Физико-геологическая модель объекта исследования. Выбор методов и обоснование геофизического комплекса

Данная дипломная работа ставит цель на проведение комплекса геофизических исследований скважинах в процессе эксплуатации на урановом месторождении.

Этап эксплуатации месторождения подразумевает решение геофизическими методами нижеследующих задачс наименьшими затратами:

- контроль технического состояния скважин,

- оценка технологических свойств руд,

- мониторинг процесса выщелачивания в недрах,

- прямое определение концентраций урана в разрезе скважины.

В связи с поставленными задачами был запроектирован следующий комплекс ГИС:

- гамма-каротаж;

- индукционный каротаж;

- термометрия;

- расходометрия;

- каротаж методом мгновенных нейтронов деления.

Гамма-каротаж в интегральной модификации

Основан на регистрации гамма-излучения естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ), содержащихся в горных породах, пересеченных скважиной. Измеряемая величина – скорость счета гамма-квантов в импульсах в минуту (имп/м). Основная расчетная величина – мощность экспозиционной дозы в микрорентгенах в час (МЭД, мкР/ч). Измеряемая величина определяется концентрацией, составом и пространственным распределением ЕРЭ, плотностью ρ_п и эффективным атомным номером Z_эфф. пород. Является одним из наиболее эффективных и распространенных методов ГИС. Методу отводится исключительная роль и особое место при всех без исключения видах работ, проводимых на радиоактивные руды.

Гамма-каротаж будет проводиться для определения положении на глубине рудных тел и данном случае проводится для сопоставления данных при бурениях и эксплуатаций.

Прибор перемещается по стволу скважины снизу-вверх, регистрируя изменения радиоактивности пород, слагающих разрез скважины. При этом детектор гамма-излучения в общем случае регистрирует интенсивность гамма-поля, обусловленную радиоактивностью горных пород, жидкости, заполняющей скважину, обсадной колонны и цемента. Так как интенсивность излучений от жидкости в скважине, колонны и цемента небольшая и изменяется в нешироких пределах по сравнению с интенсивностью гамма-излучения пород, то регистрируемая интенсивность естественной гамма-активности прямо пропорциональная радиоактивности пройденных скважиной горных пород.

Индукционный каротаж

Основан на измерении магнитного поля вихревых токов, индуцированных в горных породах. Скважинный снаряд для индукционного каротажа включает генераторную, фокусирующую и приёмную катушки, расположенные коаксиально. Переменный электрический ток частотой 10-20 кГц, пропускаемый по генераторной катушке, создаёт магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в горные породы, окружающие скважину. Под действием магнитного поля этих токов (вторичное поле) в приёмной катушке возникает эдс, величина которой зависит от удельной электрической проводимости горных пород. Для устранения влияния магнитного поля генераторной катушки на приёмную применяют компенсирующие элементы (например, катушки, магнитное поле которых направлено противоположно полю генераторной катушки). Полезный сигнал с приёмной катушки поступает на усилитель, расположенный в скважине, затем по кабелю на поверхность, где регистрируется. Индукционный каротаж используется для изучения удельного электрического сопротивления горных пород, исследования тонкослоистых разрезов (наиболее эффективно в низкоомных разрезах до 50 Ом•м). Преимущество индукционного каротажа по сравнению с другими видами электрического каротажа в том, что питающие и приёмные устройства не требуют непосредственного контакта с буровым раствором и стенкой скважины, это позволяет применять его в сухих или с непроводящим буровым раствором скважинах (например, на нефтяной основе, пресной воде).

Данный метод будет проводится двумя растворами:

- измерение после поднятия насоса (Закисленный раствор).

- измерение после закачки пресной воды (раствор с рН-6-7).

Путем закачки воды для выявления интервалов пород, вовлеченных в активный процесс выщелачивания, в том числе и в безрудной части разреза в случаях формирования перетоков по затрубному пространству стволов скважин.

· При подаче рабочих растворов с высокой кислотностью хорошо проницаемые интервалы разреза характеризуется высокими значениями проводимости (от 250 до 1000 и более мСим);

· При последующей подаче воды с нормальной кислотностью значения проводимости этих интервалов сменяются на аномально низкие значение (от 100 до 200мСим);

· Если данные значение проводимости не проницаемых или плохо проницаемых пород в разрезе при смене растворов остаются неизменными.

Данный метод проводится в комплексе с термометрией.

Термометрия

Измерение температуры по стволу скважины производят в целях изучения: естественного теплового поля Земли; местных (локальных) тепловых полей, наблюдаемых в скважине в процессе бурения и эксплуатации; искусственных тепловых полей, вызванных наличием промывочной жидкости в скважине и цементного раствора в затрубном пространстве.

При фильтрации через пористую среду жидкости температура ее за счет трения повышается; при фильтрации газа происходит снижение температуры вследствие адиабатического расширения газа. Это явление носит название эффекта Джоуля — Томпсона, или эффекта дросселирования газа и нефти в продуктивном пласте.

Расходометрия

Объемы жидкости или газа, циркулирующие в стволе скважины, фиксируются глубинными расходомерами. Данный метод используется для оценки доли растворов, поглощаемых различными подгоризонтами рудовмещающего разреза.

Каротаж методом мгновенных нейтронов деления

КНД-м основан на измерении нестационарных нейтронных полей, создаваемых скважинным импульсным генератором быстрых нейтронов длительностью импульса 2 мкс с энергией 14 МэВ. Принципиальное отличие КНД-м от импульсного нейтронного каротажа (ИНК) заключается в том, что при КНД-м измеряется плотность потока нейтронов не от первичного импульсного генератора после их замедления до уровня надтепловых энергий, а плотность потока мгновенных нейтронов деления, генератором которых является урановая руда, содержащая уран-235. Мгновенные нейтроны (быстрые) с энергией 2 МэВ начинают генерироваться урановой рудой в результате воздействия на них нейтронов импульсного генератора после достижения им уровня тепловых энергий. Таким образом, урановая руда, содержащая изотоп урана-235 является своего рода природным генератором быстрых мгновенных нейтронов, работа которого провоцируется импульсным скважинным генератором. Выход мгновенных нейтронов (н/с) в данном случае пропорционален концентрации урана-235 в общей рудной массе.

Для урановых месторождений соотношение изотопов урана-235, урана-238 и урана-234 в рудах строго постоянно, поэтому измеренный сигнал одновременно может служить и мерой концентрации природного урана.

Измеряемыми величинам являются:

- скорости счета плотности потока надтепловых нейтронов в имп/мин. в заданных временных интервалах (окнах);

- время жизни нейтронов τ в мкс.

На стадии эксплуатации проводится для прямого определения концентраций урана в разрезе скважины (рисунок 3.2)

Рисунок 4.3 – Выявление радиевых ореолов по данным КНД-м

а - кривые гамма-каротажа;

б,в – кривые КНД-м, соответственно для каналов N₁ и N₂;

Красным цветом выделены радиевые ореолы

5 Методические вопросы