Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние разработки геофизических методов определения элементов залегания горных пород в скважинах 13
Выводы 43
Глава 2. Условия проведения скваіинной пластовой наклоно-метрии на месторождениях железистых кварцитов 45
2.1. Геолого-геофизическая характеристика месторождений железистых кварцитов 45
2.2. Технология бурения и требования, предъявляемые к скважинному пластовому наклономеру 62
Выводы 63
Глава 3. Принцип действия сква1инного пластового индукционного наклономера 64
3.1. Схема измерений и устройство зонда скважинного пластового наклономера 64
3.2. Расчетные характеристики зонда наклономера. 68
Выводы 79
Глава 4. Исследование зонда наклономера с помощью моделирования 80
4.1. Установка для выполнения физического моделирования 80
4.2. Выбор длин и взаимного расположения генераторной и приемных катушек 84
4.3. Характеристики зонда наклономера 87
4.4. Изучение влияния эксцентричного расположения зонда наклономера в скважине и диаметра скважи ны на характер кривых наклонометрии 99
Выводы 103
Глава 5. Аппаратура сквашнной пластовой индукционной наклонометрии. методика исследований. интерпретация полевых материалов 105
5.1. Устройство скважинного пластового индукционного наклономера по магнитной восприимчивости 105
5.2. Метрологические характеристики аппаратуры пластовой наклонометрии. Калибровка скважинного прибора наклономера 116
5.3. Проведение измерений на скважине. Интерпретация полевых материалов 118
Выводы 131
Глава 6. Результаты опробования сквашнной пластовой индукционной наклонометрии на месторождениях железистых кварцитов 133
Выводы 172
Заключение 175
Литература 179
- Состояние разработки геофизических методов определения элементов залегания горных пород в скважинах
- Технология бурения и требования, предъявляемые к скважинному пластовому наклономеру
- Выбор длин и взаимного расположения генераторной и приемных катушек
- Метрологические характеристики аппаратуры пластовой наклонометрии. Калибровка скважинного прибора наклономера
Введение к работе
Дальнейшее развитие черной металлургии страны требует от геологической службы осуществления мероприятий, способствующих увеличению добычи железных руд, обеспечивающих повышение качества сырья и снижение стоимости геологоразведочных работ. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" сказано: "Обеспечить опережающее развитие сырьевой базы черной металлургии. ...Усилить поиски и разведку месторождений богатых и легкообогатимых руд черных и цветных металлов... . Более быстрыми темпами развивать прогрессивные виды геофизических и геохимических исследований недр, ...развивать и применять методы ускоренной геолого-экономической оценки месторождений полезных ископаемых. Обеспечить дальнейшее техническое перевооружение геологоразведочных организаций, оснащение их высокопроизводительным оборудованием, аппаратурой..." /627. Задачи, поставленные ХХУІ съездом КПСС, должны направлять усилия геологов и геофизиков, занимающихся поисками и разведкой месторождений железных руд.
В настоящее время при исследованиях в скважинах на железорудных месторождениях различного типа широкое применение находит каротаж магнитной восприимчивости (КМВ), который используется для выделения рудных интервалов, корреляции разрезов, и для определения содержания железа в руде /18,37,537. Однако, результаты геофизических работ используются преимущественно для литоло-гического расчленения разрезов, подтверждения достоверности запасов, подсчитанных по геологическим данным и химическому опробованию. При этом возможности геофизических методов реализуются не в полной мере. Такое положение вызвано тем, что, с одной стороны, содержание общего железа с помощью КМВ можно определить лишь в той степени, в какой оно связано с магнетитовим железом, с другой стороны, связь кажущейся магнитной восприимчивости с содержанием магнетита в рудах достаточно сложна и зависит от структурных и текстурных особенностей руд, от характера распределения в них магнетитових зерен. Особенно сложна эта связь на месторождениях железистых кварцитов, где руды обладают резко выраженной анизотропией магнитной восприимчивости. Как показали исследования многих авторов /19,21,4-7,587 магнитная восприимчивость руд измеренная по слоистости (де ) может значительно (более чем на 20-30%) превышать магнитную восприимчивость, измеренную вкрест слоистости ( ЭВц ). Учитывая угол встречи скважины с микрослоистостью, можно существенно уточнить корреляционную связь кажущейся магнитной восприимчивости руд с содержанием в них магнетитового железа.
