Геофизические исследования в гидрогеологических скважинах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геофизические исследования в гидрогеологических скважинах

Содержание

Применяемые методы

Метод расходометрии

Метод кажущихся сопротивлений

Метод самопроизвольной поляризации потенциалов

Гамма-каротаж

Результаты ГИС на скважинах №3661, №3684

Литература

Применяемые методы

скважина буровой каротаж

Для решения всевозможных задач, возникающих в процессе эксплуатации гидрогеологических скважин, мы применяем традиционные методы каротажа, дополняя их более современными техническими и программными средствами. В течение длительного времени геофизики занимающиеся изучением водных месторождений внедряли и совершенствовали различные методы каротажа, включая акустические и радиоактивные. Сложился определенный подход к решению тех или иных задач учитывающий, прежде всего, достоверность, целесообразность, а так же оперативность и рентабельность. Традиционными задачами, решаемыми скважинной геофизикой остаются: расчленение разреза, выделение в разрезе водоносных интервалов, оценка их емкостных и фильтрационных свойств, решение технических проблем в скважинах. Важным аспектом в современных условиях является экспресс определение качества подземных вод, выявление всевозможных химических загрязнений, что наиболее важно в условиях сооружения водозаборов на территории городов. Для решения вышеперечисленных задач нами применяются традиционные и совсем новые методы каротажа. Охарактеризуем их кратко. Традиционно основными остаются методы, позволяющие расчленить разрез и выделить в нем перспективные водоносные интервалы в скважинах, как с открытым стволом, так и обсаженных металлическими или пластиковыми трубами. Методами, которые используем мы в своей практике, для данных целей являются гамма-каротаж, электрокаротаж, ПС и высокочастотный индукционный каротаж. Гамма-каротаж является классическим наиболее важным методом, позволяющим в условиях как терригенных, так и карбонатных разрезов осуществить литологическое расчленение пород по глубине, в том числе через металлические обсадные трубы. При обустройстве вновь пробуренных скважин большое значение для длительной и надежной эксплуатации скважин имеет расчленение продуктивной водоносной толщи на литологические составляющие и выделение в разрезе наиболее проницаемых водоносных интервалов, а так же глинистых интервалов. Традиционно данная задача решается применением электрокаротажа зондами различного размера и назначения, а так же ПС в условиях терригенных разрезов.

В последнее время в буровую практику внедряется методика обсадки продуктивной части ствола скважины пластиковыми обсадными трубами. В этой связи возрастает роль методов каротажа, позволяющих проводить исследования электрических свойств пород через пластик, так как традиционные электрические методы каротажа, основанные на токах проводимости, в таких условиях работать не могут. Для изучения физических свойств пород в осушенных скважинах или через пластиковую обсадку мы применяем высокочастотные индукционные методы, адаптированные к геологическим условиям подмосковного гидрогеологического бассейна. Для решения технических проблем возникающих при обустройстве или эксплуатации скважин применяются такие методы каротажа, как кавернометрия, магнитная локация, видеокаротаж. Для расширения возможностей обычного видео каротажа, таких как, способность работать в условиях неблагоприятной видимости, обнаружения мест разгерметизации колонн по шву, оценки геохимического состава или изучения строения открытого ствола скважины, мы разработали специальную цветную видеокамеру с высоким разрешением изображения боковой стенки.

В условиях бурения скважин в карбонатных трещиноватых породах важное значение приобретает качественная цементация обсадных колонн и, соответственно, контроль за качеством цементирования. Задачей акустического сканирования обсаженных скважин является уточнение результатов стандартной акустической цементометрии, а именно: выявление типа дефектов цементного камня, которые могут нарушать герметичность обсадки (продольных каналов и кольцевых зазоров). В высокоскоростных разрезах, когда скорости продольной волны по породе и волны по обсадной колонне имеют близкие значения, метод акустического сканирования становится единственным при оценке качества цементирования. Параллельно сканирование решает задачи определения технического состояния обсадной колонны (толщина стенки, внутренний профиль). Для решения задач оценки емкостных свойств пород вскрытых скважиной используются традиционные методы каротажа, такие как резистивиметрия с засолкой, расходометрия с возбуждением скважины. Последний метод позволяет перейти от качественных емкостных характеристик к количественным, например, при использовании сравнительно недорогого способа возбуждения скважин - налива.

