Nghiên cứu địa vật lý: các loại hình, phương pháp và công nghệ

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Nghiên cứu địa vật lý được sử dụng để nghiên cứu đá trong không gian gần giếng và liên giếng. Chúng được thực hiện bằng cách đo lường và giải thích các chỉ số vật lý tự nhiên hoặc nhân tạo của nhiều loại khác nhau. Hiện tại, có hơn 50 phương pháp địa vật lý.

Đặc điểm chung

Nghiên cứu địa vật lý (GIS, địa vật lý sản xuất hoặc khai thác gỗ) là một tập hợp các phương pháp địa vật lý ứng dụng được sử dụng để nghiên cứu hồ sơ địa chất, thu thập thông tin về tình trạng kỹ thuật của giếng và xác định khoáng chất trong lòng đất.

GIS dựa trên các đặc tính vật lý khác nhau của đá:

• điện;
• phóng xạ;
• từ tính;
• nhiệt và những thứ khác.

Khảo sát địa vật lý giếng khoan là loại tài liệu địa chất chính của giếng. Mục đích của việc triển khai chúng là để giải quyết một số vấn đề kỹ thuật (so sánh các phần choxác định các địa tầng cùng tuổi, xác định các tầng sản sinh, các tầng đánh dấu, thành phần thạch học, các đặc điểm chính của hệ tầng có ảnh hưởng đến sự phát sinh, phát triển và hoạt động của giếng). Nguyên tắc của bất kỳ phương pháp khai thác giếng nào là đo các giá trị đặc trưng cho tính chất của đá và giải thích chúng.

Phương pháp điện

Khi tiến hành khảo sát địa vật lý điện của giếng dầu, các đặc điểm sau được đo:

1. Điện trở suất (khoáng chất dẫn điện, chất bán dẫn, chất điện môi).
2. Tính thấm điện và từ tính.
3. Hoạt động điện hóa của đá - tự nhiên (phương pháp điện thế tự phân cực) hoặc nhân tạo (phương pháp điện thế phân cực cảm ứng).

Đặc điểm đầu tiên gắn liền với đặc điểm như tăng điện trở suất của đá bão hòa dầu và khí, đây là đặc điểm nhận dạng của các mỏ dầu và khí (chúng không dẫn điện). Các phép đo được đánh giá bằng cách sử dụng hệ số tăng điện trở, cho phép bạn xác định các đặc tính quan trọng nhất của bể chứa - hệ số độ xốp, nước và độ bão hòa dầu và khí. Các kỹ thuật phổ biến nhất của công nghệ này được mô tả bên dưới.

Phương pháp kháng cự rõ ràng

Một đầu dò có ba điện cực nối đất (một nguồn cung cấp và 2 điện cực đo) được hạ xuống giếng, và đầu dò thứ tư (nguồn cung cấp) được lắp ở đầu giếng. Khi đầu dò di chuyển theo phương thẳng đứng dọc theo lòng giếng, độ chênh lệch tiềm năng thay đổi. Điện cụ thểĐiện trở được gọi là biểu kiến bởi vì nó được tính toán cho một môi trường đồng nhất, nhưng trên thực tế nó là không đồng nhất. Dựa trên dữ liệu thu được, các đường cong được xây dựng để có thể xác định ranh giới của hồ chứa.

Âm thanh điện bên

Các đầu dò Gradient có chiều dài lớn (bội số của 2-30 đường kính giếng) được sử dụng trong các phép đo, cho phép tính đến ảnh hưởng của dung dịch khoan và độ sâu thâm nhập của nó vào đá, để xác định độ chính xác điện trở suất hình thành.

Phương pháp nối đất được che chắn với bảy hoặc ba đầu dò điện cực

Trong đầu dò bảy điện cực, cường độ dòng điện được điều chỉnh để đảm bảo sự bằng nhau của điện thế tại các điểm trung tâm và điểm cực trị dọc theo trục lỗ khoan. Điều này được thực hiện để hướng một chùm điện tích tập trung vào đá. Kết quả là cũng có sức đề kháng rõ ràng.