Для повышения достоверности сведений о структурных особенностях различных горизонтов месторождений, определения запасов полезных ископаемых и их перспективности, требуется достаточно точное знание элементов залегания пластов горных пород. Кроме этого, своевременное получение данных о залегании пород позволит в процессе разведки месторождения оперативно корректировать запроектированную сеть буровых скважин и их параметры (направления, углы задания, глубины).
Существуют три основных способа определения углов наклона и азимутов падения пластов горных пород подсеченных скважинами: I) вычисление элементов залегания на основании данных, полученных в результате подсечения пластов как минимум тремя не лежащими на одной прямой скважинами; 2) определение элементов залегания путем изучения образцов ориентированного керна, отобранных в процессе проходки скважин; 3) определение элементов залегания с помощью геофизических методов скважинной пластовой наклонометрии. Эти способы принципиально отличаются друг от друга как характером ин - 6 формации, так и объемом горных пород, на который она распространяется.
В процессе корреляции пластов между скважинами, знание глубины залегания пласта в нескольких разнесенных по площади скважинах переносится на весь объем, ограниченный скважинами. Корреляция пластов позволяет получить объективное представление о характере залегания горных пород в межскважинном пространстве когда залегание не осложнено складчатостью высоких порядков. Необходимо, чтобы поперечные размеры складок превышали удвоенное расстояние между разведочными скважинами, в противном случае возможны значительные ошибки в определении характера залегания пород.
Данные, получаемые при исследовании образцов ориентированного керна и в результате обработки материалов скважинной пластовой наклонометрии, характеризуют залегание отдельных контактных поверхностей. Поскольку интерес представляет характер залегания пород в межскважинном пространстве, сведения о залегании контактной поверхности в нескольких скважинах переносятся на весь объем меж-скважинного пространства. В связи с тем, что эти способы позволяют получать истинные азимуты и углы наклона контактов, результаты определения поведения пластов в межскважинном пространстве могут носить более объективный характер, чем в случае корреляции.
Месторождения железистых кварцитов типа ШЛА и Кривого Рога представляют собой еложнодислоцированные объекты - крупные синклинальные складки, осложненные интенсивной более мелкой складчатостью [6Э]. На месторождениях этого типа можно выделить три уровня складчатости. Первый - соответствует структуре месторождения в целом, это - протяженные (до нескольких сотен метров, иногда - до первых километров) складки большой амплитуды, их поперечные размеры превышают удвоенное расстояние между разведочными скважинами. Складчатость второго уровня имеет поперечные размеры менее удвоенного расстояния между разведочными скважинами. Амплитуда складчатости этого уровня может достигать нескольких десятков и более метров. Третий уровень складчатости - малоамплитудные от десятков сантиметров до первых метров), но очень изменчивые как по углу наклона, так и по азимуту простирания, мелкие складки. Разделение складчатости по уровням соответствует также характеру влияния ее на распределение полезного ископаемого в объеме месторождения, которое уменьшается от первого уровня к третьему. Можно считать, что складчатость третьего уровня практически не влияет на распределение полезного ископаемого. Такое разделение складчатости по уровням условно, однако, оно полезно на различных стадиях разведки месторождений полезных ископаемых. Корреляция разрезов скважин, как правило, верно отражает первый уровень складчатости, но не может охарактеризовать складчатости второго уровня, знание которой необходимо при подсчете запасов полезного ископаемого.
