Ггц в геофизике это

Обновлено: 01.07.2024

Анализ геофизических сигналов связан с обнаружением и последующей обработкой сигналов. Любой изменяющийся сигнал передает ценную информацию. Следовательно, чтобы понять информацию, заложенную в такие сигналы, нам необходимо «обнаруживать» и «извлекать данные» из таких величин. Геофизические сигналы чрезвычайно важны для нас, поскольку они представляют собой сигналы, несущие информацию, которые несут данные, относящиеся к нефтяным месторождениям под поверхностью и сейсмическим данным. Анализ геофизических сигналов также предлагает нам качественное понимание возможности возникновения стихийных бедствий, таких как землетрясения или извержения вулканов .

Гравитационные и магнитные поля обнаруживаются с помощью чрезвычайно чувствительных гравитометров и магнитометров соответственно. Изменения гравитационного поля измеряются с помощью таких устройств, как атомные интерферометры. Сверхпроводящие квантовые интерференционное устройство (СКВИД) является чрезвычайно чувствительным устройством , которое измеряет минуту изменения в магнитном поле. После обнаружения данные из этих сигналов извлекаются с помощью методов спектрального анализа , фильтрации и формирования луча . Эти методы можно использовать при разведке нефти для оценки положения подземных объектов, используя геотермальную энергию .

Содержание

Задний план

Положение подземных объектов можно определить, измерив градиент гравитационного поля Земли. Известно, что объект с большей массой «притягивает» другие объекты со значительно меньшей массой. Эта сила притяжения объясняется пониманием следующих тем.

Пространственная и временная частота

Временная частота - это количество появлений события в единицу «времени». Он определяется относительно времени. Частота волны может быть X циклов в секунду. С другой стороны, пространственная частота - это характеристика любого объекта, который периодически изменяется в пространстве.

Оцифровка во времени и пространстве

Оцифровка любого сигнала имеет два аспекта: «оцифровка во временной области» и «оцифровка в космической области». Эти концепции относятся к сигналам, изменяющимся в пространстве, времени или в обоих случаях.

Оцифровка во временной области - это процесс измерения амплитуды сигнала в дискретных временных интервалах.
Оцифровка пространственной области - это процесс измерения амплитуды сигнала в дискретной пространственной области. Пример: Измерение интенсивности электромагнитного поля в различных пространственных интервалах.

Тензор

Чтобы объяснить концепцию тензора , рассмотрим определение вектора: «Вектор - это величина, имеющая как величину, так и направление. Векторы - это тензоры с рангом 1 ”. Для компонента есть только базисный вектор. Пример: скорость представлена как Ai + Bj + Ck, где i, j, k - единичные векторы в направлениях x, y, z соответственно. Мы видим, что между базисным вектором и его компонентом существует взаимно однозначное отображение.

Тензор же имеет ранг больше единицы. Гравитационное поле является примером тензора.

Этот рисунок описывает компонент i вектора площади и компоненты i, j, k вектора гравитационного поля.

Компоненты вектора трехмерного гравитационного поля, действующие на компонент j вектора площади.

Компоненты вектора трехмерного гравитационного поля, действующие на компонент k вектора площади

Набор фигур слева представляет различные компоненты гравитационного поля. Эти составляющие полностью характеризуют все силы, действующие на тело. Их можно представить в матричной форме следующим образом:

Представление всех компонентов вектора гравитационного градиента

Теперь, когда мы знакомы с концепциями гравитации и тензоров, можно провести качественное обсуждение гравитации и ее значения в геофизическом анализе. Определенное распределение массы создает вокруг себя гравитационное силовое поле. Другими словами, рассматриваемый объект имеет конечную массу «M» и, следовательно, искривляет пространство вокруг себя. Градиент гравитационного поля определяется расходимостью гравитационного поля.

Существующие подходы к распознаванию и анализу геофизических сигналов

Оценка положения подземных объектов путем измерения силы тяжести

Обсуждаемый здесь метод предполагает, что массовое распределение интересующих подземных объектов уже известно, и, следовательно, проблема оценки их местоположения сводится к параметрической локализации. Поскольку распределение масс интересующих объектов уже известно, скажем, подземные объекты с центром масс (CM ₁ , CM ₂ . CM _n ) расположены под землей и в положениях p ₁ , p ₂ . p _n . Градиент силы тяжести (компоненты гравитационного поля) измеряется с помощью прялки с акселерометрами, также называемых градиентометром силы тяжести. Инструмент расположен в разных ориентациях для измерения соответствующей составляющей гравитационного поля. Рассчитаны и проанализированы значения тензоров гравитационного градиента. Анализ включает наблюдение за вкладом каждого рассматриваемого объекта. Выполняется процедура максимального правдоподобия и вычисляется граница Крамера – Рао для оценки качества оценки местоположения.