Таким образом, перечисленные методы позволяют нам успешно и оперативно решать весь комплекс, стоящих перед скважинной гидрогеологией задач, таких как расчленение пород, вскрытых скважиной, оценка фильтрационных и емкостных свойств водоносных интервалов, оценка качества и химического состава воды, конструктивное обустройство скважин.

Метод расходометрии

С помощью расходометрии получают следующие качественные и количественные данные о водоносных горизонтах: количество, положение в разрезе и мощность водоносных горизонтов; положение и мощность отдельных зон с различными фильтрационными свойствами внутри водоносных горизонтов и характер их неоднородности; соотношение напоров отдельных водоносных горизонтов и зон; водообильность отдельных водоносных горизонтов и зон; основные гидродинамические параметры (коэффициент фильтрации, дебит и т.д.).В зависимости от поставленных задач при инженерно-геологических изысканиях используются следующие модификации расходометрии; измерения расхода при естественном режиме притока воды в скважину; измерения расхода фонтанирующих скважин; измерения расхода воды при принудительных откачках, наливах и экспресс-наливе. В зависимости от требуемой модификации расходометрии на скважине проводятся необходимые подготовительные работы по установке специального оборудования. Работы выполняются буровой бригадой, гидрогеологом и геофизиками. Расходометрические работы рекомендуется выполнять по следующей общей технологической схеме: скважину бурят до проектной глубины, затем очищают от шлама интенсивной промывкой; проводят комплексные геофизические работы по выявлению водоносных пластов в разрезе; после осветления воды и восстановления уровня проводят расходометрические измерения в установившемся режиме, затем измерения одновременно с откачкой или наливом на одну или две ступени изменения уровня. Расходометрические работы рекомендуется проводить только в скважинах ударного или роторного бурения с прямой и обратной промывкой чистой водой. Посадка фильтров должна выполняться только гидроподмывом. Фильтры могут применяться с однородной гравийной отсыпкой, с постоянной скважностью и размером отверстий. Всасывающую трубу насоса или смеситель эрлифта необходимо располагать выше фильтра (или необсаженной части скважины), в 2-3 см от его края. Фонтанирующие скважины должны оборудоваться достаточно высоким патрубком с водосливом и заслонкой. Измерения динамического уровня воды, дебита фонтанирования, уровня подземных вод или приращения его в скважинах при откачках, а также другие виды вспомогательных операций для расходометрии должны выполняться в соответствии с требованиями на производство специальных гидрогеологических работ. В случаях, когда не удается добиться стабилизации динамического уровня при наливах, необходимо обеспечить синхронность измерения расходов и уровней путем непрерывной их регистрации. При отсутствии оборудования или воды для возбуждения скважины допускается применение экспресс-налива, выполняемого путем погружения под статический уровень воды в скважине специальных емкостей (болванок).Падение уровня воды в скважине определяется по датчику уровня, представляющего собой цепь последовательно соединенных резисторов типа ОМЛТ или ВС. Длина датчика должна быть 3 ѕ 5 м. Расстояние между резисторами 20 ѕ 30 см. Положение каждой ступени на диаграмме J = f(t) определяется положением данного резистора в цепи и в общем случае равно:

