Ģeofiziskie pētījumi: veidi, metodes un tehnoloģijas

2025 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-24 13:21

Ģeofizikālos pētījumus izmanto, lai pētītu iežus tuvu urbumam un starpurbumiem. Tos veic, mērot un interpretējot dažāda veida dabiskos vai mākslīgos fiziskos rādītājus. Pašlaik ir vairāk nekā 50 ģeofizikālās metodes.

Vispārīgās īpašības

Ģeofizikālā izpēte (ĢIS, ražošanas ģeofizika vai mežizstrāde) ir lietišķo ģeofizikas metožu kopums, ko izmanto, lai pētītu ģeoloģiskos profilus, iegūtu informāciju par urbumu tehnisko stāvokli un identificētu derīgos izrakteņus zemes dzīlēs.

ĢIS pamatā ir dažādas iežu fizikālās īpašības:

• elektrisks;
• radioaktīvs;
• magnētisks;
• termālā un citi.

Aku ražošanas ģeofiziskie uzmērījumi ir galvenais urbumu ģeoloģiskās dokumentācijas veids. To ieviešanas mērķis ir atrisināt vairākas tehniskas problēmas (sadaļu salīdzinājums parviena vecuma slāņu noteikšana, produktīvo slāņu noteikšana, marķieru horizonti, litoloģiskā sastāva, veidojuma galvenās īpašības, kas ietekmē urbumu attīstību, attīstību un darbību). Jebkuras aku mežizstrādes metodes princips ir izmērīt vērtības, kas raksturo iežu īpašības, un tās interpretēt.

Elektriskās metodes

Veicot naftas urbumu elektriskās ģeofizikālās izpētes, tiek mērīti šādi raksturlielumi:

1. Elektriskā pretestība (vadītāju minerāli, pusvadītāji, dielektriķi).
2. Elektriskā un magnētiskā caurlaidība.
3. Iežu elektroķīmiskā aktivitāte - dabiska (pašpolarizācijas potenciāla metode) vai mākslīgi inducēta (inducētās polarizācijas potenciāla metode).

Pirmais raksturlielums ir saistīts ar tādu pazīmi kā palielināta naftas un gāzes piesātināto iežu pretestība, kas ir naftas un gāzes atradņu identifikācijas pazīme (tās nevada elektrību). Mērījumus novērtē, izmantojot pretestības palielināšanas koeficientu, kas ļauj noteikt svarīgākos rezervuāra raksturlielumus - porainības, ūdens un naftas un gāzes piesātinājuma koeficientu. Visizplatītākie šīs tehnoloģijas paņēmieni ir aprakstīti tālāk.

Acīmredzamās pretestības metode

Zonde ar trim zemējuma elektrodiem (viens padeve un 2 mērīšanas elektrodi) tiek nolaista akā, bet ceturtā (padeves) ir uzstādīta pie akas galviņas. Kad zonde pārvietojas vertikāli gar urbumu, potenciālā atšķirība mainās. Specifiska elektriskāpretestību sauc par šķietamo, jo tā tiek aprēķināta viendabīgai barotnei, bet patiesībā tā ir nehomogēna. Pamatojoties uz iegūtajiem datiem, tiek veidotas līknes, pēc kurām iespējams noteikt rezervuāra robežas.

Sānu elektriskā zonde

Mērījumos tiek izmantotas liela garuma gradienta zondes (2-30 urbumu diametru daudzkārtnis), kas ļauj, ņemot vērā urbšanas šķidruma ietekmi un tā iespiešanās dziļumu klintīs, noteikt patieso. veidošanās pretestība.

Ekranēta zemējuma metode ar septiņām vai trim elektrodu zondēm

Septiņu elektrodu zondē strāvas stiprums tiek regulēts tā, lai centrālajā un galējā punktā pa urbuma asi tiktu nodrošināta potenciālu vienlīdzība. Tas tiek darīts, lai novirzītu fokusētu elektriskā lādiņa staru klintī. Rezultāts ir arī šķietama pretestība.

