Какие есть геофизические методы исследования скважин?

Почему-то нам всем кажется, что любое новое строение или сооружение будет служить вечно. То ли эффект новизны так сказывается, то ли все мы хотим верить в надежность и основательность всего нового.

Лаборатория по проведению геофизических исследований скважин

С помощью геофизических исследований можно определить состояние работы скважины, а также определить горные породы, влияющие на работу скважины.

А ведь все не так радужно, как этого порой хочется. Время неумолимо оставляет свой след на всем. Что уж говорить о сооружениях, которые весь свой период функционирования находятся в агрессивной среде. Здесь имеются в виду скважины любого рода. И специально для них разработаны геофизические методы исследования скважин.

Любая скважина находится под постоянной внешней нагрузкой: давлением породы, высокой влажностью и значительными температурными перепадами. В таких условиях любой материал начнет терять свои физические свойства уже через малый промежуток времени после ввода в эксплуатацию. А если учесть, что внешне все повреждения заметить невозможно, так как основная часть скважины находится под землей, то получается, что единственный способ избежать преждевременного выхода скважины из эксплуатации - это использовать особые методы исследования.

Таблица последовательности геофизических исследований скважин

Таблица последовательности геофизических исследований скважин.

Методы исследования скважин называются геофизическими, так как происходит исследование не только самой скважины, но еще и прилегающей к ней горной породы. Понять необходимость такого исследования совсем несложно, от структуры и плотности прилегающей породы зависит напрямую срок службы самого сооружения.

Геофизические методы исследования подземных скважин условно разделены на две основных группы: методы каротажа и методы скважинной геофизики. Методы скважинной геофизики предназначены для изучения межскважинного пространства. С их помощью изучается порода, которая не находится в непосредственной близости к скважинам, но может влиять на их работу. Каротажные методы исследования глубинных скважин необходимы для определения параметров породы, находящейся в непосредственной близости к скважине, и физического состояния самой скважины. Эти методы используются значительно чаще, поэтому понятие «каротаж» практически заменяет собой большое понятие «геофизические методы исследования».

Каротаж

Схема проведения геофизических исследований в скважине

Схема проведения геофизических исследований в скважине.

Каротаж нельзя считать определенным набором действий, которые способны полностью исследовать все технические и физические параметры скважины. В настоящее время не существует методик единичного исследования скважины с выявлением всех параметров.

По этой причине и каротаж бывает нескольких видов, каждый из которых имеет своей задачей выявление определенных свойств среды. К основным видам каротажа относятся:

  • стандартный электрический каротаж;
  • боковое каротажное зондирование скважин;
  • боковой каротаж;
  • метод потенциалов самопроизвольной индукции;
  • индукционный каротаж скважин;
  • гамма-каротаж;
  • акустический каротаж;
  • термометрический каротаж;
  • компьютерные технологии исследования и иные методы.

Основной метод

Стандартный электрический каротаж является основным методом исследования скважин. При этом методе используются специальные зонды. Описание конструкции зондов и их технические характеристики будут не совсем понятны для обычного человека, а вот принцип их работы будет интересен многим.

Зонд опускается в скважину. Один электрод заземлен в устье скважины, а второй двигается непосредственно в ее стволе. Аппаратура фиксирует сопротивление в зависимости от глубины погружения зонда. Получается на выходе своеобразная кривая (график). По графику проводится анализ результатов, для уточнения которых может использоваться зонд несколько иных размеров и иной конструкции. Таким образом, производится замер сопротивления.

График движения электродов при электрическом методе каротажа

График движения электродов при электрическом методе каротажа .

Так как все химические элементы отличаются удельным сопротивлением, то с помощью таблиц не составит труда определить состав породы вблизи скважины. Стандартный электрический каротаж не используется в чистом виде, так как достаточно велика вероятность получения неточных результатов. Судите сами: в природе практически не существует залежей определенных химических элементов в чистом виде. Существуют только смеси определенных веществ, что затрудняет задачи исследования.

Вместе с отмеченным видом каротажа проводится ряд дополнительных исследований, что позволяет с достаточно высокой степенью вероятности определять залежи определенных горных пород, ширину их пластов и процентное содержание определенных примесей.