Измерение магнитных полей Земли

Магнитометры используются для измерения магнитных полей, магнитных аномалий на Земле. Чувствительность магнитометров зависит от требований. Например, вариации геомагнитных полей могут достигать порядка нескольких aT, где 1aT = 10 ^ -18T. В таких случаях используются специализированные магнитометры, такие как сверхпроводящее устройство квантовой интерференции (SQUID).

Джим Циммерман участвовал в разработке сверхпроводящего устройства квантовой интерференции во время своего пребывания в исследовательской лаборатории Форда. Однако события, приведшие к изобретению кальмаров, на самом деле были случайными. Джон Ламбе во время своих экспериментов по ядерному магнитному резонансу заметил, что электрические свойства индия меняются из-за изменения магнитного поля порядка нескольких нТл . Но Ламбе не мог полностью осознать полезность SQUID.

СКВИДы обладают способностью обнаруживать магнитные поля крайне низкой величины. Это связано с достоинствами джозефсоновских переходов . Джим Циммерман был пионером в разработке SQUID, предложив новый подход к созданию джозефсоновских переходов. Он использовал ниобиевые проволоки и ниобиевые ленты, чтобы сформировать два джозефсоновских перехода, соединенных параллельно. Ленты действуют как прерывания сверхпроводящего тока, протекающего по проводам. Переходы очень чувствительны к магнитным полям и поэтому очень полезны при измерении полей порядка 10 -18 Тл .

Измерение сейсмических волн

Задний план

На движение любой массы влияет гравитационное поле. На движение планет влияет огромное гравитационное поле Солнца. Точно так же более тяжелый объект будет влиять на движение других объектов меньшей массы, находящихся поблизости. Однако это изменение в движении очень мало по сравнению с движением небесных тел. Следовательно, для измерения такого минутного изменения требуются специальные инструменты.

Атомный интерферометр

Атомные интерферометры работают по принципу дифракции . Дифракционные решетки представляют собой наноматериалы с разделением четверти длины волны света. Когда пучок атомов проходит через дифракционную решетку, из-за собственной волновой природы атомов они расщепляются и образуют интерференционные полосы на экране. Атомный интерферометр очень чувствителен к изменениям положения атомов. По мере того как более тяжелые объекты меняют положение атомов поблизости, смещение атомов может быть измерено путем обнаружения сдвига интерференционных полос.

Анализ геофизических сигналов

Любой сигнал передает информацию двумя способами:

Временные и пространственные вариации данных
Частотное изменение данных.

Спектральный анализ

Представление Фурье

Разложение Фурье сигнала во временной области - это представление сигнала в виде суммы его частотных компонентов, в частности суммы синусов и косинусов. Джозеф Фурье придумал представление Фурье для оценки распределения тепла в теле. Тот же подход можно использовать для анализа многомерных сигналов, таких как электромагнитные волны.

4d-Фурье-представление таких сигналов определяется как:

S (K, ω) = ∫ ∫ s (x, t) exp [-j (ωt- k'x)] dx dt

ω представляет временную частоту, а k представляет пространственную частоту.
s (x, t) - это четырехмерный пространственно-временной сигнал, который можно представить как бегущие плоские волны. Плоскость распространения перпендикулярна направлению распространения электромагнитной волны.

Фильтрация

Проще говоря, проблему фильтрации пространственно-временного сигнала можно рассматривать как определение скорости и направления конкретного сигнала. При разработке фильтров для пространственно-временных сигналов используется тот же подход, что и для одномерных сигналов. Фильтры для одномерных сигналов разработаны таким образом, что, если требуется, чтобы фильтр выделял частотные составляющие в конкретном ненулевом диапазоне частот, определяется полосовой фильтр с соответствующей полосой пропускания и частотами полосы заграждения. Аналогичным образом, в случае многомерных систем, частотно-волновая характеристика фильтров разработана таким образом, что она равна единице в расчетной области (k, ω), известной как частота волнового числа, и нулю в других местах.

Формирование луча

Этот подход применяется для фильтрации сигналов пространства-времени. Он предназначен для изоляции сигналов, идущих в определенном направлении. Один из самых простых фильтров - это взвешенная задержка и суммирующий формирователь луча. Выход представляет собой среднее значение линейной комбинации задержанных сигналов. Другими словами, выходной сигнал формирователя луча формируется путем усреднения взвешенных и задержанных версий сигналов приемника. Задержка выбирается так, чтобы полоса пропускания формирователя луча была направлена в определенном направлении в пространстве.

Пространственное распределение фазированных решеток для фильтрации геофизических сигналов

Продолжение вверх в анализе магнитных полей

Этот метод можно использовать для оценки глубины залегания магнитных материалов под землей. Магнитные данные обрабатываются спектральными методами, такими как преобразование Фурье. Алгоритм БПФ делает спектральный анализ сигналов быстрым, простым и эффективным. Вычисления БПФ могут выполняться на машинах, которые позволяют нам выполнять отображение контуров. Метод продолжения вверх ослабляет аномалии волнового числа, связанные с мелкими магнитными источниками. Таким образом, компоненты сигнала содержат информацию об объектах, находящихся глубоко под землей.

