Изучение углеразведочных скважин геофизическими методами (на примере месторождения Шубарколь)

д) Найти абсолютную величину интенсивности J_gmax=J_gвм+DJ_gп.

 

На рисунке 1.6 приведена палетка для определения  поправочного коэффициента k_dр за диаметр скважины и промывочную жидкость или глинистый раствор.

Практически палеткой пользуются следующим образом.

а) Определяют по кавернограмме фактический диаметр  скважины в интервале исследуемого пласта.

б) По данным замеров J_g на пласте J_gп и в промывочной жидкости J_gр определяют отношение n радиоактивностей пласта и промывочной жидкости

 

.      (1.9)

в) Находят на палетке кривую с шифром n, соответствующим значению отношения радиоактивностей исследуемого пласта.

г) На кривой отмечают точку с абсциссой, равной фактическому диаметру скважины d_ф.

д) Ордината точки с отмеченной абсциссой дает значение поправочного коэффициента k_{d р}.

е) Исправленное (приведенное) значение J_gп за диаметр скважины и промывочной жидкости будет равно

 

,      (1.10)

где J_gmax - замеренное значение J_g на пласте с учетом поправок замощность пласта и инерционность прибора.

Удельное  электрическое сопротивление угленосных пород. Одним из основных геофизических методов исследования угольных скважин является метод кажущихся сопротивлений, основанный на большой дифференциации горных пород по их удельному электрическому сопротивлению. Удельное электрическое сопротивление измеряется в ом-метрах (Ом×м). Удельное электрическое сопротивление горных пород изменяется от тысячных долей до нескольких миллионов ом-метров по замерам на образцах пород (таблица 1.1).

Пределы изменения удельного электрического сопротивления различных горных пород определяются минеральным составом и литологией пород, их пористостью, минерализацией насыщающих вод и степенью отсортированности зерен породы. Большинство горных пород, за исключением сульфидов, окислов, графита и высококарбонизированных ископаемых углей, обладает в основном электролитической проводимостью, обусловленной ионной проводимостью растворов, заполняющих поровое пространство породы. Поэтому удельное электрическое сопротивление пород уменьшается с увеличением содержания воды (влажности) в породе и ее минерализации.

При одной и той же влажности породы удельное сопротивление различно в зависимости от размеров зерен. Наименьшее сопротивление имеют пелитовые породы (глины, аргиллиты) с размером зерен менее 0,005—0,01 мм. С увеличением размера зерен при переходе от аргиллитов к алевролитам (размер зерен 0,01—0,10 мм) и далее в песчаники   (размер  зерен >0,10 мм) удельное сопротивление повышается. Влияние размера зерен на удельное сопротивление тем резче, чем меньше пористость и влажность породы и меньше минерализация насыщения вод.

Понижение удельного сопротивления  тонкодисперсных пород объясняется гидролизом глинистых минералов, входящих в состав породы. Ионы, образующиеся при последующей диссоциации, сообщают породе дополнительную поверхностную электропроводность. Так как растворимость большинства минералов в воде очень мала, поверхностная электропроводность наиболее заметна в тонкозернистых породах при условии насыщения их пресными водами, какими и являются пластовые воды угольных месторождений многих бассейнов.

Удельные сопротивления каменных углей и наиболее крупнозернистых пород близки. Это, вероятно, объясняется характером поровых каналов, по которым затруднено движение ионов. Поры часто разорваны и заполнены метаном.

Так как в  естественных условиях влажность пород возрастает с увеличением пористости, то удельное электрическое сопротивление уменьшается с увеличением пористости пород. Удельное электрическое сопротивление зависит также от структуры порового пространства, оно возрастает с уменьшением сечения и увеличением извилистости поровых каналов.

Удельное электрическое сопротивление  пород увеличивается с уменьшением концентрации солей, растворенных в поровых водах, незначительно зависит от состава солей, растворенных в воде, насыщающей породу. Оно понижается с увеличением температуры. Последнее объясняется увеличением подвижности ионов в растворах, насыщающих поры породы, в связи с уменьшением вязкости растворов при повышении температуры.