Боковое зондирование

Боковое каротажное зондирование скважин напоминает описанный ранее метод исследования с той лишь разницей, что оба электрода двигаются вместе с зондом вдоль всего ствола. Проводится замер так называемого кажущегося сопротивления. Причем, если малый зонд показывает сопротивление малого радиуса действия (сопротивление самих скважин), то большие зонды способны показать сопротивление с учетом показаний малого зонда. А далее с помощью дополнительных расчетных таблиц и формул производится поиск исследуемых параметров.

Схема работы аппаратуры бокового каротажного зондирования

Схема работы аппаратуры бокового каротажного зондирования.

В расчет берется не только разность показаний малого и большого зондов, так как влияют на показания и иные параметры: радиус трубы, наличие промывочной жидкости и многое другое. Боковое каротажное зондирование скважин тоже сопровождается рядом дополнительных исследований, поскольку точность показаний не может превышать определенный процент.

Исследования скважин проводятся в комплексе методов. Чаще используется для уточнения данных метод бокового каротажа. Трехэлектродный зонд опускается в скважину на глубину, где необходимо провести дополнительные исследования. Принципиальное отличие такого зонда в том, что производится замер удельного сопротивления не ствола скважины, а именно определенного пласта. Токи направляются непосредственно в толщину исследуемой области, что позволяет более точно определить его химический состав. Регулируемая подача токов позволяет «глубже» заглянуть в породу. Боковой каротаж считается уточняющим методом исследования, хотя используется и как самостоятельный метод исследования скважин.

Использование индукции

Схема работы потенциалов самопроизвольной индукции

Схема работы потенциалов самопроизвольной индукции.

Метод потенциалов самопроизвольной индукции основан на регистрации потенциалов, возникающих между пластами пород и в пункте перехода «скважина-порода». Без дополнительных исследований она практически не ощутима, однако присутствует повсеместно. Зонд для исследования имеет два электрода, один из которых фиксируется на поверхности в непосредственной близости от устья скважины.

Второй электрод опускается в скважину, а аппаратура фиксирует отклонения в разности потенциалов. Если порода однородная, тогда показания приборов показывают разность потенциалов согласно глубине погружения зонда (нет резких отклонений). При наличии разных пород прибор фиксирует так называемые аномалии (резкие отклонения в одну или другую сторону).

Глубина залегания иной породы определяется с абсолютной вероятностью. Иногда удается даже по результатам аномального отклонения определить породу. Но это бывает только тогда, когда она имеет малое количество сопровождающих химических элементов (примесей). Облегчает задачу то, что химические элементы в земле не располагаются хаотично, а подвержены определенным закономерностям. Проще говоря, определенная порода (особенно в промышленных масштабах) может содержать только определенные компоненты в качестве примесей, поэтому определить основной элемент не так уж сложно, как это может показаться. Но и здесь могут случаться определенные аномалии, потому в таких случаях требуются дополнительные геофизические методы исследования. Например, спектральный анализ способен определить химический состав породы с величайшей точностью. В скважину специальную аппаратуру поместить для этого довольно проблематично, а вот небольшой зонд для спектрального анализа использовать можно. Такому методу нет равных при определении химического состава породы.

Индукционный способ

Схема элементов индукционного каротажа

Схема элементов индукционного каротажа: 1-скважиный снаряд-зонд, 2-излучающая катушка, 3-приемная катушка, 4-генератор, 5-усилитель и выпрямитель, 6-кабель, 7-регистрирующий прибор.

Индукционный каротаж скважин основан на использовании магнетических свойств химических элементов. Напоминаем, что все химические вещества делятся на три группы: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Представители каждой группы по-разному реагируют на возмущение магнитным полем. Ферромагнетики, например, сами становятся магнитами при попадании в зону воздействия магнитного поля, причем полярность этого «магнита» соответствует полярности возмущающего магнита.

