Які є геофізичні методи дослідження свердловин?

Чомусь нам всім здається, що будь-яке нове будівлю або споруду буде служити вічно. Чи то ефект новизни так позначається, чи то все ми хочемо вірити в надійність і грунтовність всього нового.

Але ж все не так райдужно, як цього часом хочеться. Час невблаганно залишає свій слід на всьому. Що вже говорити про спорудах, які весь свій період функціонування перебувають в агресивному середовищі. Тут маються на увазі свердловини будь-якого роду. І спеціально для них розроблені геофізичні методи дослідження свердловин.

Будь-яка свердловина знаходиться під постійною зовнішньою навантаженням: тиском породи, високою вологістю і значними температурними перепадами. У таких умовах будь-який матеріал почне втрачати свої фізичні властивості вже через малий проміжок часу після введення в експлуатацію. А якщо врахувати, що зовні все ушкодження помітити неможливо, так як основна частина свердловини знаходиться під землею, то виходить, що єдиний спосіб уникнути передчасного виходу свердловини з експлуатації - це використовувати особливі методи дослідження.

Методи дослідження свердловин називаються геофізичними, так як відбувається дослідження не тільки самої свердловини, але ще і прилеглої до неї гірської породи. Зрозуміти необхідність такого дослідження зовсім нескладно, від структури і щільності прилеглої породи залежить безпосередньо термін служби самої споруди.

Геофізичні методи дослідження підземних свердловин умовно розділені на дві основні групи: методи каротажу і методи свердловинної геофізики. Методи свердловини геофізики призначені для вивчення межскважинной простору. З їх допомогою вивчається порода, яка не перебуває у безпосередній близькості до свердловин, але може впливати на їх роботу. Каротажні методи дослідження глибинних свердловин необхідні для визначення параметрів породи, що знаходиться в безпосередній близькості до свердловини, і фізичного стану самої свердловини. Ці методи використовуються значно частіше, тому поняття «каротаж» практично замінює собою велике поняття «геофізичні методи дослідження».

каротаж

Каротаж не можна вважати певним набором дій, які здатні повністю дослідити всі технічні та фізичні параметри свердловини. В даний час не існує методик одиничного дослідження свердловини з виявленням всіх параметрів.

З цієї причини і каротаж буває декількох видів, кожен з яких має своїм завданням виявлення певних властивостей середовища. До основних видів каротажу відносяться:

• стандартний електричний каротаж;
• бічне каротажне зондування свердловин;
• бічний каротаж;
• метод потенціалів самочинної індукції;
• індукційний каротаж свердловин;
• гамма-каротаж;
• акустичний каротаж;
• термометрический каротаж;
• компютерні технології дослідження і інші методи.

основний метод

Стандартний електричний каротаж є основним методом дослідження свердловин. При цьому методі використовуються спеціальні зонди. Опис конструкції зондів і їх технічні характеристики будуть не зовсім зрозумілі для звичайної людини, а ось принцип їх роботи буде цікавий багатьом.

Зонд опускається в свердловину. Один електрод заземлений в гирлі свердловини, а другий рухається безпосередньо в її стовбурі. Апаратура фіксує опір в залежності від глибини занурення зонда. Виходить на виході своєрідна крива (графік). За графіком проводиться аналіз результатів, для уточнення яких може використовуватися зонд кілька інших розмірів і іншої конструкції. Таким чином, проводиться замір опору.

Так як всі хімічні елементи відрізняються питомим опором, то за допомогою таблиць не важко визначити склад породи поблизу свердловини. Стандартний електричний каротаж не використовується в чистому вигляді, так як досить велика ймовірність отримання неточних результатів. Судіть самі: в природі практично не існує покладів певних хімічних елементів в чистому вигляді. Існують тільки суміші певних речовин, що ускладнює завдання дослідження.

Разом із зазначеним видом каротажу проводиться ряд додаткових досліджень, що дозволяє з досить високим ступенем ймовірності визначати поклади певних гірських порід, ширину їх пластів і процентний вміст певних домішок.

бічне зондування

Бічне каротажне зондування свердловин нагадує описаний раніше метод дослідження з тією лише різницею, що обидва електроди рухаються разом з зондом уздовж усього стовбура. Проводиться завмер так званого уявного опору. Причому, якщо малий зонд показує опір малого радіусу дії (опір самих свердловин), то великі зонди здатні показати опір з урахуванням показань малого зонда. А далі за допомогою додаткових розрахункових таблиць і формул проводиться пошук досліджуваних параметрів.