Приложения

Картирование геотермальной энергии

Данные о гравитации собираются в результате подробных географических исследований. Напряженность гравитационного поля измеряется с помощью гравиметра. Кроме того, необходимо измерить высоту, чтобы учесть поправки на высоту. В аномалии Буге в гравиметрических данных анализируются. Аномалия Бугера - это корректировка гравитационных данных, которая учитывает высоту различных ландшафтов.

Данные Бугера связаны с другими магнитными и сейсмическими измерениями в этом регионе. Эти данные помогают выявить тектоническую и структурную географию этой области.

После получения данных некоторые из наблюдений по данным Буге указывают на следующее:

Данные аномалии Буге напрямую связаны с подповерхностной топологией региона.
Положительные аномалии Буге указывают на магматические вторжения в недра.
Исследования силы тяжести также указывают на наличие подземных водоносных горизонтов . Следовательно, можно предположить, что циркуляция воды в районе вулканических интрузий может быть источником геотермальной энергии.

Разведка нефти

Процесс разведки нефти] начинается с обнаружения слоя непроницаемого вещества, под которым погребена нефть. Пока не пробурена скважина, невозможно точно определить наличие нефти. Однако благодаря эффективному использованию геотермальных методов мы можем обнаружить слой, под которым может задерживаться нефть.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В СКВАЖИНАХ

Термины, определения и буквенные обозначения

Geophysical exploration in wells. Terms, definitions and letter symbols

Всесоюзным научно-исследовательским институтом геофизических методов разведки (ВНИИГеофизика) НПО "Союзгеофизика" Министерства геологии СССР

Генеральный директор М.К.Поляков

Руководитель темы Н.Н.Сохранов

Исполнители: В.Т.Чукин, А.М.Бондарев, М.Т.Бондаренко, Б.К.Молчанов, Н.Н.Зефиров

Всесоюзным научно-исследовательским институтом нефтепромысловой геофизики (ВНИИНефтепромгеофизика) Министерства нефтяной промышленности

Зав. отделом В.Ф.Мечетин

ВНЕСЕН Министерством геологии СССР

Начальник Управления В.В.Федынский

ПОДГОТОВЛЕН К УТВЕРЖДЕНИЮ Всесоюзным научно-исследовательским институтом технической информации, классификации и кодирования (ВНИИКИ)

Зам. директора по научной работе А.А.Саков

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 30 июня 1977 г. N 1638

ВНЕСЕНО Изменение N 1, принятое и введенное в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 03.08.82 N 3020 с 01.12.82

Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 11 1982 год

Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения понятий в области геофизических исследований в скважинах.

Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, учебниках, учебных пособиях, научно-технической и справочной литературе.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина запрещается.

Недопустимые к применению термины-синонимы приведены в стандарте в качестве справочных и обозначены пометой "Ндп".

Когда существенные признаки понятия содержатся в буквальном значении термина, определение не приведено, и, соответственно, в графе "Определение" поставлен прочерк.

Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте приведены в качестве справочных их краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования, и буквенные обозначения величин, установленных настоящим стандартом.

В стандарте приведен алфавитный указатель содержащихся в нем терминов и справочное приложение, содержащее схему взаимосвязи основных видов геофизических исследований в скважинах.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая форма - светлым, недопустимые термины - курсивом.

Последние 15 лет мне довелось создать в трёх компаниях геофизическую службу, в том числе и каротажные отряды, поэтому мои повествования будут на основе личного опыта. Теория заимствована из лекций моего коллеги из родного института ( УГГУ ) Сковородникова И.Г., который читает этот курс с 1979 года.

Планирую четыре публикации на тему ГИС:

1. Теоретические основы некоторых методов каротажа.

2. Каротажные станции

3. Скважинные приборы

4. Результаты каротажа на рудных объектах и в гидрогеологических скважинах

Для тех, кто дочитает до конца 4 публикации, расскажу о особых приёмах каротажа в сложных геологических условиях ( когда скважина «валит») и особенностях каротажа ВП в рудных скважинах.

Геофизические исследования скважин (ГИС) — это отрасль разведочной геофизики, отличающаяся от других (сейсмо-, магнито-, электро-, гравиразведки, радиометрии и ядерно-геофизических методов) только по методике исследований. Основные положения теории физических полей, измеряемых в скважинах, остаются теми же, что и в полевой геофизике.

Роль и значение ГИС с течением времени постоянно возрастает, т.к. в перспективе ГИС открывают путь к бес керновому познанию скважин. В настоящее время в скважинах регистрируется свыше 35 различных параметров: разнообразные физические свойства горных пород, напряженность многообразных физических полей, технические характеристики состояния самой буровой скважины. При этом стоимость ГИС составляет лишь незначительную часть от стоимости сооружения и оборудования скважины. В настоящее время буквально все методы полевой геофизики имеют свои аналоги в скважинном варианте и, более того, существуют методы ГИС, не имеющие аналогов среди полевых, например, метод электродных потенциалов, гамма-гамма-каротаж, инклинометрия и др.

