Выявление полезных ископаемых в разрезах скважин
Добыча полезных ископаемых – это тяжелый процесс, который требует большого количества информации. Для осуществления бурения скважин, разработки карьера и шахты, необходимо изучить строение местности, расположение подземных вод и их интенсивность, пласты пород, сейсмическую активность. Чтобы быстро и удобно интерпретировать все данные, строится геологический разрез. Это наглядная двухмерная модель, в заданном масштабе. Она отображает геологическое строение участка земной коры, его особенности и хронологическую характеристику.
Методы изучения геологического разреза
Чтобы правильно построить схему расположения пластов земной коры, нужно провести предварительные исследования. Проводятся специальные замеры, интерпретируют параметры породы, ее состав, плотность и мощность.
Самые распространенные методы исследования геологического разреза:
- механические;
- электрические;
- радиологические;
- магнитные;
- эхометрия.
Есть еще и дополнительные способы, которыми пользуются, чтобы полученные данные были максимально точными. Их записывают в виде схем, диаграмм и таблиц.
При отсутствии аппаратов для изучения геологических свойств земной коры, сделать точные замеры невозможно. Делают предположительную оценку, на основании похожих примеров уже проведенных исследований на другой местности, с такими же характеристиками.
По каким данным строится геологический разрез
Для оценки местности, выбранной для изучения строения, бурится скважина, которая и станет основой для выполнения схематического геологического разреза. Также необходима геологическая карта, чтобы на основании ее данных делать необходимые заметки. Карта строится во время геологической разведки, где в масштабе наносятся места выхода пластов породы на поверхность, разломы, возвышения, низменности.
Для общей характеристики геологи используют журнал буровых скважин, который состоит из таких данных:
1. Отметка границ и мощности слоев;
2. Нумерация проб образцов грунта и пород;
3. Глубина залегания;
4. Литологическое описание пластов:
- номер;
- цвет;
- включения;
- структура.
5. Подземные воды:
- уровень;
- прогноз его изменения;
- интенсивность потока;
- направление движения воды.
Для нанесения информации в графическом виде, используются условные обозначения – точечные, линейные, геометрические. Пользуясь геологической картой по заданному вертикальному срезу (линии местности), отчету в журнале документации бурения скважин, и будет строиться разрез горных пород. Данные наносятся на масштабную бумагу, чтобы исключить погрешности до минимума.
Зачем строить разрез
Геологи используют этот способ для интерпретации данных по полезным ископаемым. Благодаря схеме они могут оценить предположительные размеры месторождений, рентабельность их разработки.
Подобные двухмерные макеты используются и при строительстве крупных зданий, чтобы получить разрешение от государства на проведение работ. Это делается и для оценки стойкости фундамента, наличия подземных вод, которые могут стать причиной подтопления постройки. Специалисты могут оценить движение тектонических плит, провести сейсмологический анализ местности, выбранной для строительства.
Одну из основных ролей геологический разрез играет и в истории Земли. На основании схематического изображения слоев участка земной коры, ученые могут сделать предположения о его формировании, ответить на вопросы, почему он образуется именно так. Также изучается и наплыв одного пласта на другой, строение земной коры, минеральный и химический состав пород. Обязательно нужно определить закономерности соседства полезных ископаемых и пустых пород, чтобы облегчить поиск месторождений.
По мере практического изучения местности, в срезе делаются правки, уточняются вертикальные и горизонтальные пласты породы, делаются специальные отметки. Если возникают вопросы, бурятся дополнительные скважины, чтобы информация была более правильной.
Принцип построения геологического разреза
Чтобы построить геологический разрез, потребуется линейка, лист миллиметровой бумаги заданного размера, калькулятор, транспортир (при необходимости обозначения градуса падения угла). Построение осуществляется на основании двух документов – журнала бурения скважин и геологической карты местности.
Начало работы
Прежде чем начать построение геологического среза, необходимо получить все возможные данные, чтобы проделанная работа была точной и информативной. Для этого используются геофизические и химические методы, позволяющие оценить толщину породы, ее тип и состав, и уже на основе полученных данных строить разрез.