Измерения на керне позволяют получать материалы, отвечающие залеганию пород в месте отбора ориентированного керна, однако, чаще всего эти данные соответствуют залеганию складчатости третьего уровня и не отражают общее строение месторождения. Влияние мелкой складчатости можно значительно уменьшить путем поинтер-вального осреднения полученных элементов залегания. Такое решение проблемы возможно в случае достаточно большого количества первичных данных. Получение этих данных с помощью кернометрии не представляется возможным, т.к. выполнение операции по подъему образцов ориентированного керна в значительных объемах экономически невыгодно /3Q7. Кроме этого, поскольку отбор образцов производит-ся в процессе бурения, когда отсутствуют точные данные об исследуемом разрезе, невозможна корректировка интервалов отбора с целью изучения наиболее интересных с геологической точки зрения контактов. В результате часто оказывается, что образец отобран из интервала, где отсутствуют структурные элементы, характеризующие залегание.
Получать сведения о залегании пластов горных пород в объеме, достаточном для проведения представительной статистической обработки, позволяет применение геофизических методов скважинной пластовой наклономегрии.
Месторождения железистых кварцитов обладают некоторыми особенностями. Прежде всего, это - наличие четких контактов между пластами руд и вмещающими породами, а также большой контраст в магнитной восприимчивости между ними. Магнитная восприимчивость руд обычно колеблется в пределах 0,5-5 СИ и выше, в то время как у вмещающих пород она редко превышает 0,00025 СИ. Все это создает благоприятные условия для проведения скважинной индукционной пластовой наклонометрии по магнитной восприимчивости на месторождениях такого типа. Однако до сих пор не создано прибора, который бы решал поставленные выше задачи в специфических условиях железорудных месторождений.
Диссертационная работа посвящена исследованию и разработке скважинного индукционного пластового наклономера по магнитной восприимчивости, позволяющего определять элементы залегания пластов железистых кварцитов, пройденных скважинами малого диаметра.
В работе автором решаются следующие основные задачи:
1. Выбор наиболее эффективного способа определения элементов залегания горных пород и руд подсеченных скважинами в процессе разведки месторождений железистых кварцитов.
2. Обоснование выбора типа зонда для скважинного пластового наклономера.
3. Решение прямых задач пластовой наклонометрии путем математического и физического моделирования.
- 9 4. Изучение зависимости формы кривых наклонометрии от угла наклона контакта двух сред, изучение характера связи измеряемых величин с магнитными параметрами контактирующих сред, с изменением диаметра скважин и положения зонда в скважине.
5. Разработка аппаратуры скважинной пластовой индукционной наклонометрии по магнитной восприимчивости.
6. Опробование макета аппаратуры наклонометрии в условиях месторождений железистых кварцитов.
7. Разработка методики скважинных исследований, интерпретации и представления материалов пластовой наклонометрии.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Показано, что на месторождениях железистых кварцитов, при значительной дифференциации пород по магнитной восприимчивости, в специфических условиях осложняющих проведение геофизических исследований (малый диаметр бурения, применение в процессе бурения вязких смазок и глинистого раствора), для определения элементов залегания наиболее эффективно применение скважинной пластовой индукционной наклонометрии по магнитной восприимчивости.
2. Предложен и исследован индукционный зонд скважинного пластового наклономера, с помощью которого измеряется осредненный по длине приемных катушек радиальный градиент напряженности внутреннего электромагнитного поля генераторной катушки, позволяющий определять элементы залегания контактов пород различной магнитной восприимчивости. Разработан приближенный метод расчета сигналов на приемных катушках зонда наклономера, с помощью которого показана возможность определения элементов залегания контактов пород различающихся по магнитной восприимчивости.
В результате математического и физического моделирования полу - 10 чены зависимости формы кривых наклонометрии и величины УдЕ -дЕг (дЕіг - нормированные экстремальные величины сигналов на приемных катушках зонда, регистрируемые в момент пересечения контакта) от углов наклона контакта, магнитной восприимчивости контактирующих сред, положения зонда в скважине и от ориентировки приемных катушек зонда относительно направления падения контакта.
3. Показана возможность определения углов наклона и азимутов падения контактов пород различной магнитной восприимчивости по величине удЕ,г+дЕІ2 после введения поправок, которые учитывают диаметр исследуемой скважины, магнитную восприимчивость контактирующих пород и положение зонда наклономера относительно оси скважины.
