מחקר גיאופיזי: סוגים, שיטות וטכנולוגיות

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

מחקר גיאופיזי משמש לחקר סלעים בקירוב קרוב ובחלל בין-בארים. הם מבוצעים על ידי מדידה ופרשנות של אינדיקטורים פיזיים טבעיים או מלאכותיים מסוגים שונים. נכון לעכשיו, יש יותר מ-50 שיטות גיאופיזיות.

מאפיינים כלליים

מחקר גיאופיזי (GIS, ייצור גיאופיזיקה או רישום) הוא קבוצה של שיטות גיאופיזיקה יישומיות המשמשות ללימוד פרופילים גיאולוגיים, קבלת מידע על המצב הטכני של בארות וזיהוי מינרלים בתת הקרקע.

GIS מבוסס על תכונות פיזיקליות שונות של סלעים:

• electric;
• radioactive;
• magnetic;
• thermal ואחרים.

סקרים גיאופיזיים של ייצור של בארות הם הסוג העיקרי של תיעוד גיאולוגי של בארות. מטרת היישום שלהם היא לפתור מספר בעיות טכניות (השוואת סעיפים עבורזיהוי שכבות באותו גיל, קביעת שכבות יצרניות, אופקי סמן, הרכב ליתולוגי, המאפיינים העיקריים של התצורה המשפיעים על פיתוח, פיתוח ותפעול בארות). העיקרון של כל שיטת רישום בארים הוא למדוד את הערכים המאפיינים את תכונות הסלעים ולפרש אותם.

שיטות חשמליות

בעת ביצוע סקרים גיאופיזיים חשמליים של בארות נפט, המאפיינים הבאים נמדדים:

1. התנגדות חשמלית (מינרלים מוליכים, מוליכים למחצה, דיאלקטריים).
2. חדירות חשמלית ומגנטית.
3. פעילות אלקטרוכימית של סלעים - טבעית (שיטת פוטנציאל קיטוב עצמי) או מושרה מלאכותית (שיטת פוטנציאל קיטוב מושרה).

המאפיין הראשון קשור לתכונה כזו כמו התנגדות מוגברת של סלעים רוויים בנפט וגז, שהיא תכונת זיהוי של מרבצי נפט וגז (הם אינם מוליכים חשמל). המדידות מוערכות באמצעות גורם הגדלת ההתנגדות, המאפשר לקבוע את המאפיינים החשובים ביותר של המאגר - מקדם הנקבוביות, רווית המים והנפט והגז. הטכניקות הנפוצות ביותר של טכנולוגיה זו מתוארות להלן.

שיטת התנגדות לכאורה

בדיקה עם שלוש אלקטרודות הארקה (אספקה אחת ו-2 אלקטרודות מדידה) מורידה לתוך הבאר, והרביעית (הספק) מותקנת בראש הבאר. כאשר הגשושית נעה אנכית לאורך צינור הבאר, ההבדל הפוטנציאלי משתנה. חשמל ספציפיהתנגדות נקראת לכאורה מכיוון שהיא מחושבת עבור תווך הומוגני, אך למעשה היא לא הומוגנית. על סמך הנתונים המתקבלים בונים עקומות, לפיהן ניתן לקבוע את גבולות המאגר.

צלילי חשמלי צדדי

גשושי שיפוע באורך רב (כפולה של 2-30 קוטר בארות) משמשות במדידות, מה שמאפשר לקחת בחשבון את השפעת נוזל הקידוח ועומק חדירתו לסלעים, כדי לקבוע את האמת התנגדות היווצרות.

שיטת הארקה מסוככת עם שבעה או שלוש בדיקות אלקטרודות

בבדיקה בת שבע אלקטרודות, עוצמת הזרם מווסתת כך ששוויון הפוטנציאלים מובטח בנקודות המרכזיות והקיצוניות לאורך ציר הקידוח. זה נעשה כדי לכוון אלומה ממוקדת של מטען חשמלי לתוך הסלע. התוצאה היא גם התנגדות לכאורה.

שיטת אינדוקציה

בדיקה עם סלילים פולטים וקליטים, אלטרנטור ומיישר מורידים לתוך הבאר. בעת יצירת EMF המושרה, המוליכות החשמלית הנראית של התצורה נקבעת.

שיטה דיאלקטרית

דומה לקודם, אבל תדירות השדה האלקטרומגנטי בסליל גבוהה בסדר גודל. שיטה זו משמשת לקביעת אופי הרוויה במאגר עם מליחות מים נמוכה.

ישנה גם שיטה של מיקרופרובים (גודלם אינו עולה על 5 ס מ) למדידת ההתנגדות החשמלית של הסלע,צמוד ישירות לקיר הקידוח.

רדיומטריה

שיטות מחקר גיאופיזיות רדיומטריות מבוססות על זיהוי קרינה גרעינית (לרוב נויטרונים וקרני גמא). השיטות הנפוצות ביותר הן:

• קרינת סלע טבעית (שיטת ɣ);
• קרינה ɣ מפוזרת;
• נויטרון-נויטרון (רישום של נויטרונים המפוזרים על ידי גרעיני אטומי הסלע);
• נייטרון דופק;
• הפעלת ניטרונים (ɣ-קרינה של איזוטופים רדיואקטיביים מלאכותיים הנובעים מקליטת נויטרונים);
• תהודה מגנטית גרעינית;
• נויטרון ɣ-method (ɣ-קרינת לכידת נויטרונים).