Предварительным этапом является бурение скважины, добыча керна (образца породы), изучение его состава и построение диаграммы. С ней можно сверяться, чтобы точно отобразить толщину залегания пластов и их тип. Геолог при этом процессе может и не присутствовать, а данные доставляют ему уже после проделанной работы.
Этапы оценки местности для составления геологического разреза:
- геодезическая съемка рельефа;
- бурение скважин;
- отбор образцов на каждые 0,2 – 1,0 м;
- передача пробников в лабораторию;
- составление технического отчета;
- заполнения журнала бурения скважины.
Геологические карты строят на основе данных геологической разведки. Во время которой отбираются образцы породы для исследования состава и физико–химических особенностей. Также для нее используется и стандартная топографическая карта.
Алгоритм построения геологического разреза
Перед началом работы проводится разведка, во время которой специалисты определяют тип залегающих пород. Оценивается и тектоническая структура местности, нужно выяснить, нет ли здесь разломов, оценить тип складчатости или низменности. Опытный геолог уже на этой стадии работы может сделать предположения о возможных полезных ископаемых, которые находятся в толще земли.
Потом на бумаге чертят границы будущего геологического разреза, рядом строится шкала абсолютных отметок. Ее ширина составляет не больше 2мм, а продолжительность немного выше и ниже граничных вертикалей и горизонталей среза. На нижней оси построенной системы необходимо нанести отметки скважин в выбранном масштабе.
Для более удобного использования, эту шкалу нужно окрасить черно–белыми полосами, в расстояние 1 см. Эта своеобразная линейка облегчает восприятие и нанесение информации.
Далее отстраивается рельеф, наносится его вертикальный срез, с учетом колебаний высоты. Если поверхность ровная, а амплитуда составляет не больше 1,25 мм (в масштабе), эти данные можно не уточнять, изображая его прямой. В других случаях, нужно точно нарисовать все колебания. Этот процесс называется – отрисовка топографического профиля.
Изначально он наносится точками, которые отображают колебания рельефа. Они располагаются относительно выбранной оси, что имеет вид диаграммы. После нанесения точек, их нужно соединить в виде сплошных тонких линий. Таким же образом наносятся и вертикальные срезы. На этом этапе геологического разреза необходимо указывать возраст породы, которая была изображена на схеме.
Если в этой местности есть разломы, их тоже нужно помечать с особой точностью. Там же указываются разрывные нарушения, отмечают приподнятые и опущенные края этого слоя знаками + и – соответственно.
После этого намечаются оси складок. Это нужно для того, чтобы определить осевое отклонение от заданных вертикалей и горизонталей. Угол падения рассчитывается по специальной формуле, уточняются линии перегибов рельефа. На следующем этапе нужно отметить границы слоев, начиная с молодых.
Верхний слой постоянно подвергается денудации – разрушению по естественным причинам (воздействие ветра и воды), поэтому иногда информация о его состоянии и плотности может быть не полной.
В первую очередь нужно пометить мощность слоев на краях складчатости, в этом месте она может значительно отличаться от плотности всего пласта породы из–за деформации рельефа. Последний слой рисуется без нижней границы, просто на всю плоскость штрихуется соответствующим условным обозначением. Это только часть среза, ведь на всю длину построить схему очень сложно. Чаще всего такая подробная схема требуется только в крайних случаях. После этого делается косметическая часть. Все слои должны соответствовать стандартной стратиграфической шкале, утвержденной международным ГОСТом.
Также проставляются индексы возраста породы. Их вписывают внутрь слоя, но если он настолько маленький, что сделать это невозможно, пользуются сносками. Последним этапом будет оформление зарамочного пространства. Нужно указать масштаб, который был использован при построении схемы. Записываются и буквенные обозначение – ориентированность сторон света, точки окончания линий разреза.
Если на местности, выбранной для построения геологического разреза, находится река, ее обозначают, как выгнутое корытообразное углубление в коре. Там тоже оценивают толщину пластов, уровень давления воды на поверхность, скорость вымывания берега.