4. Путем практического опробования показана достаточно высокая эффективность применения аппаратуры скважинной пластовой индукционной наклонометрии по магнитной восприимчивости для определения элементов залегания пород в условиях месторождений железистых кварцитов. Поинтервальное осреднение получаемых с помощью индукционной наклонометрии углов наклона и азимутов падения контактов пород, различающихся по магнитным свойствам, позволяет уточнять особенности геологического строения железорудных месторождений - характер складчатости, истинную мощность рудных интервалов, пространственную ориентировку отдельных структур.
5. Показана необходимость применения в наклономерах, предназна- ченных для измерений в наклонных скважинах малого диаметра, где в процессе исследований скважинный прибор интенсивно и неравномерно вращается вокруг своей оси, самоориентирующихся зондов, сохраняющих постоянную ориентировку относительно определенного направления.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработана и изготовлена аппаратура скважинной пластовой индукционной накло-нометрии позволяющая определять элементы залегания контактов пород различной магнитной восприимчивости. Разработаны и опробованы основные методические приемы интерпретации и обработки материалов индукционной наклонометрии. Применение скважинной индукционной наклонометрии в процессе разведки месторождений железистых кварцитов позволит повысить достоверность и ускорить геолого-экономическую оценку месторождений этого типа на основе уточнения их структурно-геологических особенностей и уточнения корреляционной связи магнитной восприимчивости руд с содержанием в них магнетита, путем учета углов встречи исследуемых скважин с микрослоистостью железистых кварцитов.
Реализация результатов работы осуществлена путем внедрения материалов исследований в Новооскольской ГРП ПГО "Центргеология".
Работа состоит из введения, шести глав, заключения и содержит 130 стр. машинописного текста, 4 рис., 14 таблиц. Список литературы содержит 109 наименований.
В первой главе дается обзор и классификация существующих методов скважинной пластовой наклонометрии, содержится их критический анализ. Во второй главе рассматриваются условия проведения скважинной пластовой наклонометрии на месторождениях железистых кварцитов, дается геолого-геофизическая характеристика месторождений и формулируются основные требования, предъявляемые к скважин-ному пластовому наклономеру. В третьей главе рассматривается принцип действия скважинного пластового наклономера, устройство индукционного зонда наклономера, приводится расчет его основных характеристик. В четвертой главе приводятся материалы моделирования со скважинным пластовым индукционным наклономером. В пятой главе содержится описание аппаратуры скважинной пластовой индук - 12 ционной наклонометрии, методики полевых исследований и интерпретации материалов. В шестой главе приводятся результаты опробования скважинного пластового наклономера на месторождениях железистых кварцитов КМА и Кривого Рога. В заключении подводятся итоги проделанной автором работы и приводится изложение основных защищаемых положений.
Предложенная работа выполнена автором в 1977-1983 гг. в МГРИ и Воронежском государственном университете.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю доктору технических наук, профессору М.Й.Плюснину за постановку задачи, постоянное внимание и ценные советы при проведении исследований. Автор считает своим долгом поблагодарить сотрудников МГРИ доц. Мараева И.А., мл. н. с. Билибина СИ.; главного геофизика ПГО "Центргеология" Бойдаченко В.Н.; работников Белгородской геологоразведочной экспедиции Белых В.И., Двойнина В.В., Воеводу И.И.; сотрудников Воронежского госуниверситета и других товарищей, оказавших ему содействие при выполнении работы.