Phương pháp cảm ứng

Một đầu dò với cuộn dây phát và nhận, một máy phát điện và một bộ chỉnh lưu được hạ xuống giếng. Khi tạo EMF cảm ứng, độ dẫn điện biểu kiến của sự hình thành được xác định.

Phương pháp điện môi

Tương tự như phần trước, nhưng tần số của trường điện từ trong cuộn dây cao hơn một bậc. Phương pháp này được sử dụng để xác định tính chất bão hòa của hồ chứa với độ mặn của nước thấp.

Ngoài ra còn có một phương pháp vi mạch (kích thước của chúng không vượt quá 5 cm) để đo điện trở của đá,tiếp giáp trực tiếp với tường lỗ khoan.

Đo phóng xạ

Phương pháp nghiên cứu địa vật lý phóng xạ dựa trên việc phát hiện bức xạ hạt nhân (thường là neutron và tia gamma). Các phương pháp phổ biến nhất là:

• bức xạ đá tự nhiên (ɣ-method);
• phân tán ɣ bức xạ;
• neutron-neutron (đăng ký của neutron bị phân tán bởi các hạt nhân của nguyên tử đá);
• neutron xung;
• kích hoạt neutron (bức xạ ɣ của đồng vị phóng xạ nhân tạo sinh ra từ sự hấp thụ neutron);
• cộng hưởng từ hạt nhân;
• neutron ɣ-method (bức xạ bắt neutron ɣ).

Các phương pháp dựa trên quy luật suy giảm của mật độ thông lượng bức xạ gamma, hiệu ứng của sự tán xạ và hấp thụ neutron trong đá. Dựa trên cơ sở này, mật độ của đá, thành phần khoáng chất, hàm lượng đất sét, sự đứt gãy được xác định và theo dõi ô nhiễm phóng xạ của thiết bị khoan giếng.

Phương pháp Seismoacoustic

Phương pháp âm thanh dựa trên phép đo độ rung của âm thanh tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong trường hợp đầu tiên, các nghiên cứu địa chất và địa vật lý về tiếng ồn xảy ra khi khí hoặc dầu đi vào lòng giếng được thực hiện và phổ dao động của công cụ khoan trong quá trình xuyên qua đá cũng được đo.

Các phương pháp nghiên cứu dao động nhân tạo của phổ âm thanh hoặc phổ siêu âm dựa trên việc đo thời gian lan truyền của sóng hoặctắt dần của biên độ dao động. Tốc độ truyền âm thanh phụ thuộc vào một số tham số:

• thành phần khoáng chất của đá;
• mức độ bão hòa khí-dầu của chúng;
• đặc điểm thạch học;
• đất sét;
• sự phân bố ứng suất trong đá;
• xi măng và những thứ khác.

Đầu dò được hạ xuống giếng bao gồm một bộ phát và một bộ thu được ngăn cách bằng vật liệu cách âm. Để giảm ảnh hưởng của hình học lỗ khoan đến kết quả đo, các đầu dò ba hoặc bốn phần tử thường được sử dụng. Dụng cụ thoát nước được kết nối với thiết bị bề mặt bằng dây cáp. Tín hiệu từ bộ thu được số hóa và hiển thị trên màn hình.

Với sự trợ giúp của phương pháp này, các nghiên cứu về phân tích thạch học của mặt cắt hồ chứa, các hốc ngầm lớn được thực hiện, xác định tính chất của hồ chứa và kiểm soát cắt nước.

Ghi nhật ký nhiệt

Cơ sở của ghi nhiệt trong khảo sát địa vật lý thực địa là nghiên cứu về gradient nhiệt độ dọc theo lòng giếng, có liên quan đến các đặc tính nhiệt khác nhau của đá (phương pháp trường nhiệt tự nhiên và nhân tạo). Độ dẫn nhiệt của các khoáng chất tạo đá chính nằm trong khoảng 1,3-8 W / (m ∙ K), và ở độ bão hòa khí cao, nó giảm xuống vài lần.