Стратиграфическая колонка
При рассмотрении геологического разреза, можно заметить, что рядом с ним есть таблица, с дополнительными указаниями по карте. Она строится во время нанесения на срез границ слоев. В первой колонке будет вписываться геологический возраст, определяется стратиграфическое несоответствие слоев. Чтобы нормально изучить кору, в которой бурились скважины, нужно узнать ее хронологию, отнести каждый слой к определенной эре. В правой части таблицы записывают условные обозначения и краткую характеристику слоя. Нужно наносить их в хронологическом порядке, в строке отдельной эпохи, чтобы не запутаться в их возрасте и периоде формирования.
Объяснительная записка
К каждому геологическому разрезу нужно добавить и письменное обоснование некоторых моментов, которые были указаны на схеме. Изначально пишется введение, где записываются общие данные по срезу. Нужно уточнить протяженность графика по направлению относительно сторон света. Пишется причина построения разреза: строительство, разработка месторождения полезных ископаемых, геологическое исследование местности.
В первом пункте записывается стратиграфическое описание. Здесь будет расширенная характеристика пластов, описание их мощности и плотности. Отдельное внимание нужно уделить их составу, периоду и типу формирования. Дополнительно указывают минимальную и максимальную толщину слоя.
Вторым пунктом записывается обоснование стратиграфического несоответствия участков среза геологии земной коры, какими процессами это могло быть вызвано. После этого фиксируют характеристику грунтовых вод, какими слоями они ограничены сверху и снизу. Они могут залегать близко к поверхности, вызывая заболачивание местности, или находится строго между пластами земной коры. Например, в водоносном слое, который находится между водоупорными слоями, проходит артезианская вода.
Может потребоваться информация, имеет ли она выход на поверхность или глухо заканчивается в грунте. При необходимости, можно дописать химический анализ воды, которая была добыта из скважины, но это делается только в особых случаях. Определяется источник формирования водного слоя – питание из озера или реки, накопление дождевых осадков.
Следующим пунктом будет характеристика рельефа участка. Здесь нужно отобразить проведенные расчеты, вычисление абсолютной отметки. После сопоставления рельефа с точкой высоты океана или моря, делается вывод о типе местности:
- равнинная – перепад высот до 100 м;
- холмистая – до 200 м;
- низкие горы – до 450 м;
- средние – до 2000 м;
- высокие – от 2000м.
При составлении отчета необходимо указать места, на которых строительство будет неблагоприятным, обосновать причины. Это может быть близость подземных вод, что станет причиной подтапливания. В потенциально опасных районах указывается сейсмологическая активность.
В следующей части пояснительной записки к разрезу нужно описать пласты в хронологическом порядке. Каждая скважина описывается отдельно. Последним пунктом будет геологическая история этого участка земной коры: когда сформировались слои, какие процессы образования породы преобладали, опускалась ли она под воду, были ли здесь участки магматической активности.
На основании всех этих данных ученые делают вывод – стоит ли начинать в этой местности постройку, будет ли рентабельно разрабатывать месторождения в этой области.
Инженерно–геологический разрез
Это подтип схематического построения среза земной коры, в котором отображается не только состав пород, указывается предположительный размер пластов, но и физико–химические качества. Строится подобная схема для более точного отображения данных. При поиске месторождений он практически не используется. Эта информация нужна больше при строительстве, прокладке шахт, скважин, сооружении транспортных коммуникаций.
Также там записывается скорость движения воды, пористость породы, пластичность, влажность, сыпучесть. При наличии нескольких пластов, которые одинаковы по механическим характеристикам, их объединяют в один. А если один слой породы имеет различные данные – например, песок выше и ниже уровня вод, его наоборот делят на два.
Это самый простой способ рассчитать возможность строительства шахт или зданий, который позволяет предотвратить катастрофы. Ошибки в расчетах могут привести к обрушениям сооружений, и даже к фатальным последствиям.
На инженерно–геологическом разрезе отмечают и скважины, их нумерацию. Необходимо обозначить абсолютную высоту или отметку – это расстояние от поверхности по уровню моря. Она проводится вверх и вниз, а разница помечается отметками + и –. Это нужно для того, чтобы оценить, на какой поверхности находится скважина, близость залегания грунтовых вод, особенности состава и плотность, в зависимости от типа рельефа.
