 |
Астронет: Геологический факультет МГУ Геофизические методы исследования земной коры. Часть 1 http://variable-stars.ru/db/msg/1173309/page57.html |
17.1.2. Принципы решения прямых и обратных задач ГИС.
Поскольку при геофизических исследованиях скважин используются те же поля, что и в полевых геофизических методах (гравимагнитные, электромагнитные, сейсмоакустические, ядерно-физические, тепловые), то принципы теоретического решения задач - прямых (определение физических параметров поля по известному геофизическому разрезу) и обратных (определение физического разреза по наблюденным физическим параметрам) - одинаковы (см. 1.3, 4.3, 7.3, 10.3, 13.2, 15). Однако строгое теоретическое решение прямых задач ГИС сложнее, так как приходится учитывать влияние заполнителя скважины (обсадные колонны, цемент, глинистый раствор, по-разному проникающие в поры в зависимости от их трещиноватости и пористости). Кроме того, прямые задачи по размерности являются двух-трехмерными и решаются для погруженных источников. Рассмотренные выше основы теории полевых методов геофизики иллюстрировались в основном одно- и двухмерными задачами с поверхностными источниками, решение которых проще. Вместе с тем решение обратных задач ГИС и интерпретация материалов оказались проще по следующим причинам. Во-первых, интерпретация бывает прежде всего полуколичественной, то есть выделяются глубины залегания, мощности пластов или рудных объектов вблизи от источников. Во-вторых, для геологического истолкования результатов ГИС используются теоретически установленные или эмпирически получаемые корреляционные связи между геофизическими и геолого-гидрогеологическими, механическими, коллекторскими свойствами с оценкой заполнителя пор (вода, нефть, газ). В-третьих, интерпретацию материалов легче формализовать и осуществлять с помощью ЭВМ.
Т а б л и ц а 7.1
| Название групп методов | Название методов | Изучаемые физические свойства пород | Измеряемые параметры | Решаемые геологические задачи |
| Электрические | метод естественной поляризации (ПС) | электро-химическая активность | естественные потенциалы | геологическое расчленение разрезов в комплексе с методами КС, выявление сульфидных руд, углей, графитовых сланцев, коллекторов и водоупоров |
| методы токового каротажа, скользящих контактов (МСК) | удельное электрическое сопротивление (УЭС) | изменение тока в питающей цепи | выделение в разрезах хорошо проводящих горизонтов (сульфидов, углей, графитов и др.) | |
| метод кажущихся сопротивлений (КС), боковое ка-ротажное зондирование (БКЗ) и др. | то же | кажущееся сопротивление | геологическое расчленение разрезов, определение мощности слоев и истинного сопротивления пород, выделение коллекторов, водоупоров, рудных и нерудных пропластков | |
| резистивиметрия | УЭС жидкости в стволе скважины | УЭС жидкости в стволе скважины | определение сопротивления воды и глинистого раствора в скважине | |
| метод вызванных потенциалов (ВП) | поляризуемость | вызванные потенциалы (ВП) | геологическое расчленение разрезов скважин, выявление сульфидных руд, угля, графитов, сланцев | |
| индуктивный метод (ИМ) | электропроводность | потенциалы | расчленение низкоомных разрезов | |
| диэлектрический метод (ДМ) | диэлектрическая проницаемость | потенциалы | расчленение водоносных разрезов | |
| Ядерные | гамма-метод (ГМ) или гамма-каротаж (ГК) | естественная радиоактивность | интенсивность естеств. гамма-излучения ( ) | обнаружение радиоактив-ных руд, геологическое расчленение разрезов |
| гамма-гамма-метод (ГГМ) или гамма-гамма-каротаж (ГГК) | плотность и хим. состав | интенсивность рассеянного гамма-излучения ( ) | изучение плотности горных пород и их хим. состава | |
| нейтронный гамма-метод (НГМ) или каротаж (НГК) | поглощение нейтронов с последующим гамма-излучением | интенсивность вторичного гамма-излучения ( ) | расчленение разреза по во-дородосодержанию, оценка пористости пород | |
| нейтрон-нейтронный метод (ННМ) или каротаж (ННК) | поглощение быстрых нейтронов и определение медленных нейтронов | интенсивность потока тепловых и надтепловых нейтронов | то же, что и в методе НГК, но более точное определение количества водорода в породах | |
| Термические | метод естественного теплового поля (МЕТ) | теплопроводность | температура | изучение геологического разреза скважин, определение наличия газа, нефти, сульфидов и др., определение техн. сост. скважин |
| метод искусственного теплового поля (МИТ) | тепловое сопротивление, температуропроводность | то же | то же | |
| Сейсмоакустические | метод акустического каротажа | скорость распространения волн, амплитуда сигналов | время и скорость упругих волн, их затухание ( ) | геологическое расчленение разреза, оценка пористости, проницаемости, состава флюида |
| сейсмический каротаж | то же | то же | определение пластовых и средних скоростей | |
| Магнитные | метод естественного магнитного поля | магнитная восприимчивость горных пород | напряженность магнитного поля Земли | геологическое расчленение разрезов и выявление железосодержащих руд |
| метод искусственного магнитного поля | то же | напряженность поля магнита | то же | |
| Гравитационные | гравиметровые | плотность | аномалии силы тяжести | геологическое расчленение разреза |
17.1.3. Физико-геологическая классификация ГИС.
