Геофизические методы исследования водозаборных скважин в вопросах и ответах

1. Что такое «каротаж»?

Чтобы оценить состояние подземного оборудования скважин и определить характеристики геологических пластов применяют методы геофизического исследования. Совокупность всех этих методов называют каротажем. С французского это слово переводится как «морковка». Форму именно этого овоща имели первые геофизические зонды и образцы породы – керны. Примечательно, что так называют геофизические исследования только в России.

2. Для чего нужны геофизические исследования водозаборных скважин?

В процессе бурения водозаборных скважин необходимо принимать разные технологические решения. Это необходимо для увеличения дебита, ликвидации аварий, выбора бурового инструмента, оценки надёжности и герметичности колонн труб и определения свойств горных пород. Очевидно, что визуально определить состояние подземного оборудования невозможно. Поэтому и применяют различные косвенные способы для того, чтобы оценить правильность применяемой технологии и принять верное решение при бурении скважин.
На основании полученных данных рисуют карту подземных слоёв. Чем больше скважин в данной местности будет исследовано такими методами, тем точнее и достовернее получится карта.

Очень часто каротаж применяют для определения качества цементажа скважин. В этом случае данные каротажа имеют 100-процентную точность, так как трещины и другие дефекты цементного камня определяются сразу.

3. Почему применяют каротаж, а не исследуют породы по керну?

Извлечение керна с глубины скважины даёт самые достоверные данные о подземных породах. Но извлечь пригодный для изучения керн очень сложно. Для этого надо:

• остановить бурение;
• поднять на поверхность спущенные в скважину бурильные трубы;
• заменить буровой инструмент на специальную желонку;
• опять спустить всю колонну труб в скважину;
• пробурить породу на несколько метров;
• прекратить бурение;
• поднять колонну труб;
• желонку вместе осторожно извлечь из скважины, не повредив керн. 

Затем специалисты внимательно изучают керн. Только после этого технологи принимают нужное решение. Бурение в это время не производится.

Очевидно, что такое большое количество дополнительных технологических операций значительно увеличивает время бурения и приводит к удорожанию строительства скважины.
Кроме того, керн отображает состояние только одного небольшого участка скважины. Постоянно отбирать керн по всей глубине бурения возможно только в специальных разведывательных скважинах.

Следует также отметить, что при бурении сыпучих и рыхлых горных пород практически невозможно получить неповреждённый керн.

Прекрасной альтернативой процессу отбора керна стали методы геофизического исследования. Зонд, проходя по всей длине скважины от забоя до устья, за один проход передаёт на поверхность данные по всей длине скважины. При этом производится исследование подземного оборудования. Чаще всего буровиков интересует состояние обсадных труб, герметичность их соединений и наличие перетоков между пластами.

4. В чём заключается принцип геофизических исследований?

Принцип таких исследований прост и похож на работу эхолота. На породу воздействуют различными видами полей и излучений. Отражённый и, следовательно, изменённый сигнал фиксируют и сравнивают с данными лабораторных исследований свойств таких же пород на поверхности. Если сравниваемые сигналы окажутся похожими, то можно с большой долей вероятности спрогнозировать свойства горной породы на глубине.

Очевидно, что такие методы не имеют 100-процентной достоверности по сравнению с керном. Но буровиков подобная погрешность в большинстве случаев вполне устраивает. А дешевизна и скорость исследований значительно нивелирует этот недостаток.

5. Какие методы каротажа наиболее распространены?

Существует несколько методов геофизических исследований. При бурении водозаборных скважин обычно применяют следующие из них.

1. Электрический каротаж. На породу воздействуют электрическим полем.
2. Электромагнитный каротаж. В этом случае применяют электромагнитное поле.
3. Акустический каротаж. Зонд излучает звуковые волны и фиксирует их отражение.
4. Радиоактивный каротаж. Прибор измеряет природную радиоактивность пород. 

Каждый из перечисленных способов имеет свои разновидности. Самым распространённым является электрический каротаж.

6. Какое оборудование применяется при каротаже?

Для выполнения каротажных работ используют следующее оборудование:

• каротажный прибор – зонд;
• трёхжильный кабель питания зонда, выполняющий также несущую функцию;
• специальная лебёдка для опускания зонда в скважину;
• различное наземное оборудование, регистрирующее и фиксирующее показания зонда. 

В некоторых случаях для повышения достоверности результатов каротажа используют сразу несколько видов приборов: электрический, акустический и радиоактивный. В этом случае зонд собирается из нескольких приборов и закрепляется на специальном удлинителе - так называемой косе. Визуально такая конструкция зонда напоминает ёлочную гирлянду.

7. Как производится каротаж?

Всё необходимое каротажное оборудование обычно смонтировано на шасси автомобиля. В его кузове находится лебёдка, приводимая в действие от двигателя автомобиля. В небольшом фургоне расположен комплекс измерительной аппаратуры, регистрирующий данные, полученные от зонда – полевая лаборатория.

Зонд на каротажном кабеле через блок, установленный на буровой вышке, спускают на забой. Затем через кабель прибор включают и очень медленно, с постоянной скоростью поднимают лебёдкой. Кабель постепенно наматывается на лебёдку с помощью особого устройства – кабелеукладчика.

Очень важно соблюдать постоянную скорость подъёма. Изменение скорости значительно увеличивает погрешность прибора.

Отметим также, что измерения производятся всегда снизу вверх: от забоя до устья. В противном случае прибор может просто застрять в скважине.

Все данные синхронизируются с колонной труб. Для этого на каротажном кабеле имеются магнитные метки, считываемые специальным прибором.

8. Что из себя представляют данные каротажа?

Данные, полученные зондом, обычно имеют вид диаграммы или графика. Специалисты называют их каротажками. Раньше данные выводились на самописец и синхронизировались с каждой трубой колонны, спущенной в скважину. На графике обозначались муфты труб, которым присваивался порядковый номер, соответствующий расположению трубы в колонне. Поэтому можно с точностью до нескольких сантиметров определить место полученного сигнала.

В бурении существует специальная профессия – каротажный интерпретатор. Это специалист, который изучает данные каротажа и на основании сравнительных данных и собственного опыта даёт соответствующий прогноз о характеристиках горных пород и состоянии оборудования. Интерпретатор обычно находится в полевой лаборатории.

Сегодня каротажки сразу обрабатываются бортовым компьютером полевой лаборатории и преобразуются в цифровую форму.