Γεωφυσική έρευνα: τύποι, μέθοδοι και τεχνολογίες

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η γεωφυσική έρευνα χρησιμοποιείται για τη μελέτη πετρωμάτων σε χώρο κοντά σε γεώτρηση και σε διάστημα μεταξύ των φρεατίων. Πραγματοποιούνται με μέτρηση και ερμηνεία φυσικών ή τεχνητών φυσικών δεικτών διαφόρων τύπων. Επί του παρόντος, υπάρχουν περισσότερες από 50 γεωφυσικές μέθοδοι.

Γενικά χαρακτηριστικά

Γεωφυσική έρευνα (GIS, γεωφυσική παραγωγής ή υλοτομία) είναι ένα σύνολο εφαρμοσμένων γεωφυσικών μεθόδων που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη γεωλογικών προφίλ, τη λήψη πληροφοριών σχετικά με την τεχνική κατάσταση των φρεάτων και την αναγνώριση ορυκτών στο υπέδαφος.

Το GIS βασίζεται σε διάφορες φυσικές ιδιότητες των πετρωμάτων:

• ηλεκτρικό;
• ραδιενεργό;
• μαγνητικό;
• θερμικό και άλλα.

Οι γεωφυσικές έρευνες παραγωγής των γεωτρήσεων είναι ο κύριος τύπος γεωλογικής τεκμηρίωσης των γεωτρήσεων. Σκοπός της υλοποίησής τους είναι η επίλυση μιας σειράς τεχνικών προβλημάτων (σύγκριση ενοτήτων γιααναγνώριση στρωμάτων ίδιας ηλικίας, προσδιορισμός παραγωγικών στρωμάτων, ορίζοντες δείκτη, λιθολογική σύνθεση, τα κύρια χαρακτηριστικά του σχηματισμού που επηρεάζουν την ανάπτυξη, ανάπτυξη και λειτουργία φρεατίων). Η αρχή οποιασδήποτε μεθόδου καταγραφής φρεατίων είναι η μέτρηση των τιμών που χαρακτηρίζουν τις ιδιότητες των πετρωμάτων και η ερμηνεία τους.

Ηλεκτρικές Μέθοδοι

Κατά τη διεξαγωγή ηλεκτρικών γεωφυσικών ερευνών σε πετρελαιοπηγές, μετρώνται τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1. Ηλεκτρική ειδική αντίσταση (ορυκτά αγωγών, ημιαγωγοί, διηλεκτρικά).
2. Ηλεκτρική και μαγνητική διαπερατότητα.
3. Ηλεκτροχημική δραστηριότητα πετρωμάτων - φυσική (μέθοδος δυναμικού αυτο-πόλωσης) ή τεχνητά επαγόμενη (μέθοδος δυναμικού επαγόμενης πόλωσης).

Το πρώτο χαρακτηριστικό σχετίζεται με ένα τέτοιο χαρακτηριστικό όπως η αυξημένη ειδική αντίσταση των κορεσμένων πετρωμάτων με πετρέλαιο και αέριο, η οποία είναι ένα χαρακτηριστικό αναγνώρισης των κοιτασμάτων πετρελαίου και αερίου (δεν μεταδίδουν ηλεκτρισμό). Οι μετρήσεις αξιολογούνται χρησιμοποιώντας τον παράγοντα αύξησης αντίστασης, ο οποίος σας επιτρέπει να προσδιορίσετε τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά της δεξαμενής - τον συντελεστή πορώδους, τον κορεσμό νερού και λαδιού και αερίου. Οι πιο κοινές τεχνικές αυτής της τεχνολογίας περιγράφονται παρακάτω.

Μέθοδος φαινομενικής αντίστασης

Ένας καθετήρας με τρία ηλεκτρόδια γείωσης (ένα ηλεκτρόδιο τροφοδοσίας και 2 ηλεκτρόδια μέτρησης) κατεβαίνει στο φρεάτιο και το τέταρτο (τροφοδοσία) εγκαθίσταται στην κεφαλή του φρεατίου. Όταν ο καθετήρας κινείται κατακόρυφα κατά μήκος του φρεατίου, η διαφορά δυναμικού αλλάζει. Ειδικά ηλεκτρολογικάΗ αντίσταση ονομάζεται φαινόμενη επειδή υπολογίζεται για ένα ομοιογενές μέσο, αλλά στην πραγματικότητα είναι ανομοιογενής. Με βάση τα δεδομένα που λαμβάνονται, κατασκευάζονται καμπύλες, με τις οποίες είναι δυνατός ο προσδιορισμός των ορίων της δεξαμενής.