Состояние разработки геофизических методов определения элементов залегания горных пород в скважинах
Проблема определения элементов залегания пластов, встречающихся на участках, где ведется предварительная и детальная разведка, существовала всегда /40,447. в настоящее время применяются три основных, принципиально отличающихся друг от друга, способа определения угла наклона и азимута падения пластов горных пород, пройденных скважинами: подъем ориентированного керна (т.н. кернометрия), корреляция пластов между скважинами и определение элементов залегания с помощью геофизических методов на-клонометрии Определение элементов залегания пластов горных пород с помощью подъема ориентированного керна - очень трудоемкая операция. Современные отечественные приборы для взятия ориентированного керна (керноскопы) позволяют получать ориентированные образцы из наклонных скважин глубиной не более 1000-1200 м /30,367. Ориентированные образцы отбирают через несколько десятков и даже сотен метров, так как более частый отбор проб связан со значительными затратами времени и из-за этого становится экономически нецелесообразным. Элементы залегания пород по ориентированному керну определяются с помощью керномеров типа ПТ-І. Учитывая положение оси скважин в пространстве, переходят к истинным элементам залегания пород. В результате по скважине получают несколько точечных замеров структурных элементов, причем некоторые из них могут оказаться случайными, не характерными для данного разреза.
В практике геологоразведочных работ в СССР имеется некоторый опыт применения более простой методики для получения образцов ориентированного керна, когда приподнятым над забоем буровым инструментом на керн наносятся метки-полукольца, середины которых лежат в плоскости искривления скважины. Метод не требует применения какого-либо специального оборудования, однако надежность подобной ориентировки невысока, так как процесс нанесения метки осложняется попаданием твердых частиц пород между керном и коронкой, вибрацией бурового инструмента и различными прочностными свойствами пород. Никакие мероприятия, в том числе и тщательная промывка, не дают полной уверенности в правильном нанесении метки-полукольца /6 17.
К этому же способу определения параметров наклона пластов можно отнести предложенный в 40-х годах метод изучения элементов залегания пород на керне, ориентировка которого в пространстве осуществляется с использованием остаточной намагниченности пород /28,4-3,447. В 50-х годах этот метод был развит и успешно использован З.А.Крутиховской для изучения залегания железистых кварцитов южной части Кременчугского района /53,44,457. Метод магнитной ориентировки керна основывается на предположении, что направление естественной остаточной намагниченности пород известно, не зависит от элементов залегания слоистости и керн пород не перемагничивает-ся в процессе бурения.
Условия, при соблюдении которых возможно проведение магнитной ориентировки керна, были сформулированы З.А.Крутиховской: 1. Руды должны быть представлены магнетитовыми разностями, так как их намагниченность наиболее устойчива. 2. Простирание слоистости пород должно быть приблизительно известным и близким к меридиональному. 3. Скважина должна быть пробурена вкрест простирания, причем это требование тем строже, чем больше зенитный угол скважины. Измерение намагниченности железистых кварцитов можно осуществлять любым полевым магнитометром. Форма образца керна не обязательно должна быть изометричной. Определение намагниченности образца-весьма трудоемкая операция. Этот метод имеет существенные ограничения по минералогическому составу пород, по углу встречи скважины со слоистостью, при его использовании необходима априорная информация о простирании слоистости пород. Кроме этого, в процессе бурения керн существенно перемагничивается. В связи с этим, магнитная ориентировка образцов не нашла широкого применения на практике. Для определения угла и азимута падения путем корреляции пластов горных пород между скважинами необходимо наличие как минимум трех скважин, не лежащих на одной прямой и подсекающих пласт, для которого определяются элементы залегания. Возможность корреляции разрезов скважин по геофизическим данным определяется наличием в разрезе пластов, которые бы четко выделялись на каротажных диаграммах и сохраняли свои свойства по всей исследуемой площади. Участки диаграмм, относящиеся к таким пластам, называются геофизическими реперами /23,25,267« Получаемые этим способом элементы залегания пластов, как правило, не отражают их поведения в межскважинном пространстве. Этот способ дает хорошие результаты лишь при пологом залегании пород. Зная угол встречи скважины с пластом, можно более определенно говорить о его залегании в межскважинном пространстве. Получение таких данных становится возможным на основе применения геофизических методов скважинной пластовой наклонометрии.
