Loading AI tools
Из Википедии, свободной энциклопедии
Карота́ж (фр. carottage, от carotte — морковь, с которой подразумевается сходство каротажного зонда) — самая распространённая разновидность геофизических исследований скважин.
Для улучшения этой статьи по геологии желательно:
|
Процесс каротажа — это спуск в скважину специального прибора с его последующим подъёмом. Прибор именуется геофизическим зондом[1]. Цель каротажа — детальное исследование строения разреза скважины. Для исключения погрешности глубины основные измерения снимаются с прибора в процессе его подъёма, но некоторые параметры измеряют уже при спуске.
У метода небольшой радиус исследования вокруг скважины (от нескольких сантиметров до нескольких метров), но он имеет высокую детальность, позволяющую не только определить с точностью до сантиметров глубину залегания пласта, но даже характер изменения самого пласта на всей его небольшой толщине. У каротажа существует очень много разновидностей, что обусловлено многообразием методов наземной геофизики, для каждого из которых разработан аналогичный «подземный» вариант. Более того, существуют и специальные виды каротажа, не имеющие аналогов в наземной геофизике. Поэтому методы каротажа различают по природе изучаемых ими физических полей: электрические, ядерные и другие.
Собственно геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых создавались с целью не производить дорогостоящее бурение скважин, а ограничиваться лишь наземными исследованиями. Тем не менее, зачастую без бурения скважин на исследуемом участке обойтись невозможно, так как скважина является источником керна — образцов горной породы, извлечённых с помощью бурового инструмента на поверхность. В то же время, отбор керна и его сохранение в первозданном виде при доставке в лабораторию сам по себе является дорогим процессом. По этой причине возникла необходимость бескернового исследования скважин[2]. Дополнительным стимулом к этому послужило то, что многие скважины бурятся на хрупких и сыпучих породах, где керн невозможно поднять на поверхность. В конечном счёте, каротаж применяют и для тех скважин, у которых уже был извлечён керн, это позволяет получить от скважины ещё больше информации, оправдывая силы, потраченные на её строительство.
Для каждого вида наземной геофизики был разработан его вариант, пригодный для аналогичного исследования в стеснённых условиях скважины. Прежде всего были применены методы электроразведки. За одну спускоподъёмную операцию проводят исследования сразу несколькими различными методами, результаты которых интерпретируют совместно. Причиной является влияние самой скважины на показания приборов, а также много иных факторов.
В русский язык термин «каротаж» пришёл из французского, где словом la carotte («морковь») на жаргоне буровиков назывался образец керна. Специалистов, занимающихся отбором керна, в шутку называли «морковниками». Это же слово во французском языке имеет и второй смысл — мелкое мошенничество. Первые методики каротажа не отличались точностью и зачастую себя не оправдывали, поэтому специалистов-каротажников называли мошенниками не только в шутку. Благодаря этому термин «каротаж» сперва прижился во французском языке, а затем распространился в остальных. Со временем в немецком языке термин был заменён на Bohrlochmessung, в английском — на well logging, а в самом французском языке теперь применяют термин des diagraphies, но в России остался старый термин.
Более того, с данным термином стали прочно ассоциироваться сами геофизические исследования скважин, хотя они, в общем случае, включают в себя ещё и операции в скважине, и скважинную геофизику.
Впервые термин и саму методику в употребление ввели братья Конрад и Марсель Шлюмберже[англ.] (основатели знаменитой нефтесервисной компании Schlumberger). В их модификации использовался электрический каротаж, а основной областью были поиски угольных пластов. Со временем методы каротажа стали использоваться и на рудных месторождениях, но основное применение затем нашли на нефтяных и газовых. На сегодняшний день в этой отрасли стоимость каротажа не превышает 4 % от стоимости буровых работ, обеспечивая при этом большую часть получаемой информации.
Первыми геофизическими исследованиями в России были геотермические исследования в скважинах, выполненные 1906 году Д. В. Голубятниковым[3]
Для проведения каротажных работ в скважину опускают геофизический зонд, содержащий всё необходимое оборудование. Часть получаемой информации сразу передаётся на поверхность по геофизическому кабелю, который является и каналом передачи данных, и электрическим проводником от источника питания, и держит на себе вес прибора. При этом некоторая часть информации может всё же быть записана в памяти самого зонда и получена уже после извлечения зонда на поверхность. По техническим причинам любой каротаж по скважине проводят снизу вверх, сначала опуская зонд на необходимую глубину, а лишь затем, медленно поднимая его, производят регистрацию сигналов.
