Содержание к диссертации
Стр.
Введение 5
Глава I. Естественные и техногенные условия применения
каротажа КС и электрокорреляции при разведке
медноколчеданных месторождений Урала /3
Применение электрокаротажа (КС,ПС) и электро-, корреляции при разведке рудных месторождений . . 13
Геоэлектрические особенности медноколчеданных месторождений Урала 15
Особенности бурения скважин на медноколчеданных месторождениях Урала М
Глава 2. Одноэлектродный каротаж .... 41
Одноэлектродный каротаж, модификации и принципиальные особенности 41
Одноэлектродный зонд, особенности, расчёт коэффициента 5f
Величина кажущегося сопротивления в случае пласта бесконечно высокого сопротивления ... 63
Величина кажущегося сопротивления на границе двух сред различных сопротивлений при отсутствии влияния бурового раствора ....
Кривые зондирования ?%
Влияние каверн на кривые КС одноэлектрод-. ного зонда в случае пласта бесконечно высокого сопротивления ..... 81
Пласты сложного строения 28
Интерпретация 35
2.8.1. Определение границ пластов в случае
максимального-влияния скважины 9$
Стр.
2.8.2. Определение истинных сопротивлений
пластов S3
2.9. Определение размеров рудных тел.с.помощью
бурильных труб 4it
Глава 3. Метод токовой корреляции или корреляция по
способу измерения сопротивления электродов .... 115
Аналитический обзор развития способа "токовой корреляции" ^^
Физическая сущность корреляции по способу
измерения сопротивления электродов . 1^0
3.3. Решение прямой задачи метода токовой
корреляции "^
Сфера конечной проводимости . 4ЬН
Пласт конечной проводимости .......... 439
Цилиндр конечной проводимости 44
3.4. Коэффициент связи К в случае несвязанных
проводников 4HS
Идеальные проводники . . 44S
Сферы конечной проводилости . #7
Глава 4. Техника и методика работ ..... 461
Принципиальные схемы записи КС с одноэлектродным зондом и одновременной записи КС и ПС -46L
Обоснование схемы записи ПС с использованием
в качестве электрода Ж брони кабеля ^69
Обоснование одновременной записи КС и ПС 472.
Обоснование схемы записи КС с одноэлектродным
зондом 19S
4.5. Техника и методика работ- с одноэлектродным
зондом ІИ
4 Стр.
4.6. Результаты экспериментальных работ с одноэлектрод-
ным зондом на месторождениях Уч-Кулач,Чернушин-
ское, Межозёрное, Ново-Шайтанское. . ^8/
4-.6.1. Результаты отработки методики записи КС с 03 одноэлектродным зондом и одновременной записи КС и ПС, в том числе, в условиях промпомех . . 181
4.6.2. Определение истинных сопротивлении по кривым
КС одноэлектродного зонда 18$
4.6.3. Определение размеров рудного тела с
использованием бурильных труб /$4
4.7. Методика и техника работ по токовой
корреляции Ш
4.8. Примеры использования токовой корреляции
на различных месторождениях 1№
Заключение ...... ZQI
Литература io
Приложение I 213
Приложение 2 zii
Приложение 3 ^^5
Приложение 4
Приложение 5
Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с ростом потребления природных ресурсов в СССР фонд месторождений, близких к поверхности, в основном, уже исчерпан. Поэтому на первый план выдвигается проблема глубинных поисков и добычи полезных ископаемых с больших глубин. В этих условиях особое значение приобретают методы скважинной геофизики и методы каротажа / 80, 106 /. Основной тенденцией развития геофизических исследований /НО/ является улучшение качества, достоверности геофизических данных и расширения круга решаемых задач.
Одним из путей решения этих вопросов может быть совершенствование тех методов, которые прочно вошли в практику геофизических работ.
В связи с увеличением поставок в производственные организации одножильного бронированного кабеля становится затруднительным или невозможным выполнение каротажа КС с обычными или 3-ёх электродными зондами. Такую же информацию, что и с 3-ёх электродными зондами можно получить с помощью одноэлектродного зонда 03.
На рудных месторождениях, где применяется комплекс радиометрических методов на одножильном экранированном кабеле 03 может быть легко объединён с аппаратурой радиоактивного каротажа ( ПРКС-2, СКР-300, СКР-ЮОО, СГСЛ-2), что позволит освободиться от дополнительных станций и подъемников с многожильными кабе- ^ лями.
Невозможность использования контактных методов в условиях применения антивибрационных смазок (МСК,МЭП) увеличивает значение неконтактного 03.
і Кроме того, отечественные станции типа ОКС/Л-64 и АКС/Л-7' на одножильном кабеле не применяются,в рудном каротаже вследствие большого диаметра скважинного прибора (диаметр малогабаритного прибора УСП или КСП - 70 мм). На рудных же месторождениях наблюдается тенденция уменьшения диаметра скважин, особенно в связи с широким внедрением алмазной технологии бурения.
