การวิจัยทางธรณีฟิสิกส์: ประเภท วิธีการ และเทคโนโลยี

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

การวิจัยทางธรณีฟิสิกส์ใช้เพื่อศึกษาหินในพื้นที่ใกล้หลุมเจาะและช่องว่างระหว่างหลุม ดำเนินการโดยการวัดและตีความตัวบ่งชี้ทางกายภาพตามธรรมชาติหรือเทียมประเภทต่างๆ ปัจจุบันมีวิธีธรณีฟิสิกส์มากกว่า 50 วิธี

ลักษณะทั่วไป

การวิจัยธรณีฟิสิกส์ (GIS, ธรณีฟิสิกส์การผลิตหรือการตัดไม้) เป็นชุดของวิธีธรณีฟิสิกส์ประยุกต์ที่ใช้ในการศึกษาโปรไฟล์ทางธรณีวิทยา รับข้อมูลเกี่ยวกับสภาพทางเทคนิคของหลุม และระบุแร่ธาตุในดินใต้ผิวดิน

GIS ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพต่างๆ ของหิน:

• ไฟฟ้า;
• กัมมันตภาพรังสี;
• แม่เหล็ก;
• ความร้อนและอื่นๆ

การผลิตแบบสำรวจธรณีฟิสิกส์ของหลุมเป็นเอกสารทางธรณีวิทยาหลักของบ่อน้ำประเภทหลัก วัตถุประสงค์ของการดำเนินการคือเพื่อแก้ปัญหาทางเทคนิคจำนวนหนึ่ง (เปรียบเทียบส่วนสำหรับการระบุชั้นในวัยเดียวกัน การกำหนดชั้นการผลิต ขอบฟ้าของเครื่องหมาย องค์ประกอบทางหิน ลักษณะสำคัญของการก่อตัวที่ส่งผลต่อการพัฒนา การพัฒนา และการดำเนินงานของบ่อน้ำ) หลักการของวิธีการบันทึกบ่อน้ำคือการวัดค่าที่กำหนดคุณสมบัติของหินและตีความมัน

วิธีการไฟฟ้า

เมื่อทำการสำรวจธรณีฟิสิกส์ไฟฟ้าของบ่อน้ำมัน จะมีการวัดลักษณะดังต่อไปนี้:

1. ความต้านทานไฟฟ้า (แร่ธาตุตัวนำ เซมิคอนดักเตอร์ ไดอิเล็กทริก)
2. การซึมผ่านด้วยไฟฟ้าและแม่เหล็ก
3. กิจกรรมทางเคมีไฟฟ้าของหิน - ธรรมชาติ (วิธีโพลาไรเซชันในตัวเอง) หรือเหนี่ยวนำแบบเทียม (วิธีเหนี่ยวนำให้เกิดโพลาไรเซชัน)

ลักษณะแรกเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติเช่นความต้านทานที่เพิ่มขึ้นของหินอิ่มตัวของน้ำมันและก๊าซ ซึ่งเป็นคุณสมบัติระบุแหล่งน้ำมันและก๊าซ (ไม่นำไฟฟ้า) การวัดจะถูกประเมินโดยใช้ปัจจัยการเพิ่มความต้านทาน ซึ่งช่วยให้คุณกำหนดลักษณะที่สำคัญที่สุดของอ่างเก็บน้ำ - ค่าสัมประสิทธิ์ความพรุน ความอิ่มตัวของน้ำ น้ำมันและก๊าซ เทคนิคทั่วไปที่สุดของเทคโนโลยีนี้มีอธิบายไว้ด้านล่าง

วิธีต้านทานที่ชัดเจน

วางโพรบที่มีอิเล็กโทรดลงกราวด์สามอัน (แหล่งจ่ายหนึ่งอันและอิเล็กโทรดวัด 2 อิเล็กโทรด) ลงในบ่อน้ำ และติดตั้งอันที่สี่ (อุปทาน) ที่ส่วนหัวของหลุมผลิต เมื่อโพรบเคลื่อนที่ในแนวตั้งตามหลุมเจาะ ความต่างศักย์จะเปลี่ยนไป ไฟฟ้าเฉพาะความต้านทานเรียกว่าชัดเจนเพราะมันคำนวณสำหรับตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน แต่ในความเป็นจริงมันไม่เป็นเนื้อเดียวกัน จากข้อมูลที่ได้รับ เส้นโค้งถูกสร้างขึ้นโดยที่มันเป็นไปได้ที่จะกำหนดขอบเขตของอ่างเก็บน้ำ

