Geophysikalische Forschung: Typen, Methoden und Technologien

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Geophysikalische Forschung wird verwendet, um Gesteine in der Nähe von Bohrlöchern und zwischen Bohrlöchern zu untersuchen. Sie werden durchgeführt, indem natürliche oder künstliche physikalische Indikatoren verschiedener Art gemessen und interpretiert werden. Derzeit gibt es mehr als 50 geophysikalische Methoden.

Allgemeine Merkmale

Geophysikalische Forschung (GIS, Produktionsgeophysik oder Protokollierung) ist eine Reihe von angewandten geophysikalischen Methoden, die verwendet werden, um geologische Profile zu untersuchen, Informationen über den technischen Zustand von Bohrlöchern zu erh alten und Mineralien im Untergrund zu identifizieren.

GIS basiert auf verschiedenen physikalischen Eigenschaften von Gesteinen:

• elektrisch;
• radioaktiv;
• magnetisch;
• thermisch und andere.

Produktionsgeophysikalische Erkundungen von Bohrungen sind die Hauptart der geologischen Dokumentation von Bohrungen. Der Zweck ihrer Implementierung besteht darin, eine Reihe technischer Probleme zu lösen (Vergleich von Abschnitten fürIdentifizierung von Schichten gleichen Alters, Bestimmung von produktiven Schichten, Markierungshorizonte, lithologische Zusammensetzung, die Hauptmerkmale der Formation, die die Entwicklung, Entwicklung und den Betrieb von Brunnen beeinflussen). Das Prinzip jeder Methode zur Bohrlochmessung besteht darin, die Werte zu messen, die die Eigenschaften von Gesteinen charakterisieren, und sie zu interpretieren.

Elektrische Verfahren

Bei der Durchführung elektrischer geophysikalischer Untersuchungen von Ölquellen werden die folgenden Merkmale gemessen:

1. Elektrischer Widerstand (Leitermineralien, Halbleiter, Dielektrika).
2. Elektrische und magnetische Permeabilität.
3. Elektrochemische Aktivität von Gesteinen - natürlich (Methode des Selbstpolarisationspotentials) oder künstlich induziert (Methode des induzierten Polarisationspotentials).

Das erste Merkmal ist mit einem solchen Merkmal wie dem erhöhten spezifischen Widerstand von öl- und gasgesättigten Gesteinen verbunden, was ein Erkennungsmerkmal von Öl- und Gasvorkommen ist (sie leiten keinen Strom). Die Messungen werden anhand des Widerstandserhöhungsfaktors ausgewertet, mit dem Sie die wichtigsten Eigenschaften des Reservoirs bestimmen können - den Porositätskoeffizienten, die Wasser- und Öl- und Gassättigung. Die gebräuchlichsten Techniken dieser Technologie werden im Folgenden beschrieben.

Scheinwiderstandsmethode

Eine Sonde mit drei Erdungselektroden (eine Versorgungs- und 2 Messelektroden) wird in den Brunnen abgesenkt und die vierte (Versorgung) am Bohrlochkopf installiert. Wenn sich die Sonde vertikal entlang des Bohrlochs bewegt, ändert sich die Potentialdifferenz. Spezifische elektrischeDer Widerstand wird scheinbar genannt, weil er für ein homogenes Medium berechnet wird, tatsächlich ist er jedoch inhomogen. Basierend auf den erh altenen Daten werden Kurven erstellt, anhand derer die Grenzen des Reservoirs bestimmt werden können.

Seitliches elektrisches Sondieren

Bei den Messungen werden Gradientensonden mit großer Länge (ein Vielfaches von 2-30 Bohrlochdurchmessern) verwendet, die es ermöglichen, den Einfluss der Bohrspülung und die Tiefe ihres Eindringens in das Gestein zu berücksichtigen, um den wahren Wert zu bestimmen Formationswiderstand.

Abgeschirmte Erdungsmethode mit sieben oder drei Elektrodensonden

Bei einer Sieben-Elektroden-Sonde wird die Stromstärke so geregelt, dass die Potentialgleichheit an Mittel- und Extrempunkten entlang der Bohrlochachse gewährleistet ist. Dies geschieht, um einen fokussierten Strahl elektrischer Ladung in das Gestein zu lenken. Das Ergebnis ist auch ein scheinbarer Widerstand.