В ГИС выделяют три больших раздела: каротаж, операции в скважинах и скважинную геофизику.

Началу изучения физических полей в скважинах положили французы – братья Мишель и Конрад Шлюмберже.

Основной обьём практических исследований выполнялся в Баку, начиная с 1929 года. Ими были предложены к использованию каротаж по сопротивлениям, собственной и вызванной поляризации и кавернометрия.

Коротко об этимологии (происхождении) термина "каротаж". Он происходит от французского la carotte - морковка . Именно так французские буровики называли столбик керна, извлекаемого из скважины. Сам процесс извлечения керна они называли carottage. Затем это слово стали применять и для обозначения процесса документирования разреза по керну. Поэтому, когда французские геофизики предложили свой метод документации разрезов по электрическому сопротивлению, его по аналогии назвали электрическим каротажем. Однако, во французском языке слово "каротаж " имеет еще и другой смысл, означающий " мелкое мошенничество" . По этой причине позднее французы стали использовать другой термин " des diagraphies" - в дословном переводе "диаграммирование", что ближе отражает сущность этих методов. Аналогичный термин существует в английском языке - "well logging" -скважинное диаграммирование. В немецком языке каротаж обозначается как "bohrlochmessung" - измерения в буровых скважинах, что наиболее полно соответствует ГИС по смыслу. Тем не менее, в русском языке прижился термин "каротаж", и мы будем им пользоваться.

Каротаж - это геофизические методы изучения геологического строения

разрезов скважин. Это означает, что в каротаже исследуются очень небольшие объемы горных пород, прилегающие к стенкам самой скважины. Отличительная особенность каротажа - высокая детальность и точность исследований. Эта особенность связана с тем, что результаты каротажа фиксируются в виде непрерывных диаграмм при движении датчиков ( зондов) по стволу скважины с очень небольшим шагом дискретизации, порядка 10 см.и цифровых XLS файлов.

Каротаж позволяет выполнять литологическое расчленение разрезов скважин, выделять в них интервалы полезного ископаемого и определять

физические свойства горных пород и полезных ископаемых. Интерпретация результатов всех полевых геофизических методов производится на основании данных каротажа: электроразведки - по данным об удельном электрическом сопротивлении УЭС пород, магниторазведки - по значениям магнитной восприимчивости пород, гравиразведки - по плотности и т.д.

В целом ряде случаев именно каротаж дает сведения, необходимые для подсчета запасов месторождений - данные о мощности залежей и содержании полезного компонента в них.

Методы каротажа подразделяются по природе изучаемых в них физических полей на методы электрического каротажа, радиоактивного каротажа и прочие методы.

Подробно рассмотрим только два метода электрокаротажа - КС, ПС как наиболее распространённые.

Каротаж кажущегося сопротивления основан на изучении удельного электрического сопротивления горных пород. Любые измеряемые в скважине геофизические параметры определяются не только физическими свойствами пласта изучаемой породы, но и мощностью пласта, диаметром скважины, физическими свойствами бурового раствора, глубиной и физическими свойствами зоны проникновения фильтрата бурового раствора в породы, толщиной и физическими свойствами глинистой корки, размерами скважинных измерительных устройств. Вследствие этого измеренное удельное сопротивление не равно истинному удельному сопротивлению исследуемой породы, и поэтому оно получило название кажущегося сопротивления (Rk).

Кажущееся сопротивление в неоднородной среде рассчитывается по формуле rk = K DU/ I , где:

K - коэффициент установки (зонда). Поскольку измеряемая разность потенциалов характеризует приёмную линию ( MN ), а величина тока I – питающую линию (AB), то коэффициент зонда K определяет: - какая доля тока питающей линии теоретически приходится на участок приёмной цепи между электродами M и N.

DU - разность потенциалов между измерительными Каротаж кажущегося сопротивления основан на изучении удельного электрического сопротивления горных пород. Любые измеряемые в скважине геофизические параметры определяются не только физическими свойствами пласта изучаемой породы, но и мощностью пласта, диаметром скважины, физическими свойствами бурового раствора, глубиной и физическими свойствами зоны проникновения фильтрата бурового раствора в породы, толщиной и физическими свойствами глинистой корки, размерами скважинных измерительных устройств. Вследствие этого измеренное удельное сопротивление не равно истинному удельному сопротивлению исследуемой породы, и поэтому оно получило название кажущегося сопротивления (Rk).

Кажущееся сопротивление в неоднородной среде рассчитывается по формуле rk = K DU/ I , где:

DU - разность потенциалов между измерительными электродами зонда,

I - сила тока, питающего зонд.