Indukcijas metode

Akā tiek nolaista zonde ar izstarojošām un uztveršanas spolēm, ģeneratoru un taisngriezi. Veidojot inducēto EML, nosaka veidojuma šķietamo elektrovadītspēju.

Dielektriskā metode

Līdzīgi kā iepriekšējais, bet elektromagnētiskā lauka frekvence spolē ir par kārtu augstāka. Šo metodi izmanto, lai noteiktu rezervuāra piesātinājuma raksturu ar zemu ūdens sāļumu.

Ir arī metode ar mikrozondēm (to izmērs nepārsniedz 5 cm), lai izmērītu iežu elektrisko pretestību,tieši blakus urbuma sienai.

Radiometrija

Radiometriskās ģeofizikālās izpētes metodes ir balstītas uz kodolstarojuma (visbiežāk neitronu un gamma staru) noteikšanu. Visizplatītākās metodes ir:

• dabiskais iežu starojums (ɣ-metode);
• izkliedēts ɣ starojums;
• neitroni-neitroni (ar iežu atomu kodoliem izkliedētu neitronu reģistrēšana);
• impulsa neitrons;
• neitronu aktivācija (ɣ- mākslīgo radioaktīvo izotopu starojums, kas rodas neitronu absorbcijas rezultātā);
• kodolmagnētiskā rezonanse;
• neitronu ɣ-metode (ɣ-radiatīvais neitronu uztveršanas starojums).

Metodes ir balstītas uz gamma starojuma plūsmas blīvuma vājināšanās likumu, neitronu izkliedes un absorbcijas efektu klintī. Pamatojoties uz to, tiek noteikts iežu blīvums, to minerālais sastāvs, mālu saturs, plaisāšana, kā arī tiek uzraudzīts urbumu urbšanas iekārtu radioaktīvais piesārņojums.

Seismoakustiskās metodes

Akustisko metožu pamatā ir dabisko vai mākslīgo skaņas vibrāciju mērīšana. Pirmajā gadījumā tiek veikti ģeoloģiskie un ģeofiziskie pētījumi par trokšņiem, kas rodas, gāzei vai eļļai nonākot urbumā, kā arī tiek mērīts urbšanas instrumenta vibrāciju spektrs iežu iespiešanās laikā.

Skaņas vai ultraskaņas spektra mākslīgo svārstību izpētes metodes ir balstītas uz viļņa izplatīšanās laika mērīšanu vaisvārstību amplitūdas slāpēšana. Skaņas izplatīšanās ātrums ir atkarīgs no vairākiem parametriem:

• iežu minerālais sastāvs;
• to gāzeļļas piesātinājuma pakāpe;
• litoloģiskās pazīmes;
• māls;
• stresa sadalījums akmeņos;
• cementēšana un citi.

Akā nolaistā zonde sastāv no raidītāja un uztvērēja, kas atdalīti ar akustiskajiem izolatoriem. Lai samazinātu urbuma ģeometrijas ietekmi uz mērījumu rezultātiem, parasti izmanto trīs vai četru elementu zondes. Dziļurbuma instruments ir savienots ar virsmas aprīkojumu ar kabeli. Uztvērēja signāls tiek digitalizēts un parādīts ekrānā.

Ar šīs metodes palīdzību tiek veikti rezervuāra posma, lielu pazemes dobumu litoloģiskās atdalīšanas pētījumi, noteiktas rezervuāra īpašības un kontrolēta ūdens atgriešana.

Termiskā reģistrēšana

Silmiskās mežizstrādes pamats lauka ģeofizikālajos pētījumos ir temperatūras gradienta izpēte gar urbumu, kas ir saistīta ar dažādām iežu termiskajām īpašībām (dabiskā un mākslīgā termiskā lauka metodēm). Galveno iežu veidojošo minerālu siltumvadītspēja svārstās no 1,3 līdz 8 W / (m∙K), un pie liela gāzes piesātinājuma tā samazinās vairākas reizes.