Так лучше удаётся выдерживать постоянную скорость перемещения зонда, в то время как при спуске зонд может застревать в скважине (прихватываться). Однако это не мешает незначительные измерения иногда проводить и при спуске зонда (плотномер, термометрия). В случае слишком большой скорости передвижения зонда по скважине, аппаратура может просто не успевать измерять даже большие аномалии. В то же время слишком низкая скорость подъёма зонда приводит к увеличению времени проведения каротажных работ, а значит — к увеличению стоимости работ в целом.
Ввиду того, что реальная скважина, в отличие от идеальной, никогда не бывает прямой, а также имеет непостоянный радиус, возникают технические сложности с точным определением текущей глубины зонда. По этой причине текущую глубину измеряют сразу несколькими способами:
В реальных ситуациях счётчиком могут быть пропущены некоторые магнитные метки, а локатор может не заметить одну из муфт, однако их совместное использование позволяет нивелировать данные ошибки и достаточно точно привязать положение зонда к верной глубине.
Одним из недостатков методики является то, что на показания зонда влияет сама скважина:
Для увеличения информативности одной спуско-подъёмной операции в одном геофизическом зонде могут расположить сразу несколько приборов. Бывают случаи, когда приборов больше, чем может поместиться в одном зонде, или же эти приборы могут быть несовместимы между собой и их нельзя размещать в одном зонде. Тогда в скважину могут опустить и не один зонд, а связку из нескольких, размещённых друг за другом. Кроме того, к зонду может прикрепляться так называемая «коса». Внешне она представляет собой сравнительно короткий кабель, на котором подобно гирлянде размещены датчики, но при этом снятая информация от них поступает на основное оборудование, размещённое в корпусе зонда.
В зависимости от каротажного метода может потребоваться либо центровка зонда по оси скважины (в этом случае зонд не должен касаться стенок скважины), либо наоборот — плотное прижатие зонда к стенке. В обоих случаях результат достигается с помощью рессор, размещённых снаружи корпуса. Для центровки на корпус крепятся четыре рессоры, размещённые в плане крестообразно, для прижатия к стенке скважины достаточно одной рессоры, размещённой сбоку.
Электрический каротаж является переработкой полевых электроразведочных работ, применительно к стеснённым условиям в скважине. В общих чертах работа сводится к пропусканию тока через два или более электродов с последующим измерением каких-либо электрических параметров: силы тока, разности потенциалов, частоты, диэлектрической проницаемости и т. п. Именно различием измеряемой величины и обусловлено многообразие методов электрического каротажа. Также эти различия обусловлены, например, конфигурацией опускаемых в скважину электродов, то есть их взаимным расположением друг по отношению к другу.
В группе токового каротажа возможно создание самых различных концепций и их модификаций, однако на практике применяют лишь МСК (метод скользящих контактов) для исследования скважин на рудных месторождениях и БТК (боковой токовый каротаж) для исследования угольных скважин.
Основное преимущество данной группы методов заключается в том, что их возможно использовать в сухих скважинах, не заполненных токопроводящим буровым раствором. Кроме того, его возможно применять и в скважинах, заполненных буровым раствором на основе нефти, которые тоже не проводят постоянный электрический ток. Встречаются следующие разновидности:
Методы радиоактивного каротажа оперируют наличием у пород природной радиоактивности, которая и измеряется в ходе каротажных работ. В том случае, если изначально порода имеет крайне низкий фон или не является радиоактивной вовсе, применяют её предварительное облучение с последующим измерением образовавшегося фона. По измеренным показаниям становится возможным определить целый ряд физических свойств породы: содержание водорода, глинистость, плотность и др.
В названиях данных методов применяются аббревиатуры и принята единая система буквенных обозначений. Названия, обычно, состоят из трёх букв:
Также может использоваться четвёртая буква, которая в этом случае несёт дополнительную информацию — разновидность или модификацию метода. Однако названия некоторых методов не соответствуют данной классификации и носят исторически прижившиеся названия.