Диамагнетики не реагируют на электрическое (и магнитное) поле. Зонд для индуктивного каротажа имеет две катушки. На первичную подается постоянный ток, вторичная катушка подключается к фиксирующей аппаратуре. Этот зонд опускается в скважину и на пути его следования происходит следующее: создаваемое первичной катушкой индуктивности магнитное поле воздействует на породу. Если скважина однородна по всей своей длине, то индукционный ток на вторичной катушке будет постоянным, так как расстояние между обеими катушками стационарно. При наличии в скважине иных пород произойдет либо угасание индукционного тока, либо его усиление. Это отклонение и будет свидетельствовать о наличии иного чувствительного пласта.

Химический состав

Схема элементов микрозонда

Схема элементов микрозонда: 1-изоляционная пластина, 2-электрод, 3-пружина, 4-корпус микрозонда, 5-груз, 6-кабель- А, М1, М2 – элекроды зонда.

Увы, нет: определить можно лишь наличие породы, относящейся к определенной группе магнетиков. Затруднение, опять же, создают примеси в составе определенной породы, поэтому определить ее можно только с применением иных методов. Используется при таком методе и подключение к переменному току. Согласно закону Фарадея, в породах будут возникать вихревые токи. Причем, чем выше электропроводность состава породы, тем сильнее эти токи будут воздействовать на принимающую катушку зонда. Для более точного исследования породы используются зонды, имеющие несколько катушек, находящихся на определенном расстоянии от принимающей катушки. Поочередное включение катушек и регулировка подаваемого тока способны показать более точные результаты исследования скважин. Хорош этот метод еще и тем, что он не предполагает прямого контакта чувствительных элементов и стенок скважин, что в значительной мере улучшает качество показаний.

Метод гамма каротажа

Схема сборки гамма каротажа

Схема сборки гамма каротажа.

Гамма каротаж тоже не нуждается в прямом контакте со стенками скважин, так как зонд реагирует на самопроизвольное гамма-излучение, которое присутствует практически у любых химических элементов (естественный радиационный фон среды). Способ такого каротажа отличается большой точностью исследования, так как с помощью специальных таблиц и результатов измерений можно с большой точностью определять химический состав породы, в которой проделана скважина. Сам чувствительный зонд требует частой градуировки и калибровки. В настоящее время гамма-каротаж является основным методом исследования скважин и применяется при всех поисковых и разведывательных геологических действиях.

Звуковые волны

Схема работы автоматической каротажной станции

Схема работы автоматической каротажной станции.

Существует способ исследования скважин с помощью звука. Понятно, что используются при этом звуковые волны разной частоты. Зонд, имеющий звуковой излучатель и чувствительную приемную аппаратуру способен с большой точностью определить химический состав породы. Дело в том, что химические элементы можно рассматривать как колебательную систему (в миниатюре). А любая такая система отличается определенной частотой колебаний. Достаточно воздействовать на элемент с той же частотой колебаний, как в системе возникнет резкое увеличение (или угасание, здесь все будет зависеть от разности фаз) амплитуды колебаний. Такое явление называется резонансом.

При изменении отраженного звука на приемнике можно утверждать, что в породе присутствует определенный элемент, который соответствует частоте колебаний. А что, если с помощью такого метода необходимо исследовать всю скважину? Это ведь каждый химический элемент придется «ставить на прослушку». Тяжело, долго и не перспективно. Но этому методу нет равных при поиске редкоземельных элементов. Настраиваем излучатель на необходимую частоту (частоты) элементов и прослушиваем скважину по всей ее глубине. Результат будет быстрым и надежным. Изменение мощности излучения (не путать с частотой) позволит произвести исследования породы в достаточно большом радиусе действия.

Термометрический вариант

Принцип работы зонда для измерения магнитного поля

Принцип работы зонда для измерения магнитного поля: Г - генераторная катушка, И - измерительная катушка.

Термометрический каротаж используется значительно реже, так как его главное достоинство (определение теплопроводности материалов) нельзя использовать вблизи горючих пород. Хорош этот метод только при бурении скважин на большую глубину. Он же и применяется при бурении, так как резкое повышение температуры среды может свидетельствовать об изменении в химическом составе породы.