Коэффициент K определяется по формулам:

K= (4pAM*AN) / MN для однополюсного зонда;

K= (4pAM*BM) / AB для двухполюсного зонда;

4p коэффициент, учитывающий объёмный характер измерений;

AM, AN, MN, BM, AB расстояние между электродами, метр.

Электроды A , M и N или A , B и M , расположены на корпусе скважинного прибора и составляют зонд КС.

Кажущееся сопротивление среды равно удельному сопротивлению фиктивной однородной среды, в которой измененная при заданных расстояниях между питающими и приемными электродами A , M , N и токе питания I разность потенциалов DU , имеет ту же величину, что и в реальной неоднородной среде. Кажущееся сопротивление относится к точке “О” - середине между сближенными электродами. Она называется точкой записи .

По аналогии с понятием глубины наземных геофизических исследований в каротаже рассматривают понятие радиуса исследований. Для разных методов каротажа величина глубины исследований определяется по-разному. В частности, радиус исследования потенциал - зонда принят равным его двукратной длине ( 2L ), а градиент - зонда = L . Необходимо отметить, что взаимное расположение электродов зонда определяет и общий вид кривой кажущегося сопротивления.

Литологическая дифференциация пород разреза скважины основывается на знании удельных электрических сопротивлений геологических формаций, слагающих разрез исследуемой скважины. Если скважина пробурена в песчано-глинистых отложениях, то низкие сопротивления характерны для глин и песков, насыщенных высокоминерализованными растворами (применительно к ПВ). Высокие сопротивления наблюдаются в песчаниках, известняках и гравелитах. Так как часто в разрезах скважин встречаются различные породы близкого электрического сопротивления, то их диагностика производится на привлечении материалов кернового бурения скважин изучаемой площади и комплексного анализа диаграмм разных методов исследования скважин.

Зонды применяющиеся при электрокаротаже

Обычно в питающей линии пропускают постоянный или низкочастотный переменный ток и между двумя или более приемными электродами измеряется разность потенциалов (или ее эквивалент - кажущееся сопротивление).

Измерительные электроды MN и питающие электроды АВ в электрозонде называются парными или одноименными .

В практике исследования разрезов скважин ПВ методом кажущегося сопротивления используются зонды двух типов: это градиент-зонд и потенциал-зонд .

Градиент-зондом - называют установку у которой, расстояние между парными электродами меньше, чем расстояние между непарными электродами.

Потенциал-зонд - называют установку у которой, расстояние между парными электродами больше, чем расстояние между непарными .

Пласт высокого сопротивления выделяется на диаграмме потенциал - зонда симметричной аномалией с максимумом

Однополюсный-зонд - состоит из одного питающего и двух приемных электродов.

Двухполюсный-зонд - состоит из двух питающих и одного приемного электродов.

По принципу взаимности, кажущееся сопротивление не изменится, если в зонде заданного типа и размера, сохранив расстояние между электродами, взаимно заменить их назначение, т.е. перейти от однополюсной схемы питания к двухполюсной. Принцип взаимности позволяет распространить все теоретические выводы для однополюсных зондов на двухполюсные, в частности, это относится к коэффициентам зондов и характеру кривой rk.

Если парные электроды зонда расположены ниже непарного, то такой зонд называется последовательным или подошвенным (рис. 6, 6а, 7, 7а), но если парные электроды находятся выше непарного, то такой зонд будет называться обращенным или кровельным (рис. 8, 8а, 9, 9а). Характер кривых rk и, следовательно, способ их интерпретации (в частности, отбивка границ пластов) сильно зависят от взаимного расположения электродов, и потому для последовательного и обращенного зондов они различны.

В практике геофизических исследований считается обязательным диаграмму каротажа сопровождать формулой зонда, т. е. схемой расположения электродов при которой эта диаграмма получена.

Формула зонда - представляет собой описание зонда (т.е. перечисление расположения электродов от кабельной муфты до нижнего конца зонда с указанием расстояния между ними в метрах). В формуле зонда отражается вся информация о типе и конструкции зонда. Например: А 1,0 В 0,1 М – потенциал – зонд, с расстоянием между парными питающими электродами ( А1,0 В) – 1,0 м и расстоянием от среднего электрода « В» до непарного измерительного электрода М - 0.1 м. Размером потенциал – зонда является расстояние между непарными электродами, т.е. 0.1 м.

А 1,0 М 0,1 N – подошвенный градиент – зонд, с расстоянием между парными приёмными электродами ( М 0,1 N) – 0,1 м и расстоянием от верхнего электрода « А» до измерительного электрода М - 1.0 м. Размером градиент – зонда является расстояние между непарными электродами, т.е. 1.0 м.

Принято считать, что глубиность исследования градиент зонда равна 1 – кратной длине зонда, а потенциал – зонда – 2.5 – кратной длине зонда.

