Физические основы геофизических методов кратко

Обновлено: 05.07.2024

В принципе, физика и геофизика - это близкие родственники. Физика (первоначальное название - натурфилософия) - это совокупность физических эффектов, явлений и свойств. Геофизика - это использование законов и наработок физики для определения строения и свойств земной толщи. Но.

Как физику, вам не придет в голову использование наработок, скажем, оптики для выяснения акустических свойств объектов. Это нелогично и обсуждению не подлежит. У геофизиков обычно не ставятся задачи выяснения каких-то конкретных свойств земной толщи. Это или решения поисковых задач (поиски месторождений) или прогнозирование разрушения инженерных сооружений. При этом логика решения задач зачастую находится, к сожалению, вне общепринятой логики.

Авторитет и возможности геофизической организации определяется количеством геофизических методов, находящихся в ее арсенале. Как правило, сама задача решается каким-либо одним методом, но в отчете указывается как можно больше методов, так как чем больше методов, тем больше можно взять денег. Это называется комплексированием.

Непременным участником всех геофизических работ является сейсморазведка как наиболее дорогой. И это несмотря на то, что сейсморазведка не дает никакой информации. Также для этих же целей используют ультразвуковой каротаж.

Именно такова и школа геофизики. Преподаватели учат студентов тому, что невыполнимых задач не существует, и чем больше мы применяем методов, тем лучше, тем легче сделать вид, что всё получилось. Ну правильно, школа в нашей жизни имеет огромное формирующее действо.

Я когда-то общался с зав. кафедрой геофизики ЛГИ Литвиненко Игорем Васильевичем, как я потом узнал, главным фальсификатором в истории сверхглубокой скважины на Кольском п-ове. Как он воевал со мной, чтобы я не вздумал ставить лабораторные работы для своего курса! Воевал с помощью парткома, ректората. Потом я понял, почему он так уж этого не хотел. Дело в том, что ни одно положение сейсморазведки невозможно доказать экспериментально. Естественно, что он не хотел, чтобы я это понял.

Ни один сейсморазведчик Мира не будет осуществлять свои исследования в отсутствии априорной информации. А если такая информация существует (допустим, разведочная скважина) то сейсморазведчики найдут способ представить дело так, что эту информацию обнаружили они. А скважина - это только для уточнения

При мне на угольных шахтах проходил опытное использование метод каналовых волн (разновидность сейсморазведки). Считалось, что этот метод дает информацию о тектонике при работе из подземных выработок. Так вот эта компания-организатор имела специального человека, который приезжал на шахту раньше всех и изыскивал способ, как украсть геологическую информацию с тем, чтобы потом сделать вид, что это геофизики ее получили. Эта компания тоже не с неба упала. Ее руководство - это, в те годы, главный геофизик Минуглепрома Яковлев, а также Азаров, который потом был премьер-министром Украины.

Это был абсолютно воровской проект, где геофизика использовалась исключительно как инструмент для их личного обогащения.

Я считаю, что всё это очень вредит репутации геофизики и геофизиков. Мнение о том, что геофизик и жулик - это синонимы, придумал не я.

Не так давно я выполнял исследовательскую работу для геологов одного месторождения в городе Тара омской области. Когда я закончил свою работу, мне Заказчик показал толстую пачку листов А4, на которых он распечатал предложения, которые он получил от геофизиков, предлагающих свои услуги для решения возникшей у него задачи (той самой, которую мне удалось тогда решить). Он попросил меня высказать свое мнение о том, смогли бы эти геофизики ее решить.

Честно скажу, мне было стыдно за этих геофизиков. Это был сплошной лохотрон. Что только они не предлагали. Но, естественно, деньги вперед. Их было порядка сотни, но хоть бы в одном предложении была какая-нибудь мысль.

Основой для выбора геофизического метода или методов должна быть логика. Прежде всего, следует понимать, какую информацию может дать данный конкретный метод. И использовать его именно для этого.

Например, метод спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП). Он может выявлять только зоны тектонических нарушений (ЗТН). Эти зоны имеют ряд свойств, ради которых и следует его использовать. Скажем, для поиска воды, метана, золота. Для поисков нефти использовать этот метод не следует, поскольку не проводилось опытное использование его именно на нефти, и мы не знаем, как соотносится месторождение нефти с ЗТН.

Вот уже несколько геофизиков критически высказались по поводу ССП, потому что информация у нас черно-белая. А вот если бы была цветная, то на этом методе можно было бы больше заработать. Ну, и сделали цветную, и денег, наверное, получают много. А то, что цветной метод (РАП) оказался совершенно неинформативным, никого не заботит.

Мое полувековое общение с геофизикой и геофизиками позволяет мне сделать некоторые заключения об этой области знания. Я не слышал, чтобы у геофизиков звучала логика использования аппаратуры для каких-то конкретных целей. Их кредо - если есть аппаратура, значит, ее следует использовать. Глядишь, что-нибудь получим. Ну, например, георадар. Георадар - это моноимпульсная радиолокация. Или, иначе говоря, свервысокочастотная электроразведка. Я не знаю, что конкретно она дает. Ее применяют все и для всего. А так-то георадар вещь хорошая. Хоть и немного, но сумму договора увеличивает.