Urbšanas laikā ar skalošanas šķidruma palīdzību vai elektrisko sildītāju uzstādīšanu akā tiek radīti mākslīgie termiskie lauki. Temperatūras gradienta mērīšanai visbiežāktiek izmantoti urbuma elektriskās pretestības termometri. Kā galvenais sensora elements tiek izmantots vara stieple un pusvadītāju materiāli.

Temperatūras izmaiņas tiek reģistrētas netieši - pēc šī elementa elektriskās pretestības lieluma. Mērīšanas ķēdē ir arī elektroniskais oscilators, kura svārstību periods mainās atkarībā no pretestības. Tā frekvenci mēra ar speciālu ierīci, un frekvences mērītājā ģenerētais pastāvīgais spriegums tiek pārraidīts uz vizuālās novērošanas iekārtu.

Ģeofizikālās izpētes veikšana, izmantojot šo paņēmienu, ļauj iegūt informāciju par lauka ģeoloģisko uzbūvi, identificēt naftu, gāzi un ūdeni saturošus veidojumus, noteikt to plūsmas ātrumu, atklāt antiklinālās struktūras un sāls kupolus, termiskās anomālijas, kas saistītas ar ogļūdeņražu pieplūdums. Šīs tehnoloģijas izmantošana ir īpaši aktuāla apgabalos ar aktīvu vulkānisku darbību.

Ģeoķīmiskās ĢIS metodes

Ģeoķīmiskās izpētes metodes ir balstītas uz tiešu urbšanas šķidruma piesātinājuma ar gāzi izpēti un urbuma skalošanas laikā izveidotajiem atgriezumiem. Pirmajā gadījumā ogļūdeņražu gāzu satura noteikšanu var veikt tieši urbšanas laikā vai pēc tās. Urbšanas šķidrums tiek degazēts īpašā vienībā, un pēc tam ogļūdeņraža saturu nosaka, izmantojot gāzu analizatoru-hromatogrāfu, kas atrodas mežizstrādes stacijā.

Virsca vai urbta akmens daļiņas,urbšanas šķidrumā esošās vielas tiek pētītas ar luminiscējošām vai bituminoloģiskām metodēm.

Magnētiskā reģistrēšana

Magnētiskās metodes aku mežizstrādei ietver vairākus veidus, kā atšķirt iežus:

• ar magnetizāciju;
• par magnētisko jutību (mākslīga elektromagnētiskā lauka radīšana);
• par kodolmagnētiskajām īpašībām (šo tehnoloģiju dēvē arī par kodolenerģijas reģistrēšanu).

Magnētiskā lauka stiprums ir saistīts ar magnētisko rūdas ķermeņu un slāņu klātbūtni, kas atrodas to pamatā un pārklājas. Magnētiskās modulācijas sensori (flurozondes) kalpo kā jutīgi urbumu aprīkojuma elementi. Mūsdienu instrumenti var izmērīt visas trīs magnētiskā lauka vektora sastāvdaļas, kā arī magnētisko jutību.

Kodolmagnētiskā reģistrēšana ir paredzēta, lai noteiktu magnētiskā lauka raksturlielumus, ko inducē ūdeņraža kodoli poru šķidrumā. Ūdens, gāze un eļļa atšķiras pēc ūdeņraža kodolu satura. Pateicoties šai īpašībai, ir iespējams izpētīt rezervuāru un tā caurlaidību, noteikt šķidruma veidu un atšķirt iežu veidus.

gravitācijas izpēte

Gravitācijas izpēte ir atradņu ģeofiziskās izpētes metode, kuras pamatā ir nevienmērīgs gravitācijas lauka sadalījums urbuma garumā. Pēc mērķa izšķir 2 šādas mežizstrādes veidus - noteikt slāņu iežu blīvumu, kas šķērso aku, un noteikt ģeoloģisko objektu atrašanās vietu, kas izraisa gravitācijas anomāliju (tās vērtības izmaiņas).