Отметим, что в ходе бурения непосредственно сама скважина подвергается многократным исследованиям. Ведь чтобы скважину впоследствии можно было эксплуатировать, она должна соответствовать определенным параметрам.

Геофизические методы внутреннего исследования скважин имеют множество направлений и параметров, которые для простого человека будут совершенно непонятными, поэтому в такие тонкости процесса вникать без соответствующего технического образования не имеет смысла.

Применение компьютерной техники

Рабочий процесс компьютерного исследования скважин

С помощью компьютерного исследования скважин можно точно определить как количество породы, так и глубину ее залегания.

В настоящее время ни одно исследование не проводится без использования компьютерной техники. Даже нередко можно встретить такое понятие, как «компьютерное исследование скважин». Всем нам уже привычным стало думать, что компьютерные технологии являются самыми точными. На самом же деле это просто игра слов вводит нас в заблуждение. В реальности исследовать скважину только при помощи компьютера совершенно не реально. А вот облегчить работу по исследованию компьютерные программы вполне в состоянии.

Электронный «мозг» способен очень быстро и с большой точностью произвести все расчеты, связанные с результатами исследований, полученными в ходе упомянутых ранее каротажных методов. Измерения проводятся те же, только человеку уже не приходится производить все расчеты самостоятельно и копаться в огромном количестве таблиц и схем. Скважина подвергается измерениям, а компьютерная программа обрабатывает полученные результаты и создает компьютерную модель среза земли в том месте, где располагается скважина.

Программное обеспечение

Несколько различных зондов проводят исследование скважин, а вся информация заносится в память компьютера. Результаты сопоставляются, и на выходе вы увидите точные итоги проделанной работы. Условие только одно - качественное программное обеспечение. Если программа учитывает все нюансы, тогда результат будет просто замечательным.

Особенно эффективно используются компьютерные технологии для исследования межскважинного пространства.

Просто компьютер по результатам исследования нескольких скважин строит трехмерную модель участка исследования. Так можно очень точно определить важные для промышленного использования параметры: глубину залегания, количество породы, перспективность разработки и окупаемость.

Необходимо отметить, что не все методы исследования скважин здесь были отмечены. Их количество значительно шире и продолжает расти по мере развития научной мысли человечества. В настоящее время все больше происходит зондирование земной поверхности со спутников. В ход идет все - от звукового исследования до спектрального анализа. Результаты таких исследований отличаются очень высокой точностью. Человеку на земле остается только пробурить скважину и подтвердить или опровергнуть результат исследования земли космическим зондом.

Somehow, we all think that any new building or structure will last forever. Whether the effect of novelty effect so, whether we all want to believe in the reliability and validity of all new.

Laboratory for the well logging

With the help of geophysical investigations can determine the state of the well operation, and identify rocks that affect the job well.

But all is not as rosy as it sometimes want. Time inevitably leaves its mark on everything. What can we say about the facilities that the entire period of its operation are in an aggressive environment. Here refers to any kind of well. And they are designed specifically for geophysical methods for wells.

Any well is under constant external load: the pressure of rocks, high humidity and extreme temperatures. In such circumstances, any material begins to lose its physical properties within a short period of time after commissioning. And when you consider that apparently all the damage can not be detected, since the main part of the well is under the ground, it turns out that the only way to avoid premature release of the well out of service - is to use special methods of investigation.

Table sequence of well logging

Table sequence of well logging.

wells geophysical research methods are called, because the study is not only very well, but also the adjacent rock. To understand the need for such a study is a snap, the structure and the density of the surrounding rock directly affects the life of the structure itself.

Geophysical methods of investigation of groundwater wells conventionally divided into two main groups: logging techniques and methods of borehole geophysics. borehole geophysics methods designed to study the cross-borehole space. They study the rock that is not in the immediate vicinity of the wells, but can affect their performance. Logging of boreholes research methods are required to determine parameters of rock located in close proximity to the well, and the physical condition of the well itself. These techniques are used much more often, so the concept of "logging" virtually replaces a great concept "geophysical methods of investigation."

logging

Driving geophysical surveys in the borehole

Driving geophysical surveys in the borehole.