Πλάγια ηλεκτρική ηχογράφηση

Σε μετρήσεις χρησιμοποιούνται ανιχνευτές κλίσης μεγάλου μήκους (πολλαπλάσιο των διαμέτρων 2-30 φρεατίων), οι οποίες επιτρέπουν τη συνεκτίμηση της επίδρασης του ρευστού γεώτρησης και του βάθους της διείσδυσής του στα βράχια, για τον προσδιορισμό της πραγματικής αντίσταση σχηματισμού.

Μέθοδος θωρακισμένης γείωσης με επτά ή τρεις ανιχνευτές ηλεκτροδίων

Σε έναν ανιχνευτή επτά ηλεκτροδίων, η ισχύς του ρεύματος ρυθμίζεται έτσι ώστε να διασφαλίζεται η ισότητα των δυναμικών στα κεντρικά και ακραία σημεία κατά μήκος του άξονα της γεώτρησης. Αυτό γίνεται για να κατευθύνει μια εστιασμένη δέσμη ηλεκτρικού φορτίου στο βράχο. Το αποτέλεσμα είναι επίσης εμφανής αντίσταση.

Μέθοδος επαγωγής

Ένας καθετήρας με πηνία εκπομπής και λήψης, έναν εναλλάκτη και έναν ανορθωτή κατεβάζεται στο φρεάτιο. Κατά τη δημιουργία του επαγόμενου EMF, προσδιορίζεται η φαινομενική ηλεκτρική αγωγιμότητα του σχηματισμού.

Διηλεκτρική μέθοδος

Παρόμοιο με το προηγούμενο, αλλά η συχνότητα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στο πηνίο είναι μια τάξη μεγέθους υψηλότερη. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της φύσης του κορεσμού της δεξαμενής με χαμηλή αλατότητα νερού.

Υπάρχει επίσης μια μέθοδος μικροανιχνευτών (το μέγεθός τους δεν υπερβαίνει τα 5 cm) για τη μέτρηση της ηλεκτρικής αντίστασης του βράχου,ακριβώς δίπλα στον τοίχο της γεώτρησης.

Radiometry

Οι μέθοδοι ραδιομετρικής γεωφυσικής έρευνας βασίζονται στην ανίχνευση πυρηνικής ακτινοβολίας (συνήθως νετρονίων και ακτίνων γάμμα). Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι είναι:

• φυσική ακτινοβολία βράχου (ɣ-μέθοδος);
• διάσπαρτη ακτινοβολία ɣ;
• νετρόνιο-νετρόνιο (καταγραφή των νετρονίων που σκεδάζονται από τους πυρήνες των ατόμων του πετρώματος);
• παλμικό νετρόνιο;
• ενεργοποίηση νετρονίων (ɣ-ακτινοβολία τεχνητών ραδιενεργών ισοτόπων που προκύπτει από την απορρόφηση νετρονίων);
• πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός;
• μέθοδος ɣ νετρονίων (ɣ-ακτινοβολία σύλληψης νετρονίων με ακτινοβολία).

Οι μέθοδοι βασίζονται στον νόμο της εξασθένησης της πυκνότητας ροής ακτινοβολίας γάμμα, στην επίδραση της σκέδασης και της απορρόφησης των νετρονίων στο βράχο. Με βάση αυτό, προσδιορίζεται η πυκνότητα των πετρωμάτων, η σύστασή τους σε ορυκτά, η περιεκτικότητα σε άργιλο, η θραύση και παρακολουθείται η ραδιενεργή μόλυνση του εξοπλισμού γεώτρησης κάτω γεώτρησης.

σεισμοακουστικές μέθοδοι

Οι ακουστικές μέθοδοι βασίζονται στη μέτρηση φυσικών ή τεχνητών ηχητικών δονήσεων. Στην πρώτη περίπτωση, πραγματοποιούνται γεωλογικές και γεωφυσικές μελέτες θορύβων που προκύπτουν κατά την είσοδο αερίου ή πετρελαίου στη γεώτρηση και μετράται επίσης το φάσμα των δονήσεων του εργαλείου γεώτρησης κατά τη διείσδυση βράχου.