В общем случае удельное электрическое сопротивление  породы r_п определяют по формуле

 

,   (1.11)

где П_м - параметр проводимости минералов, учитывающий влияние

электропроводности  их твердой (скелетной) фазы;

П_п - параметр поверхностной проводимости,   учитывающий влияние электропроводности поверхностного слоя ионов, адсорбированных породой;

Р_п - параметр пористости, определяющий влияние объемного содержания воды, полностью насыщающей породу;

Р_н - параметр насыщения, устанавливающий повышение электрического удельного сопротивления породы при частичном ее насыщении нефтью, конденсатом и газами;

P_t - параметр температуры, учитывающий сопротивление породы  при изменении ее температуры;

r_в, r_в20 - электрические удельные сопротивления пластовых вод при температуре пласта и при t=20°С /2/.

 

Практически удельные электрические сопротивления вмещающих пород целесообразно определять приближенными способами. Наиболее удобным является способ поправочных множителей /13/. Для этого способа построены палетки определения r_п с помощью наиболее приемлемых для изучения литологии каменноугольных месторождений (стадии IV - XI) градиент- и потенциал-зондов.

Палетки поправочных  множителей представляют собой зависимости поправочного коэффициента k=r_п/r_к, на который следует умножить кажущиеся сопротивления, чтобы получить истинное его значение (рисунки 1.7, 1.8). Если величину r_к измеряют различными зондами, то для определения удельных электрических сопротивлений следует пользоваться общими палетками поправочных множителей.

 

2. Анализ применяемого комплекса геофизических исследований скважин.

 

2.1 Применяемые  комплексы  ГИС

 

На  месторождении  исследования были проведены в 2  этапа, первый  этап исследования  разреза был в поисковом масштабе 1:200, второй  этап был в детализационном  масштабе  1:50. Сведения приведены  в таблице 2.

 

Таблица 2. Применяемый  комплекс ГИС по скв. 80 поискового масштаба

Геофизические параметры	КС, Ом·м		ГК, мкр/ч	ГГК-П, имп/мин	ГГК-С, имп/мин	ДС, мм
	А1,2 M0,1N	А0,3M0,03N
Глубина иссл., м	145	145	145	145	145	145
Масштаб записи	1:15	1:2,5	1:2	1:1500	1:1900	1:60
V, м/ч	до 1080	до 1080	до 240	до 360	до 240	до 120
τ, с	-	-	15	75	0,75	-
L, м	1,25	0,315	-	0,41	0,075	-
Аппаратура	-	-	Рур-2	Рур-2	Рур-2	Км-2

 

Таблица 2.1  Применяемый  комплекс ГИС по скв. 80 детализационного  масштаба

Масштаб записи	КС, Ом·м	ГК, мкр/ч	ГГК-С, имп/мин	ДС, мм	БТК, i/i0
От-до	35 Омм/см	15мкр/ч/см	1500 имп/мин/см	30 мм/см	-

 

2.1 Метод кажущихся сопротивлений. Физические основы метода

Метод кажущихся сопротивлений аналогичен электропрофилированию в полевой электроразведке. В скважине производят измерения с четырехэлектродной установкой AMNB, один из электродов которой (В или N) заземляют на поверхности у устья скважины и его действием пренебрегают. Оставшиеся 3 электрода перемещают по скважине с сохранением неизменного расстояния между ними и называют зондовой установкой или просто зондом КС. Электрод, заземленный на поверхности, на профессиональном жаргоне каротажников называется "рыбой". Допустим, что у нас на поверхности заземлен электрод В. Токовый электрод А в первом приближении можно принять за точечный источник, расположенный в однородной среде. Токовые линии расходятся от него радиально, а эквипотенциальные поверхности имеют сферическую форму. Как известно из курса физики, потенциал поля точечного источника тока на расстоянии r от него в однородной и изотропной среде с сопротивлением ρ равен:

   2,5 (1)

Соответственно:

 

  2,5 (2)

 

Отсюда следует, что, измерив силу тока /, стекающего с электрода А,

и разность потенциалов  между измерительными электродами М и N, можно вычислить сопротивление среды:

 

2,5 (3)

Нетрудно видеть, что множитель, стоящий перед  отношением  , есть величина постоянная для данной зондовой установки, называемая коэффициентом зонда КС:

2,5 (4)

Для случая, когда  на поверхности заземлен электрод N, а не электрод В, можно получить значение

  2,5 (5)

Нетрудно видеть, что при неизменном расстоянии между  электродами и при изменении  только их назначения, численная величина коэффициента К не изменяется. Это означает, что к измерениям сопротивления в скважинах применим принцип взаимности (принцип суперпозиции), который гласит, что результат измерения сопротивления среды не изменяется при смене назначения приемных и питающих электродов зонда.