Потенциал собственной поляризации (ПС)

Потенциалы собственной поляризации горных пород в скважине возникают в результате окислительно - восстановительных, диффузионно -адсорбционных и фильтрационных процессов. Свойство горных пород поляризоваться под действием перечисленных физико-химических процессов называется естественной электрохимической активностью . В зависимости от физико-химической природы поляризующего процесса электрохимическая активность разделяется на следующие виды:

-диффузионно-адсорбционную, определяющую свойства пород изменять величину и знак диффузионных потенциалов;

-окислительно-восстановительную,характеризующую способность горных пород поляризоваться в случае, когда их окислительно-восстановительный потенциал отличается от потенциала окружающей среды;

- фильтрационную, определяющую возникновение электрического поля в породе при перемещении жидкости через её поровое пространство.

Наблюдение естественных потенциалов в скважинах позволяет выделять водоносные пласты, зоны сульфидной минерализации, оценивать общую минерализацию подземных вод и проводить литологическое расчленение разреза скважины.

Для измерения ПС применяют установку, содержащую два электрода M и N. Обычно электрод М перемещается вдоль скважины на кабеле, а электрод N заземляют в зумфе. Поскольку электрод N неподвижен и потенциал его остается неизменным, то кривую, измеренную электродами М и N, можно рассматривать как кривую

изменения потенциала электрода М. Если необходимо более четко выделить границы пластов или снизить влияние сильных блуждающих токов в рудных скважинах, применяют установку градиента потенциала. Она характеризуется тем, что оба измерительных электрода М и N, составляющих зонд ПС, перемещаются вдоль оси скважины. Точкой записи потенциала служит электрод М, а градиента потенциала - середина между электродами М и N. Измеряемая величина D U выражается в милливольтах (мВ). Для обоснования базы (расстояния между измерительными электродами М и N) градиентной установки ПС необходимо диаграмму, записанную потенциальной установкой, продифференцировать с различным расстоянием (20, 30, 50 и т.д. см) и выбрать наиболее выразительную диаграмму, обеспечивающую выделение пластов минимально – разрешённой мощности (обычно 30 см).

При геологической интерпретации кривых ПС необходимо учитывать следующее.

Величина потенциала собственной поляризации находится в тесной зависимости от диффузионно-адсорбционной активности пород, а, следовательно, - от их относительной глинистости.

Если минерализация пластовых вод выше минерализации фильтрата бурового раствора и пластовое давление ниже гидростатического давления раствора на уровне пласта, то в большинстве случаев отрицательными аномалиями ПС отмечаются чистые песчаные, карбонатные и гидрохимические осадки, а положительными аномалиями ПС - глины и сильно заглинизированные породы.

На диаграммах ПС могут наблюдаться аномалии, не связанные с изменением литологии изучаемого разреза, вызванные нестабильностью электродных потенциалов, потенциалами осаждения, наличием электрических полей гальванокоррозии грузов и зондов, блуждающими токами, утечками и другими причинами. Наибольшие помехи создают силовые установки работающего рудника.

В заключение хочется отметить, что при слабой минерализации поровой жидкости (2-5 Ом*м), характерной для большинства гидрогенных месторождений, и электропроводность горных пород и их поляризуемость обусловлены одним и тем же фактором – глинистостью. Именно поэтому диаграммы ПС и КС так хорошо коррелируются между собой в песчано – глинистой части разреза. Некоторое несовпадение диаграмм по форме объясняется, в первую очередь, несколько различной глубиной исследования обеих методов, и, как следствие, различным влиянием скважины на результаты измерений.

Это комплекс физических методов, используемых для изучения горных пород в около скважинном и межскважинном пространствах, а также для контроля технического состояния скважин. Геофизические исследования скважин делятся на две весьма обширные группы методов — методы каротажа и методы скважинной геофизики. Каротаж, также известный как промысловая или буровая геофизика, предназначен для изучения пород непосредственно примыкающих к стволу скважины (радиус исследования 1-2 м). Часто термины каротаж и ГИС отождествляются, однако ГИС включает также методы, служащие для изучения межскважинного пространства, которые называют скважинной геофизикой.

Исследования ведутся при помощи геофизического оборудования. При геофизическом исследовании скважин применяются все методы разведочной геофизики.

Классификация методов ГИС может быть выполнена по виду изучаемых физических полей. Всего известно более пятидесяти различных методов и их разновидностей. Название групп методов Название методов

Электрические метод естественной поляризации (ПС)

методы токового каротажа, скользящих контактов (МСК)

метод кажущихся сопротивлений (КС), боковое каротажное зондирование (БКЗ) и др.