Οι μέθοδοι για τη μελέτη των τεχνητών ταλαντώσεων του φάσματος ήχου ή υπερήχων βασίζονται στη μέτρηση του χρόνου διάδοσης του κύματος ήαπόσβεση του πλάτους ταλάντωσης. Η ταχύτητα διάδοσης του ήχου εξαρτάται από πολλές παραμέτρους:

• μεταλλική σύνθεση πετρωμάτων;
• ο βαθμός του κορεσμού τους με πετρέλαιο αερίου;
• λιθολογικά χαρακτηριστικά;
• άργιλος;
• κατανομή στρες στους βράχους;
• τσιμεντοποίηση και άλλα.

Ο καθετήρας που κατεβαίνει στο φρεάτιο αποτελείται από έναν πομπό και έναν δέκτη που χωρίζονται από ακουστικούς μονωτές. Για να μειωθεί η επίδραση της γεωμετρίας της γεώτρησης στα αποτελέσματα των μετρήσεων, συνήθως χρησιμοποιούνται ανιχνευτές τριών ή τεσσάρων στοιχείων. Το εργαλείο κάτω οπής συνδέεται με τον εξοπλισμό της επιφάνειας με ένα καλώδιο. Το σήμα από τον δέκτη ψηφιοποιείται και εμφανίζεται στην οθόνη.

Με τη βοήθεια αυτής της μεθόδου πραγματοποιούνται μελέτες λιθολογικής ανατομής του τμήματος ταμιευτήρα, μεγάλες υπόγειες κοιλότητες, προσδιορίζονται οι ιδιότητες της δεξαμενής και ελέγχεται η διακοπή του νερού.

Θερμική καταγραφή

Η βάση της θερμικής καταγραφής στις επιτόπιες γεωφυσικές έρευνες είναι η μελέτη της βαθμίδας θερμοκρασίας κατά μήκος της γεώτρησης, η οποία σχετίζεται με διαφορετικές θερμικές ιδιότητες των πετρωμάτων (μέθοδοι φυσικού και τεχνητού θερμικού πεδίου). Η θερμική αγωγιμότητα των κύριων ορυκτών που σχηματίζουν πετρώματα κυμαίνεται από 1,3-8 W / (m∙K) και σε υψηλό κορεσμό αερίων πέφτει αρκετές φορές.

Τα τεχνητά θερμικά πεδία δημιουργούνται κατά τη διάρκεια της γεώτρησης με τη βοήθεια υγρού έκπλυσης ή εγκατάστασης ηλεκτρικών θερμαντήρων στο φρεάτιο. Για τη μέτρηση της διαβάθμισης θερμοκρασίας πιο συχνάχρησιμοποιούνται θερμόμετρα ηλεκτρικής αντίστασης κάτω οπής. Ως κύριο αισθητήριο στοιχείο χρησιμοποιούνται χάλκινα σύρματα και υλικά ημιαγωγών.

Η μεταβολή της θερμοκρασίας καταγράφεται έμμεσα - από το μέγεθος της ηλεκτρικής αντίστασης αυτού του στοιχείου. Το κύκλωμα μέτρησης περιέχει επίσης έναν ηλεκτρονικό ταλαντωτή του οποίου η περίοδος ταλάντωσης ποικίλλει ανάλογα με την αντίσταση. Η συχνότητά του μετριέται με ειδική συσκευή και η σταθερή τάση που παράγεται στον μετρητή συχνότητας μεταδίδεται στον εξοπλισμό οπτικής παρατήρησης.

Η διεξαγωγή γεωφυσικής έρευνας με τη χρήση αυτής της τεχνικής επιτρέπει τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τη γεωλογική δομή του πεδίου, τον εντοπισμό σχηματισμών πετρελαίου, αερίου και νερού, τον προσδιορισμό του ρυθμού ροής τους, την ανίχνευση αντικλινικών δομών και θόλων άλατος, θερμικές ανωμαλίες που σχετίζονται με εισροή υδρογονανθράκων. Η χρήση αυτής της τεχνολογίας είναι ιδιαίτερα σημαντική σε περιοχές με ενεργή ηφαιστειακή δραστηριότητα.