Logging can not be considered a specific set of actions that are able to fully explore all the technical and physical parameters of the well. Currently, there are no methods of wells research unit with the identification of all parameters.

For this reason, several types of logging happens, each of which has the task of identifying certain properties of the medium. The main types of logging include:

  • standard electric logging;
  • lateral logging sounding wells;
  • side logging;
  • spontaneous potential method of induction;
  • Induction well logging;
  • gamma ray;
  • acoustic logging;
  • thermometric logging;
  • computer studies and other methods of technology.

The basic method

Standard electric logging is the primary method of research of wells. In this method, using special probes. Description probes design and specifications are not entirely clear to the average person, but the principle of their work will be of interest to many.

The probe is lowered into the well. One electrode is grounded at the wellhead, and the second directly moving its trunk. The equipment records the resistance depending on the depth of immersion of the probe. It turns out a kind of output curve (graph). According to the schedule the analysis of the results, to clarify that the probe slightly different sizes and different designs can be used. Thus, the resistance measurement is performed.

Schedule electrode movement during electrical logging method

Schedule electrode movement during electrical logging method.

Since all of the chemical elements different resistivity, using the table will not be difficult to determine the composition of the rock near the wellbore. Standard electrical logging is not used in pure form or as a sufficiently high probability of producing inaccurate results. Judge for yourself: in nature there is virtually no deposits of certain chemical elements in pure form. There are only a mixture of certain substances, making it difficult to study the problem.

Together with the marked log view is held a number of additional studies, which allows a sufficiently high degree of probability to determine the deposits of certain rock formations and their width percentage of certain impurities.

side sensing

Sensing lateral logging wells resembles research method described previously with the only difference that the two electrodes together with the probe moving along the trunk. Held froze so-called apparent resistivity. Moreover, if the probe shows a small short-range resistance (resistance of the wells themselves), the probes are able to show great resistance to taking into account the testimony of a small probe. A further additional calculation using formulas and tables are searched studied parameters.

The scheme of work equipment lateral logging sounding

The scheme of work equipment lateral logging sounding.

No account is taken not only the difference between the readings of small and large probes, as influenced by the readings and other parameters: the radius of the tube, the presence of the washing liquid, and more. Electrical logging wells also accompanied by a number of additional studies, since accurate readings can not exceed a certain percentage.

Research is conducted well in the complex methods. Most often used to refine the method of data logging side. Three-electrode probe is lowered into the well to a depth where it is necessary to conduct additional studies. The principal difference between the probe such that the resistivity measurement is made not of the borehole, namely certain formation. The currents are sent directly to the thickness of the study area, which allows more accurately determine its chemical composition. Adjustable current flow allows "deeper" look into the rock. Side Logging is considered to be amended to clarify the research, though, and used as an independent method of research of wells.

Using induction

Scheme of spontaneous induction potential

Scheme of spontaneous induction potential.

spontaneous potential induction method is based on the potential arising between the layers of rocks and crossing point "well-breed." Without more research it is hardly noticeable, but is present everywhere. The probe for the investigation has two electrodes, one of which is fixed on the surface in the vicinity of the wellhead.

The second electrode is lowered into the wellbore, and the apparatus detects variations in the potential difference. If a homogeneous rock, while the readings show the potential difference according to the depth of immersion of the probe (no sharp deviations). In the presence of different breeds device captures the so-called anomalies (abrupt variations in one or the other side).

The depth of occurrence of different breeds is determined with absolute certainty. Sometimes you can even as a result of abnormal deviations determine the breed. But it is only when it has a small amount of accompanying chemical elements (impurities). It facilitates the task that the chemical elements in the earth are not arranged randomly, and are subject to certain laws. Simply put, certain breeds (especially on an industrial scale) can contain only certain components as impurities, so to determine the main element is not so difficult as it might seem. But there are certain anomalies can occur, because in such cases, additional geophysical survey methods. For example, spectral analysis is able to determine the chemical composition of the rock with the greatest accuracy. As well special equipment to put it quite difficult, but a small probe for spectral analysis can be used. Such a method has no equal in the determination of the chemical composition of rocks.