метод вызванных потенциалов (ВП)

индуктивный метод (ИМ)

диэлектрический метод (ДМ)

Ядерные гамма-метод (ГМ) или гамма-каротаж (ГК)

гамма-гамма-метод (ГГМ) или гамма-гамма-каротаж (ГГК)

нейтронный гамма-метод (НГМ) или каротаж (НГК)

нейтрон-нейтронный метод (ННМ) или каротаж (ННК)

Термические метод естественного теплового поля (МЕТ)

метод искусственного теплового поля (МИТ)

Сейсмо акустические метод акустического каротажа

Магнитные метод естественного магнитного поля

метод искусственного магнитного поля

Включают в себя каротаж сопротивлений: кажущегося сопротивления (КС) -измерение удельного сопротивления горных пород; Боковой каротаж (БК) — разновидность КС экранированными электродами и их микрозондовые модификации КС МЗ и БК МЗ; Применяются различные виды токовых каротажей ТК.К электрическим так же можно отнести индукционный каротаж ИК-измерение удельной проводимости горных пород при помощи катушек индуктивности. Метод измерения и интерпретации естественных электрических потенциалов горных пород в скважинах или каротаж методом самопроизвольной поляризации(ПС).

Относительно ПС. В Узбекистане при исследовании скважин методом ПС перед двумя разрушительными землетрясениями в районе города Газли были замечены отклонения диаграмм ПС.

Электрический каротаж не фокусированными зондами

Методы электрического каротажа, основанные на дифференциации горных пород по УЭС, называют методами сопротивления. Их реализуют с помощью измерительных установок — зондов. Существуют не фокусированные и фокусированные зонды. Электрический каротаж не фокусированными зондами получил название метода кажущегося сопротивления (КС). Обычно зонды КС трех электродные. Четвёртый электрод заземляют на поверхности. Два электрода, обозначаемые буквами А и В, соединяют с генератором тока, два других — М и N — включают на вход измерителя разности потенциалов. Иногда в скважину помещают все четыре электрода или только два А и М. Электроды А и В питают переменным током низкой частоты, что позволяет исключить влияние на измеряемый сигнал постоянных или медленно меняющихся потенциалов электрохимического происхождения. Поскольку диапазон частот, применяемых в методе КС, как и в других электрических методах, не превышает нескольких сотен герц, теория метод базируется на законах постоянного тока. Существуют следующие модификации метода КС: вертикальное профилирование одиночными зондами, боковое каротажное зондирование, микрозондирование, резистивиметрия. Две первые модификации можно называть макро-, две последние микромодификациями. Условно к макромодификациям метода КС относят так же токовый каротаж. Прямая задача метода КС требует найти связь между известными параметрами породы скважины, источников тока и измеряемыми значениями и . Где — кажущиеся УЭС пропорциональное показанию первой производной градиент-потенциала зонда, — кажущиеся УЭС идеального градиент-зонда. Для решения этой задачи применяют аналитические методы, методы физического и математического моделирования.

Методы электрического каротажа с фокусированными зондами

Влияние скважины и вмещающих пород может быть в значительной степени преодолено за счёт применения фокусированных зондов. Метод, основанный на применении зондов с фокусированной системой питающих электродов, называют боковым каротажем (БК). Существуют его 7-ми, 9-ти и 3-х электродные модификации. Рассмотрим 7-ми электродный зонд. Линии тока растекаются от трех точечных питающих электродов, напряжение на которые подано в одинаковой фазе. Видно, что применение такой системы позволяет не только сфокусировать ток центрального электрода в пласт, но и обеспечить высокую разрешающую способность по вертикали. Семи электродные зонды предназначены преимущественно для изучения неизменной части пласта. Наряду с этим существуют 9-ти электродные зонды, предназначенные для изучения зоны проникновения. Трудности создания сложных электронных устройств в ограниченных габаритах скважинного прибора привели к распространению трех электродных зондов БК, не требующих применения автоматических компенсаторов и управляемых генераторов. Боковой микро каротаж (БМК) основан на применении микро зондов с фокусировкой тока. Показания зондов БМК менее искажены влиянием глинистой корки и промывочной жидкости (ПЖ). Скважинные приборы, содержащие несколько расположенных по окружности прижимных устройств, на каждом из которых размещен зонд БМК, называют пластовыми наклономерами.

В благоприятных условиях метод БК позволяет осуществить детальное расчленение разреза, оценить его литологию, выделить пласты-коллекторы, определить их коллекторские свойства. При отсутствии зоны проникновения или понижающей зоне эффективность БК значительно выше, чем у метода КС.

К ним относятся различные виды каротажа основанные на изучении естественного гамма-излучения и взаимодействия вещества горной породы с наведенным ионизирующим излучением.

Гамма-каротаж (ГК) — один из комплексов методов исследований скважин радиоактивными методами. ГК исследует естественную радиоактивность горных пород по стволу скважин.

Нейтронный каротаж. Сущность нейтронных методов каротажа сводится к облучению горных пород нейтронами и регистрации либо, вторичного гамма-излучения возникающего при радиационном захвате нейтрона ядром вещества породы метод НГК(нейтронный гамма-каротаж), либо потока нейтронов первичного излучения дошедших до детектора-методы ННК(нейтрон-нейтронный каротаж).Оба метода можно использовать при определении водородо содержания в породе, её пористости.