В том случае, если измерения производятся в неоднородной среде, сопротивление, вычисленное  по формуле 2,5 (3), имеет смысл кажущегося сопротивления. Оно равно сопротивлению такой фиктивной однородной среды, в которой при заданных размерах зонда и силе питающего тока в измерительной цепи создается такая же разность потенциалов, как и в данной неоднородной среде. Т.е. окончательно формула 2,5 (3) приобретает вид:

2,5 (6)

Кажущееся сопротивление  КС измеряется в Ом∙м. По физическому смыслу Ом∙м представляет собой сопротивление 1м³ горной породы, измеренное в направлении, параллельном граням.

 

2.2 Метод БТК

Мощность пласта высокого сопротивления по диаграммам тока I_А и бокового токового каротажа I_ф определяют одинаково. Поэтому достаточно привести формулы для определения мощности по одной кривой I_ф (рис. 2).

 

 

Pис. 2 Диаграммы тока J_ф боковою    каротажа     для   определения мощности угольного пласта, 1 — уголь: 2— алевролит

 

1. По глубинным отметкам точек наибольшего значения градиентов изменения тока I_ф (см. рис. 2 точки b и g):

 

h=H_{п max град Iф} -H _{к max град Iф}

 

2. По ширине аномалии I_ф, взятой на половине их амплитуды (точки C и f):

 

h=H ^п _{Iф 1/2max} -H ^к _{Iф 1/2max}

 

3. По глубинным отметкам точек начала крутого спада кривой I_ф в подошве пласта и начала крутого подъема их у кровли пласта (точка а и е):

 

h=H ^п _{Iф max} -H ^к _{Iф min}

⁽⁹³⁾

4. По проекциям на ось глубин или по глубинным отметкам точек минимума кривой I_ф у подошвы пласта (точка d) и максимума их в кровле пласта (точка h):

h=H ^п _{Iф min} -H ^к _{Iф max}

 

Все перечисленные  способы определения мощности пластов  но диаграммам I_ф и I_А дают практически погрешность одного и того же порядка, так как разница в определяемой ими величине мощности составляет в среднем ±0,05 м при регистрации диаграмм в масштабе глубин 1 :50. Однако в большинстве случаев все же более точным является метод максимальных градиентов I_ф и I_А.

Целесообразность  применения того или другого способа  в каждом конкретном  случае определяется  скважинными  условиями и мощностью пласта, а также конфигурацией диаграмм I_ф и I_А позволяющей более надежно выяснить положение определенных точек, фиксирующих положение границ пласта.

Изложенные  способы определении мощности угольных пластов по диаграммам I_ф и I_А применимы и для углей низкого сопротивления (антрацитов) с той лишь разницей, что эти пласты выделяются не отрицательными, а положительными аномалиями на диаграммах бокового токового каротажа и токового каротажа.

 

2.3 Гамма-каротаж.  Физические основы метода

Гамма-каротаж (ПС) заключается в измерении γ-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.

Наиболее распространенными  ЕРЭ являются: U (и образующийся из него Ra), Th и К. Каждая из разновидностей горных пород характеризуется своим диапазоном изменения содержаний ЕРЭ и, соответственно, своим диапазоном естественной радиоактивности.

У магматических  пород максимальной активностью  отличаются кислые породы (в основном, из-за повышенного содержания калия, в котором содержится около 0,7% радиоактивного изотопа К⁴⁰), минимальной - ультраосновные породы. Среди осадочных пород наиболее активны глины, обладающие высокой адсорбционной способностью, менее активны песчаники и, наконец, наименьшей активностью обладают известняки и доломиты, а также гидрохимические осадки (гипс, ангидрит, каменная соль). Исключение представляют только калийные соли, отличающиеся повышенной активностью, благодаря содержащемуся в них AT.

 

2.4 Гамма-гамма каротаж плотностной.