เสียงไฟฟ้าข้างรถ

วัดการไล่ระดับสีที่มีความยาวมาก (หลายเส้นผ่านศูนย์กลาง 2-30 หลุม) ซึ่งช่วยให้คำนึงถึงอิทธิพลของของเหลวเจาะและความลึกของการเจาะเข้าไปในหินเพื่อกำหนดความจริง ความต้านทานการก่อตัว

วิธีกราวด์แบบหุ้มฉนวนด้วยโพรบอิเล็กโทรดเจ็ดหรือสามตัว

ในโพรบเจ็ดอิเล็กโทรด ความแรงของกระแสจะถูกควบคุมเพื่อให้มั่นใจความเท่าเทียมกันของศักยภาพที่จุดศูนย์กลางและสุดขั้วตามแนวแกนของรูเจาะ สิ่งนี้ทำเพื่อส่งลำแสงประจุไฟฟ้าที่พุ่งเข้าหาหินโดยตรง ผลที่ได้คือแนวต้านที่ชัดเจน

วิธีเหนี่ยวนำ

โพรบที่มีขดลวดส่งและรับ กระแสสลับ และวงจรเรียงกระแส ถูกหย่อนลงไปในบ่อน้ำ เมื่อสร้าง EMF เหนี่ยวนำ ค่าการนำไฟฟ้าที่ชัดเจนของการก่อตัวจะถูกกำหนด

วิธีไดอิเล็กตริก

คล้ายกับก่อนหน้านี้ แต่ความถี่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในขดลวดมีลำดับความสำคัญสูงกว่า วิธีนี้ใช้เพื่อกำหนดลักษณะของความอิ่มตัวของอ่างเก็บน้ำที่มีความเค็มของน้ำต่ำ

นอกจากนี้ยังมีวิธีการไมโครโพรบ (ขนาดไม่เกิน 5 ซม.) เพื่อวัดความต้านทานไฟฟ้าของหินติดกับผนังหลุมเจาะโดยตรง

รังสี

วิธีการวิจัยทางธรณีฟิสิกส์ด้วยรังสีจะขึ้นอยู่กับการตรวจจับรังสีนิวเคลียร์ (ส่วนใหญ่มักเป็นนิวตรอนและรังสีแกมมา) วิธีที่พบบ่อยที่สุดคือ:

• รังสีหินธรรมชาติ (ɣ-วิธี);
• กระจัดกระจาย ɣ รังสี
• นิวตรอน-นิวตรอน (การลงทะเบียนของนิวตรอนที่กระจัดกระจายโดยนิวเคลียสของอะตอมของหิน);
• พัลส์นิวตรอน;
• กระตุ้นนิวตรอน (ɣ-การแผ่รังสีของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่เกิดจากการดูดกลืนนิวตรอน);
• คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านิวเคลียร์;
• นิวตรอน ɣ-วิธี (ɣ-รังสีดักจับนิวตรอน).

วิธีการนี้อยู่บนพื้นฐานของกฎการลดทอนความหนาแน่นของฟลักซ์รังสีแกมมา ผลกระทบของการกระเจิงและการดูดกลืนนิวตรอนในหิน จากสิ่งนี้ ความหนาแน่นของหิน องค์ประกอบแร่ ปริมาณดินเหนียว การแตกร้าว จะถูกกำหนด และตรวจสอบการปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีของอุปกรณ์ขุดเจาะหลุมลึก

วิธีแผ่นดินไหว

วิธีอะคูสติกขึ้นอยู่กับการวัดการสั่นสะเทือนของเสียงธรรมชาติหรือเสียงเทียม ในกรณีแรก การศึกษาทางธรณีวิทยาและธรณีฟิสิกส์ของเสียงที่เกิดขึ้นเมื่อก๊าซหรือน้ำมันเข้าสู่หลุมเจาะจะถูกดำเนินการ และวัดสเปกตรัมของการสั่นสะเทือนของเครื่องมือเจาะในระหว่างการเจาะหินด้วย