Induktionsmethode

Eine Sonde mit Sende- und Empfangsspule, einer Lichtmaschine und einem Gleichrichter wird in den Brunnen hinabgelassen. Beim Erzeugen der induzierten EMF wird die scheinbare elektrische Leitfähigkeit der Formation bestimmt.

Dielektrische Methode

Ähnlich dem vorigen, aber die Frequenz des elektromagnetischen Feldes in der Spule ist um eine Größenordnung höher. Diese Methode wird verwendet, um die Natur der Reservoirsättigung bei niedrigem Wassersalzgeh alt zu bestimmen.

Es gibt auch eine Methode mit Mikrosonden (deren Größe 5 cm nicht überschreitet), um den elektrischen Widerstand des Gesteins zu messen,direkt neben der Bohrlochwand.

Radiometrie

Radiometrische geophysikalische Forschungsmethoden basieren auf der Detektion nuklearer Strahlung (meistens Neutronen und Gammastrahlen). Die gebräuchlichsten Methoden sind:

• natürliche Gesteinsstrahlung (ɣ-Methode);
• Streustrahlung ɣ;
• Neutron-Neutron (Registrierung von Neutronen, die von den Kernen von Gesteinsatomen gestreut werden);
• Pulsneutron;
• Neutronenaktivierung (ɣ-Strahlung künstlicher radioaktiver Isotope, die durch Absorption von Neutronen entstehen);
• kernmagnetische Resonanz;
• Neutronen-ɣ-Methode (ɣ-radiative Neutroneneinfangstrahlung).

Die Methoden basieren auf dem Schwächungsgesetz der Gammastrahlungsflussdichte, dem Effekt der Streuung und Absorption von Neutronen im Gestein. Auf dieser Grundlage werden die Gesteinsdichte, die Mineralzusammensetzung, der Tongeh alt und das Brechen bestimmt und die radioaktive Kontamination von Bohrgeräten im Bohrloch überwacht.

Seismoakustische Verfahren

Akustische Methoden basieren auf der Messung natürlicher oder künstlicher Schallschwingungen. Im ersten Fall werden geologische und geophysikalische Untersuchungen von Geräuschen durchgeführt, die beim Eindringen von Gas oder Öl in das Bohrloch entstehen, und es wird auch das Spektrum der Vibrationen des Bohrwerkzeugs beim Eindringen in das Gestein gemessen.

Methoden zur Untersuchung künstlicher Schwingungen des Schall- oder Ultraschallspektrums basieren auf der Messung der Laufzeit der Welle bzwDämpfung der Schwingungsamplitude. Die Geschwindigkeit der Schallausbreitung hängt von mehreren Parametern ab:

• Mineralische Zusammensetzung von Gesteinen;
• der Grad ihrer Gasölsättigung;
• lithologische Merkmale;
• Ton;
• Spannungsverteilung im Gestein;
• Zementierung und andere.

Die in den Brunnen hinabgelassene Sonde besteht aus einem Sender und einem Empfänger, die durch akustische Isolatoren getrennt sind. Um den Einfluss der Bohrlochgeometrie auf die Messergebnisse zu reduzieren, werden üblicherweise drei- oder vierelementige Sonden verwendet. Das Bohrlochwerkzeug ist mit einem Kabel mit der Oberflächenausrüstung verbunden. Das Signal vom Empfänger wird digitalisiert und auf dem Bildschirm angezeigt.

Mit Hilfe dieser Methode werden Studien zur lithologischen Dissektion des Reservoirabschnitts, große unterirdische Hohlräume durchgeführt, Reservoireigenschaften bestimmt und der Wasserschnitt kontrolliert.

Wärmeprotokollierung

Die Grundlage der thermischen Protokollierung in geophysikalischen Felduntersuchungen ist die Untersuchung des Temperaturgradienten entlang des Bohrlochs, der mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften von Gesteinen verbunden ist (Methoden des natürlichen und des künstlichen thermischen Feldes). Die Wärmeleitfähigkeit der wichtigsten gesteinsbildenden Mineralien reicht von 1,3-8 W / (m∙K) und fällt bei hoher Gassättigung um ein Vielfaches ab.

