Способ обнаружения зон трещиноватых пород в скважинах

 

Изобретение относится к области геофизики, в частности к геофизическим методам исследования скважин, и может быть использовано при изучении земной коры, для выявления зон геологических осложнений при бурении глубоких скважин, для решения задач инженерной геологии. Технический результат - повышение надежности выделения слабогенерирующих зон трещиноватости. Способ основан на регистрации сигналов электромагнитного излучения на частотах 50-120 кГц в течение 2-3 мин на выбранных интервалах глубин в скважине и детектировании сигналов с выполнением их гармонического анализа. Зоны трещиноватых пород выделяют по изменению уровня амплитуды в периоды 4-20 с в спектре продетектированного сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к области геофизики, в частности к геофизическим методам исследования скважин, и может быть использовано при изучении земной коры, для выявления зон геологических осложнений при бурении глубоких скважин, при решении задач инженерной геологии.

В практическом плане обнаружение зон трещиноватых пород при неоднократных измерениях в скважинах позволяет контролировать кинетику трещинообразования и выделять потенциально опасные интервалы обрушения стенок скважин. Это особенно важно при бурении сверхглубоких скважин, так как обрушение стенок скважины приводит к аварийным ситуациям.

Известны способы выделения трещиноватых зон в скважинах, основанные на применении геофизических методов, наиболее чувствительно реагирующих на геологические неоднородности и трещиноватость изучаемой среды. Наиболее эффективными из всего комплекса методов являются акустический и электрический каротаж [1].

Основными недостатками этих методов являются слабая чувствительность к трещинам малой раскрытости и незначительная глубинность исследований.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения зон трещиноватых пород в скважинах, включающий измерение и регистрацию естественного электромагнитного излучения на частотах 50-100 кГц на выбранных интервалах в скважине и детектирование зарегистрированного сигнала [2].

Использование данного способа позволяет обнаруживать зоны трещиноватых пород только в том случае, когда уровень сигналов электромагнитного излучения увеличивается в 2 раза и более раз. В то же время известны зоны трещиноватости, которые не выделяются таким высоким уровнем сигнала.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение надежности выделения слабо генерирующих зон трещиноватости.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе обнаружения зон трещиноватых пород в скважине, включающем измерение и регистрацию естественного электромагнитного излучения на частотах 50-100 кГц на выбранных интервалах в скважине и детектирование зарегистрированного сигнала регистрируют естественное электромагнитное излучение дополнительно на частотах 100-120 кГц, регистрацию проводят в течение 2-3 мин, выполняют гармонический анализ продетектированного сигнала, а затем трещиноватых пород выделяют по изменению уровня амплитуды в периоды 4-20 с в спектре продетектированного сигнала.

На чертеже (а, б) представлены результаты экспериментального опробования способа в Уральской сверхглубинной скважине СГ-4. В левой части (а) чертежа приведены фрагменты записей продетектированных сигналов естественного электромагнитного излучения в четырех точках. В правой части (б) чертежа приведены графики спектров, при этом по горизонтальной оси отложены периоды колебаний в секундах, а по вертикальной - амплитуды колебаний.

Способ основывается на следующих геолого-геофизических факторах.

Горные породы находятся в напряженном состоянии, которое изменяется под действием многих факторов, включая лунно-солнечные приливы, неравномерность суточного вращения Земли, ее собственные колебания, микросейсмы, а также тепломассоперенос. В результате формируется сложный колебательный режим напряженного состояния пород. Он зависит не только от действующих нагрузок, но и от степени неоднородности, трещиноватости пород. Изменение напряженного состояния пород вызывает их деформацию, приводит к перестройке в системе трещин, к появлению новых дефектов с периодичностью воздействующих на среду процессов.

Раскрытие, закрытие, ветвление трещин сопровождается возникновением, перемещением и релаксацией электрических зарядов, что ведет к электромагнитному излучению в окружающую геологическую среду. При этом временные вариации амплитудного уровня сигналов электромагнитного излучения будут происходить с периодичностью перестройки в системе трещин.

Воздействие микросейсм с периодами 4-20 с (известных как штормовые) будет проявляться в вариациях сигналов электромагнитного излучения с той же периодичностью там, где имеются условия для перестройки в системе трещин, то есть в зонах трещиноватых пород.

Согласно проведенным лабораторным и экспериментальным исследованиям в скважинах амплитудный уровень сигналов электромагнитного излучения геологической среды на частотах 50-120 кГц изменяется от 1,5 до 3•10^-12 Тл, но может быть и выше. Чувствительность приемного тракта аппаратуры менее 0,5 до 3•10^-12 Тл. Глубинность метода зависит от величины электрического дипольного момента каждого из источников, распределенных в объеме геосреды, и составляет для данных частот порядка нескольких метров. Например, при данной чувствительности аппаратуры сигналы от источника с электрическим дипольным моментом 10^-4 А•м могут применяться на расстоянии до 1 м.

Способ осуществляется следующим образом.

В скважине напротив исследуемого интервала (± 1 м) размещают приемник электромагнитных сигналов. Производится непрерывная регистрация сигналов естественного электромагнитного излучения в заданной точке на частотах 50-120 кГц в течение 2-3 мин. Затем приемник электромагнитных сигналов перемещают вверх или вниз по стволу скважины на расстояние, обусловленное особенностями строения геологического разреза, но не более ± 1 м по глубине. После проведения измерений на исследуемой глубине осуществляют детектирование зарегистрированного сигнала, выполняют гармонический анализ продетектированного сигнала. Зоны трещиноватых пород выделяют по изменению уровня амплитуды в периоды 4-20 с в спектре продетектированного сигнала.

Способ подтверждается чертежом (а, б). В левой ее части (б) косой штриховкой показаны интенсивно трещиноватые породы, а горизонтальной пунктирной линией - плотные породы. В зонах интенсивной трещиноватости пород на спектрах сигналов естественного электромагнитного излучения выделяются (по амплитуде) периоды колебаний 4-20 с. В плотных породах в этих периодах существенных изменений амплитуды не наблюдается.

Источники информации 1. Сидоров В.А., Калташев С.А. и др.

Комплексирование геофизических методов при изучении скважин с целью выделения зон интенсивной трещиноватости. /Изучение инженерно-геологических условий месторождений твердых полезных ископаемых геофизическими методами: Сб. науч.тр./ ВСЕГИНГЕО. -М., 1989. -с. 30-33.

2. Дьяконов Б.П., Кусонский О.А. и др. Электромагнитное излучение горных пород по разрезу скважин. - Сб. Современные проблемы ядерной геофизики и геоакустики. -М., ВНИИгеоинформсистем, 1990, с. 225-230. - Прототип.

Формула изобретения

Способ обнаружения зон трещиноватых пород в скважинах, включающий измерение и регистрацию естественного электромагнитного излучения на частотах 50-100 кГц на выбранных интервалах в скважине и детектирование зарегистрированного сигнала, отличающийся тем, что регистрируют естественное электромагнитное излучение дополнительно на частотах 100-120 кГц, регистрацию проводят в течение 2-3 мин, выполняют гармонический анализ продетектированных сигналов, а зоны трещиноватых пород выделяют по изменению уровня амплитуды в периоды 4-20 с в спектре продетектированного сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1