Trường nhiệt nhân tạo được tạo ra trong quá trình khoan với sự trợ giúp của chất lỏng xả hoặc lắp đặt lò sưởi điện trong giếng. Để đo độ dốc nhiệt độ thường xuyên nhấtnhiệt kế điện trở lỗ xuống được sử dụng. Dây đồng và vật liệu bán dẫn được sử dụng làm phần tử cảm biến chính.

Sự thay đổi nhiệt độ được ghi lại một cách gián tiếp - theo độ lớn của điện trở của phần tử này. Mạch đo cũng chứa một dao động điện tử có chu kỳ dao động thay đổi theo điện trở. Tần số của nó được đo bằng một thiết bị đặc biệt và điện áp không đổi được tạo ra trong máy đo tần số được truyền tới thiết bị quan sát trực quan.

Thực hiện nghiên cứu địa vật lý bằng cách sử dụng kỹ thuật này cho phép thu thập thông tin về cấu trúc địa chất của mỏ, xác định các thành tạo chứa dầu, khí và nước, xác định tốc độ dòng chảy của chúng, phát hiện cấu trúc phản đá và vòm muối, các dị thường nhiệt liên quan đến dòng hiđrocacbon. Việc sử dụng công nghệ này đặc biệt thích hợp ở những khu vực có hoạt động núi lửa đang hoạt động.

Phương pháp GIS địa hóa

Phương pháp nghiên cứu địa hóa dựa trên nghiên cứu trực tiếp về độ bão hòa khí của dung dịch khoan và hom được hình thành trong quá trình xúc rửa giếng. Trong trường hợp đầu tiên, việc xác định hàm lượng của khí hydrocacbon có thể được thực hiện trực tiếp trong quá trình khoan hoặc sau khi nó. Dung dịch khoan được khử khí trong một đơn vị đặc biệt, sau đó hàm lượng hydrocacbon được xác định bằng máy phân tích khí-sắc ký đặt tại trạm khai thác.

Bùn, hoặc các hạt đá khoan,chứa trong dung dịch khoan được nghiên cứu bằng phương pháp phát quang hoặc phương pháp bitum.

Ghi nhật ký từ tính

Phương pháp từ tính để tiến hành khai thác tốt bao gồm một số cách để phân biệt các loại đá:

• bằng từ hóa;
• về tính cảm từ (tạo ra trường điện từ nhân tạo);
• về tính chất từ trường hạt nhân (công nghệ này còn được gọi là ghi nhật ký hạt nhân).

Sức mạnh của từ trường là do sự hiện diện của các thân và lớp quặng từ tính làm nền tảng và phủ lên chúng. Cảm biến điều biến từ tính (flurosondes) đóng vai trò như các phần tử nhạy cảm của thiết bị thoát nước. Các thiết bị hiện đại có thể đo cả ba thành phần của vectơ từ trường, cũng như độ cảm từ.

Khai thác từ trường hạt nhân là xác định các đặc tính của từ trường, được tạo ra bởi các hạt nhân hydro trong chất lỏng lỗ rỗng. Nước, khí và dầu khác nhau về hàm lượng của các hạt nhân hydro. Nhờ tính chất này, có thể nghiên cứu vỉa và độ thấm của nó, xác định loại chất lỏng và phân biệt các loại đá cấu thành.

khám phá trọng lực

Thăm dò trọng lực là một phương pháp thăm dò địa vật lý các mỏ dựa trên sự phân bố không đồng đều của trường trọng lực dọc theo chiều dài của giếng. Theo mục đích, 2 loại khai thác như vậy được phân biệt - để xác định mật độ đá của các lớp băng qua giếng và xác định vị trí của các đối tượng địa chất gây ra sự bất thường về trọng lực (thay đổi giá trị của nó).

