Курсовая работа (т): Методы геофизического исследования скважин при поиске и разведке угольных месторождений

Метод гамма-гамма каротажа (ГГК), или плотностной гамма-гамма метод (ГГК-П) создан на основе Комптон-эффекта. Второй процесс взаимодействия γ-квантов с веществом - фотоэффект положен в основу метода гамма-гамма селективного каротажа (ГГК-С). При ГГК-П используются «жесткие» источники гамма-квантов. Cо⁶⁰, Cs¹³⁷, а при ГГК-С мягкие источники гамма-квантов Тm¹⁷⁰, Se¹²⁴.

ГГК-П применяют для определения плотности горных пород и оценки качества крепления скважин. Скважинный прибор или модуль в комплексном приборе включает зонд ГГК-П, состоящий из источника и индикатора гамма-квантов (Рисунок 5).

Источник помещается в прибор только во время каротажа, а в остальное время перевозится или хранится в специальном контейнере. Для уменьшения влияния скважины прибор снабжается прижимным устройством. Обязателен свинцовый экран, который с одной стороны защищает индикатор от прямого «первичного» гамма-излучения, а с другой снижает действия гамма-излучения промывочной жидкости. Следует отметить, что имеется аппаратура ГГК в которой на основе источников жесткого гамма-излучения осуществляется разделение гамма квантов низкой и высокой энергий за счет спектрометрии. При этом логарифм отношения скоростей счета мягкой и жесткой компонент однозначно связан с содержанием тяжелых элементов.

Рисунок 5 Схема зонда ГГК

Источник нейтронов является ампульным и во время каротажа подсоединяется к прибору вместе с хвостовиком. Последний хранится и перевозится в специальном защитном устройстве (как и в методах ГГК должны соблюдаться меры безопасной работы с радиоактивными веществами).

Рисунок 6. Схема зондов нейтронных методов каротажа

Модификации НК зависят главным образом от типа детектора и окружающих его фильтров.

2.4 Каротаж на основе сейсмоакустических полей

Методы акустического каротажа (АК) основаны на возбуждении упругих волн в полосе частот f = 1-10 кГц. Существует несколько модификаций зондов АК. Наибольшее распространение получили трехэлементные зонды. Они состоят из одного излучателя и 2-х приемников или в силу принципа взаимности, наоборот - одного приемника и 2-х излучателей (Рисунок 7).

Трехэлектродным зондом регистрируют параметры:

) tp₁ - время первого вступления первого приемника,

) tp₂ - время первого вступления второго приемника,

) ∆t - интервальное время - разница времен прихода головной волны на второй и первый приемники,

) А1 - амплитуда сигнала на первом приемнике в заданной точке,

) А2 - амплитуда сигнала на втором приемнике в заданной точке, 6) α - коэффициент поглощения.

Рисунок 7. Схема трехэлементного зонда АК

L_3-1, L_3-2- длины зондов, ∆L - база зонда, П1, П2 -приемники, И - излучатель

∆t = ∆L/V и α = ln (A₁/A₂) / ∆L

Наиболее информативной в АК является кривая ∆t. Базу выбирают в соответствии требуемой разрешающей способностью. Чем меньше ∆L, тем более тонкие пласты могут быть выделены.

геофизический каротаж скважина угольный пласт

Глава 3. Задачи ГИС при поиске и разведке угольных месторождений

Комплексы геофизических методов определяют исходя из поставленных геологических, задач, ориентируясь на последние достижения геофизики и ее возможности, а также на требования угольной промышленности к качеству и достоверности угольных месторождений.

К геологическим задачам, в первую очередь, относят методы, используемые для выявления угольных пластов, определения их синонимики, литологического расчленения и корреляции разрезов скважин, выявление полезных ископаемых и определение параметров, необходимых для подсчета запасов. Выделения тектонических нарушений, называют поисковыми геофизическими методами, а их совокупность - детализационным комплексом методов.

К техническим задачам относят изучение инженерно-геологических и гидрогеологических особенностей разрезов, изучение технического состояния скважин, контроль разработки месторождений нефти, газа и угля, проведение прострелочно-взрывных работ.