Совершенно потрясающая аппаратура ИГА-1. Она якобы выявляет геопатогенные зоны. Но как можно относиться к аппаратуре, если ее держатели возражают против совместной проверки?

К нам обратились люди из Сургута с предложением обследовать свайное поле на площадке, где ведется строительство ГРЭС. Я очень удивился, потому что у нас опыт исследования свай очень небольшой, а фирм в интернете, которые предлагают подобные работы - достаточно много. Заказчики из Сургута сказали, что они объехали все эти фирмы, и там согласились на договор с ними. С условием, что измерений никаких не будет, а в отчете напишут то, что попросят заказчики, естественно, за вознаграждение.

Мы заключили с ними договор таким образом, что выполняем часть объема, смотрим результаты, и если они удовлетворяют, то делаем работу до конца.

Выполнив часть работы, мы пришли к выводу, что ставить турбину там нельзя. Разнесет при первом же запуске. Договор с нами остановили. Как нам сказали, такие результаты им не нужны. Турбину при первом запуске разнесло.

Я, конечно, очень переживаю, что мы во всех областях нашего существования живем в поле лжи. При таком положении дел ни о каком развитии не может быть и речи. Причина в том, что никто из руководства этой несчастной страны не заинтересован в ее развитии.

Ну вот, всё и сошлось. Не может в государстве, где такое отношение к своим ученым, нормально развиваться наука. Вот почему у нас в науке обманщиков больше, чем, наверное, среди уголовников.

Геофизические исследования применяются для изучения горных пород в околоскважинном и межскважинном пространстве. Они проводятся с помощью измерения и интерпретации естественных или искусственных физических показателей различного типа. В настоящее время насчитывается более 50 геофизических методов.

Общая характеристика

Геофизические исследования (ГИС, промысловая геофизика или каротаж) – это комплекс методов прикладной геофизики, использующихся для изучения геологических профилей, получения информации о техническом состоянии скважин и выявления полезных ископаемых в недрах.

В основе ГИС лежат различные физические свойства пород:

электрические;
радиоактивные;
магнитные;
термические и другие.

Промыслово-геофизические исследования скважин служат основным видом геологической документации скважин. Целью их проведения является решение целого ряда технических задач (сопоставление разрезов для выявления толщ одного возраста, определение продуктивных пластов, маркирующих горизонтов, литологического состава, основных характеристик пласта, влияющих на разработку, освоение и эксплуатацию скважин). Принцип любого метода ГИС заключается в измерении величин, характеризующих свойства пород, и их интерпретации.

Электрические методы

При проведении электрических геофизических исследований нефтяных скважин производят замер таких характеристик:

Удельное электрическое сопротивление (минералы-проводники, полупроводники, диэлектрики).
Электрическая и магнитная проницаемость.
Электрохимическая активность пород – естественная (метод потенциалов собственной поляризации) или вызванная искусственно (метод потенциалов вызванной поляризации).

Первая характеристика связана с такой особенностью, как повышенное удельное сопротивление нефтегазонасыщенных пород, что является идентификационным признаком залежи нефти и газа (они не проводят электрический ток). Измерения оценивают с помощью коэффициента увеличения сопротивления, который позволяет определить важнейшие характеристики пласта – коэффициент пористости, водо- и нефтегазонасыщенности. Наиболее распространенные методики данной технологии описаны ниже.

Метод кажущегося сопротивления

В скважину опускают зонд с тремя электродами-заземлителями (один питающий и 2 измерительных), а четвертый (питающий) устанавливают у устья скважины. При вертикальном перемещении зонда по стволу скважины изменяется разность потенциалов. Удельное электрическое сопротивление называют кажущимся потому, что его вычисляют для однородной среды, а фактически она неоднородна. На основании полученных данных строят кривые, по которым можно определить границы пласта.

Боковое электрическое зондирование

В измерениях применяют градиент-зонды большой длины (кратной 2-30 диаметрам скважины), что позволяет учесть влияние бурового раствора и глубину его проникновения в породы, определить истинное удельное сопротивление пласта.

Метод экранированного заземления семи- или трехэлектродным зондом

В семиэлектродном зонде сила тока регулируется так, чтобы обеспечивалось равенство потенциалов в центральной и крайних точках по оси скважины. Это делают для направления фокусированного пучка электрического заряда в породу. В результате также получают кажущееся сопротивление.

В скважину опускают зонд с излучающими и приемными катушками, генератором переменного тока и выпрямителем. При создании наведенной ЭДС определяют кажущуюся электропроводность пласта.

Метод диэлектрической проницаемости

Аналогичен предыдущему, но частота электромагнитного поля в катушке на порядок выше. Этот способ применяют для определения характера насыщения пласта при небольшой минерализации воды.