Γεωχημικές μέθοδοι GIS

Οι μέθοδοι γεωχημικής έρευνας βασίζονται σε μια άμεση μελέτη του κορεσμού αερίου του υγρού γεώτρησης και των μοσχευμάτων που σχηματίζονται κατά την έκπλυση φρεατίων. Στην πρώτη περίπτωση, ο προσδιορισμός της περιεκτικότητας σε αέρια υδρογονανθράκων μπορεί να πραγματοποιηθεί απευθείας κατά τη διάρκεια της γεώτρησης ή μετά από αυτήν. Το υγρό γεώτρησης απαερώνεται σε μια ειδική μονάδα και στη συνέχεια προσδιορίζεται η περιεκτικότητα σε υδρογονάνθρακες χρησιμοποιώντας αναλυτή αερίων-χρωματογράφο που βρίσκεται στον σταθμό καταγραφής.

Απολύμα ή σωματίδια διάτρητου βράχου,που περιέχονται στο υγρό γεώτρησης μελετώνται με φωταυγείς ή ασφαλτικές μεθόδους.

Μαγνητική καταγραφή

Οι μαγνητικές μέθοδοι για τη διεξαγωγή της υλοτομίας περιλαμβάνουν διάφορους τρόπους διαφοροποίησης των πετρωμάτων:

• με μαγνήτιση;
• για τη μαγνητική επιδεκτικότητα (δημιουργία τεχνητού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου),
• για τις πυρηνικές μαγνητικές ιδιότητες (αυτή η τεχνολογία αναφέρεται επίσης ως πυρηνική καταγραφή).

Η ισχύς του μαγνητικού πεδίου οφείλεται στην παρουσία μαγνητικών σωμάτων και στρωμάτων μεταλλεύματος που βρίσκονται από κάτω και τα επικαλύπτουν. Οι αισθητήρες μαγνητικής διαμόρφωσης (flurosondes) χρησιμεύουν ως ευαίσθητα στοιχεία του εξοπλισμού κάτω οπών. Τα σύγχρονα όργανα μπορούν να μετρήσουν και τα τρία συστατικά του διανύσματος μαγνητικού πεδίου, καθώς και τη μαγνητική επιδεκτικότητα.

Η πυρηνική μαγνητική καταγραφή είναι για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του μαγνητικού πεδίου, το οποίο προκαλείται από πυρήνες υδρογόνου στο ρευστό πόρων. Το νερό, το αέριο και το πετρέλαιο διαφέρουν ως προς την περιεκτικότητα σε πυρήνες υδρογόνου. Χάρη σε αυτή την ιδιότητα, είναι δυνατό να μελετηθεί η δεξαμενή και η διαπερατότητά της, να προσδιοριστεί ο τύπος του ρευστού και να διαφοροποιηθούν οι τύποι των πετρωμάτων που αποτελούν.

εξερεύνηση βαρύτητας

Η εξερεύνηση με βαρύτητα είναι μια μέθοδος γεωφυσικής εξερεύνησης κοιτασμάτων που βασίζεται σε μια μη ομοιόμορφη κατανομή του πεδίου βαρύτητας κατά μήκος της γεώτρησης. Με βάση τον σκοπό, διακρίνονται 2 τύποι τέτοιων υλοτόμων - για τον προσδιορισμό της πυκνότητας των πετρωμάτων των στρωμάτων που διασχίζουν το πηγάδι και για τον εντοπισμό της θέσης των γεωλογικών αντικειμένων που προκαλούν ανωμαλία στη βαρύτητα (αλλαγή της τιμής της).

Το άλμα του τελευταίου δείκτη συμβαίνει όταν μετακινείστε από μια δεξαμενή με χαμηλότερη πυκνότητα σε πιο πυκνούς βράχους. Η ουσία της μεθόδου είναι η μέτρηση της κατακόρυφης βαρύτητας και ο προσδιορισμός του πάχους της δεξαμενής. Αυτά τα δεδομένα σάς επιτρέπουν να μάθετε την πυκνότητα των πετρωμάτων.

Βαρύμετρα χορδής και χαλαζία χρησιμοποιούνται ως ο κύριος εξοπλισμός κάτω οπών. Ο πρώτος τύπος συσκευών είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος. Τέτοια βαρύμετρα είναι ένας ηλεκτρομηχανικός δονητής στον οποίο εφαρμόζεται μια εναλλασσόμενη τάση σε μια κατακόρυφα σταθερή χορδή με αιωρούμενο φορτίο. Ο δονητής είναι συνδεδεμένος σε μια γεννήτρια και οι διακυμάνσεις της συχνότητάς του χρησιμεύουν ως τελική παράμετρος.