У розрахунок береться не тільки різниця показань малого і великого зондів, так як впливають на показання і інші параметри: радіус труби, наявність промивної рідини і багато іншого. Бічне каротажне зондування свердловин теж супроводжується рядом додаткових досліджень, оскільки точність показань не може перевищувати певний відсоток.

Дослідження свердловин проводяться в комплексі методів. Найчастіше використовується для уточнення даних метод бічногокаротажу. Трьохелектродний зонд опускається в свердловину на глибину, де необхідно провести додаткові дослідження. Принципова відмінність такого зонда в тому, що проводиться вимір питомої опору не стовбура свердловини, а саме певного пласта. Токи направляються безпосередньо в товщину досліджуваної області, що дозволяє більш точно визначити його хімічний склад. Регульована подача струмів дозволяє «глибше» заглянути в породу. Бічний каротаж вважається уточнюючим методом дослідження, хоча використовується і як самостійний метод дослідження свердловин.

Використання індукції

Метод потенціалів самочинної індукції заснований на реєстрації потенціалів, що виникають між пластами порід і в пункті переходу «свердловина-порода». Без додаткових досліджень вона практично не відчутна, проте присутній повсюдно. Зонд для дослідження має два електроди, один з яких фіксується на поверхні в безпосередній близькості від гирла свердловини.

Другий електрод опускається в свердловину, а апаратура фіксує відхилення в різниці потенціалів. Якщо порода однорідна, тоді показання приладів показують різницю потенціалів згідно глибиною занурення зонда (немає різких відхилень). При наявності різних порід прилад фіксує так звані аномалії (різкі відхилення в одну або іншу сторону).

Глибина залягання іншої породи визначається з абсолютною вірогідністю. Іноді вдається навіть за результатами аномального відхилення визначити породу. Але це буває тільки тоді, коли вона має малу кількість супроводжуючих хімічних елементів (домішок). Полегшує завдання те, що хімічні елементи в землі не розташовуються хаотично, а схильні до певним закономірностям. Простіше кажучи, певна порода (особливо в промислових масштабах) може містити лише певні компоненти в якості домішок, тому визначити основний елемент не так вже й складно, як це може здатися. Але і тут можуть траплятися певні аномалії, тому в таких випадках потрібні додаткові геофізичні методи дослідження. Наприклад, спектральний аналіз здатний визначити хімічний склад породи з найбільшою точністю. У свердловину спеціальну апаратуру помістити для цього досить проблематично, а ось невеликий зонд для спектрального аналізу використовувати можна. Такому методу немає рівних при визначенні хімічного складу породи.

індукційний спосіб

Індукційний каротаж свердловин заснований на використанні магнетичних властивостей хімічних елементів. Нагадуємо, що всі хімічні речовини діляться на три групи: Діамагнетик, парамагнетики і феромагнетики. Представники кожної групи по-різному реагують на обурення магнітним полем. Ферромагнетики, наприклад, самі стають магнітами при попаданні в зону впливу магнітного поля, причому полярність цього «магніту» відповідає полярності обурює магніту.

Діамагнетик не реагують на електричне (і магнітне) поле. Зонд для індуктивного каротажу має дві котушки. На первинну подається постійний струм, вторинна котушка підключається до фіксує апаратурі. Цей зонд опускається в свердловину і на шляху його проходження відбувається наступне: створюється первинної котушкою індуктивності магнітне поле впливає на породу. Якщо свердловина однорідна по всій своїй довжині, то індукційний струм на вторинній котушці буде постійним, так як відстань між обома котушками стаціонарно. При наявності в свердловині інших порід відбудеться або згасання індукційного струму, або його посилення. Це відхилення і буде свідчити про наявність іншого чутливого шару.

Хімічний склад

На жаль, немає: визначити можна лише наявність породи, що відноситься до певної групи магнетиков. Утруднення, знову ж таки, створюють домішки в складі певної породи, тому визначити її можна тільки із застосуванням інших методів. Використовується при такому методі і підключення до змінного струму. Відповідно до закону Фарадея, в породах будуть виникати вихрові струми. Причому, чим вище електропровідність складу породи, тим сильніше ці струми будуть впливати на приймаючу котушку зонда. Для більш точного дослідження породи використовуються зонди, що мають кілька котушок, які перебувають на певній відстані від приймаючої котушки. Почергове включення котушок і регулювання подається струму здатні показати більш точні результати дослідження свердловин. Хороший цей метод ще й тим, що він не передбачає прямого контакту чутливих елементів і стінок свердловин, що в значній мірі покращує якість показань.