Существует также метод микрозондов (их размер не превышает 5 см) для измерения электрического сопротивления породы, непосредственно прилегающей к стенке скважины.

Радиометрия

Радиометрические геофизические методы исследований основаны на регистрации ядерного излучения (чаще всего нейтронов и гамма-квантов). Наиболее распространены следующие методы:

естественных излучений породы (ɣ-метод);
рассеянного ɣ-излучения;
нейтрон-нейтронный (регистрация нейтронов, рассеянных ядрами атомов горной породы);
импульсный нейтронный;
нейтронный активационный (ɣ-излучение искусственных радиоактивных изотопов, возникающих при поглощении нейтронов);
ядерно-магнитный резонанс;
нейтронный ɣ-метод (ɣ-излучение радиационного захвата нейтронов).

В основе методик лежит закон ослабления плотности потока гамма-излучения, эффект рассеяния и поглощения нейтронов в горной породе. Исходя из этого, определяют плотность пород, их минеральный состав, глинистость, трещиноватость, проводят контроль радиоактивного загрязнения внутрискважинного бурового оборудования.

Сейсмоакустические способы

Акустические методы основаны на замере естественных или искусственных звуковых колебаний. В первом случае проводятся геолого-геофизические исследования шумов, возникающих при поступлении газа или нефти в ствол скважины, а также измеряют спектр колебаний бурильного инструмента при проходке пород.

Способы исследования искусственных колебаний звукового или ультразвукового спектра основаны на замере времени распространения волны или затухания амплитуды колебаний. Скорость распространения звука зависит от нескольких параметров:

минеральный состав пород;
степень их газо- нефтенасыщения;
литологические особенности;
глинистость;
распределение напряжений в породах;
сцементированность и другие.

Зонд, опускаемый в скважину, состоит из излучателя и приемника колебаний, разделенных акустическими изоляторами. Для уменьшения влияния геометрии скважины на результаты измерений обычно применяют трех- или четырехэлементные зонды. Скважинный снаряд соединен с наземной аппаратурой при помощи кабеля. Сигнал от приемника оцифровывается и визуализируется на экране.

С помощью данного метода проводят исследования литологического расчленения разреза пласта, больших подземных полостей, определяют коллекторские свойства и контролируют обводненность.

Термический каротаж

Основу термического каротажа при промыслово-геофизических исследованиях составляет изучение градиента температуры по стволу скважины, что связано с различными тепловыми свойствами горных пород (методы естественного и искусственного теплового поля). Теплопроводность основных породообразующих минералов колеблется в пределах 1,3-8 Вт/(м∙К), а при высокой газонасыщенности она падает в несколько раз.

Искусственные тепловые поля создают при бурении с помощью промывочной жидкости или установкой в скважину электронагревателей. Для измерения градиента температуры чаще всего используют скважинные электрические термометры сопротивления. В качестве основного чувствительного элемента применяется медная проволока и полупроводниковые материалы.

Изменение температуры регистрируется косвенным образом – по величине электрического сопротивления этого элемента. Измерительная схема также содержит электронный генератор, период колебаний которого изменяется в зависимости от сопротивления. Его частота замеряется специальным прибором, а образующееся в частотомере постоянное напряжение передается в аппаратуру визуального наблюдения.

Проведение геофизических исследований по данной методике позволяет получить информацию о геологическом строении месторождения, выделить нефте-, газо- и водоотдающие пласты, определить их дебит, обнаружить антиклинальные структуры и соляные купола, термальные аномалии, связанные с притоком углеводородов. Особенно актуально применение этой технологии в районах с активной вулканической деятельностью.

Геохимические методы ГИС

Геохимические способы исследования основаны на прямом изучении газонасыщенности бурового раствора и шлама, образующегося при промывке скважины. В первом случае определение содержания углеводородных газов может проводиться непосредственно в процессе бурения или после него. Буровой раствор проходит дегазацию в специальной установке, а затем определяется содержание углеводородов с помощью газоанализатора-хроматографа, расположенного в каротажной станции.

Шлам, или частицы разбуренной породы, содержащиеся в буровом растворе, изучают люминесцентным или битуминологическим способом.

Магнитный каротаж

Магнитные методы проведения геофизических исследований скважин включают несколько способов дифференциации горных пород:

по намагниченности;
по магнитной восприимчивости (создание искусственного электромагнитного поля);
по ядерно-магнитным свойствам (эту технологию относят и к ядерному каротажу).

Напряженность магнитного поля обусловлена наличием магнитных рудных тел и пластами, которые подстилают и перекрывают их. Чувствительными элементами скважинной аппаратуры служат магнитомодуляционные датчики (феррозонды). Современные приборы могут измерять все три составляющие вектора напряженности магнитного поля, а также магнитную восприимчивость.