Εξοπλισμός

Οι μέθοδοι γεωφυσικής έρευνας πραγματοποιούνται με τη βοήθεια επιτόπιων γεωφυσικών σταθμών, τα κύρια στοιχεία των οποίων είναι:

• downhole tools;
• βαρούλκο με μηχανική ή ηλεκτρομηχανική μετάδοση κίνησης (από την απογείωση ισχύος, ηλεκτρικό δίκτυο ή ανεξάρτητη πηγή ενέργειας);
• μονάδα ελέγχου κίνησης;
• σύστημα παρακολούθησης για τους κύριους δείκτες των διαδικασιών ενεργοποίησης (βάθος βύθισης, ταχύτητα καθόδου στο φρεάτιο, δύναμη τάσης) - μονάδα οθόνης, μονάδα τάσης, αισθητήρας βάθους;
• λιπαντικό γεώτρησης για σφράγιση της κεφαλής του φρεατίου κατά τη διάρκεια της καταγραφής φρεατίων (περιλαμβάνει βαλβίδες διακοπής, κουτί πλήρωσης, θάλαμο λήψης, μετρητές πίεσης και άλλα όργανα),
• εξοπλισμός μέτρησης εδάφους (στο σασί ενός αυτοκινήτου).

Εξοπλισμός συντήρησης σε βάθος φρεατίωνμπορεί να βρίσκεται σε αμάξωμα δύο αυτοκινήτων. Εργαστήρια γεωφυσικής εξερεύνησης γεωτρήσεων είναι τοποθετημένα στο σασί των URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 και άλλων. Το αμάξωμα του αυτοκινήτου περιλαμβάνει συνήθως 2 διαμερίσματα - έναν εργάτη, στον οποίο βρίσκεται ο εξοπλισμός, και ένα "σπίτι αλλαγής" για το προσωπικό σέρβις.

Οι βασικές απαιτήσεις για εξοπλισμό είναι η υψηλή ακρίβεια και η αξιοπιστία των γεωφυσικών ερευνών. Η εργασία σε φρεάτια συνδέεται με δύσκολες συνθήκες - μεγάλο βάθος, σημαντικές πτώσεις θερμοκρασίας, κραδασμούς, δονήσεις. Ο εξοπλισμός ολοκληρώνεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις του πελάτη, τη μέθοδο που χρησιμοποιείται και τους στόχους της εργασίας. Για γεωφυσική έρευνα σε υπεράκτια πηγάδια, όλος ο εξοπλισμός μεταφέρεται σε εμπορευματοκιβώτια.

Ερμηνεία αποτελεσμάτων

Τα αποτελέσματα των γεωφυσικών ερευνών επεξεργάζονται βήμα προς βήμα από τις τιμές των οργάνων μέτρησης έως τον προσδιορισμό των γεωφυσικών παραμέτρων της δεξαμενής:

1. Μετατροπή σημάτων εξοπλισμού κάτω οπής.
2. Προσδιορισμός των πραγματικών φυσικών ιδιοτήτων των πετρωμάτων που μελετήθηκαν. Σε αυτό το στάδιο ενδέχεται να απαιτηθεί πρόσθετη γεωφυσική εργασία πεδίου.
3. Προσδιορισμός λιθολογικών ιδιοτήτων και ιδιοτήτων δεξαμενής του σχηματισμού.
4. Χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα που προέκυψαν για την επίλυση μιας από τις εργασίες που έχουν τεθεί - προσδιορισμός κοιτασμάτων ορυκτών, κατανομή τους σε όλη την περιοχή, προσδιορισμός της γεωλογικής ηλικίας των πετρωμάτων, συντελεστών πορώδους, περιεκτικότητας σε άργιλο, κορεσμού αερίου και πετρελαίου, διαπερατότητα. αναγνώριση δεξαμενών, μελέτη χαρακτηριστικώνγεωλογικό τμήμα και άλλα.

Η ερμηνεία των γεωφυσικών ερευνών πραγματοποιείται με διάφορες μεθόδους ανάλογα με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται (ηλεκτρική, ραδιομετρική, θερμική κ.λπ.) και τον εξοπλισμό μέτρησης. Οι σύγχρονοι γεωφυσικοί οργανισμοί λειτουργούν αυτοματοποιημένα συστήματα συλλογής και επεξεργασίας δεδομένων (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight και άλλα).