где J_i -- сила тока, соответствующая данной ступени; ^U -- напряжение в цепи; SR_п -- суммарное сопротивление резисторов, находящихся выше уровня воды. Положение уровня воды определяется согласно тари-ровочному графику по известной величине J . Кривая восстановления уровня является основой для вычисления величины водопроводимости или коэффициента фильтрации Перед началом расходометрических измерений необходимо измерить каверномером диаметр скважины для внесения поправок в показание расходомера. Каверномер должен быть проэталонирован перед спуском в скважину. Расстояние между точками наблюдений расходомером должно быть 1 ѕ 2 м с детализацией в зонах изменяющегося расхода с шагом 0,1 ѕ 0,5 м. Точки для замеров выбираются с учетом данных кавернометрии. Длительность наблюдений должна быть в пределах 2 ѕ 12 мин и обеспечивать точность при повторных измерениях ± 5%. Точка записи расхода должна относиться к нижнему срезу водоканала расходомера при восходящем потоке и к верхнему -- при нисходящем. Все расходометрические измерения должны проводиться в период установившегося или квазиустановившегося режима фильтрации, при котором изменение расхода (дебита) скважины составляет не более 10% дебита наименее водообильного пласта, представляющего интерес в данном геологическом разрезе, а динамический уровень воды в скважине систематически изменяется на величину не более 1 ѕ 2 см за период расходометрических измерений (4 ѕ 6 ч) в скважине. Для раздельного секционного опробования в скважине с помощью расходомера нескольких водоносных горизонтов должны применяться пакеры. В качестве элементов пакера могут использоваться футбольные камеры, камеры для легковых автомашин и т.п. В зависимости от решаемых задач пакер помещается между водоносными горизонтами. Воздух в камеру накачивается насосом через резиновый шланг до плотного прилегания камеры к стенке скважины и изоляции тем самым водоносных горизонтов. В практике инженерно-геологических изысканий наиболее широко применяются расходомеры тахеометрического типа TCP 34ѕ70М и TCP 34/70ѕ3М. Другие виды приборов, позволяющие измерять осевой расход воды по скважине, практически не используются. При наличии в организации нескольких расходомеров рекомендуется использовать их в гирлянде. Перед началом расходометрических измерений необходимо проверить работу расходомера. Для этого отворачивают хвостовик с серьгой и устанавливают крыльчатку, которая транспортируется отдельно. Крыльчатка крепится в кернах па корпусе шасси с сохранением продольного люфта не более 0,1 ѕ 0,2 мм. Люфт регулируется микровинтом упора и фиксируется контргайкой. После установки крыльчатки в корпус прибора необходимо убедиться, что она свободно вращается, отсутствует биение и неплавное затухание, и затем уже завернуть хвостовик. Порог чувствительности воспринимающего элемента и регистратора должен обеспечивать фиксацию минимальных расходов, представляющих практический интерес. Для определения потока необходимо использовать крыльчатку, имеющую на коллекторе прерывателя дополнительный более узкий контакт. За один оборот этой крыльчатки в схему поступают два разных импульса, по определенному чередованию которых определяют направление потока. Для записи импульсов целесообразно использовать регистратор Н-360, Н-381 или Н-361, станцию СК-1. Гидравлическое сопротивление, создаваемое скважинным подбором, не должно вносить заметных искажений в заданный гидравлический режим исследуемых скважин. Габариты скважинных приборов должны удовлетворять условию использования его одновременно с производством других операций в скважине (откачка, налив). Аппаратура расходометрических измерений должна обеспечивать возможность двухсторонней регистрации расхода потока и его направления по скважине, а также возможность проведения многократных измерении расхода потока при одном спуске прибора в скважину. Метрологические характеристики расходометрической аппаратуры при работе в восходящем и нисходящем потоках должны быть идентичны. Для взятия отсчета необходимо обеспечить одновременный запуск счетчика и секундомера. Результаты счета в имп/мин, записанные в журнал, затем переводят в значения расхода в л/с, используя данные тарировки и коэффициенты; учитывают эксцентриситет расходомера и диаметр скважин. Поправочные коэффициенты за диаметр скважины и эксцентриситет расходомера допускается определять один раз перед его эксплуатацией. Тарировку расходомера необходимо повторять после 150 ѕ 200 ч работы или в случае замены какой-либо детали. 6.20. Тарирование расходомеров должно проводиться путем пропускания через измерительный элемент строго фиксируемого объема воды с одновременным замером скорости вращения крыльчатки. Для тарирования должны использоваться специальные приспособления.