В проблемах развития ГМИС можно также выделить конструирование и внедрение в производство многоканальной аппаратуры. Лаборатория АКС/Л-7 имеет 4 канала, венгерские каротажная ком-пьютизированная станция КД-20 - 9 каналов, а станция EL-7000 - 20 каналов. Многоканальная аппаратура разрабатывается и во ВНИИГИС, При разработке многоканальных станций может быть до-стигнуто упрощение за счёт применения 03 или увеличение: количества одновременно регистрируемых параметров.
Подтверждением актуальности,может быть то, что и за границей обращаются к данному вопросу. Наприглер, разработанная в ГДР аппаратура KAT-I50 предусматривает измерения с 03.
В связи с этим становятся актуальными одноэлектродные измерения при ГИС. Они обладают простотой технической реализации в сочетании с эффективностью, возможностью регистрации КС на одножильном кабеле или даже на обычном электроразведочном проводе, (что немаловажно при работах в скважинах подземного бурения) существенно пониженными требованиями к изоляции, что также важно при работах в условиях шахты.
Вопросами одноэлектродного каротажа в разное время занимались многие исследователи: Л.Я.Нестеров /61/, А.С.Семёнов /105/, Н.А.Перьков / 69/, А.К.Козырин / 43/, Ю.Д.Емельянов / 24/, В.Н. Дахнов /19,20,21 /, И.К.Овчинников / 64,65 /.
Важным направлением развития геофизических исследований
скважин является их комплексирование. При комплектовании элек-трических методов каротажа на одножильном кабеле возникают большие трудности одновременной записи потенциала собственной поляризации ПС и кажущегося сопротивления КС в условиях интенсивных промышленных помех / 21,31 /. Поэтому возникает необходимость разработки способов измерения ПС в условиях промпомех как разновременно, так и в сочетании с 03.
Вследствие увеличения скорости бурения, повышения эффективности геологоразведочных работ возникает проблема экономии времени, затрачиваемого на ГИС. Становятся актуальными экспресс--измерения во время бурения с целью определения размеров рудных тел. Идея использования бурильных труб в качестве токопровода ранее была высказана в целом раде работ/ 40, 41, 44, 48, 47,96/, но не получила практического завершения.
Увязка разрезов скважин, особенно рудных подсечений, при разведке месторождений полезных ископаемых является также важной производственной задачей при поисковом и разведочном бурении. Широко распространенный метод электрической корреляции (МЭК), /34, 14, 35 / позволяет решать большой спектр задач, но и он не лишён существенных недостатков, состоящих, в основном, в неоднозначности интерпретации. Отсюда актуальность развития иных, чем МЭК, методов. К ним может быть отнесен метод токовой корреляции. Частично вопросы теории и методики описаны в ряде работ / 36, 37, 51, 15, 27 /. Однако решение прямых и обратных задач в этом методе, который правильнее назвать электрокорреляцией по способу измерения сопротивления электродов, отсутствует. Автором исследования в этой области были начаты ещё в период работы над дипломным проектом, продолжены в рамках Проблемной лаборатории СГИ /76, 4 / и завершены в период обучения в аспи-
рантуре.
Данная работа посвящена разработке теории и методики одно-электродного каротажа, решению прямой и обратной задач электрокорреляции по способу измерения сопротивления заземлений в случае увязки и развязки рудных подсечений.
В выполненной работе идеи, выдвинутые А.К.Козыриным, получили дальнейшее развитие, что позволило разработать и довести до производственного применения теорию и методику одноэлектрод-ного каротажа, токовой корреляции и оценку, размеров рудных тел с использованием бурильных труб. Все эти вопросы рассматриваются с единой точки зрения, поскольку все они относятся к теории заземлений, расположенных в неоднородных средах.
Цель работы. Разработать теорию и методику одноэлектродных измерений при ГИС, включающих в себя: теорию и методику одноэлек-тродного каротажа, определение размеров рудных тел с использованием бурильных труб в качестве токопровода, схемы одновременной записи KG и ПС на одножильном кабеле в условиях промпомех, теорию и методику электрокорреляции по способу измерения сопротивления электродов (токовая корреляция) с целью повышения геологическое эффективности методов электрокаротажа и скважинной электроразведки на постоянном токе при решении поисково-разведочных задач на медноколчеданных, а также и полиметаллических месторождениях. В связи с этим автором дана сравнительная характеристика токового каротажа и каротажа по методу КС с одноэлектрод-ным зондом, решены прямая и обратная задачи одноэлектродного каротажа, разработан способ оценки сопротивления пород по кривым одноэлектродного зонда, предложены схемы одновременной записи КС и ПС. При разработке токовой корреляции установлена зависимость коэффициента связи от формы и размера проводника, от
размера электродов, от расстояния между ними и от соотношения , удельных сопротивлений рудного тела и вмещающих пород, С целью решения обратной задачи построены палетки для сферы, кругового цилиндра и пласта, кроме того, построена палетка, характеризующая случай развязки проводников. С целью оценки размеров рудных тел в процессе бурения рассмотрено определение удельного сопротивления рудовмещающих пород и сопротивления рудного тела с использованием колонны бурильных труб.