השיטות מבוססות על חוק הנחתה של צפיפות שטף קרינת הגמא, השפעת הפיזור והבליעה של נויטרונים בסלע. על בסיס זה נקבעת צפיפות הסלעים, הרכב המינרלים שלהם, תכולת החרסית, השבירה, ומנטרת זיהום רדיואקטיבי של ציוד קידוח בבור.

שיטות סייסמואקוסטיות

שיטות אקוסטיות מבוססות על מדידה של רעידות קול טבעיות או מלאכותיות. במקרה הראשון, מתבצעים מחקרים גיאולוגיים וגיאופיזיים של רעשים המתרחשים כאשר גז או נפט חודרים לקידוח, וכן נמדד ספקטרום התנודות של כלי הקידוח במהלך חדירת סלעים.

שיטות לחקר תנודות מלאכותיות של הקול או הספקטרום האולטראסוני מבוססות על מדידת זמן ההתפשטות של הגל אושיכוך משרעת התנודה. מהירות התפשטות הקול תלויה במספר פרמטרים:

• הרכב מינרלי של סלעים;
• מידת הרוויה של הגז-שמן שלהם;
• תכונות ליתולוגיות;
• clayness;
• הפצת מתח בסלעים;
• cementation ואחרים.

הבדיקה שהורדה לבאר מורכבת ממשדר ומקלט המופרדים על ידי מבודדים אקוסטיים. כדי להפחית את השפעת גיאומטריית הקידוח על תוצאות המדידה, משתמשים בדרך כלל בבדיקות של שלושה או ארבעה אלמנטים. הכלי למטה מחובר לציוד המשטח באמצעות כבל. האות מהמקלט עובר דיגיטציה ומוצג על המסך.

בעזרת שיטה זו, מחקרים של דיסקציה ליתולוגית של קטע המאגר, מבוצעים חללים תת-קרקעיים גדולים, נקבעים מאפייני המאגר ומבוקרת חיתוך מים.

רישום תרמי

הבסיס של רישום תרמי בסקרים גיאופיזיים בשטח הוא חקר שיפוע הטמפרטורה לאורך צינור הבאר, הקשור לתכונות תרמיות שונות של סלעים (שיטות של שדה תרמי טבעי ומלאכותי). המוליכות התרמית של המינרלים העיקריים היוצרים סלע נעה בין 1.3-8 W / (m∙K), וברוויית גז גבוהה היא יורדת מספר פעמים.

שדות תרמיים מלאכותיים נוצרים במהלך הקידוח בעזרת נוזל שטיפה או התקנה של תנורי חימום חשמליים בבאר. כדי למדוד את שיפוע הטמפרטורה לרובנעשה שימוש במדחום התנגדות חשמלית למטה. חוטי נחושת וחומרי מוליכים למחצה משמשים כאלמנט החישה העיקרי.

שינוי בטמפרטורה נרשם בעקיפין - לפי גודל ההתנגדות החשמלית של אלמנט זה. מעגל המדידה מכיל גם מתנד אלקטרוני שתקופת התנודה שלו משתנה בהתאם להתנגדות. התדר שלו נמדד על ידי מכשיר מיוחד, והמתח הקבוע שנוצר במד התדר מועבר לציוד התצפית החזותית.

ביצוע מחקר גיאופיזי באמצעות טכניקה זו מאפשר קבלת מידע על המבנה הגיאולוגי של השדה, זיהוי תצורות נושאות נפט, גז ומים, קביעת קצב הזרימה שלהן, זיהוי מבנים אנטי-קלינליים וכיפות מלח, חריגות תרמיות הקשורות ל- זרימה של פחמימנים. השימוש בטכנולוגיה זו רלוונטי במיוחד באזורים עם פעילות געשית פעילה.

שיטות גיאוכימיות GIS

שיטות מחקר גיאוכימיות מבוססות על מחקר ישיר של רווית הגז של נוזל הקידוח וחיתוכים הנוצרים במהלך שטיפת באר. במקרה הראשון, קביעת תכולת גזי הפחמימנים יכולה להתבצע ישירות במהלך הקידוח או לאחריו. נוזל הקידוח מנוזל ביחידה מיוחדת, ולאחר מכן קובעים את תכולת הפחמימנים באמצעות מנתח גז-כרומטוגרף הממוקם בתחנת הרישום.

תמיסה, או חלקיקים של סלע קדח,הכלולים בנוזל הקידוח נחקרים בשיטות זוהרות או ביטומינולוגיות.

רישום מגנטי

שיטות מגנטיות לביצוע רישום בארים כוללות מספר דרכים להבדיל בין סלעים:

• באמצעות מגנטיזציה;
• על רגישות מגנטית (יצירת שדה אלקטרומגנטי מלאכותי);
• על מאפיינים מגנטיים גרעיניים (טכנולוגיה זו מכונה גם רישום גרעיני).