Использование программного обеспечения для построения схемы
Разрез можно построить не только на миллиметровой бумаге вручную, но и выполнить его с помощью специального программного обеспечения. Это значительно облегчает работу геолога, ведь не нужно вручную откладывать масштаб, подсчитывать точки. Все инструменты, необходимые для работы, находятся под рукой. Система может самостоятельно составить предварительные расчеты на основании геологической карты и вывести пример разреза на экран.
Программа автоматически генерирует стратиграфическую таблицу, что значительно сокращает время работы над проектом. Остается только подправить все данные, составить отчет и сделать окончательный вывод по поводу данной местности.
Также построение геологического разреза осуществляется в программе GEOMIX, при помощи специализированных инструментов.
Заключение
Геологический разрез – это очень важный этап исследования местности. Благодаря схематическому изображению пластов породы, обзору их характеристик, можно сделать вывод по поводу исторического формирования этого участка земной коры. Построение данной схемы важно и в строительстве. На основе этих данных делается вывод о целесообразности строительства крупных сооружений, прокладки транспортных коммуникаций.
Строится эта схема на основе геологической карты местности и журнала бурения скважин. Дополнительно записываются данные о возникновении каждого пласта, указываются его физико–химические характеристики. Сейчас построить схематический геологический разрез можно не только на миллиметровой бумаге, но и в специализированных компьютерных программах. Их использование значительно упрощает этот процесс и сокращает время на расчеты и отложение расстояния по масштабу.
Источник
Геологический разрез буровых скважин отличается неоднородностью состава минералов горных пород и присутствием структурных и текстурных нарушений, которые сильно влияют на параметры бурения. Если не учитывать влияние подобных факторов, то можно ошибочно определить отсутствие зависимости параметров бурения от свойств горных пород. Чтобы учитывать данные факторы, следует массово отобрать образцы горных пород из разреза скважины и реализовать на практике экспресс-методы, с помощью которых есть возможность оценить указанные выше свойства горных пород.
Разновидности буровых скважин.
Как делается геологический разрез скважин?
Прежде всего нужно изучить весь геологический материал.
Подобный разрез скважины составляется, исходя из данных, которые можно получить в процессе изучения пород. Чтобы выполнить подобный процесс, надо вскрыть породы долотом или использовать геологические, геохимические и геофизические методы.
Разрез скважины подобного типа по литологии слагающих пород можно расчленить путем отбора и исследования материала керна. В данном случае можно использовать современные геофизические методы. К примеру, в некоторых случаях используется ультразвуковой метод, с помощью которого можно определить пористость, коэффициент трещины карбонатных пород, насыщенность газами. Газонасыщенность можно использовать, для того чтобы спланировать операции закрепления скважин и разобщения пластов.
Рисунок 1. Диаграмма выноса керна из скважины.
Геологический разрез буровых скважин составляется на основе данных, которые получены в процессе комплексных наблюдений. Важно изучить керн, электрический и радиоактивный каротаж. Разрезы скважин, которые бурятся на твердые полезные ископаемые и нефть, могут быть различными. В первом случае исследоваться будут твердые породы, интервалы разрушения которых имеют небольшую протяженность. Во втором случае встречаются большие мощности осадочных пород. В процессе геологоразведочного бурения рекомендуется первым делом стампонировать зону поглощения, чтобы можно было обеспечить дальнейшее прохождение скважины.
Читайте также:
Как оборудовать забой скважины.
Особенности бурения скважин на воду своими руками.
Об изготовлении желонки читайте здесь.
Анализ диаграммы выноса керна из месторождения полезных ископаемых
Обратите внимание на диаграмму выноса керна из скважины, которая пробурена в осадочных породах (рис. 1).
Если сопоставить геологические разрезы скважин по данным первой и второй проходок, то можно увидеть, что у слоев, которые слагают водоносный горизонт, сместились границы. Поэтому фильтрующую конструкцию надо изменить с учетом новых условий, которые образовались после перемещения пород в процессе влияния повторного прохождения скважины.