Ядерно-магнитный каротаж заключается в определении характеристик магнитного поля, которое наводится ядрами водорода в поровой жидкости. Вода, газ и нефть различаются по содержанию ядер водорода. Благодаря этому свойству возможно изучение пласта-коллектора и его проницаемости, идентификация типа флюида, дифференциация типов слагающих пород.

Гравиразведка

Гравиразведка – метод геофизических исследований месторождений, основанный на неоднородном распределении поля силы тяжести по длине ствола скважины. По назначению выделяют 2 типа такого каротажа – для определения плотности пород слоев, которые пересекают скважину, и для выявления местоположения геологических объектов, вызывающих аномалию силы тяжести (изменение ее значения).

Скачок последнего показателя возникает при переходе из пласта с меньшей плотностью в более плотные породы. Сущность метода заключается в измерении вертикальной силы тяжести и определении толщины пласта. Эти данные позволяют узнать плотность пород.

В качестве основного скважинного оборудования применяют струнные и кварцевые гравиметры. Первый тип приборов получил наибольшее распространение. Такие гравиметры представляют собой электромеханический вибратор, в котором на вертикально закрепленную струну с подвешенным грузом подают переменное напряжение. Вибратор подключен к генератору, а конечным параметром служат колебания его частоты.

Оборудование

Геофизические методы исследований проводятся с помощью промыслово-геофизических станций, основными элементами которых являются:

скважинные приборы;
лебедка с механическим или электромеханическим приводом (от коробки отбора мощности, электрической сети или автономного источника тока);
блок управления приводом;
система контроля основных показателей спускоподъемных процедур (глубина погружения, скорость спуска в скважину, сила натяжения) – блок индикации, узел натяжения, датчик глубины;
скважинный лубрикатор для герметизации устья скважины при проведении ГИС (включает в себя запорную арматуру, сальник, приемную камеру, манометры и другие приборы КИП);
наземная измерительная аппаратура (на шасси автомашины).

Основными требованиями к оборудованию являются высокая точность и надежность геофизических исследований. Работа в скважинах сопряжена с тяжелыми условиями – большой глубиной, значительными перепадами температуры, вибрациями, тряской. Комплектация оборудования производится согласно требованиям заказчика, используемого метода и целей работ. Для проведения геофизических исследований в морских скважинах всю аппаратуру перевозят в контейнерах.

Интерпретация результатов

Результаты геофизических исследований проходят поэтапную обработку от значений измерительных приборов до определения геофизических параметров пласта:

Преобразование сигналов скважинной аппаратуры.
Определение истинных физических свойств изучаемых горных пород. На этом этапе может потребоваться проведение дополнительных полевых геофизических работ.
Определение литологических и коллекторских свойств пласта.
Использование полученных результатов для решения одной из поставленных задач – выявление залежей полезных ископаемых, их распространения по территории района, определение геологического возраста пород, коэффициентов пористости, глинистости, газо- и нефтенасыщенности, проницаемости; выделение коллекторов, изучение особенностей геологического разреза и другие.

Геофизические методы как способы разведки месторождений полезных ископаемых получили широкое развитие в современном разведочном деле. Результаты геофизических исследований весьма важны для составления разведочных разрезов и для оконтурива-ния площади распространения полезного ископаемого, особенно в начальный период разведки, до проходки выработок.

Для прослеживания и оконтуривания отдельных тел полезных ископаемых или продуктивных площадей как в плане, так и в разрезах используются различные геофизические методы. Сущность этих методов и подробности их применения, а также соответствующая аппаратура описаны в специальных курсах прикладной геофизики. Здесь излагаются только краткие сведения о применении методов геофизики для решения некоторых разведочных задач и о полученных разультатах.

Гравиметрические работы крупных масштабов на земной поверхности дают возможность очерчивать рудные поля и отдельные крупные залежи полезных ископаемых по контурам аномалий силы тяжести. Четко оконтуриваются образования с повышенной избыточной плотностью, такие, как железорудные месторождения Кривого Рога, залежи хромита, медноколчеданные тела, богатые свинцово-цинковые залежи, как, например, подводное Горевское месторождение, оконтуренное гравиметрической съемкой на льду р. Ангары.

В подземных горных выработках используются гравиметр и гравитационный вариометр для выявления тел полезных ископаемых между горными выработками. При этом, если центр тяжести массивного рудного тела расположен ниже горизонта наблюдений, то оно отмечается положительной гравитационной аномалией, если выше — аномалия получается отрицательная.

Магнитометрические работы позволяют окон-туривать рудоносные зоны и отдельные тела с высокой точностью, если магнитные их свойства резко отличаются от свойств окружающих горных пород. Комплексные магнитометрические и гравиметрические исследования, проведенные б 1933—1934 гг. на площадях Курской магнитной аномалии (КМА), позволили подсчитать запасы железных руд одного из участков в количестве 145 млн. т, а запасы более бедных железистых кварцитов Лебединского узла по данным геофизики были определены в сумме 8,5 млрд. т. Первая же буровая скважина в районе Старого Оскола подтвердила наличие рудного тела большой мощности. Так впервые в СССР были применены геофизические средства для разведки железорудных месторождений, давшие практический результат.