The induction method

The circuit elements of the induction logging

The circuit elements of the induction logging: 1-Well projectile probe, 2-radiating coil, receiving coil 3, 4 generator 5 rectifier and amplifier, 6 cable, 7-recording device.

Induction logging wells based on the use of magnetic properties of chemical elements. We remind you that all chemicals are divided into three groups: diamagnetic, paramagnetic and ferromagnetic materials. Representatives of each group react differently to the disturbance magnetic field. Ferromagnets, for example, themselves become magnets in contact with the zone of the magnetic field, the polarity of the "magnet" corresponds to the polarity of the magnetic disturbance.

Diamagnetic materials do not react to the electric (and magnetic) field. Probe for inductive logging has two coils. On the primary DC power is supplied, the secondary coil is connected to the fixing apparatus. The probe is lowered into the well and on its route, the following occurs: a primary coil inductance generated magnetic field acts on the breed. If the well is uniform over its entire length, the induction current in the secondary coil will be constant, since the distance between the two stationary coils. In the presence of other species in the hole will either induction current extinction, or its amplification. This deviation will indicate the presence of a sensitive layer.

Chemical composition

The circuit elements microprobe

The circuit elements microprobe: 1 insulation plate 2 electrode, 3 spring, 4-microprobe body, 5-load, the cable 6-A, M1, M2 - elekrody probe.

Alas, no: you can only determine the presence of rocks, related to a specific group of magnets. The difficulty, again, create impurities in the composition of a particular breed, so to define it is possible only with the use of other methods. It is used in this method and connection to an alternating current. According to Faraday's law, eddy currents will occur in the rocks. Moreover, the above composition of the rock conductivity, the currents will be stronger than the influence on the receiving probe coil. For a more precise study rock probes used with multiple coils, which are at a distance from the receiving coil. Alternation coils and adjusting the supply current are able to show more accurate results for wells. This method is good for the fact that it does not imply direct contact of the sensitive elements and the walls of wells, which greatly improves the quality of the readings.

The method of gamma logging

Driving assembly gamma logging

Driving assembly gamma logging.

Gamma ray logging also does not require direct contact with the borehole wall as the probe reacts on spontaneous gamma radiation which is present in almost all of the chemical elements (the natural background radiation environment). A method of logging such research is more accurate, since you can very accurately determine the chemical composition of the rocks in which the well is done by means of special tables and measurements. The very sensitive probe require frequent calibration and calibration. Currently, gamma ray logging is the primary method for wells and is used for all exploration and geological prospecting operations.

Sound waves

The scheme of the automatic logging stations

The scheme of the automatic logging stations.

There is a well testing method using sound. It is understood that this is used when the sound waves of different frequencies. The probe, having a sound emitter and the sensitivity of the receiving apparatus is capable of very accurately determine the chemical composition of the rock. The fact that chemical elements can be seen as oscillating system (miniature). And any such system differs a certain oscillation frequency. Enough to affect the element with the same oscillation frequency as the system experiences a sharp increase (or fading, there will depend on the phase difference) of the oscillation amplitude. This phenomenon is called resonance.

If you change the reflected sound at the receiver it can be argued that the breed there are certain elements that corresponds to the oscillation frequency. What if using this method it is necessary to investigate all well? This is because each chemical element have "put on a wiretap." Hard, long and not promising. But this method has no equal when searching for the rare earth elements. Configuring the emitter to the desired frequency (frequency) components and auditioning borehole along its depth. The result is fast and reliable. Changing the output power (not to be confused with frequency) allows to make the breed studies in a fairly large range.

Thermometric option

The operating principle of the probe for measuring the magnetic field

The principle of a probe for measuring the magnetic field: G - generator coil, and - measuring coil.

Thermometric logging is used much less frequently, as its main advantage (determination of thermal conductivity of materials) must not be used near flammable species. This method is good only when drilling in great depth. He also has applied for drilling, as a sharp increase in the ambient temperature may indicate a change in the chemical composition of the rocks.

Note that during the drilling of the well is subjected to multiple studies directly itself. After all, to the well later could exploit, it must meet certain parameters.