Все используемые в геофизике методы применяются и в ГИС. В таблице 7.1 приведены группы методов ГИС (в порядке объемов их применения) и основные методы в них. Здесь же, в соответствии с выводами предыдущих глав (1 - 6), даны физические свойства пород, на которых основаны методы, измеряемые параметры, а также решаемые геологические задачи.
17.2. Принципы устройства каротажных станций и скважинных приборов
17.2.1. Состав и назначение оборудования для комплексных геофизических исследований скважин.
Для проведения геофизических исследований скважин используется как общая аппаратура и оборудование, применяемые в большинстве методов ГИС (автоматические каротажные станции (АКС) или аппаратура геофизических исследований скважин (АГИС), спускоподъемное оборудование), так и специальные скважинные приборы, разные в разных методах (глубинные или каротажные зонды). АКС (АГИС) смонтированы на автомашинах хорошей проходимости.
К общему оборудованию (рис. 7.1) каротажной станции относятся:
- источники питания (батарея аккумуляторов);
- приборы для регистрации разности потенциалов и силы тока;
- лебедка, работающая от двигателя автомобиля и предназначенная для спуска и подъема каротажного кабеля в скважину (при каротаже глубоких скважин - более 3 км - лебедка устанавливается на отдельном автомобиле-подъемнике);
- блок-баланс, располагающийся вблизи скважины и предназначенный для направления кабеля в скважину и синхронной передачи глубины расположения индикатора поля на лентопротяжный механизм регистратора;
- одножильный, трехжильный или многожильный кабель в хорошей изоляции.
 |
| Рис. 7.1. Схема выполнения ГИС: АКС - автоматическая каротажная станция, К - каротажный кабель, 1 - источник питания, 2 - приборы для регистрации разности потенциалов и силы тока, 3 - лебедка, 4 - коллектор лебедки, 5 - блок-баланс, 6 - глубинный каротажный зонд, 7 - глины, 8 - пески, 9 - известняки, 10 - изверженные породы |
Изолированные друг от друга жилы кабеля с одной стороны подключаются к кольцам коллектора лебедки, а с другой - к глубинному каротажному зонду, то есть к устройству для измерения тех или иных параметров поля в скважине и трансформации их в электрические импульсы. В методах электрического каротажа зонд состоит из одного, двух, трех и более свинцовых электродов, укрепленных на кабеле. Такие зонды используются в скважинах, заполненных буровой жидкостью или водой. При работах в сухих скважинах применяются скользящие электроды, каждый из которых состоит из металлической щетки, укрепленной в обойме из изолятора на плоской металлической пружине. Пружины такого "фонарного" зонда прижимают электроды к стенкам скважины. Аналогично устроены микрозонды, в которых точечные электроды располагаются на планке из изолятора на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга. Планка укреплена на плоской пружине "фонаря", которая прижимает электроды к стенкам скважины.
В глубинном зонде ядерных методов помещаются счетчики гамма- или нейтронного излучения и предварительные усилители сигналов на их выходе. Для искусственных методов там же располагаются источники и экраны, препятствующие прямому облучению счетчика.
В гамма-методах экраны свинцовые, в нейтронных методах они парафиновые (см. рис. 7.2).
 |
| Рис. 7.2. Схема устройства глубинного прибора для искусственного ядерного каротажа: 1 - источник гамма-лучей или нейтронов; 2 - условные пути движений гамма-лучей или нейтронов; 3 - экран; 4 - счетчик; 5 - блок питания; 6 - предварительный усилитель; 7 - кабель; 8 - усилитель; 9 - регистратор; 10 - глина; 11 - известняки; 12 - пески |
В глубинном зонде сейсмоакустических методов смонтирован источник упругих волн и два сейсмоприемника, изолированные резиновым экраном от источника.
В глубинном зонде для терморазведки установлен электрический термометр. Скважинные магнитные и гравиметрические наблюдения выполняются специальными приборами, трансформирующими наблюдаемые параметры в электрические сигналы. В глубинных приборах, кроме датчиков поля, размещаются электронные усилители электрических сигналов и блоки питания. Корпуса их герметичны, термостойки, баростойки.
В наземной автоматической каротажной станции смонтированы электронные усилители и регистраторы. Аналоговую регистрацию проводят на рулонной (редко фото-) бумаге или магнитной ленте. Современные АГИС являются цифровыми. В них сигналы кодируются в двоичном коде и записываются на магнитную ленту. Это обеспечивает возможность машинной обработки информации как с помощью больших ЭВМ, так и компьютеров, входящих в комплект станции. Имеются устройства для представления материалов в аналоговой форме.
Раньше существовали одноканальные станции. Сейчас изготовляются многоканальные компьютеризированные телеизмерительные системы, позволяющие регистрировать информацию от нескольких датчиков. Станции АГИС изготовляются для разных целей: изучения нефтегазовых, рудных и инженерно-геологических и гидрогеологических скважин.
ГИС неглубоких скважин (до 200 м) можно проводить с помощью полуавтоматических регистраторов. В них измеряемый милливольтметром сигнал компенсируется эталонной разностью потенциалов, пропорциональной отклонению карандаша от нулевой линии. Запись сигнала ведется на диаграммной бумаге.