Научная новизна. Выведены формулы для расчёта кривых одно-электродного каротажа в случае пласта бесконечно высокого сопротивления, в том числе, с учётом влияния каверн. Установлено значение КС для 03, находящегося на контакте двух сред различных сопротивлений при нулевом влиянии скважины. Рассчитана палетка для определения коэффициента реального одноэлектродного зонда и палетка для введения поправки за влияние скважины при приближенном определении сопротивления пород по КС. Доказана возможность и целесообразность использования при записи ПС в рудных \j скважинах брони кабеля в качестве электрода № . Доказана возможность одновременного измерения КС и ПС при наличии интенсивных промпомех. Доказана возможность оценки размеров рудных тел в процессе бурения при помощи одноэлектродных измерений. Решены прямая и обратная задачи токовой корреляции.
Теоретические разработки подтверждены лабораторными и полевыми экспериментами, а также результатами опытно-производственных и производственных работ.
Экспериментальные и опытно-производственные работы выполнялись при участии автора на Чернушинском, Ново-Шайтанском (Средний Урал), Межозёрном (Южный Урал) месторождениях и на месторождении Уч-Кулач (Узбекская ССР).
, Практическая ценность работы заключается в повышении гео- ' логической и экономической эффективности одноэлектродного варианта метода КС и электрокорреляции по способу измерения сопротивления электродов. Разработанная теория и методика одноэлектродного каротажа повышает эффективность этого метода, поднимая его на уровень каротажа рудных скважин с многоэлектродными зондами. Предложенные схема записи кривой ПС и схема одновременного выполнения стандартного каротажа делают возможным применение метода естественного поля в ГИС в условиях повсеместно распространённых в рудных районах интенсивных промышленных помех. За счёт этого повышается геологическая и экономическая эффективность электрического каротажа. Составленная нами "Инструкция по одноэлектродному каротажу" передана в Зарафшанскую поисковую геологоразведочную партию ПГО "Самаркандгеология" Мингео УзССР (Приложение 3) и в Уральскую геологоразведочную экспедицию МЦМ СССР (Приложение 4). На конкурсе работ молодых учёных СГИ дан-, ная инструкция была отмечена премией.
Метод токовой корреляции рекомендуется как дополнительный к МЭК, он повышает надёжность решения задачи корреляции проводников.
Методика определения размеров рудных тел в процессе бурения сокращает время задолживания скважины под ГИС.
Метод одноэлектродного каротажа внедрён в партии скважин- -ной геофизики Зарафшанокой поисковой геологоразведочной экспедиции ПГО "Самаркандгеология" Мингео УзССР с годовым экономическим эффектом 15603 рубля (Приложение I), а также в Комплексной геофизической партии Уральской геологоразведочной экспедиции с годовым экономическим эффектом 9792 рубля (Приложение 2).
Метод токовой корреляции находится в стадии внедрения в
УГРЭ ЩА СССР (Приложение 5).
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на выездной сессии "Методика и аппаратура рудной электроразведки" института геофизики УНЦ АН СССР (г.Дегтярск,1980), на школе передового опыта для специалистов по каротажу и скважинной геофизике (г.Свердловск, 1980), на Всесоюзном совещании по разработке и комплексированию геофизических методов при детальной и эксплуатационной разведке рудных месторождений (гДенинакан,І982), на УШ Уральской конференции молодых геологов и геофизиков Урала (г.Свердловск,1983), на конференциях по итогам научно-исследовательских работ Свердловского горного института (г.Свердловск, 1981, 1982, 1983,1984), на НТС геофизического факультета Свердловского горного института.
Результаты исследований, кроме упомянутой "Инструкции по одноэлектродному каротажу", изложены в 4 тематических отчётах.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах.
Объем работы, диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и 5 приложений, содержит 12.5 страниц машинописного текста, 22 таблицы, 89 рисунков, список литературы включает 117 названий.
Автор приносит глубокую благодарность своему учителю и научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору А.К.Козырину за постоянное внимание и руководство работой, заведующему кафедрой рудной геофизики доктору геолого-минералогических наук, профессору Г.П.Саковцеву, заведующему проблемной лабораторией, к.г.-м.н. В.А.Серкову, а также всему коллективу кафедры рудной геофизики Свердловского горного института имени В.В.Вахрушева за творческое обсуждение и постоянную поддержку
работы, начальнику Челябинской геофизической партии ПГО "Урал-геология" В.Е.Бабенкову, главнотлу инженеру КГфП УГРЭ МЕДО СССР С.Л.Брук-Левинсону, начальнику ПСГ Зарафшанской ПГЭ ПГО "Самар-кандгеология", к.г.-м.н. В.А.Коткину за помощь в организации полевых работ.