Комплексные геофизические исследования в скважинах служат также для определения зональности, плотности, пористости механического и петрографо-минерального состава угля и окружающих пород, оценки их физико-механических свойств и прочности, что необходимо для выбора способа крепления выработок.

В ходе интерпретации материалов устанавливают корреляционные зависимости между геофизическим параметрами и перечисленными физико-химическими свойствами углей.

Решение стоящих перед ГИС задач в сложных условиях скважинной геометрии требует всестороннего изучения физических свойств среды. В связи с этим существует большое число методов ГИС, которые объединяют в несколько групп. Основные из них

электрические, электромагнитные, ядерно-физические и акустические методы.

Схема установки проведения ГИС приведена на рисунке 8. Она содержит: скважинный измерительный прибор - зонд конкретного метода ГИС 1, спускаемый на кабеле 2. Кабель намотан на барабан лебедки каротажного подъемника 5, установленной на транспортном средстве 6. В зонде располагаются датчики физических величин и электронные узлы, питаемые по кабелю. Прибор опускается в скважину через направляющий блок 4 и блок-баланс 3. Сигналы от датчиков зонда передаются по кабелю на поверхность через соединительный кабель 8 в геофизическую лабораторию 7. В ней ведется аналоговая или цифровая регистрация. (Геофизические исследования скважин. Геофизика, под редакцией В.К. Хмелевского, М., 2012)

Рисунок 8 Схема установки проведения ГИС

- Скважинный прибор,

- каротажный кабель,

,4 - подвесной и наземный блок-балансы,

- каротажная лебедка,

- операторская подъемника,

- измерительный блок (модуль),

- операторская каротажной станции,

- соединительные провода.

Методы, применяемые для исследования и решения задач

Геологическое расчленение разрезов скважин и, в частности, определение литологии, выявление пластов углей и горючих сланцев, определение мощности и строения слоев, оценка качества - главное назначение геофизических методов исследований скважин.

Литологическое расчленение разрезов угольных скважин выполняется по диаграммам поисковых комплексов ГИС, которые разрабатываются и применяются для определенных типов месторождений.

На диаграммах, полученных разными методами, выделяются аномалии: максимумы, минимумы, положительные, отрицательные, повышенные, пониженные, средние, нулевые значения тех или иных параметров поля. Производится расчленение разреза на пласты, выясняются их положение и мощность, которая может быть определена по ширине большинства аномалий. Основными методами являются Гамма-каротаж (ГК), Гамма-гамма-плотностный каротаж (ГГК-П), Нейтронный-гамма каротаж (НГК), методы электрометрии - Кажущегося сопротивления (КС), Индукционный каротаж (ИК), Потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС). Трещиноватые и разуплотненные породы, а также минерализованные разности выделяют с помощью кавернометрии, методов Акустического каротажа (АК), Гамма-гамма-плотностного каротажа (ГГК-П), Кажущегося сопротивления (КС), Нейтронного-гамма каротажа (НГК).

Выявление пластов углей и горючих сланцев проводят комплексом ГИС, аналогично применяемому для литологического расчленения разрезов. Угли первой и второй (бурые и каменные), отличающиеся повышенной пористостью, можно выделить с помощью НГК. В сложных случаях для повышения надежности выделения угольных пластов первой и второй групп, а также для корреляции разрезов скважин применяют методы КС, ПС, токовый каротаж, метод потенциалов (МЭП).

Выделение пластов третьей и четвертой групп - антрацитов и полуантрацитов проводят с помощью методов КС, ПС, МЭП. (Рисунок 9). Метод МЭП обеспечивает выделение продуктивных прослоев. В сложных случаях для интерпретации привлекают данные ГГК-П, НГК, ГК, КС, ИК.

Рисунок 9. Пример выделения пласта антрацита и изучение его строения: 1 - антрацит, 2 - высокозольный антрацит, 3 - углистая порода, 4 - порода со следами угля

Оценка зольности углей и горючих сланцев может быть выполнена на основе корреляционных связей между этим параметром и показаниями методов ГИС. С зональностью связаны естественная радиоактивность, удельное электрическое сопротивление, плотность, эффективный атомный номер. При увеличении зольности УЭС каменных и бурых углей убывает, а у антрацитов возрастает. Плотность углей с увеличением зольности растет, что позволяет применять для оценки зольности ГГК-П. при этом точность оценки не высока.