Pēdējā indikatora lēciens notiek, pārejot no rezervuāra ar mazāku blīvumu uz blīvākiem akmeņiem. Metodes būtība ir izmērīt vertikālo gravitāciju un noteikt rezervuāra biezumu. Šie dati ļauj noskaidrot iežu blīvumu.

Stīgu un kvarca gravimetri tiek izmantoti kā galvenais urbumu aprīkojums. Pirmā veida ierīces tiek izmantotas visplašāk. Šādi gravimetri ir elektromehānisks vibrators, kurā vertikāli fiksētai virknei ar piekārtu slodzi tiek pielikts maiņspriegums. Vibrators ir savienots ar ģeneratoru, un tā frekvences svārstības kalpo kā pēdējais parametrs.

Aprīkojums

Ģeofizikālās izpētes metodes tiek veiktas ar lauka ģeofizikālo staciju palīdzību, kuru galvenie elementi ir:

• urbuma rīki;
• vinča ar mehānisko vai elektromehānisko piedziņu (no jūgvārpstas, elektrotīkla vai neatkarīga barošanas avota);
• piedziņas vadības bloks;
• pārraudzības sistēma galvenajiem izslēgšanas procedūru indikatoriem (iegremdēšanas dziļums, nolaišanās ātrums akā, spriegošanas spēks) - displeja bloks, spriegojuma bloks, dziļuma sensors;
• urbuma eļļotājs urbuma galviņas blīvēšanai urbuma veidošanas laikā (ietver slēgvārstus, blīves kārbu, uztveršanas kameru, manometrus un citus instrumentus);
• zemes mērīšanas iekārta (uz automašīnas šasijas).

Dziļās aku apkopes iekārtasvar atrasties divu automašīnu virsbūvēs. Laboratorijas urbumu ģeofiziskajai izpētei ir uzstādītas uz URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 un citu šasijas. Automašīnas virsbūvei parasti ir 2 nodalījumi - strādnieks, kurā atrodas tehnika, un "pārģērbšanās māja" apkalpojošajam personālam.

Galvenās prasības iekārtām ir augsta ģeofizisko pētījumu precizitāte un uzticamība. Darbs akās ir saistīts ar sarežģītiem apstākļiem – lielu dziļumu, ievērojamu temperatūras kritumu, vibrācijām, kratīšanu. Iekārtas komplektētas atbilstoši pasūtītāja prasībām, izmantotajai metodei un darba mērķiem. Ģeofizikālajiem pētījumiem ārzonas akās visas iekārtas tiek transportētas konteineros.

Rezultātu interpretācija

Ģeofizisko pētījumu rezultāti tiek apstrādāti soli pa solim no mērinstrumentu vērtībām līdz rezervuāra ģeofizikālo parametru noteikšanai:

1. Dziļurbumu aprīkojuma signālu konvertēšana.
2. Pētīto iežu patieso fizikālo īpašību noteikšana. Šajā posmā var būt nepieciešami papildu lauka ģeofiziskie darbi.
3. Veidojuma litoloģisko un rezervuāru īpašību noteikšana.
4. Iegūtos rezultātus izmantojot, lai atrisinātu vienu no izvirzītajiem uzdevumiem - derīgo izrakteņu atradņu apzināšana, to izplatība visā reģionā, iežu ģeoloģiskā vecuma noteikšana, porainības koeficienti, mālu saturs, gāzes un naftas piesātinājums, caurlaidība; rezervuāru apzināšana, pazīmju izpēteģeoloģiskā sadaļa un citi.

Ģeofizisko uzmērījumu interpretācija tiek veikta ar dažādām metodēm atkarībā no izmantotās tehnoloģijas (elektriskās, radiometriskās, termiskās u.c.) un mērīšanas iekārtas. Mūsdienu ģeofizikālās organizācijas izmanto automatizētas datu vākšanas un apstrādes sistēmas (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight un citas).