Метод кажущихся сопротивлений

Метод кажущихся сопротивлений (КС) основан на расчленении разреза скважины по их удельному электрическому сопротивлению (УЭС). Чаще всего при работах методом КС используются трехэлектродные зонды, в которых три электрода располагаются в скважине (четвертый электрод заземляется на поверхности, вблизи от скважины). Трехэлектродный зонд, состоящий из одного питающего А и двух приемных M и N электродов, называется однополюсным. Трех электродный зонд, состоящий из одного приемного M и двух питающих А и В электродов, называется двухполюсным.

Метод самопроизвольной поляризации потенциалов

Метод потенциалов самопроизвольной поляризации (метод ПС) основан на изучении естественного стационарного электрического поля в скважинах, образование которого связано с физико-химическими процессами, протекающими на поверхностях раздела скважина - порода и между пластами различной литологии. В используемой аппаратуре реализован следующий метод измерения потенциалов самопроизвольной поляризации. Имеются два измерительных электрода - M и N. Электрод M помещается в скважину и перемещается вдоль ее оси, электрод N располагается неподвижно на поверхности вблизи устья скважины. Регистрируется разность потенциалов, возникающая между электродами.

Гамма-каротаж

Гамма-каротаж (ГК) основан на регистрации скважинными приборами гамма-излучения естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ), содержащихся в горных породах, пересеченных скважиной. Интенсивность и энергетический спектр регистрируемого излучения зависит от состава, концентрации и пространственного распределения ЕРЭ, а также от плотности и эффективного атомного номера горных пород.

Результаты ГИС на скважинах №3661 и №3684

После завершения бурения в скважинах проведён комплекс геофизических исследований (КС, ПС, ГК).

Комплекс ГИС (КС_{ГЗ, ПЗ}, ГК) проводился в 2-х скважинах вращательного бурения глубиной от 0,0м до 346м, расположенных на 2-х участках. Комплекс ГИС проводился с целью:

?литолого-стратиграфического расчленения разрезов скважин;

?изучение радиоактивности горных пород;

?определение глубины залегания проницаемых (песчаных) интервалов, разделенных по глубине;

?определения глубин вскрытия водоносных горизонтов;

?определения интервалов глубин для установки рабочей части фильтра;

?предворительного определения минерализации подземных вод.

Физической основой метода сопротивления является различие пород по электрическому сопротивлению, которое колеблется в широких пределах от 10 Омм ? глины, до 300-1000 Омм - трещиноватые песчаники, граниты, свыше 1000-5000 Омм - монолитные породы.

Запись кривых КС в скважинах проводился двумя зондами: градиент-зондом А2.0М0.5N и потенциал-зондом N2.0M0.5A. Сравнение диаграмм, записанное этими зондами, позволило уточнить литологический разрез, выявить проницаемые пласты, оценить их удельное сопротивление и фильтрационные свойства. (рис. 1а-б)

а)

б)

Рис.1. Гидрогеологический, технический и геофизический разрезы

поисково-разведочных скважин: а - № 3661 (участок Тонкерис),

б - № 3684 (участок Турысбеков)

Литература

Изданная

1. Веселов В.В., Махмутов Т.Т., Смоляр В.А. и др. Месторождения подземных вод Казахстана, т. 1,2,3. Комитет геологии и недропользования, 1999.

2. Сковородников И.Г. Геофизические исследования скважин. Екатеринбург. 2009. 471 с.

Фондовая

1. Отчет: «Изучение режима и баланса, режимные наблюдения за состоянием и рациональным использованием подземных вод на территории Южно-Казахстанской области» по результатам работ, выполненных в 2012-2014г.г., г.Алматы,2014г. Исанов Б.Р., Абдухаликов Р.С.

2. Отчет по объекту: «Поисково-разведочные работы для обеспечения запасами подземных вод 11 сел Южно - Казахстанской области, в том числе: вТолебийском районе - Кенесарык, Тагайна, Мадени, Саркырама, Алтынбастау, Акайдар (Каратобе)+ Тонкерис+Балдырбек, Коксаек, Шардаринском -Достык, Турысбеков, Узын-ата(Коссейт); с. Бозай(Егизкум)». Медетбаев Н.Т.

Размещено на Allbest.ru