Технология бурения и требования, предъявляемые к скважинному пластовому наклономеру
В процессе разведки месторождений железистых кварцитов практикуется применение наклонных скважин, отклонение которых на забое часто достигает 30 и более, при этом кристаллические породы, как правило, разбуриваются скважинами диаметром 59 мм. При бурении помимо глинистого раствора интенсивно применяются различные вязкие смазки (нигрол-канифольные и др.) повышающие производительность буровых работ, но осложняющие проведение геофизических исследований в скважинах. Анализ геолого-геофизических особенностей месторождений железистых кварцитов, технологии бурения и возможностей геофизических исследований позволяет сформулировать основные требования к скважинному пластовому наклономеру: 1. Поскольку рудные интервалы на месторождениях железистых кварцитов в основном разбуриваются скважинами диаметром 59 и реже 76 и 46 мм, скважинный прибор должен иметь диаметр не более 40 мм. 2. С учетом максимальной глубины скважин на месторождениях железистых кварцитов (до 1500 м) скважинные снаряды должны выдерживать гидростатическое давление не менее 20 МПа. 3. Скважинный пластовый наклономер прежде всего должен позволять однозначно определять истинные элементы залегания горных пород, т.е. углы и азимуты наклона контактов. 4. Поскольку на месторождениях железистых кварцитов, для которых проектируется наклономер, вмещающие породы и руды наиболее четко различаются по магнитной восприимчивости, в основу оп- ределения элементов залегания должно быть положено это различие. 5. В связи с тем, что в условиях буровых скважин сведения о магнитной восприимчивости пород наиболее эффективно могут быть использованы для пластовой наклонометрии при индукционном способе измерений - зонд наклономера должен быть индукционным. Кроме этого при индукционном способе измерений на результаты исследований меньшее влияние оказывает состав флюида заполняющего скважины и состояние стенок скважин. Из анализа структурно-геологической обстановки, характерной для месторождений железистых кварцитов, можно сделать вывод о том, что получение достоверных сведений об их строении возможно при наличии представительного количества данных об азимутах и углах падения отдельных контактов. Определение элементов залегания в значительном объеме реально только с привлечением геофизических методов скважиннои пластовой наклонометрии. В условиях скважин малого диаметра, учитывая специфику бурения (применение в процессе бурения антивибрационных смазок и глинистого раствора) и значительную дифференциацию пород по магнитной восприимчивости, на месторождениях железистых кварцитов эффективное определение элементов залегания горных пород возможно с помощью скважиннои пластовой индукционной наклонометрии по магнитной восприимчивости. На рис.7 приведена общая схема проведения скважинной пластовой индукционной наклонометрии, которая кроме собственно аппаратуры пластовой наклонометрии включает наземные блок питания и регистрирующее устройство, служащие для питания аппаратуры и регистрации диаграмм наклонометрии. Аппаратура индукционной наклонометрии состоит из скважинного прибора наклономера и блока управления его работой.
Скважинный прибор наклономера включает в себя индукционный зонд и электронную схему, обеспечивающую питание зонда и обработку сигналов с него. Под индукционным зондом наклономера будем понимать систему из генераторной и приемных катушек, служащих для возбуждения и измерения электромагнитного поля в окружающей зонд среде. В качестве зонда для скважинного пластового наклономера профессором М.И.Плюсниным было предложено индукционное устройство, действующее по дифференциальному принципу (рис.8 ). Оно состоит из двух приемных катушек (I), каждая из которых состоит из 2-х секций, расположенных во внутренней полости генераторной катушки (2) симметрично относительно ее оси, которая совпадает с осью скважины (3). Оси всех секций приемных катушек взаимно параллельны. Приемные катушки длиной 80 мм выполнены на ферритовых сердечниках диаметром 8 мм. Генераторная катушка имеет длину 114 мм и диаметр 27 мм. Обмотки всех катушек выполнены симметрично. Для уменьшения емкостной связи между генераторными и приемными катушками по внутренней поверхности генераторной катушки
Выбор длин и взаимного расположения генераторной и приемных катушек
Выбор длин секций приемных катушек, длины генераторной катушки и их взаимного расположения проводился с целью разработки компактной конструкции зонда наклономера, обладающей достаточной чувствительностью, для которой была бы характерна наиболее простая, легко интерпретируемая форма кривых наклонометрии.