Künstliche Wärmefelder entstehen beim Bohren mit Hilfe von Spülflüssigkeit oder Einbau von Elektroheizungen im Brunnen. Um den Temperaturgradienten am häufigsten zu messenelektrische Widerstandsthermometer im Bohrloch werden verwendet. Als Hauptsensorelement werden Kupferdraht und Halbleitermaterialien verwendet.

Temperaturänderungen werden indirekt erfasst - durch die Größe des elektrischen Widerstands dieses Elements. Die Messsch altung enthält auch einen elektronischen Oszillator, dessen Schwingungsdauer sich mit dem Widerstand ändert. Seine Frequenz wird von einem speziellen Gerät gemessen, und die im Frequenzmesser erzeugte konstante Spannung wird an das visuelle Beobachtungsgerät übertragen.

Die Durchführung geophysikalischer Forschung mit dieser Technik ermöglicht es, Informationen über die geologische Struktur des Feldes zu erh alten, öl-, gas- und wasserführende Formationen zu identifizieren, ihre Durchflussrate zu bestimmen, antiklinale Strukturen und Salzstöcke sowie damit verbundene thermische Anomalien zu erkennen Zufluss von Kohlenwasserstoffen. Der Einsatz dieser Technologie ist besonders in Gebieten mit aktiver vulkanischer Aktivität relevant.

Geochemische GIS-Methoden

Geochemische Forschungsmethoden basieren auf einer direkten Untersuchung der Gassättigung der Bohrflüssigkeit und des Bohrkleins, die während der Bohrlochspülung gebildet werden. Im ersten Fall kann die Bestimmung des Geh alts an Kohlenwasserstoffgasen direkt während des Bohrens oder danach durchgeführt werden. Die Bohrspülung wird in einer speziellen Anlage entgast und anschließend der Kohlenwasserstoffgeh alt mit einem Gasanalyse-Chromatographen bestimmt, der sich in der Messstation befindet.

Schlamm oder Partikel von gebohrtem Gestein,die in der Bohrspülung enth alten sind, werden mit lumineszierenden oder bituminologischen Methoden untersucht.

Magnetische Protokollierung

Magnetische Methoden zur Durchführung von Bohrlochmessungen beinh alten mehrere Möglichkeiten, Gesteine zu unterscheiden:

• durch Magnetisierung;
• zur magnetischen Suszeptibilität (Erzeugung eines künstlichen elektromagnetischen Feldes);
• über kernmagnetische Eigenschaften (diese Technologie wird auch als nukleare Protokollierung bezeichnet).

Die Stärke des Magnetfelds ist auf das Vorhandensein magnetischer Erzkörper und Schichten zurückzuführen, die darunter liegen und sich überlappen. Magnetische Modulationssensoren (Flurosonden) dienen als empfindliche Elemente von Bohrlochgeräten. Moderne Instrumente können alle drei Komponenten des Magnetfeldvektors sowie die magnetische Suszeptibilität messen.

Nuclear Magnetic Logging soll die Eigenschaften des Magnetfeldes bestimmen, das durch Wasserstoffkerne in der Porenflüssigkeit induziert wird. Wasser, Gas und Öl unterscheiden sich im Geh alt an Wasserstoffkernen. Dank dieser Eigenschaft ist es möglich, das Reservoir und seine Durchlässigkeit zu untersuchen, die Art der Flüssigkeit zu identifizieren und die Arten der Gesteine zu unterscheiden.

Erkundung der Schwerkraft

Gravitationsexploration ist eine Methode zur geophysikalischen Exploration von Lagerstätten, die auf einer ungleichmäßigen Verteilung des Schwerefelds entlang der Länge des Bohrlochs basiert. Zweckmäßig werden zwei Arten solcher Protokollierung unterschieden - um die Dichte der Gesteine der Schichten zu bestimmen, die den Brunnen durchqueren, und um die Position geologischer Objekte zu identifizieren, die eine Anomalie der Schwerkraft verursachen (Änderung ihres Werts).