חוזק השדה המגנטי נובע מנוכחותם של גופי עפרות ושכבות מגנטיים העומדים בבסיסם וחופפים אותם. חיישני אפנון מגנטי (פלורוסונדים) משמשים כאלמנטים רגישים של ציוד למטה. מכשירים מודרניים יכולים למדוד את כל שלושת המרכיבים של וקטור השדה המגנטי, כמו גם רגישות מגנטית.

רישום מגנטי גרעיני נועד לקבוע את המאפיינים של השדה המגנטי, המושרה על ידי גרעיני מימן בנוזל הנקבוביות. מים, גז ונפט שונים בתכולת גרעיני המימן. הודות לתכונה זו, ניתן לחקור את המאגר וחדירותו, לזהות את סוג הנוזל ולהבדיל בין סוגי הסלעים המרכיבים.

חקירת כוח המשיכה

חקירת כוח הכבידה היא שיטה לחקירה גיאופיזית של מרבצים המבוססת על התפלגות לא אחידה של שדה הכבידה לאורכו של קידוח הבאר. לפי מטרה, מבחינים בין 2 סוגים של כריתה כזו - לקבוע את צפיפות הסלעים של השכבות החוצות את הבאר, ולזהות את מיקומם של עצמים גיאולוגיים הגורמים לאנומליה בכבידה (שינוי בערכו).

הקפיצה של המחוון האחרון מתרחשת בעת מעבר ממאגר עם צפיפות נמוכה יותר לסלעים צפופים יותר. מהות השיטה היא מדידת כוח המשיכה האנכי וקביעת עובי המאגר. נתונים אלה מאפשרים לך לגלות את צפיפות הסלעים.

מדדי כבידה של מיתר וקוורץ משמשים כציוד הראשי למטה. הסוג הראשון של המכשירים הוא הנפוץ ביותר. מדי כבידה כאלה הם ויברטור אלקטרומכני שבו מתח חילופין מופעל על מיתר קבוע אנכי עם עומס תלוי. הוויברטור מחובר לגנרטור, ותנודות התדר שלו משמשות כפרמטר סופי.

ציוד

שיטות מחקר גיאופיזיות מתבצעות בעזרת תחנות גיאופיזיות שדה, שהמרכיבים העיקריים שלהן הם:

• כלים למטה;
• כננת עם הנעה מכנית או אלקטרומכנית (ממוציא הכוח, מרשת החשמל או מקור כוח עצמאי);
• יחידת בקרת כונן;
• מערכת ניטור עבור האינדיקטורים העיקריים של הליכי מעידה (עומק טבילה, מהירות ירידה לבאר, כוח מתח) - יחידת תצוגה, יחידת מתח, חיישן עומק;
• סיכה לקידוח לאיטום ראש הבאר במהלך רישום באר (כולל שסתומי סגירה, תיבת איטום, תא קליטה, מדי לחץ ומכשור אחר);
• ציוד מדידה קרקע (על שלדה של מכונית).

ציוד לתחזוקת באר עמוקיכול להיות ממוקם בגוף של שתי מכוניות. מעבדות לחקירה גיאופיזית של בארות מותקנות על השלדה של URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 ואחרים. גוף הרכב כולל לרוב 2 תאים - פועל, בו נמצא הציוד, ו"בית שינוי" לאנשי שירות.

הדרישות העיקריות לציוד הן דיוק ואמינות גבוהים של סקרים גיאופיזיים. עבודה בבארות קשורה לתנאים קשים - עומק רב, ירידת טמפרטורה משמעותית, רעידות, רעידות. השלמת הציוד מתבצעת בהתאם לדרישות הלקוח, השיטה הנהוגה ומטרות העבודה. למחקר גיאופיזי בבארות מהחוף, כל הציוד מועבר במכולות.

פירוש התוצאות

התוצאות של סקרים גיאופיזיים מעובדים צעד אחר צעד מערכי מכשירי מדידה ועד לקביעת הפרמטרים הגיאופיזיים של המאגר:

1. המרה של אותות ציוד למטה.
2. קביעת התכונות הפיזיקליות האמיתיות של הסלעים הנחקרים. ייתכן שתידרש עבודה גיאופיזית נוספת בשטח בשלב זה.
3. קביעת המאפיינים הליתולוגיים והמאגרים של התצורה.
4. שימוש בתוצאות שהתקבלו כדי לפתור את אחת המשימות שנקבעו - זיהוי מרבצי מינרלים, תפוצתם ברחבי האזור, קביעת הגיל הגיאולוגי של הסלעים, מקדמי נקבוביות, תכולת חימר, רוויית גז ושמן, חדירות; זיהוי מאגרים, לימוד תכונותקטע גיאולוגי ואחרים.

פרשנות של סקרים גיאופיזיים מתבצעת בשיטות שונות בהתאם לטכנולוגיה שבה נעשה שימוש (חשמלי, רדיומטרי, תרמי וכו') וציוד מדידה. ארגונים גיאופיזיים מודרניים מפעילים מערכות אוטומטיות לאיסוף ועיבוד נתונים (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight ואחרים).