Магнитометрические работы позволяют оконтуривать крупные залежи медно-никелевых руд, обладающие повышенной магнитно-стью благодаря присутствию в них пирротина. Хорошие результаты дает магнитометрия для оконтуривапия алмазоносных кимберли-товых трубок в Якутии. Ряд выходов этих трубок, отмеченных аэромагнитной съемкой, затем был детально очерчен наземными крупномасштабными магнитометрическими работами.

Сейсмометрические работы в процессе разведки хотя и играют вспомогательную роль, но имеют большое значение для выявления и оконтуривания залежей нефти и солей в сложных структурных условиях. Многие залежи нефти были оконтурены сейсмометрическим методом. Соляные купольные образования успешно очерчиваются сейсмометрией — методом регулируемого направленного приема (РНП) с последующей проверкой единичными буровыми скважинами, что предохраняет залежи солей от порчи, неизбежной при бурении многочисленных скважин.

Электрометрические работы являются наиболее распространенным видом геофизических исследований в процессе разведки разнообразных месторождений полезных ископаемых. Для изучения структуры месторождения успешно применяются детальные измерения методами электропрофилирования и естественного поля. Для выявления, оконтуривания, установления элементов залегания отдельных тел или их частей применяются методы заряженного тела, вызванной поляризации и радиопросвечивания.

Применение других методов электрометрии в процессе разведки также иногда дает возможность составить представление о пространственном положении и размерах тел полезных ископаемых. Так, методом съемки срединного градиента прослеживались слюдоносные пегматитовые жилы в Восточной Сибири, длина которых при этом определялась с погрешностью 10—15 %.

Все перечисленные способы разведки месторождений полезных ископаемых с применением геофизических технических средств имеют одну общую особенность, отличающую их от способов разведки при помощи горных разведочных выработок или буровых скважин. Геофизические методы могут применяться для разведки глубинных частей меторождения, для прослеживания и оконтуривания залежей полезных ископаемых только в сочетании с проходкой хотя бы единичных буровых скважин или подземных горных выработок. Без последних, позволяющих установить качество полезного ископаемого и значение геофизической аномалии, геофизические способы не могут дать исчерпывающего решения задач разведки. Поэтому на практике они всегда комплексируются со способами разведки при помощи горных выработок или буровых скважин, с минер алого-петрографическими и химическими исследованиями тел полезных ископаемых и вмещающей среды.

3. Объекты геофизических исследований

1.
2.
3.
4.
5.
На начальных стадиях развития методов РГ их основным назначением считалось
удешевление (в т.ч. за счет сокращения расходов на бурение) и ускорение поисков и разведки
месторождений.
По мере исчерпания фондов МПИ, расположенных вблизи от дневной поверхности,
геофизика ориентируется на решение задач геологического картирования и прогнозноминерагенических исследований, позволяющих вести поиски МПИ на больших глубинах.
В зависимости от объектов исследований выделяются:
Региональные геофизические исследования - изучение глубинного строения земной коры
(изучение закономерностей образования и размещения МПИ и выбор направлений поисковых
работ).
Поиски месторождений нефти и газа: определяющая роль – сейсморазведка,
геофизические исследования скважин - основные источники информации о геологическом
разрезе и нефтегазоносности горных пород (радикально сокращается количество
непродуктивных скважин).
Рудная геофизика - геологическое картирование и изучение условий локализации МПИ. По
данным гравиразведки, магниторазведки, электроразведки и радиометрии изучаются
особенности локализации рудных районов, признаки локализации МПИ и рудопроявлений.
Инженерно-геологическая и гидрогеологическая геофизика
-гидрогеологическая геофизика– поиски и разведка подземных вод, решение задач
выявления карьерных и шахтных вод.
- инженерная геофизика -выбор мест для строительства гидроузлов, трасс нефте- и
газопроводов, железных и автомобильных дорог, тоннелей, а также объектов повышенной
опасности (АЭС, газохранилищ и др.). Доминирующая роль-электроразведочные методы.
Экологическая геофизика – выявление и картирование загрязнений, изучение свалок
промышленного и бытового мусора, контроль за состоянием трубопроводов, контроль
природных и техногенных процессов, мониторинг напряженного состояния горных пород и
прогноз землетрясений.

4. Производство измерений

• Приборная база. Современная геофизическая аппаратура и оборудование
представляют собой сложные измерительные системы, включающие:
- источники,
- сенсорные устройства (блоки детектирования),
- кабели или системы дистанционной передачи информации,
- блоки усиления, регистрации и питания,
- вспомогательные устройства, обеспечивающие цикл исследований от
выполнения полевых измерений до обработки и даже первичной
интерпретации.

6. Условия применения методов разведочной геофизики.

