2.3. Геофизические исследования скважин

Геофизические исследования скважин (ГИС) отличаются от прочих геофизических методов специальной аппаратурой, техникой проведения наблюдений и имеют большое прикладное значение при документации разрезов скважин и их эксплуатации при добыче нефти и газа. Они обеспечивают изучение скважин без отбора образцов пород или керна (иногда при частичном отборе) путем комплексных геофизических исследований в скважинах, дающих не меньше информации, чем отобранный керн. Сочетание нескольких методов (комплексирование) с высокой вероятностью обеспечивает решение задач поставленных перед ГИС [2].

При совместной интерпретации результатов скважинных и лабораторных исследований образцов точнее определяются: физические свойства горных пород (плотность, магнитная восприимчивость, удельное электрическое сопротивление, скорости упругих волн и др.); геологические характеристики, включая литолого-петрофизические (глинистость, состав твердой, жидкой и газообразной фаз и их соотношений), водно-физические (влажность и водонасыщенность, коэффициенты фильтрации и водопроводимости, минерализация подземных вод и засоленность почв), физико-механические и прочностные (пористость, трещиноватость, упругие модули, крепость, пластичность, или способность деформироваться при обводнении), геоэкологические (загрязненность отходами промышленного и сельскохозяйственного производств), техногенные (положение и состояние фундаментов, металлических конструкций, труб, кабелей и других объектов в земле); наличие между физическими и геологическими (петрографическими, водно-физическими, физико-механическими и прочностными, геоэкологическими) свойствами связей, обеспечивающих перевод геофизических данных в геологические.

2.4. Приповерхностная электрометрия болот

Геологическая среда залежного слоя болот (торфяных месторождений) представляет собой горизонтальную, многослойную и неоднородную генетическую среду (систему) вполне определенного ботанического состава и структуры, дисперсности, неоднородности и анизотропии ряда свойств: физико-механических, водно-физических и электрических, отражая неодинаковость их изменения в горизонтальном и вертикальном главных направлениях. Приповерхностная электрометрия болот решает вопросы по выявлению определяющих подвижных форм свободных катионов в составе внутрипорового раствора торфяных отложений как носителей тока; по электрометрическому выделению границ фитоценозов в растительном покрове; по пространственной (по латерали и глубине) изменчивости электрических свойств отложений залежного слоя как в естественном, так и в нарушенном состоянии; по электрометрическому опробованию; типовой электростратификации торфяных отложений в естественном залегании; по электрометрической оценке состояния и природных свойств торфяных отложений в залежном слое.

Электрические свойства залежного слоя болот зависят от: удельного количества и концентрации внутрипорового раствора, вида преобладающих подвижных форм свободных катионов во внутрипоровом растворе, содержания высокодисперсной фракции, пористости, структурно-текстурных особенностей и температуры [15, 16, 18].

Для торфяных отложений, нацело сложенных эвтрофными растительными остатками или последние преобладают над олиготрофными (Э = 100 % или Э > О), основными катионами-носителями тока, определяющими величину ρ во внутрипоровом растворе, являются свободные катионы кальция Са⁺⁺, а для торфяных отложений, нацело сложенных олиготрофными растительными остатками или последние преобладают над эвтрофными (О = 100 % или Э < О) – это катионы водорода Н⁺ (табл. 2.1).

У

Таблица 2.1. Оценка взаимосвязи концентрации основных подвижных форм

свободных катионов с процентным содержанием растительных остатков

и с удельным электрическим сопротивлением торфа [28].

дельное электрическое сопротивление ρ отложений залежного слоя в естественном залегании, в каждой отдельно взятой его точке является физическим параметром, отражающим взаимодействие электромагнитного поля с веществом геологической среды. В соответствии с главными геологическими направлениями анизотропии свойств (горизонтальном и вертикальном) были выбраны и определены основные направления измерений ρ непосредственно в залежном слое, имеющие вполне определенный физический смысл.

В этой связи разработана геоэлектрическая модель внутризалежной среды и дана еe электрометрическая характеристика в виде: ρ и группы рассчитанных новых параметров - электрической неоднородности по горизонтали (латерали) ∆Г, электрической неоднородности по вертикали (глубине) ∆В и коэффициента неоднородности К_Н (рис.2.13) [14, 18].

Разности ρ по горизонтали (ρ₁ – ρ₂ = ∆Г) и вертикали (ρ₃ – ρ₄ = ∆В) характеризуют электрическую неоднородность, а их отношение ∆Г/∆В = К_Н – степень электрической неоднородности среды.

Рис. 2.13. Геоэлектрическая модель среды залежного слоя болота [14, 18].

Принципиальной и отличительной особенностью этих параметров является то, что при оценке электрических свойств берется не само свойство, а его изменение в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При этом выделяется четыре типа среды. В условиях однородной изотропной среды электрические неоднородности ∆Г и ∆В равны нулю, а отсюда и К_Н = 0. Для изотропной неоднородной среды К_Н = 1, так как ∆Г = ∆В. В анизотропной среде с К_Н < 1 изменение процессов преобладает в вертикальном направлении (∆Г < ∆В), при К_Н > 1 это изменение характерно для горизонтального направления (∆Г > ∆В).

Методика проведения наземных электрометрических наблюдений ориентируется на эффективное и более полное получение геоэлектрической информации о болоте. Удельное электрическое сопротивление ρ отложений в естественном залегании, в каждой отдельно взятой точке залежного слоя, является физическим параметром, отражающим взаимодействие электромагнитного поля с веществом органогенной геологической среды.

Применительно к сложным условиям работы на болотах применяются различные модификации цифровой портативной электрометрической аппаратуры, отличной от существующих отечественных и зарубежных аналогов, в составе прибора (совмещенный генераторный и измерительный блок с однокнопочным управлением и единым автономным источником энергопитания) и разборного заглубительного устройства с плоским микрозондом-датчиком, горизонтальным односторонним расположением платиновых электродов с симметричной четырехэлектродной установкой Венера-Шлюмберже по схеме А0,005М0,005N0,005В (облегчeнный вариант) (рис. 2.14) [14, 18].

В соответствии с главными геологическими направлениями анизотропии в соответствии с разработанной выше геоэлектрической моделью среды залежного слоя были выбраны и определены основные направления измерений ρ непосредственно в залежном слое болот, имеющие вполне определенный физический смысл. Принципиальной и отличительной особенностью электрометрических параметров является то, что при оценке электрических свойств берется не само свойство в точке наблюдений, а его изменение в горизонтальной и вертикальной плоскостях (рис. 2.15). Метод проведения наземных электрометрических наблюдений осуществляют следующим образом. Микрозонд-датчик с помощью разборного заглубительного устройства дискретно погружается в залежь с интервалом измерений ρ в 0,1 м в трех пунктах измерений: базовом Б и двух вспомогательных В1 и В2.

Рис. 2.14. Внешний вид и блок-схема электрометрической цифровой портативной аппаратуры <<Электроника Эра-01>> [18].

Рис. 2.15. Полевая методика измерений и обработка данных в точке наблюдений.

1 – среда залежного слоя болота, 2 – положение микрозонда-датчика в точке

измерений, 3 – базовый пункт измерений, 4 – вспомогательные пункты

измерений, 5 – расчетная точка электрометрических наблюдений [14, 18]

На базовом пункте измерения начинают с поверхности. Вспомогательные пункты измерений располагают на одной линии с базовым на расстоянии 0,05 м по обе стороны от него, измерения в них начинают с глубины 0,05 м. Такая схема измерений обеспечивает замер ρ в двух точках залежи по горизонтали и в двух точках залежи по вертикали с шагом 0,1 м между одноименными точками, образующими два взаимно перпендикулярных отрезка прямых. Для точки пересечения этих отрезков, рассматриваемой как точка наблюдений, рассчитываются: электрическая неоднородность по горизонтали ∆Г, электрическая неоднородность по вертикали ∆В и коэффициент неоднородности ∆Г/∆В = К_Н (см. рис. 2.13).

Выделяются две группы электрометрических параметров трофикационная группа, включающая ρ среды залежного слоя болота и структурная, включающая электрическую неоднородность по горизонтали ∆Г, электрическую неоднородность по вертикали ∆В и коэффициент неоднородности К_Н.