วิธีศึกษาการสั่นเทียมของเสียงหรือสเปกตรัมอัลตราโซนิกขึ้นอยู่กับการวัดเวลาการแพร่กระจายของคลื่นหรือการหน่วงของแอมพลิจูดการสั่น ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายประการ:

• องค์ประกอบแร่ของหิน;
• ระดับความอิ่มตัวของน้ำมันแก๊ส;
• ลักษณะทางหิน
• ดินเหนียว;
• กระจายความเครียดในหิน;
• ซีเมนต์และอื่น ๆ

โพรบที่หย่อนลงไปในบ่อน้ำประกอบด้วยเครื่องส่งและเครื่องรับคั่นด้วยฉนวนกันเสียง เพื่อลดผลกระทบของรูปทรงของรูเจาะต่อผลการวัด มักจะใช้หัววัดสามหรือสี่องค์ประกอบ เครื่องมือ downhole เชื่อมต่อกับอุปกรณ์พื้นผิวด้วยสายเคเบิล สัญญาณจากเครื่องรับจะถูกแปลงเป็นดิจิทัลและแสดงบนหน้าจอ

ด้วยความช่วยเหลือของวิธีนี้ การศึกษาการแยกหินของส่วนอ่างเก็บน้ำ โพรงใต้ดินขนาดใหญ่จะดำเนินการ กำหนดคุณสมบัติของอ่างเก็บน้ำ และควบคุมการตัดน้ำ

การบันทึกความร้อน

พื้นฐานของการบันทึกความร้อนในการสำรวจธรณีฟิสิกส์ภาคสนามคือการศึกษาการไล่ระดับอุณหภูมิตามหลุมเจาะ ซึ่งสัมพันธ์กับคุณสมบัติทางความร้อนที่แตกต่างกันของหิน (วิธีการของสนามความร้อนธรรมชาติและสนามประดิษฐ์) ค่าการนำความร้อนของแร่ธาตุหลักที่ก่อตัวเป็นหินมีค่าตั้งแต่ 1.3-8 W / (m∙K) และความอิ่มตัวของก๊าซสูงจะลดลงหลายครั้ง

สนามความร้อนประดิษฐ์ถูกสร้างขึ้นระหว่างการขุดเจาะโดยใช้น้ำยาชะล้างหรือการติดตั้งเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าในบ่อน้ำ ในการวัดอุณหภูมิไล่ระดับบ่อยที่สุดใช้เทอร์โมมิเตอร์วัดความต้านทานไฟฟ้า downhole ใช้ลวดทองแดงและวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เป็นองค์ประกอบการตรวจจับหลัก

การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะถูกบันทึกทางอ้อม - ตามขนาดของความต้านทานไฟฟ้าขององค์ประกอบนี้ วงจรการวัดยังมีออสซิลเลเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีระยะเวลาการสั่นแตกต่างกันไปตามความต้านทาน ความถี่ของมันถูกวัดโดยอุปกรณ์พิเศษ และแรงดันคงที่ที่สร้างขึ้นในเครื่องวัดความถี่จะถูกส่งไปยังอุปกรณ์สังเกตด้วยภาพ

การดำเนินการวิจัยทางธรณีฟิสิกส์โดยใช้เทคนิคนี้ช่วยให้ได้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างทางธรณีวิทยาของพื้นที่ ระบุน้ำมัน ก๊าซ และการก่อตัวของน้ำที่เป็นพาหะ กำหนดอัตราการไหล ตรวจจับโครงสร้างต้านและโดมเกลือ ความผิดปกติทางความร้อนที่เกี่ยวข้องกับ การไหลเข้าของไฮโดรคาร์บอน การใช้เทคโนโลยีนี้มีความเกี่ยวข้องอย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีการระเบิดของภูเขาไฟ

วิธี GIS ธรณีเคมี

วิธีการวิจัยทางธรณีเคมีนั้นอิงจากการศึกษาโดยตรงของความอิ่มตัวของก๊าซของของไหลสำหรับการขุดเจาะและการตัดที่เกิดขึ้นระหว่างการชะล้างบ่อน้ำ ในกรณีแรก การกำหนดปริมาณก๊าซไฮโดรคาร์บอนสามารถทำได้โดยตรงระหว่างการขุดเจาะหรือหลังจากนั้น น้ำมันเจาะจะถูกกำจัดแก๊สในหน่วยพิเศษ จากนั้นจึงกำหนดปริมาณไฮโดรคาร์บอนโดยใช้เครื่องวิเคราะห์ก๊าซ-โครมาโตกราฟีที่ตั้งอยู่ในสถานีตัดไม้

สารละลายหรือเศษหินเจาะที่บรรจุอยู่ในของเหลวเจาะได้รับการศึกษาโดยวิธีเรืองแสงหรือบิทูมิโนโลยี

บันทึกสนามแม่เหล็ก

วิธีแม่เหล็กสำหรับการตัดไม้อย่างดีมีหลายวิธีในการแยกแยะหิน:

• โดยการสะกดจิต
• เกี่ยวกับความไวต่อสนามแม่เหล็ก (การสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเทียม)
• เกี่ยวกับคุณสมบัติแม่เหล็กนิวเคลียร์ (เทคโนโลยีนี้เรียกอีกอย่างว่าการตัดไม้นิวเคลียร์)

ความแรงของสนามแม่เหล็กเกิดจากการมีตัวแร่แม่เหล็กและชั้นแร่ที่หนุนและทับซ้อนกัน เซ็นเซอร์มอดูเลตแม่เหล็ก (flurosondes) ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนของอุปกรณ์ในหลุมเจาะ เครื่องมือสมัยใหม่สามารถวัดทั้งสามองค์ประกอบของเวกเตอร์สนามแม่เหล็กได้ เช่นเดียวกับความอ่อนไหวทางแม่เหล็ก

การบันทึกสนามแม่เหล็กด้วยนิวเคลียร์คือการกำหนดลักษณะของสนามแม่เหล็กซึ่งเกิดจากนิวเคลียสของไฮโดรเจนในของเหลวในรูพรุน น้ำ ก๊าซ และน้ำมันมีปริมาณไฮโดรเจนนิวเคลียสต่างกัน ด้วยคุณสมบัตินี้ คุณจึงสามารถศึกษาอ่างเก็บน้ำและการซึมผ่านของอ่างเก็บน้ำ ระบุประเภทของของเหลว และแยกแยะประเภทของหินที่เป็นส่วนประกอบได้

สำรวจแรงโน้มถ่วง

การสำรวจแรงโน้มถ่วงเป็นวิธีการสำรวจธรณีฟิสิกส์ของตะกอนโดยอาศัยการกระจายตัวของสนามแรงโน้มถ่วงที่ไม่สม่ำเสมอตลอดความยาวของหลุมเจาะ โดยจุดประสงค์ การตัดไม้ดังกล่าวมีความแตกต่างกัน 2 ประเภท - เพื่อกำหนดความหนาแน่นของหินของชั้นที่ข้ามบ่อน้ำ และเพื่อระบุตำแหน่งของวัตถุทางธรณีวิทยาที่ทำให้เกิดความผิดปกติในแรงโน้มถ่วง (การเปลี่ยนแปลงของมูลค่า)

การกระโดดของตัวบ่งชี้สุดท้ายเกิดขึ้นเมื่อย้ายจากอ่างเก็บน้ำที่มีความหนาแน่นต่ำกว่าไปยังโขดหินหนาแน่น สาระสำคัญของวิธีการนี้คือการวัดแรงโน้มถ่วงในแนวดิ่งและกำหนดความหนาของอ่างเก็บน้ำ ข้อมูลนี้ช่วยให้คุณทราบความหนาแน่นของหิน

กราวิมิเตอร์แบบสตริงและควอทซ์เป็นอุปกรณ์หลักในการขุดเจาะ อุปกรณ์ประเภทแรกมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลาย กราวิมิเตอร์ดังกล่าวเป็นเครื่องสั่นแบบเครื่องกลไฟฟ้าซึ่งมีการใช้แรงดันไฟฟ้าสลับกับสตริงคงที่ในแนวตั้งพร้อมโหลดแบบแขวน เครื่องสั่นเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิด และความผันผวนของความถี่ทำหน้าที่เป็นพารามิเตอร์สุดท้าย

