, произтичаща от абсорбцията на неутрони);
• ядрено-магнитен резонанс;
• неутрон ɣ-метод (ɣ-радиативно неутронно улавяне на радиация).

Методите се основават на закона за затихване на плътността на потока на гама-лъчението, ефекта от разсейването и поглъщането на неутроните в скалата. Въз основа на това се определя плътността на скалите, минералният им състав, съдържанието на глина, раздробяването и се следи радиоактивното замърсяване на сондажното оборудване.

Сеизмоакустични методи

Акустичните методи се основават на измерване на естествени или изкуствени звукови вибрации. В първия случай се извършват геоложки и геофизични изследвания на шумове, които възникват при навлизане на газ или нефт в сондажа, както и измерване на спектъра на вибрациите на сондажния инструмент при проникване на скали..

Методите за изследване на изкуствени трептения на звуковия или ултразвуковия спектър се основават на измерване на времето за разпространение на вълната илизатихване на амплитудата на трептене. Скоростта на разпространение на звука зависи от няколко параметъра:

• минерален състав на скалите;
• степента на тяхното газо-нафтово насищане;
• литологични характеристики;
• глинест;
• разпределение на напрежението в скалите;
• циментиране и други.

Сондата, спусната в кладенеца, се състои от предавател и приемник, разделени от акустични изолатори. За да се намали ефектът от геометрията на сондажа върху резултатите от измерването, обикновено се използват три- или четириелементни сонди. Инструментът за спускане на сонда е свързан към повърхностното оборудване с кабел. Сигналът от приемника се дигитализира и се показва на екрана.

С помощта на този метод се извършват изследвания на литоложката дисекция на участъка на резервоара, големи подземни кухини, определят се свойствата на резервоара и се контролира изрязването на водата.

Термичен дърводобив

В основата на термичния каротаж при полеви геофизични проучвания е изследването на температурния градиент по протежение на сондажа, който е свързан с различни топлинни свойства на скалите (методи на естествено и изкуствено топлинно поле). Топлопроводимостта на основните скалообразуващи минерали варира от 1,3-8 W / (m∙K), като при високо насищане с газ пада няколко пъти.

Изкуствени топлинни полета се създават по време на сондиране с помощта на промиваща течност или инсталиране на електрически нагреватели в кладенеца. За измерване на температурния градиент най-честоИзползват се сондажни електрически съпротивителни термометри. Медна тел и полупроводникови материали се използват като основен сензорен елемент.

Промяната в температурата се записва индиректно - чрез големината на електрическото съпротивление на този елемент. Измервателната верига съдържа и електронен осцилатор, чийто период на трептене варира в зависимост от съпротивлението. Неговата честота се измерва от специално устройство, а постоянното напрежение, генерирано в честотомера, се предава към оборудването за визуално наблюдение.

Извършването на геофизични изследвания с помощта на тази техника позволява получаване на информация за геоложката структура на находището, идентифициране на нефтени, газо- и водоносни образувания, определяне на техния дебит, откриване на антиклинални структури и солни куполи, термични аномалии, свързани с приток на въглеводороди. Използването на тази технология е особено уместно в райони с активна вулканична дейност.

Геохимични ГИС методи

Методите за геохимично изследване се основават на директно изследване на насищането с газ на сондажния флуид и шламовете, образувани по време на промиване на кладенеца. В първия случай определянето на съдържанието на въглеводородни газове може да се извърши директно по време на сондиране или след него. Сондажният флуид се дегазира в специално устройство, след което съдържанието на въглеводороди се определя с помощта на газов анализатор-хроматограф, разположен в станцията за дърводобив.

Суспензия или частици от пробита скала,съдържащите се в сондажната течност се изследват чрез луминесцентни или битумологични методи.

Магнитно регистриране

Магнитните методи за провеждане на дърводобив включват няколко начина за разграничаване на скалите:

• чрез намагнитване;
• за магнитна чувствителност (създаване на изкуствено електромагнитно поле);
• за ядрено-магнитни свойства (тази технология се нарича още ядрен дърводобив).