7. Методика геофизических исследований

8. Получение данных и введение поправок

1. Первая стадия геофизических работ – проведение измерений в
поле.
2. Вторая стадия геофизических работ – первичная обработка
данных полевых съемок.
Эти виды работ (получение данных и преобразование к
унифицированной форме) всегда проводятся до передачи
материалов геологам и являются общими для всех геофизических
методов.

9. 1.1. Производство измерений

Большинство геофизических
измерений проводится на дневной
поверхности (или с использованием
летательных аппаратов – в воздушной
среде). Чаще всего инструментальные
съемки выполняются вдоль линий –
маршрутов.
Обычно измерения выполняются через
определенный интервал (чащепостоянный). Измерения выполняются
на точках наблюдений или станциях.
Если объект исследования имеет
вытянутую форму (жила, разлом) профили задаются вкрест простирания.
Серия профилей часто задается таким
образом, чтобы установить характер
замыкания тела.
Если объект изометричен – маршруты
м.б. проведены параллельно с
регулярным расположением на
площади исследований точек съемки
(для того, чтобы сеть наблюдений
обеспечила оконтуривание объекта
исследований).
1.1. Производство
измерений

10. Профиль

11. 1.2. Введение поправок (потенциальные поля)

• Часто данные геофизических съемок g
геолог не может использовать напрямую
для решения конкретных задач –
небходимо введение поправок.
• Пример. Выделение положительной
гравитационной аномалии, отвечающей
дайке. Необходимо введение поправок за
высоту над уровнем моря и за влияние
рельефа дневной поверхности.
• В магнитном поле – поправки за вариации g
АМП во время съемки (аномалии,
обусловленные магнитными бурями могут
забить полезный сигнал).
• Цель введения поправок – выделение
аномалий.
• Аномалия – часть физического поля,
выделяемая вдоль профиля или на карте,
отличающаяся от вмещающей среды

12. 1.3 Сигнал и помеха

Даже после введения поправок
проявление сигнала от объекта может
быть неочевидным за счет влияния
помех.
Помеха – нежелательные вариации
измеряемого параметра.
Сигнал – интересующая исследователя
часть измеряемого параметра.
Пример из сейсморазведки: помеха –
движение транспорта или людей.
Сигнал – отклик геологических
структур. В ряде случаев (при наличии
нерегулярной помехи) возможна
повторная съемка. При сложении
результатов улучшается качество
выделения сигнала.
Пример из гравиразведки:
- сигнал – аномальный эффект
гранитоидного плутона,
- помеха – эффект вариации мощности
чехла. У нас имеются возможности
избавиться от этой поменхи.
1.3 Сигнал и помеха

13. 1.4 Моделирование

• Моделирование - переход от наблюденного геофизического поля к
физическим телам или структурам, имеющим такие параметры как глубина,
морфология, физические характеристики (плотность, скорость и др.).
• Модель всегда упрощение (генерализация) природного объекта!

14. Прямая и обратная задачи моделирования

15. Типы моделей

16. Формы представления результатов съемок

17. Типы моделей

Геофизические исследования в скважинах (geophysical exploration in wells) - методы, основанные на изучении естественных и искусственно создаваемых физических полей (электрических, акустических и тд), физических свойств горных пород, пластовых флюидов, содержания и состава различных газов в буровом растворе.

Применяются для изучения геологического разреза скважин и массива горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах, контроля технического состояния скважин и разработки нефтяных и газовых месторождений.

Первые геофизические исследования (термометрия) выполнены Д. Голубятниковым в 1908 г. на нефтяных промыслах г Баку.

В 1926 г. братьями Шлюмберже (Франция) был предложен электрический каротаж, высокая эффективность которого обеспечила его быстрое внедрение и развитие других методов геофизических исследований.

В СССР в разработку теории и техники геофизических исследований большой вклад внесли Л. Альпин, В. Дахнов и др, в США - Г. Арчи, Г. Гюйо, Дж. Долл и др.

Геофизические исследования, проводимые для изучения геологического разреза скважин, называют каротажем, который осуществляется электрическими, электромагнитными, магнитными, акустическими, радиоактивными (ядерно-геофизическими) и другими методами.

При каротаже с помощью приборов, спускаемых в скважину на каротажном кабеле, измеряются геофизические характеристики, зависящие от одного или совокупности физических свойств горных пород и их расположения в разрезе скважины.

В скважинные приборы входят каротажные зонды (устройства, содержащие источники и приемники наблюдаемого поля), сигналы которых по кабелю непрерывно или дискретно передаются на поверхность и регистрируются наземной аппаратурой в виде кривых (рис.) или массивов цифровых данных.

Разрабатываются способы каротажа, которые можно проводить в процессе бурения приборами, опускаемыми в скважину на бурильных трубах.

При электрическом каротаже изучают удельное электрическое сопротивление, диффузионно-адсорбционную и искусственно вызванную электрохимическую активность пород и т.п.

Для определения удельного сопротивления применяют боковое каротажное зондирование (измерения 3-электродными градиент-зондами разной длины), боковой каротаж (измерения зондами с фокусировкой тока), микрокаротаж и боковой микрокаротаж.