Bước nhảy của chỉ số cuối cùng xảy ra khi di chuyển từ hồ chứa có mật độ thấp hơn đến đá dày đặc hơn. Thực chất của phương pháp là đo trọng lực theo phương thẳng đứng và xác định chiều dày của vỉa. Dữ liệu này cho phép bạn tìm ra mật độ của các loại đá.

Máy đo trọng lượng dây và thạch anh được sử dụng làm thiết bị chính của hố ga. Loại thiết bị đầu tiên được sử dụng rộng rãi nhất. Các trọng lượng kế như vậy là một máy rung cơ điện, trong đó điện áp xoay chiều được đặt vào một sợi dây cố định thẳng đứng có tải treo. Bộ rung được kết nối với một máy phát điện và các dao động tần số của nó đóng vai trò là thông số cuối cùng.

Thiết bị

Phương pháp nghiên cứu địa vật lý được thực hiện với sự hỗ trợ của các trạm địa vật lý thực địa, các yếu tố chính trong đó là:

• dụng cụ hố xí;
• tời có truyền động cơ hoặc điện (từ nguồn điện, mạng điện hoặc nguồn điện độc lập);
• bộ điều khiển ổ đĩa;
• hệ thống giám sát cho các chỉ số chính của quy trình vấp ngã (độ sâu ngâm, tốc độ xuống giếng, lực căng) - bộ hiển thị, bộ căng, cảm biến độ sâu;
• chất bôi trơn lỗ khoan để làm kín đầu giếng trong quá trình khai thác giếng (bao gồm van ngắt, hộp nhồi, buồng tiếp nhận, đồng hồ đo áp suất và các thiết bị đo đạc khác);
• thiết bị đo mặt đất (trên khung xe ô tô).

Thiết bị bảo dưỡng giếng sâucó thể nằm trong cơ thể của hai chiếc ô tô. Các phòng thí nghiệm thăm dò địa vật lý giếng được đặt trên khung của URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 và các loại khác. Thùng xe thường bao gồm 2 khoang - một công nhân, trong đó đặt thiết bị, và một "nhà thay đồ" cho nhân viên phục vụ.

Các yêu cầu chính đối với thiết bị là độ chính xác và độ tin cậy cao của các cuộc khảo sát địa vật lý. Công việc trong giếng gắn liền với các điều kiện khó khăn - độ sâu lớn, nhiệt độ giảm đáng kể, rung, lắc. Thiết bị được hoàn thiện theo yêu cầu của khách hàng, phương pháp sử dụng và mục tiêu của công việc. Đối với nghiên cứu địa vật lý giếng khơi, tất cả thiết bị được vận chuyển trong các thùng chứa.

Giải thích kết quả

Kết quả khảo sát địa vật lý được xử lý từng bước từ giá trị của các dụng cụ đo đạc đến xác định các thông số địa vật lý của hồ chứa:

1. Chuyển đổi tín hiệu thiết bị thoát nước.
2. Xác định tính chất vật lý thực sự của các loại đá nghiên cứu. Công việc địa vật lý hiện trường bổ sung có thể được yêu cầu ở giai đoạn này.
3. Xác định các đặc tính thạch học và vỉa của hệ tầng.
4. Sử dụng kết quả thu được để giải quyết một trong những nhiệm vụ đặt ra - xác định các mỏ khoáng sản, sự phân bố của chúng trong toàn khu vực, xác định tuổi địa chất của đá, hệ số độ xốp, hàm lượng sét, độ bão hòa khí và dầu, độ thấm; xác định các hồ chứa, nghiên cứu các đặc điểmphần địa chất và những phần khác.

Diễn giải khảo sát địa vật lý được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau tùy thuộc vào công nghệ được sử dụng (điện, đo bức xạ, nhiệt, v.v.) và thiết bị đo lường. Các tổ chức địa vật lý hiện đại vận hành các hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu tự động (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight và các hệ thống khác).