Благодаря измерениям естественного профиля температуры в источниках воды различных месторождений можно увидеть, что геотермическая характеристика разреза скважины будет изменяться вместе с глубиной. В данном случае все будет зависеть от теплофизических свойств горных пород, которые составляют разрез буровых скважин. Благодаря этому можно использовать данные геотермии, для того чтобы выполнить литологическое расчленение разрезов, определить полезные ископаемые, а также изучить геологическое строение региона, который исследуется. Геотермограмма меньше подвергается влиянию большинства местных факторов, потому ее рекомендуется использовать для корреляции разреза скважины.
Рисунок 2. Построение геологических разрезов скважины.
С учетом заданных максимальных величин одинаковых местных нагрузок на крепь можно определить участки для подбора элементов крепи. Конструкция обсадной колонны рассчитывается, начиная с участка, где нагрузка на данный элемент будет наибольшей. После определения действующей нагрузки на крепь и подбора конструкции крепи для определенного участка можно перейти к следующему. В подобной последовательности нужно рассмотреть всю крепь.
Геологический разрез скважины является геологическим описанием и графическим изображением последовательности напластования пород, которые пройдены месторождением. С помощью условных обозначений нужно отметить породы и пласты, их свойства, отчеты геофизического и остальных измерений. Если знать геологический разрез, можно правильно пробурить скважину и подготовить ее к работе.
Коррозия солей представляет собой процессы, которые развиваются в пространстве пор камня цемента в случае контакта с породами солей. Кристаллизация солей может вызвать образование напряжений на стенах, которые ограничивают рост кристаллов и разрушают структуру камня цемента. Несоответствие состава отложений солей является причиной перетоков между пластами. В результате могут появиться межколонные проявления, а также образуется открытый фонтан. Поэтому в процессе подбора рецептуры тампонажных смесей, выбора типа цемента, различных минеральных добавок, химических реагентов и воды необходимо учесть состав грунтовых вод и горных пород. Важно также учитывать давление и температуру.
Существующие методы исследования геологического разреза
Схема геологического разреза и расположение водозаборных сооружений.
Максимально изучить геологический разрез позволяют геофизические методы, которые основываются на замерах определенных физических параметров горных пород. Подобные породы связаны с их литологией и насыщенностью ценными ископаемыми.
Следует знать, что в случае увеличения длины обсадной колонны на 400 м можно использовать воздух в качестве среды циркуляции. Использовать буровой раствор больше не нужно.
Для изучения скважин можно использовать следующие методы:
- магнитные;
- радиоактивные;
- электрические;
- механические;
Есть и другие способы, которые основаны на изучении физических полей различной природы. Полученные результаты исследований нужно зафиксировать путем составления диаграмм или точечной характеристики различных параметров.
На местности, где нет аппаратов, которые фиксируют направление искривления, нет возможности точно определить характеристику строения района.
Геофизический способ используется, для того чтобы изучать разрезы скважин по физическим свойствам горных пород. В данном случае есть возможность установить глубину залегания, границы пластов. Дополнительно можно выделить коллекторы и определить характер насыщенного флюида. Важно найти следующие параметры коллекторов:
Схема геофизического исследования скважины.
- коэффициент пористости;
- коэффициент глинистости;
- показатель водонасыщенности;
- показатель проницаемости.
Одним из способов изучения геологического разреза является отбор керна. Следует заметить, что в некоторых случаях отбирать керн достаточно сложно из-за формирования на стенах скважины корки бурового раствора для фильтрации и появления каверн.
Использование подобных способов основывается на дифференциации горных пород и ценных ископаемых по их гамма-активности.
Определение необходимых параметров месторождения
Для того чтобы получить необходимую информацию о разрезе скважины, можно использовать и прямое геохимическое исследование.
Комплекс способов, который используется для исследования разреза, будет зависеть от характера пород и назначения месторождения ценных ископаемых.
Чтобы исследовать эффективность мероприятий определенной группы, разрез следует разбить на ряд определенных интервалов. Исследование нужно проводить по каждому интервалу.