Различие в диффузионно-адсорбционной активности пород используется в каротаже самопроизвольной поляризации, а способность пород поляризоваться под действием электрического тока - в каротаже вызванной поляризации, основанном на различии потенциалов, возникающих на поверхности контактов руд (например, сульфидных), углей с другими горными породами.

При электромагнитном каротаже изучаются удельная электрическая проводимость (индукционный каротаж), магнитная восприимчивость (каротаж магнитной восприимчивости, КМВ) и диэлектрическая проницаемость (диэлектрический каротаж, ДК) горных пород индукционными зондами на различных частотах 1 кГц (КМВ), 100 кГц и 40 МГц (ДК).

При магнитном каротаже измеряются магнитная восприимчивость пород и характеристики магнитного поля.

Акустический каротаж основывается на регистрации интервальных времен (скорости), амплитуд и других параметров упругих волн ультразвукового и звукового диапазона.

При радиоактивном каротаже (ядерно-геофизическом) в скважинах измеряют характеристики ионизирующего излучения.

Широко используется изучение характеристик нейтронного и гамма-излучения, возникающих в породах при облучении их стационарным источником нейтронов (нейтрон-нейтронный каротаж и нейтронный гамма-каротаж) или источниками гамма-излучений (гамма-гамма-каротаж).

Модификации радиоактивного каротажа применяются с импульсными источниками нейтронов (импульсный нейтрон-нейтронный каротаж, импульсный нейтронный гамма-каротаж) и гамма-излучения (импульсный гамма-гамма-каротаж).

Естественное гамма-излучение пород исследуется в гамма-каротаже.

В активационном радиоактивном каротаже изучаются характеристики излучения искусственных радиоактивных изотопов, возникающих в породах при облучении их источником ионизирующих излучений.

Ядерно-магнитный каротаж заключается в наблюдении за изменением электродвижущей силы, возникающей в катушке зонда в результате свободной прецессии протонов в импульсном магнитном поле.

Газовый каротаж обеспечивает изучение физическими методами содержания и состава углеводородных газов и битумов в буровом растворе, а также параметров, характеризующих режим бурения.

Иногда применяются исследования, основанные на определении механических свойств в процессе бурения (механический каротаж).

Околоскважинные и межскважинные исследования основаны на изучении в массивах горных пород особенностей естественных или искусственно созданных геофизических полей:

-магнитного (скважинная магниторазведка), гравитационного (скважинная гравиразведка), распространения радиоволн (радиоволновой метод, РВМ), упругих волн (акустическое просвечивание), постоянного или низкочастотного электрического (метод заряженного тела), нестационарного электромагнитного (метод переходных процессов);

- пьезоэлектрического эффекта, возникающего в горных породах под воздействием упругих колебаний (пьезоэлектрический метод);

- потенциалов вызванной поляризации, возникающих на контакте рудного тела в результате воздействия источника тока в скважине или на поверхности Земли (контактный метод поляризационных кривых) и др.

В радиоволновых методах разведки источник электромагнитных колебаний (частота 0,16-37 МГц) размещается в скважине; регистрация осуществляется с помощью приемников (антенн) в этой же скважине (околоскважинные исследования) или в соседней (межскважинные исследования).

В некоторых случаях поле наблюдается на поверхности Земли.

При разведке акустическим просвечиванием возбуждение и наблюдение волн осуществляется так же, как в РВМ.

В методе заряженного тела токовый электрод размещают в скважине против рудного тела; наблюдения производят в скважине или на поверхности.

Методы околоскважинных и межскважинных исследований позволяют обнаружить и оконтурить рудные тела и другие геологические образования, пересеченные скважиной или находящиеся в стороне от нее.

При контроле технического состояния скважин измеряют ее зенитный угол и азимут (инклинометрия), средний диаметр (кавернометрия) и расстояние от оси прибора до стенки скважины (профилеметрия), температуру (термометрия), удельное электрическое сопротивление бурового раствора (резистивиметрия), определяют высоты подъема цемента в затрубном пространстве скважины и его качество (контроль цементирования) по данным кривым акустического и гамма-гамма-каротажа и др.

При разработке месторождения регистрируют скорости перемещения жидкости по скважине (расходометрия), вязкость заполняющей жидкости (вискозиметрия), содержание воды в последней (влагометрия), давление по стволу (барометрия) и др.

Отбор проб флюидов из пласта (опробование пластов) производится опробователями пластов, которые на каротажном кабеле опускаются в скважину на заданную глубину.

После этого блок отбора (башмак) прижимается к стенке скважины и кумулятивной перфорацией создается дренажный канал между пластом и прибором для подачи флюида в приемный баллон прибора.

Образцы пород из стенок скважин отбирают стреляющими грунтоносами и сверлящими керноотборниками.

При анализе проб определяется содержание нефти, газа и воды, а также компонентный состав газа, что дает возможность оценить нефтегазоносность пласта, литологию, наличие углеводородов, а иногда и коэффициент пористости породы.

