Способ определения трещиноватости горных пород в скважинах

 

Использование: геофизические методы исследования скважин для выявления зон геологических осложнений при бурении сверхглубоких и глубоких скважин. Сущность: измеряют естественное электромагнитное поле вдоль оси скважины на нескольких заданных частотах. При наличии аномальных значений судят о наличии зоны трещиноватости. Вычисляют отношение амплитуд сигналов, зарегистрированных на каждой из частот к сигналу, зарегистрированному на меньшей заданной частоте. По вычисленному отношению оценивают относительный размер трещин. Технический результат: повышение достоверности выделения зон трещиноватости и определения относительных размеров трещин. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области геофизики, в частности к геофизическим методам исследования скважин, и может быть использовано при изучении земной коры, тектоники рудных месторождений, для выявления зон геологических осложнений при бурении глубоких и сверхглубоких скважин, а также при решении инженерно-геологических задач.

Известны способы выделения трещиноватых зон в скважинах, основанные на применении таких геофизических методов как акустический и электрический каротаж [1] . Основными недостатками этих методов являются незначительная глубинность исследований, слабая чувствительность к трещинам малой раскрытости и невозможность оценивать относительный размер трещин.

Наиболее близким к предлагаемому способу определения трещиноватости пород в скважинах является способ, основанный на регистрации естественной сейсмоакустической эмиссии в объеме геологической среды [2].

Использование данного способа не позволяет оценивать относительный размер трещин, а при наличии других источников сейсмоакустических сигналов (движение флюида, газа по стволу скважины) возникает проблема неоднозначности выделения трещиноватых зон.

Целью предлагаемого изобретения является повышение достоверности выделения трещиноватых зон в скважине и определение относительных размеров трещин.

От известных способов определения трещиноватости горных пород предлагаемый способ отличается тем, что производят измерение естественного электромагнитного излучения вдоль оси скважины на нескольких частотах и при наличии аномальных значений сигналов определяют положение зоны трещиноватости, а по отношению сигналов каждой из частот к сигналу наименьшей частоты оценивают относительный размер трещин. Предлагаемый способ определения трещиноватости горных пород в скважинах основывается на следующих геолого-геофизических факторах. В результате деформационных процессов в земной коре образуются трещины различного масштаба. Раскрытие, закрытие, ветвление трещин сопровождается возникновением, перемещением и релаксацией электрических зарядов, что в свою очередь ведет к электромагнитному излучению в окружающую геологическую среду. В условиях неоднородной по структуре и составу геологической среды интенсивность электромагнитного излучения будет выше там, где породы наиболее трещиноваты. При доминировании мелких трещин, характерных для пород мелкозернистой структуры, наибольшая интенсивность электромагнитного излучения будет наблюдаться на частотах более высоких, чем в крупнозернистых породах, для которых характерны большие по размерам трещины.

Проведение повторных измерений в скважине позволяет определить, как изменился частотный спектр регистрируемых сигналов, и получить информацию о динамике процесса трещинообразования, что имеет большое практическое значение.

Способ осуществляется следующим образом.

В скважине размещают приемник электромагнитных сигналов, работающий на заданных частотах. Производится регистрация сигналов электромагнитного излучения на трех или более выбранных частотах. Измерения на указанной глубине производятся в течение определенного интервала времени, после чего приемник электромагнитных сигналов перемещается вверх или вниз по стволу скважины на расстояние, обусловленное особенностями строения вскрытого скважиной геологического разреза. При наличии аномального значения сигналов на точках измерений фиксируется зона трещиноватости горных пород и ее границы. Для оценки относительных размеров трещин берется отношение сигналов каждой из заданных частот к сигналу наименьшей из выбранных частот. Эти отношения строятся в виде графика или таблицы и характеризуют преобладание крупных или мелких трещин в массиве. При повторных измерениях оценивается динамика трещинообразования.

На чертеже (а, б) приведены результаты электромагнитного опробования способа на Ломоносовском железорудном месторождении. Был выявлен ряд локальных аномалий по скважине в мелкозернистых и крупнозернистых породах. В мелкозернистых породах с относительно малыми размерами трещин (см. б) отношение амплитуд сигналов увеличивается с увеличением частоты, а в крупнозернистой среде с относительно большой величиной трещин (см. а) отношение амплитуд K уменьшается с увеличением частоты регистрируемых сигналов.

В практическом плане определение динамики относительных изменений размеров трещин при неоднократных измерениях в скважинах позволяет контролировать и прогнозировать процессы трещинообразования. Это особенно важно при бурении глубоких и сверхглубоких скважин, так как увеличение размеров трещин приводит к обрушению стенок скважины и созданию аварийных ситуаций.

Источники информации 1. Скважинная и шахтная рудная геофизика. Справочник геофизика. В двух книгах. - М.:Недра, 1989 г., с. 34, 40.

2. А.С. СССР N 1236394, кл. G 01 V 1/00, 1986 г. (прототип).

Формула изобретения

Способ определения трещиноватости горных пород в скважинах, основанный на измерении естественных геофизических полей, отличающийся тем, что производят измерения естественного электромагнитного поля вдоль оси скважины, при этом измерения на каждой точке производят на трех или более заданных частотах и при наличии аномальных значений амплитуды сигналов определяют положение зоны трещиноватости, а по отношению амплитуды сигнала, зарегистрированного на каждой из заданных частот, к амплитуде сигнала, зарегистрированного на меньшей заданной частоте, оценивают относительный размер трещин при сравнении зон трещиноватости на различных по глубине интервалах исследований.

РИСУНКИ

Рисунок 1