Чтобы определить категории абразивности горных пород, понадобится первым делом расчленить разрез на интервалы по типам пород литологии, после чего оценить категории их твердости.
Схема скважинных термограмм.
Для определения разреза скважины используются и кавернограммы. По характеру изменения диаметра месторождения полезных ископаемых можно разделить на несколько групп. К первой следует отнести плотные породы (песчаник, известняк, доломит), у которых имеется практически номинальный диаметр. К второй группе относятся породы, в которых фактический диаметр существенно увеличивается в сравнении с номинальным. К этой группе можно отнести следующие породы: глины, которые размываются промывочным составом, различные соли, кавернозный известняк, доломит. К последней группе следует отнести проницаемые песчаники и другие породы, у которых диаметр уменьшится за счет появления корки глины на боковой части скважины.
Электрический способ в последнее время используется не только для разделения и корреляции разреза скважин, но и для определения полезных ископаемых, которые сильно отличаются по удельному электрическому сопротивлению.
Следовательно, основой моделью профиля являются разрезы геологии, в которых выделяются слои или промежутки с конкретными параметрами фильтрации и емкости. Последние в большинстве случаев можно получить экстра-интерполяцией данных разведки скважин. Целесообразность создания модели можно определить более полным учетом особенностей геологии реальных залежей.
Чтобы определить параметры фонтана, первым делом нужно выделить газоносные, водоносные и поглощающие горизонты, после чего указать их пластовые давления.
Условия бурения скважины следует анализировать по интервалам – начать нужно с верхней части и закончить нижней. В процессе геологический разрез скважины нужно разбивать на зоны крепления. В данном случае нужно рассмотреть и наметить технологические мероприятия, которые способны максимально увеличить интервал.
Обратите на построение геологических разрезов скважины свое пристальное внимание (рис. 2).
Что нужно знать для получения полной информации о разрезе скважины?
Схема инженерно-геологический разреза.
Аэрированная буферная жидкость может использоваться при наличии поглощающих зон, которые затрудняют цементирование.
Надобность спуска обсадных колонн зависит от изученности разреза геологии и степени его осложненности. Закреплять элементы ствола или отдельных промежутков трубами следует:
- для крепления устья скважины и защиты его от размыва (используется направляющая труба);
- чтобы перекрыть разрушенные породы верхней стороны разреза;
- в случае появления в скважине каких-либо осложнений при бурении (обвал пород, чрезмерные поглощения жидкости для промыва, проявления воды или газа);
- если использование глинистых или других растворов не даст результата;
- чтобы произвести изоляцию продуктивных пластов тампонированием или цементированием пространства возле труб;
- в случае использования алмазного способа бурения вместо дробового.
Колонна используется в основном для того, чтобы разобщить продуктивные горизонты и изолировать их от остальных горизонтов разреза геологии буровых скважин. С ее помощью можно извлечь нефть или газ различными методами. С помощью эксплуатационной колонны дополнительно можно произвести закачку агентов в пласты, что очень удобно.
С помощью использования совокупности геофизических методов можно получить полную информацию о разрезе скважины. На основе подобной информации можно составить представления о строении конкретных площадей и регионов, выявить ценные ископаемые, подсчитать их количество. Благодаря геофизическим данным возможно сильно уменьшить стоимость бурения скважины путем сокращения отбора керна. Таким образом, можно ускорить темпы поисков, разведочных работ и ввода в эксплуатацию скважин, выбрать оптимальные технологические схемы использования месторождений ценных ископаемых и провести контроль за состоянием конструкций. Данный способ исследования используется и для проведения контроля за изменениями насыщенности пластов полезными ископаемыми во время разработки.
Подобные исследования производятся по следующим причинам:
- получение подробной информации о разрезе геологии буровых скважин;
- определение технического состояния месторождений полезных ископаемых;
- произведение контроля за разработкой источников ценных ископаемых;
- выполнение взрывных, перфорационных и других работ в подобных месторождениях.
Следует знать, что подобные исследования не всегда возможно произвести, так как не во всех месторождениях имеется достаточное количество глины подходящего качества, которая сможет стать главным материалом для намыва раствора глины.
Источник