Метод гамма каротажу

Гамма каротаж теж не потребує прямому контакті зі стінками свердловин, так як зонд реагує на мимовільне гамма-випромінювання, яке присутнє практично у будь-яких хімічних елементів (природний радіаційний фон середовища). Спосіб такого каротажу відрізняється великою точністю дослідження, так як за допомогою спеціальних таблиць і результатів вимірювань можна з великою точністю визначати хімічний склад породи, в якій виконана свердловина. Сам чутливий зонд вимагає частої градуювання і калібрування. В даний час гамма-каротаж є основним методом дослідження свердловин і застосовується при всіх пошукових і розвідувальних геологічних процесах.

звукові хвилі

Існує спосіб дослідження свердловин за допомогою звуку. Зрозуміло, що використовуються при цьому звукові хвилі різної частоти. Зонд, який має звуковий випромінювач і чутливу приймальну апаратуру здатний з великою точністю визначити хімічний склад породи. Справа в тому, що хімічні елементи можна розглядати як коливальну систему (в мініатюрі). А будь-яка така система відрізняється певною частотою коливань. Досить впливати на елемент з тієї ж частотою коливань, як у системі виникне різке збільшення (або згасання, тут все буде залежати від різниці фаз) амплітуди коливань. Таке явище називається резонансом.

При зміні відбитого звуку на приймачі можна стверджувати, що в породі присутній певний елемент, який відповідає частоті коливань. А що, якщо за допомогою такого методу необхідно досліджувати всю свердловину? Адже це кожен хімічний елемент доведеться «ставити на прослушку». Важко, довго і не перспективно. Але цього методу немає рівних при пошуку рідкоземельних елементів. Налаштовуємо випромінювач на необхідну частоту (частоти) елементів і слухаємо свердловину по всій її глибині. Результат буде швидким і надійним. Зміна потужності випромінювання (не плутати з частотою) дозволить провести дослідження породи в досить великому радіусі дії.

термометричний варіант

Термометричний каротаж використовується значно рідше, так як його головна перевага (визначення теплопровідності матеріалів) не можна використовувати поблизу горючих порід. Хороший цей метод тільки при бурінні свердловин на велику глибину. Він же і застосовується при бурінні, так як різке підвищення температури середовища може свідчити про зміну в хімічному складі породи.

Відзначимо, що в ході буріння безпосередньо сама свердловина піддається багаторазовим дослідженням. Адже щоб свердловину згодом можна було експлуатувати, вона повинна відповідати певним параметрам.

Геофізичні методи внутрішнього дослідження свердловин мають безліч напрямків і параметрів, які для простої людини будуть абсолютно незрозумілими, тому в такі тонкощі процесу виникають без відповідного технічної освіти не має сенсу.

Застосування компютерної техніки

В даний час жодне дослідження не проводиться без використання компютерної техніки. Навіть нерідко можна зустріти таке поняття, як «компютерне дослідження свердловин». Всім нам вже звичним стало думати, що компютерні технології є найточнішими. Насправді ж це просто гра слів вводить нас в оману. У реальності досліджувати свердловину тільки за допомогою компютера абсолютно не реально. А ось полегшити роботу по дослідженню компютерні програми цілком в змозі.

Електронний «мозок» здатний дуже швидко і з великою точністю провести всі розрахунки, повязані з результатами досліджень, отриманими в ході згаданих раніше каротажних методів. Вимірювання проводяться ті ж, тільки людині вже не доводиться проводити всі розрахунки самостійно і копатися у величезній кількості таблиць і схем. Свердловина піддається вимірам, а компютерна програма обробляє отримані результати і створює компютерну модель зрізу землі в тому місці, де розташовується свердловина.

Програмне забезпечення

Кілька різних зондів проводять дослідження свердловин, а вся інформація заноситься в память компютера. Результати зіставляються, і на виході ви побачите точні підсумки виконаної роботи. Умова тільки одне - якісне програмне забезпечення. Якщо програма враховує всі нюанси, тоді результат буде просто чудовим.

Особливо ефективно використовуються компютерні технології для дослідження межскважинной простору.

Просто компютер за результатами дослідження декількох свердловин будує тривимірну модель ділянки дослідження. Так можна дуже точно визначити важливі для промислового використання параметри: глибину залягання, кількість породи, перспективність розробки і окупність.

Необхідно відзначити, що не всі методи дослідження свердловин тут були відзначені. Їх кількість значно ширше і продовжує зростати в міру розвитку наукової думки людства. В даний час все більше відбувається зондування земної поверхні з супутників. У хід йде все - від звукового дослідження до спектрального аналізу. Результати таких досліджень відрізняються дуже високою точністю. Людині на землі залишається тільки пробурити свердловину і підтвердити або спростувати результат дослідження землі космічним зондом.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!