อุปกรณ์

วิธีการวิจัยทางธรณีฟิสิกส์ดำเนินการโดยสถานีธรณีฟิสิกส์ภาคสนามซึ่งมีองค์ประกอบหลักคือ:

• เครื่องมือดาวน์โฮล;
• เครื่องกว้านพร้อมระบบขับเคลื่อนแบบกลไกหรือแบบเครื่องกลไฟฟ้า (จากการถอดสายไฟ เครือข่ายไฟฟ้า หรือแหล่งพลังงานอิสระ)
• ชุดควบคุมการขับ;
• ระบบตรวจสอบตัวบ่งชี้หลักของขั้นตอนการสะดุด (ความลึกของการแช่ ความเร็วของการลงไปในบ่อน้ำ แรงตึง) - หน่วยแสดงผล หน่วยความตึง เซ็นเซอร์ความลึก
• สารหล่อลื่นรูเจาะสำหรับปิดผนึกหลุมผลิตระหว่างการบันทึกในหลุม (รวมถึงวาล์วปิด กล่องบรรจุ ห้องรับ เกจวัดแรงดัน และเครื่องมือวัดอื่นๆ)
• เครื่องมือวัดภาคพื้นดิน (บนตัวถังรถ).

อุปกรณ์บำรุงรักษาบ่อน้ำลึกสามารถอยู่ในร่างของรถสองคัน ห้องปฏิบัติการสำหรับการสำรวจธรณีฟิสิกส์ของหลุมติดตั้งอยู่บนแชสซีของ URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 และอื่น ๆ ตัวถังรถมักจะประกอบด้วย 2 ช่อง - พนักงานซึ่งติดตั้งอุปกรณ์และ "เปลี่ยนบ้าน" สำหรับเจ้าหน้าที่บริการ

ข้อกำหนดหลักสำหรับอุปกรณ์คือความแม่นยำสูงและความน่าเชื่อถือของการสำรวจธรณีฟิสิกส์ การทำงานในบ่อน้ำมีความเกี่ยวข้องกับสภาวะที่ยากลำบาก - ความลึกที่ดี อุณหภูมิลดลงอย่างมาก การสั่นสะเทือน การสั่น อุปกรณ์เสร็จสมบูรณ์ตามความต้องการของลูกค้า วิธีการที่ใช้ และเป้าหมายของงาน สำหรับการวิจัยทางธรณีฟิสิกส์ในบ่อน้ำนอกชายฝั่ง อุปกรณ์ทั้งหมดจะถูกขนส่งในตู้คอนเทนเนอร์

การตีความผลลัพธ์

ผลการสำรวจธรณีฟิสิกส์ได้รับการประมวลผลทีละขั้นตอนตั้งแต่ค่าของเครื่องมือวัดไปจนถึงการกำหนดพารามิเตอร์ธรณีฟิสิกส์ของอ่างเก็บน้ำ:

1. การแปลงสัญญาณอุปกรณ์ downhole
2. การกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพที่แท้จริงของหินที่ศึกษา อาจต้องมีงานธรณีฟิสิกส์ภาคสนามเพิ่มเติมในขั้นตอนนี้
3. การกำหนดคุณสมบัติของหินและอ่างเก็บน้ำของชั้นหิน
4. ใช้ผลลัพธ์ที่ได้เพื่อแก้ปัญหาหนึ่งในชุดงาน - การระบุแหล่งแร่ การกระจายไปทั่วภูมิภาค การกำหนดอายุทางธรณีวิทยาของหิน ค่าสัมประสิทธิ์ความพรุน ปริมาณดินเหนียว ความอิ่มตัวของก๊าซและน้ำมัน การซึมผ่าน; การระบุแหล่งกักเก็บ ศึกษาคุณลักษณะส่วนทางธรณีวิทยาและอื่น ๆ

การตีความแบบสำรวจธรณีฟิสิกส์ดำเนินการโดยวิธีการต่างๆ ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่ใช้ (ไฟฟ้า เรดิโอเมตริก ความร้อน ฯลฯ) และอุปกรณ์วัด องค์กรธรณีฟิสิกส์สมัยใหม่ดำเนินการระบบการรวบรวมและประมวลผลข้อมูลอัตโนมัติ (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight และอื่นๆ)