Геофизические исследования применяют при поисках и разведке нефти и газа (промысловая геофизика), угля (угольная скважинная геофизика), руд и строительных материалов (рудная скважинная геофизика) и воды (геофизические исследования гидрогеологических скважин).

Получаемые данные обеспечивают расчленение разреза скважин на пласты, определение их литологии и глубины залегания, выявление полезных ископаемых (нефти, газа, угля и др.), корреляцию разрезов скважин, оценку параметров пластов для подсчета запасов (эффективную мощность, содержание полезных ископаемых), определение объема залежи нефти, газа, угля или рудного тела, оценку физико-механических свойств пород при строительстве различных сооружений и др.

Геофизические исследования - основной способ геологической документации разрезов скважин, дающий большой экономический эффект за счет сокращения отбора керна и количества испытаний пластов.

Повышение эффективности геофизических исследований связано с разработкой и внедрением новых методов, а также с совершенствованием методики и техники исследований; внедрением машинных методов обработки и интерпретации данных, создания цифровых каротажных лабораторий, управляемых бортовым компьютером, комплексных геолого-геохимическо-геофизических информационно-измерительных и обрабатывающих комплексов, высокоточных и термобаростойких комплексных скважинных приборов и др.

Комплекс исследований должен включать все основные методы.

Целесообразность применения дополнительных методов должна быть обоснована промыслово-геофизическим предприятием.

Комплексы методов исследований уточняют в зависимости от конкретных геолого-технических условий по взаимно согласованному плану между геофизической и промыслово-геологичсской службами.

Заключения об интервалах негерметичности обсадной колонны, глубине установки оборудования, НКТ, положения забоя, динамического и статического уровней, интервале прихвата труб и привязке замеряемых параметров к разрезу, герметичности забоя выдаются непосредственно на скважине после завершения исследований, а по исследованиям, которые проводятся для определения интервалов заколонной циркуляции, распределения и состояния цементного камня за колонной, размеров нарушений колонны, - передаются по оперативной связи в течение 24 час после завершения измерений и через 48 час - в письменном виде.

В заключении геофизического предприятия приводятся результаты ранее проведенных исследований (в том числе и не связанных с КРС), а в случае их противоречия с данными предыдущих исследований, указываются причины.

Перед началом геофизических работ скважину заполняют жидкостью необходимой плотности до устья, а колонну шаблонируют до забоя.

Основная цель исследования - определение источников обводнения продукции скважины.

При выявлении источников обводнения продукции в действующих скважинах исследования включают измерения высокочувствительным термометром,
гидродинамическим и термокондуктивным расходомерами, влагомером, плотномером, резистивиметром, импульсным генератором нейтронов.

Комплекс исследований зависит от дебита жидкости и содержания воды в продукции.

Привязку замеряемых параметров по глубине осуществляют с помощью локатора муфт и ГК.

Для выделения обводнившегося пласта или пропластков, вскрытых перфорацией, и определения заводненной мощности коллектора при минерализации воды в продукции 100 г/л и более в качестве дополнительных работ проводят исследования импульсными нейтронными методами (ИНМ) как в эксплуатируемых, так и в остановленных скважинах.

В случаях обводнения неминерализованной водой эти задачи решаются ИНМ по изменениям до и после закачки в скважину минерализованной воды с концентрацией соли более 100 г/л.

Эти измерения проводятся в комплексе с исследованиями высокочувствительным термометром для определения интервалов поглощения закачанной воды и выделения интервалов заколонной циркуляции.

Измерения ИНМ входят в основной комплекс при исследовании пластов с подошвенной водой, частично вскрытых перфорацией, при минерализации воды в добываемой продукции более 100 г/л.

По результатам измерений судят о путях поступления воды к интервалу перфорации - подтягиванию подошвенной воды по прискважинной зоне коллектора или по заколонному пространству из-за негерметичности цементного кольца.

Оценку состояния выработки запасов и величины коэффициента остаточной нефтенасыщенности в пласте, вскрытом перфорацией, проверяют исследованиями ИНМ в процессе поочередной закачки в пласт двух водных растворов, различных по минерализации.

По результатам измерения параметра времени жизни тепловых нейтронов в пласте вычисляют значение коэффициента остаточной насыщенности. Технология работ предусматривает закачку 3-4 м 3 раствора на 1 м толщины коллектора.

Закачку раствора проводят отдельными порциями с замером параметра до стабилизации его величины.

Состояние насыщения коллекторов, представляющих объекты перехода на другие горизонты или приобщения пластов, оценивают по результатам геофизических исследований. При минерализации воды в продукции более 50 г/л проводят исследования ИНМ.

При переводе добывающей скважины под нагнетание обязательными являются исследования гидродинамическим расходомером и высокочувствительным термометром, которые позволяют выделить отдающие или принимающие интервалы и оценить степень герметичности заколонного пространства.

Читайте также: