Техническое и метрологическое обеспечение геофизических исследований скважин на твердые полезные ископаемые

сфере. Поэтому, как следует из принципа Эшби, если управляющая система менее сложна, чем управляемая, то в последней неизбежны процессы упрощения, деградации. Техногенез разрушает сложную архитектуру связей в геосистемах, преобразует их зональность, стирает информацию, »копленную в течение их длительной геологической эволюции: истощаются не только минеральные, геохимические, энергетические, но и информационные и эстетические ресурсы природных сястем.

В целом техногенез, включающий в себя индустриализацию и урбанизацию, по совокупности явлений (техногенная сейсмичность, возрастание взвешенного и ионного стока, «гидротермальная» и «магматическая» активность) аналогичен тсктономагматичсской активизации Уральского горно-складчатого пояса.

Исследование техногенеза как глобального геологического явления становится одной из важнейших задач теоретической и прикладной геологии. От решения этой задачи зависит геологическое будущее Земли. При этом предполагается, что геология должна выйти за свои традиционные рамки, ограничивающие се интересы только в прошлом Земли, и, осознав геологический масштаб техногенеза, преобразующего земные миры и Землю в целом, научиться если не управлять, то предсказывать масштабные геологические процессы будущего.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Волков С. Н. Екатеринбург. Человек и город. Екатеринбург. 1997. 144 с.

2. Chorley R. I.. Kenncgy В. A. Physical geography. A system approach. London, 1971. 316 c.

3. £«.7uh Э. Ф.. Конюхова H. П.. Ипанов В. Ю. Геохимические аспекты процесса урбанизации на Урале. Свердловск. 1988. 55 с.

4. Емлчн Э. Ф. Техногенез колчеданных месторождении Урала. Свердловск: УрГУ, 1991. 256 с.

5. Емлчн Э. Ф. Кадмии в геотехносфере Урала. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1997. 283 с.

6. Emiin Е.. Volkov S.. Ketsko О. Gcotcchnospherc of Urals: evolution and limits to growth // Abstracts of 30ih IGC. China. 1996. Vol.3, p. 421.

7. Ечлин Э. Ф. Уральский город как феномен геотехносферы // Изв. УГГГА. Вып. 18. Серия: Геология  геофизика. Екатеринбург, 2003. С. 301 -311.

8. Emiin Е. Urals city as a geological phenomenon // Abstracts of 32th IGC. Italic. Florence. 2004.

9. Ферсман A. E. Геохимия. Л.: ОНТИ; Химтеорет, 1934. 354 с.

ТЕХНИЧЕСКОЕ И МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СКВАЖИН НА ТВЕРДЫЕ ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ

ДЕМЕХОВ Ю. В.. ДЕМИДОВ А. А.. КАЗАК В. Г.. ЛЕФТОН О. Л.. МАШКИН А. И..

ПЕРЕЛЫГИН В. Т.. РУМЯНЦЕВ Д. Р.. САРВАРТИНОВ И. Д.. ТАЛ АЛАЙ А. Г.

Ап пара i\ рно-ме год ичсскне комплексы К А М К «АЛ М A3 -1»

В конце XX - начале XXI в. отмечается отставание в аппаратурно-мстодичсских разработках • области геофизических исследований скважин, бурящихся для поисков и разведки месторождений твердых полезных ископаемых, и в настоящее время большинство производственных организаций работают на морально устаревшей аппаратуре 70-80-х гг., используя в качестве носителей информации фоторсгистраторы.

Творческими коллективами ОАО НПП «ВНИИГИС», ООО НПП «ИНГЕО», ООО «ЭЛИКОМ» и АК «АЛРОСА» разработаны современные компьютеризированные аппаратурно-методические комплексы КАМК «АЛМАЗ-1», предназначенные для геофизических исследований скважин глубиной ло 2000 м. пробуренных лля поиска и развелки месторождений твердых полезных ископаемых (руда, уголь, алмазы и др), подземных пресных вод. Основу КАМК составляют следующие блоки:

- цифровом регистратор «ГЕКТОР», обеспечивающий сбор, хранение и обработку данных; I

- спускоподъемное оборудование с приводом и технологическими датчиками;

- комплект скважинных приборов мелкосерийного и индивидуального изготовления по техв ннческнм требованиям заказчика;

- средства метрологического контроля;

- пакеты технологических и прикладных программ;

- бортовой компьютер.

Все элементы оборудования и измерительные блоки устанавливаются в специальных иэ»Л термических кузовах на шасси автомобилей повышенной проходимости УАЗ-452, ЗИЛ-5301 «Бы-! чок», ЗИЛ-131, УРАЛ-4320, КАМАЗ-4310, а также гусеничных вездеходах. В операторском отсев кузова размешены кондиционер, места для отдыха, умывальник, холодильник н др. необходимом оборудование для комфортной работы и отдыха персонала. Размещение и установка блоков, а так-! же внутренняя планировка станции могут быть выполнены с учетом пожеланий заказчика.

Базовая комплектация регистратора «ГЕКТОР» включает в себя модуль РК — для приемш и записи информации приборов, имеющих импульсный или частотный выход; модуль медленного! АЦП - для приема и записи информации приборов аналоговым выходом постоянного тока до ±5 в! по 16 независимым каналам одновременно; модуль быстрого АЦП —для записи информации бы-1 стро изменяющихся процессов, в том числе энергетических временных спектров, регистрируемых! при импульсном нейтронном и стационарном гамма-каротаже, а также волновых картин акустичс-1 ского каротажа с временем преобразования 2 мке; модуль КИМ-ВИМ - для приема информация! в коде «Манчсстср-2»; модуль технологического АЦП и др. В комплект аппаратурной стойки по! желанию заказчика входят блок контроля каротажа, осциллограф, термоплоттер, блок питания! скважинных приборов.

Спуско-подъемное оборудование включает лебедку с механическим или электрическим при-1 водом с кабелем КГ-3-40-100. В состав подъемников входят электрический коллектор, кабелеук-1 ладчик, пульт управления СПО, блок-баланс с датчиком глубины и датчиком магнитных меток! устьевое оборудование, смоточнос устройство, места для перевозки скважинных приборов и др.| Скорость подъема скважинных приборов может изменяться от 50 до 2300 м/ч. Потребляемая мощность электродвигателя лебедки в зависимости от емкости барабана варьирует от 0,5 до 2,5 кВт.1 Для измерения глубины и скорости применяются устройства ЛОТ-4. установленные на кабелеук-ладчики лебедки, или стандартный датчик глубины (сельсин) с датчиком магнитных меток ДМГ-2.1

Питание комплексов осуществляется от стандартной сети 220 В либо ог автономного дизельного электрогенератора мощностью 4.2 кВт. Питание скважинных приборов производится от источника постоянного тока «ГЕКАТ», обеспечивающего выходную мощность 300 Вт при стабилизации напряжения до 300 В или в режиме стабилизации тока до 1 А. Нестабильность выходного тока при этом не превышает 1 %.

Для исследования скважин е. составе КАМК «АЛМАЗ-1» могут быть использованы любые типы скважинных приборов, удовлетворяющие по форме и уровню входных сигналов техническим характеристикам регистратора «ГЕКТОР»:

- аппаратура электрического и электромагнитного каротажа - скважннный прибор КС и ПС. вызванной поляризации ВПР-М (аналоговый), ЦСП-ВПР-48 (цифровой);

- аппаратура каротажа магнитной восприимчивости КМВ-48, скважннный магнитометр МСПГ;

- аппаратура акустического каротажа ПА-РУС-8, ЭАС-36 (цементомер), ЗАС-02;

- аппаратура радиоактивного каротажа - ГКМ-42/48, плотномеры ГГК-П-48, ПАРК-1, ГГК-ПС42, ННК-Т, НТ-48/60, НГК-48/60, ГКС-У-73/90, цифровой скважннный -амма-спсктрометр ЦСП-ГК-90, цифровая аппаратура импульсного ННК ЦСГ1-2ИНК-43, прибор рснтгснорадиомстри-ческого каротажа РРК-П/С-36;

- скважинныс приборы для изучения технического состояния скважин - каверномер управляемый КМ-ЮУ, чги»к-трпмяг»шт»шй дефектоскоп ЭМДС-16М;

- приборы для гидрогеологических исследований - пробоотборник стволовых проб, элсктро-тсрмомстр ЭТС-10, индукционный рсзнстнвнметр;

-другие приборы индивидуального и серийного производства.

Имеющийся парк приборов обеспечивает выполнение практически всех комплексов ГИС, фименяюшихся в скважинах на тверлые полезные ископаемые. Все приборы переведены на современную электронную базу. Приборы могут поставляться с цифровой (Манчсстср-2) или аналоговой системой передачи информации.

В настоящее время аппаратурно-методическнс комплексы КАМК «АЛМАЗ-1» работают • различных регионах России, в странах ближнего и дальнего зарубежья.

Аппаратура КНД-М для геофизических исследований метолом каротажа мгновенных нейтронов деления при изучении гидрогенных месторождений урана

Метод КНД-М основан на регистрации мгновенных нейтронов деления ядер урана, возникающих при облучении урановых руд потоком быстрых нейтронов от импульсного нейтронного генератора. Ядра урана-238 делятся быстрыми нейтронами с энергиями, превышающими 1,4 МэВ. Деление ядер урана-235 вызывают преимущественно тепловые нейтроны, которые образуются в руде при замедлении быстрых нейтронов генератора с энергией 14 МэВ.

После инжектирования быстрых нейтронов в исследуемую среду происходит их замедление  термализация. Так как урановые руды относятся к замедлителям со слабым поглощением нейтронов. то через время, соответствующее полной термализации, в срсдс будут присутствовать только тепловые нейтроны, вызывающие деление ядер урана-235 с испусканием мгновенных нейтронов.

Для выделения мгновенных нейтронов деления на фоне теплового нейтронного поля используются детекторы медленных нейтронов, экранированные кадмием, обладающим аномально высоким поглощением тепловых нейтронов.

Практически мы получаем поле мгновенных нейтронов от деления урана-235. По известному остоянному природному соотношению между изотопами урана-238 и -235 далее определяется содержание урана.

Этот алгоритм и заложен в физико-математическую основу метода КНД-М.

Данные КНД-М по двухзондовой методике могут быть использованы для оценки влажности, плотности и подсчета коэффициента глинистости руд песчано-глнннстого состава.

Первоначально идея КНД-М была реализована в аппаратуре ТСКУ-91, укомплектованной осважинным прибором ТСП-91 диаметром 75 мм.

В связи с необходимостью применен»- я метода для контроля за процессом подземного выще-^ащивания (ПВ). перед разработчиками быпа поставлена задача уменьшить диаметр скважинного прибора (СП).

Был уменьшен диаметр СП и доработана наземная часть каротажного комплекса. Каротажные комплексы АГА-102, укомплектованные аппаратурой ТСКУ-111 и скважинными приборами диаметром 63 мм - СПМ, позволили проводить работы методом КНД-М в технологических скважинах, при стандартной обсадке трубами ПНД 110x18.

Существенный недостаток этих приборов - отсутствие возможности регистрации данных по двухзондовой методике.

В настоящее время метод КНД-М в обязательном порядке используется во всех рудоуправлениях Навоийского горно-металлургического комбината (НГМК) при сооружении технологических скважин, в процессе отработки полигонов ПВ и на стадии контрольного бурения. При неоспоримых преимуществах метода КНД-М в использовании, в базовом варианте, аппаратурного решения, как для подсчета запасов урана, так и для мониторинга процессов ПВ на действующих полигонах •се же имеется ряд конструктивных недостатков в части скважинных приборов.

Во-первых, время наработки нейтронного генератора ограничивается 25-30 ч, что позволяет провести каротаж 20-22 скважин. Стоимость нейтронного генератора 3,5-4,0 тыс. долл. США.

Во-вторых, в связи с переходом на новые конструкционные матсриаш для обсадки скважин малого диаметра диаметр существующего скважинного прибора ограничит возможность применения метода.

Для расширения круга решаемых задач и в связи с использованием новых конструкционных материалов при сооружении скважин возникла необходимость разработки новой аппаратуры, обсс-

псчитающей увеличенную скорость каротажа. Необходима разработка и производство принципиально нового скважииного прибора КНД-М.

Задача для проектирования и изготовления опытного образца скважинного прибора диамет ром 43-48 мм, с выходом нейтронов от 10* и/с, скоростью каротажа до 300 м/ч и ресурсом нейтронного генератора до 200 ч, формулируется следующим образом:

1) определение мощности рудного тела с погрешностью не более 8 %;

2) диапазон измерения массовой доли урана в естественном залегании от 0,005 до 1,0 %, возможность оценки тсхногенно-псрсотложенных образований урана с содержаниями более 1,0 %;

3) порог чувствительности при изменении массовой доли урана не более 0.002 % абсолютной величины;

4) относительная погрешность измерения массовой доли урана не более 1С-15 %;

5) случайная составляющая погрешности измерения не должна превышать 10 %;

6) для вышспсрсчислснных условий принимается обобщенный минимальный метропроцент на инфильтрационных месторождениях урана при мощности пласта 4,0 м и среднем содержании металла от 0,005 %. Допустимая относительная погрешность определения подсчстных параметров выше базовых не должна превышать 5-8 %.

Кроме этого, необходима реализация следующих задач:

1) определение нейтронных параметров рудного пласта с целью детализированного литоло-гичсского расчленения рудовмещающего горизонта минимум по 5-6 градациям, с относительной погрешностью определения времени жизни нейтронов не более 2-3 %, при минимальной мощности литологичсских разностей рудовмещающего горизонта 0,3-0,5 м;

2) определение суммарного водородосодсржання в пласте (пористость) не хуже существующих гсолого-гидрологичсских методов, с относительной погрешностью не более 5-7 %;

3) расчленение рудовмешаюшей толщи по коэффициенту глинистости с минимальной мощностью пропластков 0,1-0,2 м, выделение непроницаемых пород с Км более 20 % и разделение проницаемых пород по коэффициенту фильтрации;

4) изучение возможности статистического группирования данных пространственно-временного спектра нейтронов с целью повышения точности определения урана в убогих рудах с большой мощностью пластов и высоким коэффициентом фильтрации.

По договору с HAK «Казатомпром», ОАО НПП "ВНИИГИС", ООО «ИНГЕО», ООО «Институт испытаний УГГГА» совместно разработали принципиально новую скважннную аппаратуру КНД-М.

Скважинная аппаратура КНД-М имеет следующие технические характеристики:

Длина прибора - 3500 мм Диаметр прибора - 48 мм Температура в скважине - от 0 до 60 °С Давление - не более 30 МПа

Питание скважинного прибора и обмен информацией - по трехжильному кабелю Обмен информацией - цифровой протокол «Манчестер-2» Генератор нейтронов - ИНГ101БПУ с выходом до 3x108 и/с.

Программное обеспечение аппаратуры КНД-М представляет собой пакет программ, служащих для регистрации, визуализации и записи на диск исходных временных спектров. Программа визуализации обеспечивает также управление скважинным прибором, изменение параметров вывода на экран, визуализацию технологических параметров (глубина, скорость, магнитные метки). В пакет с программным обсспечеашем входит также программа обработки исходных временных спектров по кривым спада тепловых нейтронов с расчетом времени жизни и начальной амплитуды сигнала. Программное обеспечение написано на языке С++.

В настоящее время скважинная аппаратура КНД-М проходит испытания на объектах HAK «Казатомпром».

Метрологическое обеспечение геофизических исследований скважин

Система добровольной сертификации геофизической продукции является одним из эффективных инструментов обеспечения качества геофизических услуг, предоставляемых российскими геофизическими предприятиями, и основой обеспечения их конкурентоспособности.

Испытательный центр геофизической продукции ООО «Уралгсостандарт» аккредитован в системе аналитических лабораторий Госстандарта на техническую компетентность и независимость и зарегистрирован в Государственном реестре под № РОСС.Яи.ООО 1.51466!.

Область аккредитации Испытательного центра геофизической продукции ООО «Ура1гсо-стандарт»:

1. Физические и коллекторские свойства горных пород в геологическом разрезе скважин: •одонасыщснная пористость; мощность экспозиционной дозы естественного гамма-излучения; объемная плотность горной породы; содержание естественных радиоактивных элементов калия, урана и тория; среднее время жизни тепловых нейтронов; удельное элсктрнчсскос сопротивление горных пород; удельная электрическая проводимость горных порол; интервальное время пробега упругих волн, коэффициент затухания упругих волн; температура; индекс свободного флюида; магнитная восприимчивость.

2. Техническое состояние скважины, качество цементирования обсадной колонны в скважине: плотность вещества в затрубном пространстве скважины; толщина стенки обсадной колонны скважины; интервальное время пробега упругих волн в скважине; коэффициент затухания упругих волн в скважине; зенитный угол, азимут скважины; радиус скважины, диаметр скважины.

3. Гидродинамические параметры пласта. жидкости в стволе скважины: давление; расхо-домстрия.

4. Состав и структура жидкости в стволе скважины: удельная электропроводность сква-жи иного флюида; влагосо. юржаиис нефти в скважине; плотность жидкости в скважине.

5. Свойства промывочной жидкости при бурении скважин: температура промывочной жидкости; плотность промывочной жидкости; уровень промывочной жидкости; содержание углеводородных газов в промывочной жидкости.

В составе Испытательного центра геофизической продукции ООО «Уралгсостандарт»: лаборатория МО ГДИ; лаборатория МО ПГИ; пстрофизнчсская лаборатория; участок по градуировке геофизической аппаратуры; метрологический полигон.

Испытательный центр оснащен гопречнмшмм испытательным оборудованием:

- калибровочная емкость с пресной водой, базовая поверочная установка нейтронного каротажа (БПУ-НК), комплект насыпных карбонатных и терригенных моделей горных пород НМГП-НК;

- базовая поверочная установка гамма-каротажа (БПУ-ГК), комплект для калибровки приборов спектрометрического гамма-каротажа;

- набор моделей объемной плотности (МОП);

- контрольно-калибровочная скважина для электрических методов каротажа, установка для калибровки аппаратуры электрических методов каротажа, магазин сопротивлений ЯЗЗ, тестовые кольца для аппаратуры индукционного каротажа;

- кондуктометр Ю1-ЗМ;

- установка для калибровки аппаратуры широкополосного акустического каротажа (ПУ-АКШ-АКВ);

- контрольно-калибровочная скважина для радиоактивных и акустических методов каротажа (ККС-2);

- установка испытаний скважинных приборов УИСП-ДТ;

- установка для калибровки методов гамма-гамма-цементометрни и толщиномстрии (УКМ-ГГЦ);

- инклиномстричсский стол УСИ-2;

- кольца для поверки каверномеров-профнлемеров;

- манометр грузопоршневой МП-600, манометр образцовый МО;

- калибровочная установка для скважинных расходомеров УПР-МЕГА;

- солевой раствор с концентрацией №С1 100 г/л;

- установка для калибровки скважинных влагомеров;

- образцовый термометр;

- набор ареометров, мерная емкость, образцовые смеси углеводородных газов, комплект калибровочных образцов. % Щ

Испытательным центром геофизической продукции ООО «Уралгеостандарт» в апреле 2004 г. я аттестованы по параметру водонасыщсниой пористости насыпные модели горных пород Метроло-| гического центра ЗАО ПГО «Тюменьпромгсофизика» (г. Мсгион). .Щ

Испытательным центром геофизической продукции ООО «Уралгеостандарт» согласованы^. ШМ им. Д. И. Менделеева Методические инструкции по прозедснию геофизических ксаЕе«

довании аппаратурой радиоактивного каротажа и обработке результатов измерений, разработант*й;£ истами ООО «Нефтегазгеофизика»:

с ВНИИМ дований аг

специалистами ООО «Нефтегазгеофизика... .

1) МИ 41-17-1396-04 «Инструкция по проведению спектрометрического гамма-каротаж^ аппаратурой СГК-1024 и обработке результатов измерений»; . / Щ

2) МИ 41-17-1397-04 «Инструкция по проведению нейтронного и гамма-каротажа аппаратур! рой СРК-42-220 и обработке результатов измерений»;

3) МИ 41-17-1398-04 «Инструкция по проведению нейтронного и гамма-каротажа аппаратурой СРК-73П и обработке результатов измерений».

Геологическое сопровождение горнорудных объектов, инженерно-геологическое обоснование горнорудных объектов и объектов гражданского и промышленного строительства

В Уральском государственном горном университете создана и работает Опытно-методическая экспедиция (ОМЭ).

ОМЭ были определены следующие основные задачи:

- геологическое сопровождение горнорудных объектов;

- инжснсрно-геологнчсскос обоснование горнорудных объектов и объектов гражданского и промышленного строительства.

Виды выполняемых работ по геологическому сопровождению горнорудных объектов:

- дистанционные методы;

- комплекс наземных геофизических работ;

- детальная литогсохимичсская съемка;

- экологическая съемка;

- поисковое, разведочное бурение;

- геофизические исследования в скважинах;

- проходка канав;

- изучение гидродинамики подземных вод (гидрогеологическая съемка, опытные кустовые откачки);

- рснтгснрадиомстричсскос опробование;

- геологические маршруты;

- минералогические, петрографические, пстрофизичсскнс лабораторные исследования;

- лабораторные, технологические исследования руд;

- подсчет запасов по участку и отдельным месторождениям;

- компьютерные технологии интегрированной системы геоинформационного управления территории.

Аппаратурно-методическое сопровождение:

- аккредитованная лабораторная база;

- наземная аппаратура КАМК «АЛМАЗ-1», каротажная станция «МЕГА»;

- скважинные приборы для выполнения полного комплекса геофизических исследований на твердые полезные ископаемые и в нефтегазовых скважинах;

- обработка гсолого-гсофизической информации и формирование ГИП на базе уникального обрабатывающего комплекса «Омега».

Производственные мощности: действующая опытно-методическая экспедиция, укомплектованная квалифицированным персоналом, оснащенная новейшим оборудованием и техникой.

Работы выполняются в объемах, соответствующих геологическому заданию, но в более короткие сроки и с сокращением затрат от 20 до 25 % за счет использования современного оборудования и новейших технологий обработки информации.

Виды выполняемых работ по инжснсрно-гсологичсскому обоснованию горнорудных объектов и объектов гражданского и промышленного строительства:

- решение инженерно-геологических задач устойчивости фунтов в основании инженерных сооружений;

- решение гидрогеологических задач подземного водоснабжения и водоотведення;

- решение инжснерно-гсологичсских и гидрогеологических задач устойчивости горных массивов при открытом и подземном способах разработки месторождений полезных ископаемых;

- диагностика порывов в сетях тепле-, водоснабжения и канализации, просадок и нарушений в зданиях и сооружениях;

- решение комплекса горно-экологических задач.

ООьемы рабос

- горные массивы в основании проектируемых инженерных сетей и сооружений;

- горные массивы, вмещающие месторождения полезных ископаемых;

- объекты подземного водоснабжения и водоотведення производственных и социальных комплексов;

- городские агломерации и объекты промышленного и бытового загрязнения подземного пространства горных массивов природных и социальных комплексов;

- научные исследования в области гсрно-геологнческого направления.

Методы решения основаны на фундаментальном научном обосновании взаимосвязей геофизических, геомеханических и гидрогеологических полей, явлений и параметров горных пород и массивов. При решении общенаучных и конкретных задач горного производства применяется комплекс лабораторного, компьютерного и натурного моделирования совокупности закономерного изменения геофизических, гсомсханнчсских и гидрогеологических полей, явлений и параметров горных пород и массивов.

Оригинальные методики работ:

- компьютерное моделирование развития геофизических, гидрогеологических и гсомсханнчсских явлений о горных массивах при проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений;

- оценка подвижности грунтов в основании ответственных инженерных сооружений;

- анализ устойчивости бортов карьеров прогнозом вероятных гсомсханнчсских явлений;

- диагностика устойчивости грунтов в основании инженерных сооружений карстующихся и подработанных территорий;

- геофизическое моделирование и мониторинг геомеханических и гидрогеологических явлений при открытом и подземном способах добычи полезных ископаемых;

- лабораторное моделирование комплекса геомеханических, геофизических и гидрогеологических полей, явлений и параметров;

- инженерно-геологические и геофизические поисково-разведочные работы при водоснабжении и водоотведении природных, производственных и социальных комплексов;

-определение порывов и просадок инженерных сетей.

ОМЭ укомплектована высококвалифицированными специалистами, учеными. Работы выполняются качественно и в сжатые сроки.