Geophysical methods of wells internal investigations have many directions and parameters for the common man will be absolutely incomprehensible why such details to delve into the process without appropriate technical education does not make sense.

The use of computer technology

Workflow computer for wells

With the help of computer research of wells can be accurately defined as the amount of material and the depth of its occurrence.

Currently, no single study is not carried out without the use of computer technology. Even unusual to find such a thing as "computer study well." All of us have become accustomed to think that computer technology is the most accurate. In fact, it's just a play on words is misleading. In reality, explore the well only with the help of a computer completely real. But to facilitate the work on the study of computer programs it is able to.

The electronic "brain" capable of very quickly and with great precision to make all the calculations associated with the research results obtained in the course of logging methods mentioned earlier. Measurements are made the same, but the man did not have to make all the calculations yourself, and dig in a huge number of tables and diagrams. The well is subjected to measurements, and computer program processes the results and create a computer model of the earth cut in the place where the well is located.

Software

Several different probes are conducting a study of wells, and all information is stored in computer memory. The results are compared, and at the exit you will see the exact results of the work done. Only one condition - quality software. If the program takes into account all the nuances, then the result will be just wonderful.

computer technology to study cross-borehole space particularly efficiently used.

Just a computer on the research results of several wells is building a three-dimensional model of the study. So you can very precisely define important for industrial use parameters: the depth, the number of species, the prospects of development and return on investment.

It should be noted that not all wells research methods were marked here. Their number is much wider and continues to grow with the development of scientific thought of mankind. At present, more and more going on sensing the earth's surface from satellites. Anything goes - from sound research to spectral analysis. The results of these investigations have a very high accuracy. The man on the ground can only drill a well and confirm or refute the results of research of land space probes.

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.

Лабораторія з проведення геофізичних досліджень свердловин

За допомогою геофізичних досліджень можна визначити стан роботи свердловини, а також визначити гірські породи, що впливають на роботу свердловини.

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.

Таблиця послідовності геофізичних досліджень свердловин

Таблиця послідовності геофізичних досліджень свердловин.

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

Схема проведення геофізичних досліджень в свердловині

Схема проведення геофізичних досліджень в свердловині.

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;
  • комп'ютерні 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.

Графік руху електродів при електричному методі каротажу

Графік руху електродів при електричному методі каротажу.

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.

Схема роботи апаратури бокового каротажного зондування

Схема роботи апаратури бокового каротажного зондування.

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

Схема роботи потенціалів самочинної індукції

Схема роботи потенціалів самочинної 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

Схема елементів індукційного каротажу

Схема елементів індукційного каротажу: 1-свердловини снаряд-зонд, 2-випромінююча котушка, 3-приймальня котушка, 4-генератор, 5-підсилювач і випрямляч, 6-кабель, 7-реєструючий прилад.

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

Схема елементів микрозонда

Схема елементів микрозонда: 1-ізоляційна пластина, 2-електрод, 3-пружина, 4-корпус микрозонда, 5-вантаж, 6-кабель- А, М1, М2 - елекроди зонда.

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

Схема збірки гамма каротажу

Схема збірки 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

Схема роботи автоматичної каротажной станції

Схема роботи автоматичної каротажной станції.

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

Принцип роботи зонда для вимірювання магнітного поля

Принцип роботи зонда для вимірювання магнітного поля: Г - генераторна котушка, І - вимірювальна котушка.

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 комп'ютерної техніки

Робочий процес комп'ютерного дослідження свердловин

За допомогою комп'ютерного дослідження свердловин можна точно визначити як кількість породи, так і глибину її залягання.

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

Електронний «мозок» здатний дуже швидко і з великою точністю провести всі розрахунки, пов'язані 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 комп'ютерна програма обробляє отримані результати і створює комп'ютерну модель зрізу землі в тому місці, де розташовується свердловина.

Програмне забезпечення

Кілька різних зондів проводять дослідження свердловин, а вся інформація заноситься в пам'ять комп'ютера. 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 комп'ютерні технології для дослідження межскважинной простору.

Просто комп'ютер 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.


» » » Какие есть геофизические методы исследования скважин?