Der Sprung des letzten Indikators tritt auf, wenn man sich von einem Reservoir mit geringerer Dichte zu dichterem Gestein bewegt. Die Essenz der Methode besteht darin, die vertikale Schwerkraft zu messen und die Dicke des Reservoirs zu bestimmen. Mit diesen Daten können Sie die Dichte von Gesteinen ermitteln.

String- und Quarzgravimeter werden als Hauptausrüstung im Bohrloch verwendet. Die erste Art von Geräten ist die am weitesten verbreitete. Ein solches Gravimeter ist ein elektromechanischer Vibrator, bei dem eine Wechselspannung an eine vertikal befestigte Saite mit einer hängenden Last angelegt wird. Der Vibrator ist mit einem Generator verbunden, dessen Frequenzschwankungen als Endparameter dienen.

Ausrüstung

Geophysikalische Forschungsmethoden werden mit Hilfe von geophysikalischen Feldstationen durchgeführt, deren Hauptelemente sind:

• Bohrlochwerkzeuge;
• Winde mit mechanischem oder elektromechanischem Antrieb (über Nebenantrieb, Stromnetz oder unabhängige Stromquelle);
• Antriebssteuergerät;
• Überwachungssystem für die Hauptindikatoren von Auslösevorgängen (Eintauchtiefe, Eintauchgeschwindigkeit in den Brunnen, Spannkraft) - Anzeigeeinheit, Spanneinheit, Tiefensensor;
• Bohrlochöler zum Abdichten des Bohrlochkopfes während der Bohrlochmessung (umfasst Absperrventile, Stopfbuchse, Aufnahmekammer, Manometer und andere Instrumente);
• Bodenmessgeräte (am Fahrgestell eines Autos).

Tiefbrunnenwartungsausrüstungkann sich in den Karosserien von zwei Autos befinden. Labore für die geophysikalische Erkundung von Bohrlöchern sind auf dem Fahrgestell von URAL, GAZ-2752 Sobol, KamAZ, GAZ-33081 und anderen montiert. Die Karosserie des Autos umfasst normalerweise 2 Abteile - einen Arbeiter, in dem sich die Ausrüstung befindet, und eine "Umkleidekabine" für das Servicepersonal.

Die Hauptanforderungen an die Ausrüstung sind eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit geophysikalischer Untersuchungen. Die Arbeit in Brunnen ist mit schwierigen Bedingungen verbunden - große Tiefe, erhebliche Temperaturabfälle, Vibrationen, Erschütterungen. Die Ausrüstung wird nach den Anforderungen des Kunden, der verwendeten Methode und den Zielen der Arbeit komplettiert. Für die geophysikalische Forschung in Offshore-Bohrungen werden alle Geräte in Containern transportiert.

Interpretation der Ergebnisse

Die Ergebnisse geophysikalischer Untersuchungen werden Schritt für Schritt von den Werten der Messgeräte bis zur Bestimmung der geophysikalischen Parameter der Lagerstätte aufbereitet:

1. Umwandlung von Signalen der Bohrlochausrüstung.
2. Bestimmung der wahren physikalischen Eigenschaften der untersuchten Gesteine. In dieser Phase können zusätzliche geophysikalische Feldarbeiten erforderlich sein.
3. Bestimmung der lithologischen und Lagerstätteneigenschaften der Formation.
4. Nutzung der erh altenen Ergebnisse zur Lösung einer der gestellten Aufgaben - Identifizierung von Mineralvorkommen, ihrer Verteilung in der Region, Bestimmung des geologischen Alters von Gesteinen, Porositätskoeffizienten, Tongeh alt, Gas- und Ölsättigung, Durchlässigkeit; Identifizierung von Stauseen, Untersuchung von Merkmalengeologische Abteilung und andere.

Die Auswertung geophysikalischer Vermessungen erfolgt je nach verwendeter Technik (elektrisch, radiometrisch, thermisch etc.) und Messtechnik mit unterschiedlichen Methoden. Moderne geophysikalische Organisationen betreiben automatisierte Datenerfassungs- und Verarbeitungssysteme (Prime, Pangea, Inpres, PaleoScan, SeisWare, DUG Insight und andere).