Гамма-гамма каротаж-(ГГК) основан на измерении характеристик гамма-излучения, возникающего при облучении горных пород внешними источниками гамма-излучения.

Сейсмоакустические методы. Акустический каротаж

Акустическим каротажем (АК) называют методы изучения свойств горных пород по измерениям в скважине характеристик упругих волн ультразвуковой (выше 20 кГц) и звуковой частоты. При АК в скважине возбуждаются упругие колебания, которые распространяются в ней и в окружающих породах и воспринимаются приемниками, расположенными в той же среде.

Газовый каротаж основан на анализе содержания в буровом растворе газообразных или летучих углеводородов.

Измерение и интерпретация температурного режима в скважине с целью определения целостности колонны; зон цементации и рабочих горизонтов скважины. Производится скважинным термометром. К этому виду можно отнести и исследования СТИ-самонагревающимся термоиндикатором применяемым при термоиндуктивной расходометрии.

Кавернометрия — измерения, в результате которых получают кривую изменения диаметра буровой скважины с глубиной — кавернограмму. Кавернограммы используются в комплексе с данными др. геофизических методов для уточнения геологического разреза скважины, дают возможность контролировать состояние ствола скважины при бурении; выявлять интервалы, благоприятные для установки герметизирующих устройств; определять количество цемента, необходимого для герметизации затрубного пространства при обсадке скважины колонной труб. Для составления кавернограмм используются каверномеры.

Так же в состав ГИС входят и другие виды работ:Различные перфорационные и взрывные работы; Работы по ГРП-гидроразрыву пласта; Свабирование(от англ. SWAP)-возбуждение скважины или откачка из неё жидкости посредством вакуумного поршня-SWAPа; Инклинометрия-определение ориентации скважины в пространстве; Различные методы опробования пластов и отбора грунта.

Контроль за разработкой нефтяных и газовых месторождений

Существует много методов исследования скважин н технических средств для их осуществления. Все они предназначены для получения информации об объекте разработки, об условиях и интенсивности притока нефти, воды и газа в скважину, об изменениях, происходящих в пласте в процессе его разработки. Такая информация необходима для организации правильных, экономически оправданных процессов добычи нефти, для осуществления рациональных способов разработки месторождения, для обоснования способа добычи нефти, выбора оборудования для подъема жидкости из скважины, для установления наиболее экономичного режима работы этого оборудования при наиболее высоком коэффициенте полезного действия.

В процессе выработки запасов нефти условия в нефтяной залежи и в скважинах изменяются. Скважины обводняются, пластовое давление снижается, газовые факторы могут изменяться. Это заставляет постоянно получать непрерывно обновляющуюся информацию о скважинах и о пласте или нескольких пластах, являющихся объектом разработки. От наличия такой достоверной информации зависит правильность принимаемых решений по осуществлению на скважинах или на объекте разработки или на отдельных частях такого объекта тех или иных геолого-технических мероприятий.

Геофизические методы исследования. Из всех методов исследования скважин и пластов следует выделить особый комплекс геофизических методов. Они основаны на физических явлениях, происходящих в горных породах и насыщающих их жидкостях при взаимодействии их со скважинной жидкостью и при воздействии на них радиоактивного искусственного облучения или ультразвука.

Увеличение чувствительности скважинных термометров и уменьшение их тепловой инерции еще больше расширит круг промысловых задач, решаемых с помощью термометрии.

Гидродинамические методы исследования. Они основаны нa изучении параметров притока жидкости или газа к скважине при установившихся или при неустановившихся режимах ее работы. К числу таких параметров относятся дебит или его изменение и давление или его изменение. Поскольку при гидродинамических методах исследования процессом охватывается вся зона дренирования, то результаты, получаемые при обработке этих данных, становятся характерными для радиусов, в сотни раз превышающих радиусы охвата при геофизических методах.

при забойной зоны.

Техника для гидродинамических исследований скважин зависит от способа эксплуатации (фонтан, газлифт, ПЦЭН, ШСН), который накладывает известные технические ограничения на возможности этого метода.

Скважинные дебитометрические исследования дают важную информацию о действительно работающей толщине пласта, о долевом участии в общем дебите отдельных пропластков, о результатах воздействия на те или иные пропластки с целью интенсификации притока или увеличения поглотительной способности скважин. Эти исследования, как правило, дополняются одновременным измерением влагосодержания потока (% воды), давления, температуры и их распределением вдоль ствола скважины.

Скважинные дебитометрические исследования проводятся специальными комплексными приборами типа «Поток». Все гидродинамические и дебитометрические исследования сравнительно легко осуществляются в фонтанных, газлифтных и нагнетательных скважинах, так как при этом доступ к забою через НКТ открыт и спуск приборов на забой не составляет больших технических трудностей. При других способах эксплуатации (ПЦЭН, ШСН) спуск измерительного прибора через НКТ невозможен, поэтому исследование таких скважин (а их подавляющее большинство) связано с техническими трудностями и имеет особенности.

Читайте также: