Геофизические методы разведки и исследования скважин

     Задание 4: Объясните, как строят годограф отраженной волны.

     Годографом  сейсмической волны называется зависимость  между временами пробега волны  и координатами точек наблюдения.

     Годограф  отраженной волны. Докажем, что в случае плоской отражающей границы и однородной покрывающей среды отраженную волну можно рассматривать как прямую, которая как бы распространяется из фиктивного (мнимого) источника, расположенного в точке зеркального изображения действительного источника. На рисунке изображена плоская отражающая границы RR, составляющая постоянный угол ȹ с профилем наблюдений x. Источник О совместим с началом координат, ось z направим вертикально вниз, ось х—по восстанию границы. Мнимый источник О* находится на перпендикуляре к границе на расстоянии 2h от точки О, где h — глубина по нормали до отражающей границы под источником. Координаты мнимого источника

     ^{х₀ = 2h sin} ȹ^{;    z₀ == 2h cos} ȹ^.

     Из  простых геометрических построении, смысл которых ясен из рисунка, следует, что   треугольники   OR₀R₁ и O*R₀R₁равны. Поэтому ломаный луч OR₁S отраженной волны можно заменить прямолинейным лучом O*S, выходящим из мнимого источника O* и равным O*S = √(х — x₀)² +z₀²   Получаем уравнение

     t = O*S / ʋ =1/ʋ*√(х — x₀)² +z₀²

     или в каноническом виде

     t²/(z₀/ ʋ)²-(х — x₀)²/z₀²=1

     Из данного выражения следует, что годограф отраженной волны представляет собой гиперболу, минимум которой находится в точке с координатами x₀, t_min=z₀/ʋ.

     Получим еще один вариант записи уравнения годографа отраженной волны, которым часто пользуются

     t=1/ʋ*√x²-4hx sinȹ+4h²

     В точке х = 0 t = t₀ = 2h/ ʋ. Время t₀ равно удвоенному времени пробега волны по нормали к границе (нормальному лучу); отрезок 2h называется эхо-глубиной.

     Если  отражающая граница горизонтальна (ȹ=0), то x_o = 0, z₀ = 2h, а уравнение годографа отраженной волны принимает вид 

     t=1/ʋ*√x²+4h²=√t₀²+x²/ ʋ²

     В случае горизонтальной границы время  t₀ равно удвоенному времени пробега волны по вертикальному лучу, поскольку нормаль к границе в этом случае будет и вертикалью.

     Годографы, описываемые  выше, называются годографами с общей    точкой возбуждения (ОТВ) отраженной волны. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок(136). Годограф (ОТВ) отраженной волны 
 

     Задание 5: Принципиальное устройство полевого радиометра.

     Пешеходная  гамма-съемка является одним из основных методов при поисках месторождений радиоактивных элементов. Она широко используется на всех этапах поисковых работ. Наиболее благоприятными для проведения гамма-съемки являются районы с хорошо расчлененным рельефом, развитой современной гидросетью, со сравнительно хорошей обнаженностью или наличием элювиально-делювиальных образований мощностью до 2—3 м. К основным видам пешеходной гамма-съемки относятся поверхностная, шпуровая, спектрометрическая.

     Содержание тех или иных радиоактивных элементов в горных породах можно определять путем регистрации их радиоактивных излучений с помощью специальных приборов — радиометров. Радиометры, позволяющие анализировать энергетический спектр гамма-излучения, называют гамма-спектрометрами, а приборы, предназначенные для изучения альфа-радиоактивности газов, — эманометрами.

     По  условиям использования и назначению радиометры подразделяются на лабораторные (стационарные), полевые (пешеходные), автомобильные, авиационные, скважинные (каротажные), рудничные и т. д. Лабораторные радиометры служат для исследования радиоактивности образцов горных пород и обычно представляют собой комплексные установки с набором датчиков для измерения альфа, бета- и гамма-излучения. Полевые радиометры служат для измерения радиоактивности горных пород в условиях их естественного залегания.

     Основными приборами, которые применяют в  настоящее время при проведении пешеходной гамма-съемки, являются радиометры со сцинтилляционными детекторами СРП-68. В полевых партиях их используют в трех модификациях. Приборы СРП-68-01 предназначены для косвенных измерений радиоактивности горных пород и руд по фотонному излучению при радиометрической съемке, для поисков радиоактивных руд по их y-излучению, радиометрической съемки местности и гамма-опробования карьеров и горных выработок. Они отградуированы предприятием-изготовителем в единицах «мкР/ч».  В процессе эксплуатации необходимо проведение систематической (не реже 2 раз в месяц и после каждого ремонта) проверки шкалы прибора с целью определения и устранения основной погрешности по методике, изложенной в технической инструкции к прибору. Прибор   СРП-68-01   рассчитан работу при длине кабеля, соединяющего зонд и блок детектирования, в 1,5 м, каротажные варианты до 170 м. Пульт управления всех вариантов прибора один и тот же.

     Приборы СРП-68-02 и СРП-68-03 применяются для  каротажа скважин и шпуров. При работе с ними измеряют поток y-излучения (в с^-1). Для перехода к единицам мощности экспозиционной дозы приборы градуируют образцовыми источниками ²²⁶Ra.

     Почти все современные дозиметрические  приборы работают на основе ионизационного метода. Сущность его заключается в том, что под воздействием ядерных излучений в изолированном объеме происходит ионизация газа: электрически нейтральные атомы (молекулы) газа разделяются на положительные и отрицательные ионы. Если в этот объем поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами создается электрическое поле. В результате в ионизированном газе возникает направленное движение заряженных частиц, т. е. через газ проходит электрический ток, называемый ионизационным током. Измеряя его величину, можно судить об интенсивности радиоактивных излучений.

     Практически этот метод воплощен в виде специальных устройств — ионизационной камеры и газоразрядного счетчика. Приборы, работающие на основе ионизационного метода, устроены в принципе одинаково и включают воспринимающее, усилительное , измерительное  устройства, блок питания  и источники питания.

     Воспринимающее  устройство — детектор излучений (датчик) — предназначено для преобразования воздействующей на него энергии радиоактивных излучений в электрическую. В качестве воспринимающего устройства в полевых приборах применяют ионизационные камеры или газоразрядные счетчики.

     Усилительное  устройство предназначено для усиления слабых сигналов, вырабатываемых воспринимающим устройством до уровня, достаточною для работы измерительного устройства. В качестве усилительного устройства применяют электрометрические лампы.

     Измерительное устройство служит для измерения сигналов, вырабатываемых воспринимающим устройством. Шкалы приборов градуированы непосредственно в единицах тех величин, для измерения которых предназначен прибор.

     В блоке питания напряжение источников питания преобразуется в постоянное высокое напряжение, необходимое для работы газоразрядных счетчиков.

     В качестве источников питания, обеспечивающих работу прибора, используют сухие элементы или аккумуляторы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Задание 6: Объясните смысл прямых геофизических методов поиска месторождений нефти и газа.

     Косвенные геофизические поиски нефти и  газа и, прежде всего, выявление ловушек являются необходимым, но недостаточным этапом разведки, поскольку только треть структур, выявленных геофизическими методами и проверенных поисково-разведочным бурением, оказываются промышленно нефтегазоносными. Поэтому важное значение имеет разработка способов прямых поисков (ПП) или оценка нефтегазоносности выявленных структур до вскрытия их скважинами. На разных этапах поисково-разведочных работ на нефть и газ с использованием самых совершенных техники, методики проведения и интерпретации результатов геофизических исследований при обязательном комплексировании сейсмо-, грави-, электро-, терморазведки, радиометрии и геохимических методов проблема прямых поисков, в принципе, может быть решена.

     Основанием  для возможности и осуществления  прямых поисков является то, что  физические свойства нефтегазонасыщенных залежей, а также подстилающих и перекрывающих их пород различаются между собой и отличаются от свойств пород аналогичных структурно-литологических этажей тех районов, где нефти и газа нет. Это объясняется тем, что присутствие углеводородов формирует следующие дополнительные физико-геологические неоднородности как в самой залежи, так и вокруг нее и особенно над ней (вплоть до земной поверхности): разуплотнение пород; растворение некоторых минералов и окисление углеводородов, приводящее к возникновению вторичных минеральных образований в порах и трещинах, например, пирита и др.; изменение минерализации подземных вод; образование вокруг залежи субвертикальных зонально-кольцевых физико-химических и деформационных полей, а над залежью - " столбов " пород с измененными физико-химическими свойствами.

     Установлено, что в нефтегазонасыщенных коллекторах, а иногда и в перекрывающих породах, уменьшается акустическая жесткость за счет снижения скорости распространения продольных волн и уменьшения плотности. В результате получаются отражения упругих волн от водонефтяного и газоводяного контактов. Кроме того, наблюдается аномальное затухание (поглощение) упругих волн как в нефтеносных, так и в большей степени в газоносных породах, что ведет к появлению аномалий в волновом поле.

     Над нефтегазовой залежью на фоне обычно наблюдаемого гравитационного максимума за счет антиклинальных структур и более высокой плотности подстилающих водоносных пород могут быть получены локальные минимумы поля силы тяжести малой амплитуды (0,05-1 мГал). Они обусловлены разуплотнением пород, вмещающих нефть и газ и перекрывающих их, из-за наличия углеводородов и повышения пористости, разрушенности пород в сводах антиклиналей. Вследствие немагнитности нефтегазонасыщенных пород они иногда выделяются отрицательными локальными магнитными аномалиями с амплитудой от единиц до сотен нанотесла.

     Достаточно  эффективными методами для прямых поисков  нефти и газа иногда оказываются  электрические и электромагнитные зондирования (ВЭЗ, ВЭЗ-ВП, ЗСБ) в комплексе с сейсморазведкой. Обусловлено это тем, что нефтегазонасыщенные коллекторы выделяются повышенными по сравнению с окружающими породами удельными электрическими сопротивлениями. Это объясняется рядом факторов. Во-первых, более высоким сопротивлением самих нефтегазоносных пластов за счет наличия непроводящих ток нефти и газа в породах высокой пористости. Во-вторых, более низкой минерализацией подземных вод (в контуре нефтеносности) и их специфическим химическим составом. В-третьих, уплотнением пород за счет высокого пластового давления, а также карбонатизации пород. Возможны и другие причины, увеличивающие, а иногда уменьшающие удельное электрическое сопротивление продуктивной толщи.

     При комплексировании электромагнитных зондирований с сейсморазведкой и бурением совместную интерпретацию проводят следующим образом. В результате интерпретации кривых зондирований с высокой точностью получают лишь параметры эквивалентности нефтегазоносной толщи. В зависимости от типа разреза это могут быть продольная проводимость, поперечное сопротивление или мощность толщи. По данным сейсморазведки или бурения определяется более точно h, поэтому для той же толщи можно получить величину ее сопротивления, которая является диагностическим признаком нефтегазоносности.

     На  некоторых нефтяных и газовых  месторождениях в контуре нефтеносности  и над залежью параметры поляризуемости становятся несколько выше, чем вокруг залежи. Это обусловлено наличием вкрапленности мелкокристаллического пирита и других продуктов окисления, образующихся за счет миграции и окисления углеводородов залежи. Поэтому при площадных наблюдениях методом вызванных потенциалов на постоянном токе (ВЭЗ-ВП) и частотно меняющемся поле (ЧЗ-ВП) по аномально высоким значениям параметров ВП можно оконтурить залежь. К сожалению, небольшие аномалии ВП могут получаться над бывшим месторождением, из которого нефть и газ мигрировали или выработаны.

     Над многими нефтяными и газовыми месторождениями наблюдаются радиометрические и геохимические аномалии: минимумы гамма- и бета-активности, уменьшение содержания сорбированного урана, хрома, никеля и других тяжелых элементов. Причиной этого является поглощение их потоком углеводородов, распространяющихся от залежи. На некоторых месторождениях нефти и газа за счет конвекционного перемещения флюидов и газов наблюдаются положительные аномалии температуры (1-2⁰С) при измерении в неглубоких (1-2 м) шпурах на земной поверхности.