Для определения оптимальных размеров секций приемных катушек было выполнено моделирование, в процессе которого изменялась длина секций приемных катушек при неизменной длине генераторной катушки (114 мм). Приемные катушки располагались симметрично относительно оси генераторной катушки в ее средней части. Вид кривых наклонометрии, получаемых при пересечении индукционным зондом наклономера контакта немагнитной среды и среды, имеющей магнитную восприимчивость I СИ, показан на рис.15. Угол наклона контакта 45 . По оси абсцисс отложено отношение величины отклонения сигнала на приемной катушке от своего значения в воздухе к величине сигнала в воздухе. Зонд строго центрирован в скважине. Кривая I получена при моделировании с зондом, имеющим секции приемных катушек длиной 2,3 dc ( с/с - диаметр скважины). Кривые 2 и 3-е длинами секций приемных катушек 1,2 и 0,9 ис соответственно. Кривая 4 получена при моделировании с зондом, имеющим секции приемных катушек длиной 0,52 с/с. За точку записи принят центр системы приемных катушек.
Как видно из графиков, наиболее простую форму имеют кривые наклонометрии, когда зонд наклономера имеет секции приемных катушек длиной не менее 0,9 с/с , но и не более 1,7-2,0 о/с . Учитывая реальные диаметры скважин, бурящихся на месторождениях железистых кварцитов, а также особенности текстуры руд, была выбрана оптимальная длина секций приемных катушек индукционного зонда наклономера - 80 мм.
Для выяснения влияния длины генераторной катушки на форму кривых наклонометрии проводилось моделирование при различных длинах генераторной катушки: 114 и 140 мм. Длина секций приемных катушек оставалась неизменной. При этом было подтверждено, что, как и следовало ожидать, изменение длины генераторной катушки не приводит к заметному изменению формы аномальных кривых, регистрируемых в момент пересечения индукционным зондом наклономера пород, различающихся по магнитной восприимчивости.
Влияние взаимного расположения приемных и генераторной катушек изучалось путем моделирования с зондами, имеющими различное расстояние между центром системы приемных катушек и центром генераторной катушки. Длины приемных и генераторной катушек оставались неизменными. На рис.16 приведено семейство кривых, полученных в результате такого моделирования. По оси абсцисс отложено отношение величины отклонения сигнала на применой катушке от своего значения в воздухе на величину сигнала в воздухе. Шифр кривых - расстояние между центрами генераторной и системы приемных катушек, выраженное в долях диаметра скважины. За точку записи принят центр системы приемных катушек.
Из графиков наклонометрии видно, что при выходе приемных катушек за пределы генераторной катушки экстремумы, отмечаемые при пересечении зондом наклономера контакта различающихся по магнитным свойствам пород, меняют знак на противоположный. Однако форма графиков практически не меняется, изменяется лишь амплитуда экстремума.
Основываясь на результатах проведенного физического моделирования, учитывая диаметр скважин, бурящихся на месторождениях железистых кварцитов, были выбраны основные геометрические параметры индукционного зонда наклономера: длина секций приемных катушек - 80 мм, длина генераторной катушки - 114 мм, центр системы приемных катушек совпадает с центром генераторной катушки. Весь объем моделирования в дальнейшем выполнялся с индукционным зондом наклономера именно такой геометрии. При моделировании приемная катушка для которой снимались наклонограммы (кривые -/- , где о. пп - сигнал на приемных катушках в воздухе) ориентировалась по линии падения контакта.