Тесная связь существует между зольностью и эффективным атомным номером, так как величина Zэф определяется соотношением органической и минеральной компонент углей и горючих сланцев. В этой связи можно применить метод ГГК-С. Преимуществами обладает имеющая большую разрешающую способность микромодификация ГГК-С. На Рисунке 10 представлен график зависимости интенсивности рассеянного гамма-излучения от зольности, полученной с зондом ГГК-С.

Рисунок 10. Зависимость показаний микромодификации ГГК-С от зольности углей

Далее проводится корреляция одинаковых по виду аномалий по соседним скважинам. Сначала выделяются опорные горизонты, участки диаграмм, которые связаны с выдержанными по простиранию пластами, четко отличающимися по физическим свойствам от окружающих пород. Затем по каротажным диаграммам соседних скважин проводится корреляция всех слоев с одинаковым типом и формой аномалий. Пример корреляции разрезов скважин. (Рисунок 11)

Следующий этап интерпретации - сопоставление полученных по аномалиям разных методов каротажа пластов с определенными литологическими комплексами, или геологическое истолкование результатов. Для увязки геофизических данных с литологией используют все сведения по геологическому строению района, в том числе данные картировочного бурения, поинтервального отбора керна, анализа образцов, полученных с помощью грунтоносов, а также шлама и буровой жидкости в процессе проходки скважин.

Рисунок 11. Корреляционная схема. Расстояние между скважинами а-д - 200-700 м, диаграммы 1 - ГГК-С, 2 - ГК; породы 3 - известняк, 4 - горючие сланцы, 5 - песчаник, 6 - аргиллит

В результате сопоставления геологических данных с типичными диаграммами каротажа, полученными разными методами, составляют нормальные или сводные геолого-геофизические разрезы, которые служат "эталоном" для интерпретации всех материалов каротажа в данном районе. При подготовке этих разрезов используют диаграммы, полученные стандартными зондами, однотипной аппаратурой, с учетом характера бурового раствора, обсадных колонн и т.д. При сопоставлении нормальных или сводных геолого-геофизических разрезов, а также при интерпретации материалов используют наборы типичных аномалий геофизических параметров, полученных теоретическим и экспериментальным путем.

По данным интерпретации диаграмм каротажа и корреляционных разрезов в изученном районе можно построить геологические разрезы, структурные карты, карты мощностей и решить другие геологические задачи. Использование данных ГИС позволяет надежно увязать разрезы скважин и получить представлении о месторождении в целом.

Заключение

Эффективное решение геологических и технологических задач возможно только на основе комплексного применения геофизических методов. Сходство задач и способов их решения для различных районов позволяет устанавливать типовые комплексы геофизических исследований скважин, пробуренных с целью поисков и разведки полезных ископаемых. Комплексы методов ГИС, применяемые при разведке угольных и рудных месторождений обусловлены спецификой решаемых задач и петрофизическими особенностями пород, слагающих соответствующие разрезы.

Зольность и другие характеристики качества углей определяют с помощью корреляционных зависимостей между показателями качества и геофизическими параметрами. Для исключения неоднозначности в определении показателей и внесения поправок применяют комплексы ГИС, позволяющие определить следующие параметры: удельное электрическое сопротивление или электропроводность.

Роль ГИС при поисках разведке и эксплуатации угольных месторождений значительна.

В данной курсовой работе были теоретически изучены основные методы ГИС при поиске и разведке угольных месторождений.

Список литературы

1. Геофизические методы исследования скважин. Справочник геофизика, М., Недра, 1983

2.      Геофизика. Геофизические исследования скважин. Под редакцией В.К Хмелевского, М.,2012

.        Комплексирование геофизических методов при решении геологических задач. Под редакцией В.Е Никитского и В.В. Бродового М., Недра, 1987

.        Геофизические исследования скважин, И.Ю. Горбачев, М., Недра,1990