В данной группе методов каждый геофизический зонд снабжают собственным источником нейтронов. Энергия излучаемых нейтронов может быть различной, но поток нейтронов поддерживается постоянным во время проведения каротажа. В качестве источников нейтронов могут быть как самопроизвольно распадающиеся элементы, так и ядерные реакции двух и более элементов (например, бериллия с альфа-частицей).
В данной группе методов зонд снабжён источником нейтронов, но, в отличие от методов стационарного нейтронного каротажа, данный источник работает не непрерывно, а импульсами. Продукты взаимодействия импульсных вспышек нейтронов со средой многообразны, потому имеется большое число доступных методов:
Каждый из этих импульсных методов может иметь модификации, имеющие разную степень распространённости (в том числе и вообще не применяемые на практике). Например, ИНГК-С существует во множестве вариаций, самой распространённой из которых является C/O-каротаж (углеродно-кислородный каротаж).
На практике иногда находит применение ГНК — гамма-нейтронный каротаж, в основе которого лежит ядерный фотоэффект. Из-за того, что теоретически его можно отнести как к гамма-методам, так и к нейтронным, то обычно его рассматривают отдельно.
Также разработан метод НАК — нейтронно-активационный каротаж. Суть метода заключается в том, что в горных породах, под действием искусственного нейтронного облучения, создают значительное количество искусственных радионуклидов, которые имеют собственную гамма-активность. Именно её измеряют при проведении НАК. В этом отношении метод отдалённо напоминает НГК.
В данном разделе помещены методы, изучающие менее характерные для геофизики физические поля.
В силу узкой направленности каждого метода, а также из-за измерений в неблагоприятных условиях скважины, ни один метод каротажа не может давать объективной и достоверной информации. Данное обстоятельство было основным препятствием в начале XX века для развития данного раздела геофизических методов поисков полезных ископаемых (как уже отмечалось, поначалу каротажников считали мошенниками, откуда и произошло их название). Однако благодаря массовому появлению самых непохожих друг на друга методов, а также глубиной теоретической проработке каждого из них, при совмещении разных методов всё-таки удаётся получить почти всю необходимую информацию по разрезу скважины.
Метод ПС, почти сразу после его появления, стал применяться совместно с методом КС и этот комплекс получил название стандартного электрического каротажа. Комбинируя полученную с помощью разных методов информацию, можно более достоверно «расшифровать» содержимое недр.
На приведённом разрезе возникает сложная геологическая задача — нахождение глубины залегания угольных пластов. Метод КС не позволил без привлечения дополнительных изысканий отличить на данном разрезе каменный уголь от известняка (у обоих примерно одинаковые сопротивления при прочих равных условиях). Однако привлечение плотностного ГГК позволяет тут же выявить в разрезе известняк. Простой ГК также позволяет утвердиться в данной точке зрения, так как он хорошо реагирует на глинистость: в угольных пластах и в известняке нет глины, поэтому напротив них показания ГК проваливаются. Для сравнения также приведена диаграмма кавернометрии (КМ). В методе КМ измеряют диаметр скважины, который меняется по её глубине. Напротив хрупкого каменного угля стенки скважины при бурении разрушаются, поэтому диаметр скважины становится больше, а плотный известняк не поддался такому же разрушению, поэтому КМ его разрушений и не зафиксировала.
В данном разрезе обнаружен пласт бокситов, так как их естественная радиоактивность выше, чем у вмещающих пород, поэтому по ГК пласт выделяется максимумом. Метод КС прекрасно отбивает пласт пониженным сопротивлением, особенно его кровлю. Метод ПС также выделяет поляризуемый пласт бокситов, а провал показаний НГК свидетельствует о высоком содержании водорода (в бокситах много гидроксидов алюминия).
Комплексирование методов позволяет существенно расширить функциональность любого, даже самого простого метода. Особенно возрастает роль недорогого гамма-метода для выявления коллекторов, когда скважина заполнена буровым раствором. Удельное электрическое сопротивление этого раствора сопоставимо с сопротивлением пластовых вод. Метод ПС в этих условиях их плохо различает, и данные ГК становятся основными для выделения коллектора.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.