Силата на магнитното поле се дължи на наличието на магнитни рудни тела и слоеве, които ги лежат и припокриват. Сензорите за магнитна модулация (флуорозонди) служат като чувствителни елементи на сондажното оборудване. Съвременните инструменти могат да измерват и трите компонента на вектора на магнитното поле, както и магнитната чувствителност.

Ядрено магнитно каротаж е да се определят характеристиките на магнитното поле, което се индуцира от водородни ядра в поровата течност. Водата, газът и нефтът се различават по съдържанието на водородни ядра. Благодарение на това свойство е възможно да се изследва резервоарът и неговата пропускливост, да се идентифицира типът на флуида и да се разграничат видовете съставляващи скали.

гравитационно изследване

Гравитационното проучване е метод за геофизично проучване на находища, базиран на неравномерно разпределение на гравитационното поле по дължината на сондажа. По предназначение се разграничават 2 вида такъв дърводобив - за определяне на плътността на скалите на слоевете, които пресичат кладенеца, и за идентифициране на местоположението на геоложки обекти, които причиняват аномалия в гравитацията (промяна в нейната стойност).

Скокът на последния индикатор се получава при преминаване от резервоар с по-ниска плътност към по-плътни скали. Същността на метода е да се измери вертикалната гравитация и да се определи дебелината на резервоара. Тези данни ви позволяват да разберете плътността на скалите.

Струнни и кварцови гравиметри се използват като основно оборудване за долната сонда. Първият тип устройства е най-широко използван. Такива гравиметри са електромеханичен вибратор, в който се прилага променливо напрежение към вертикално фиксирана струна с окачен товар. Вибраторът е свързан към генератор и неговите честотни флуктуации служат като краен параметър.

Оборудване

Геофизичните методи за изследване се извършват с помощта на полеви геофизични станции, чиито основни елементи са:

• изходни инструменти;
• лебедка с механично или електромеханично задвижване (от задвижващия механизъм, електрическа мрежа или независим източник на захранване);
• блок за управление на задвижването;
• система за наблюдение на основните индикатори на процедурите за задействане (дълбочина на потапяне, скорост на спускане в кладенеца, сила на опън) - дисплей, модул за напрежение, сензор за дълбочина;
• смазка за сондажен отвор за запечатване на главата на кладенеца по време на дърводобив (включва спирателни клапани, пълнежна кутия, приемна камера, манометри и други инструменти);
• наземно измервателно оборудване (на шасито на автомобил).

Оборудване за поддръжка на дълбоки кладенциможе да се намира в каросерията на две коли. Лаборатории за геофизично проучване на кладенци са монтирани на шасито на УРАЛ, ГАЗ-2752 Собол, КамАЗ, ГАЗ-33081 и др. Каросерията на автомобила обикновено включва 2 отделения - работническо, в което се намира оборудването, и "съблекалня" за обслужващ персонал.

Основните изисквания към оборудването са висока точност и надеждност на геофизичните проучвания. Работата в кладенци е свързана с трудни условия - голяма дълбочина, значителни температурни спадове, вибрации, разклащане. Оборудването е изпълнено според изискванията на клиента, използвания метод и целите на работата. За геофизични изследвания в офшорни кладенци цялото оборудване се транспортира в контейнери.

Интерпретация на резултатите

Резултатите от геофизичните проучвания се обработват стъпка по стъпка от стойностите на измервателните уреди до определянето на геофизичните параметри на резервоара:

1. Преобразуване на сигнали от сондажно оборудване.
2. Определяне на истинските физични свойства на изследваните скали. На този етап може да се наложи допълнителна полева геофизична работа.
3. Определяне на литологични и резервоарни свойства на формацията.
4. Използване на получените резултати за решаване на една от поставените задачи - идентифициране на минерални находища, тяхното разпространение в района, определяне на геоложката възраст на скалите, коефициенти на порьозност, глинесто съдържание, наситеност на газ и нефт, пропускливост; идентифициране на резервоари, проучване на характеристикитегеоложки разрез и други.

Интерпретацията на геофизичните проучвания се извършва по различни методи в зависимост от използваната технология (електрическа, радиометрична, термична и др.) и измервателна техника. Съвременните геофизични организации работят с автоматизирани системи за събиране и обработка на данни (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight и други).