Метрологические характеристики аппаратуры пластовой наклонометрии. Калибровка скважинного прибора наклономера
Аппаратурная погрешность измерений определяется в основном непостоянством уровня сигнала на приемных катушках зонда наклономера в воздухе, наблюдаемым при вращении блока приемных катушек вокруг своей оси. Колебания уровня сигнала в воздухе вызваны прежде всего непараллельностью осей секций приемных катушек, несимметричностью их расположения относительно оси вращения и несовпадением оси вращения с осью генераторной катушки. Все это приводит к тому, что при вращении блока приемных катушек внутри ге нераторной катушки, при изменении азимута наклона зонда наблюдается изменение пространственной ориентировки осей секций приемных катушек относительно оси генераторной катушки. При этом изменяется уровень э.д.с. на выходах приемных катушек. Изменение уровня сигнала не превышает + 0,025 Епп , что вызывает максимальную ошибку в определении угла наклона - ± 1,5 (при магнитной восприимчивости рудного пласта I СИ). Ориентируясь на основную аппаратурную погрешность измерений, определим минимальную магнитную восприимчивость рудного пласта, параметры залегания которого могут быть определены с достаточной точностью.
Зададимся точностью определения угла наклона об""+ 3. На участке зависимости VAT/ ATS - НОС) , где наименьшие ошибки в отсчете экстремальных значений сигналов на приемных катушках могут привести к наибольшей ошибке в определении угла на-клона, точность + 3 достигается при ошибке в определении , не превышающей + 0,46 Епп. Фактически наша задача сводится к определению максимальной величины коэффициента К» , учитывающего магнитную восприимчивость рудного пласта, при учете которого погрешность определения об не выйдет за пределы ± соответствует магнитной восприимчивости 0,35 СИ. При увеличении допустимой ошибки определения угла наклона до + 5, минимальная магнитная восприимчивость рудного пласта будет соответствовать -0,1 СИ. Калибровка скважинного индукционного пластового наклономера включает в себя построение графика зависимости величины от угла наклона контакта пород, различающихся по магнитной вое приимчивостиг сб. Где Eiex и Егех - экстремальные значения э.д.с, наводимые в парах приемных катушек при пересечении зондом наклонных контактов пород с различной магнитной восприимчивостью, Етп и с 2пл - соответствующие им значения э.д.с. прямого поля (уровень сигналов на парах приемных катушек в немагнитной и непроводящей среде). Калибровка макета наклономера производится с помощью модельной установки, описанной в главе- Ш по методике, изложенной там же.
В полевых условиях стабильность работы аппаратуры наклоно-метрии контролируется путем анализа повторных наблюдений, а также по постоянству уровней сигналов на приемных катушках в воздухе, уровней нуля и стандарт-сигнала. Постоянство основной интерпретационной зависимости VAT, А Ед=ШАОшо контролировать путем периодических измерений на модели и определением отношения Ест. к Епп, которое должно быть постоянным для определенной конкретной конструкции зонда. Помимо этого стабильность работы аппаратуры проверяется путем периодических измерений в контрольно-градуировочных скважинах, которые оборудуются в районах проведения исследований. Основываясь на результатах проведенного моделирования (см. гл.Ш) и полевых испытаний макета аппаратуры скважинного индукционного пластового наклономера, разработаны основные вопросы методики скважинных исследований и интерпретации диаграмм, которые и приводятся ниже. Регистрацию диаграмм индукционном наклонометрии следует проводить при подъеме скважинного прибора со скоростью, не превышающей 600 м/час. Масштаб глубин следует установить не более 1:50, 1:100. диаметр скважин, в которых можно проводить исследования не должен быть менее 46 мм.
Стенки скважин должны быть устойчивыми, поскольку применение скважинных приборов, снабженных центраторами в неустойчивых скважинах, может привести к аварии и потере прибора. При исследованиях следует применять центраторы, диаметр которых на 15-30 мм превышает диаметр скважины. Диаметр центраторов зависит от жесткости материала, из которого они изготовлены и от веса скважинного прибора. Применение излишне жестких центраторов, диаметр которых значительно превышает диаметр скважин, приводит к их преждевременному износу. Поэтому следует использовать сменные центраторы, отвечающие конструкции исследуемых скважин. При проведении измерений на скважине следует подготовить аппаратуру к работе, в соответствии с общепринятой методикой. После этого необходимо выбрать масштаб регистрации диаграмм наклонометрии, который определяется уровнем Епп . Под уровнем Епп понимается величина отклонения блика гальванометра (перо-писца) относительно его нулевого положения при подаче на вход регистратора сигнала Епп .
