GEOFYZIKÁLNI MERENI VE VRTECH - KAROTAZ (WELL LOGGING) • ZÁKLADNI ÚDAJE • ROZDĚLENÍ METOD • ZÁKLADY JEDNOTLIVÝCH KAROTÁŽNÍCH METOD • VOLBA KOMPLEXU KAROTÁŽNÍCH METOD ZÁKLADNI ÚDAJE O KAROTAZI Zdroj i přijímač v tomtéž vrtu (na rozdíl od vrtních variant geofyzikálních metod nebo seismokarotáže) Hloubkový dosah (kolmo na stěny vrtu, 90 % signálu) v průměru první desítky cm . Měření: automatické karotážní soupravy namontované v automobilech digitální záznam el. signálu, karotážní křivky doplněné časovými a hloubkovými značkami Blokové schéma karotážní soupravy při práci v terénu / - karotážní sonda; 2 - karotážní kabel; 3 - vrátek; 4 - zapouStěcí kladka; 5 _ fotoelektrický snímač impulsů; 6 - měrné kolo; 7 - krokový motor; 8 - snímač hloubkových značek; 9 - hloubkové značky na kabelu; 10 - karotážní záznam; 77 - hloubková značka na záznamu; 72 - časová značka FLP-2492 Sciinner iimoellerl Flow Meter *^-^a^- - —fe^-^ m FAC40 Acoustic Televiewer 2PEA- 1000 8/16/32/B4" Normal Resistivitv Většina karotážních metod jsou ekvivalenty povrchových měření Menší skupina speciálních metod pouze pro měření ve vrtech povrchové - bodově, karotáž - spojitě Měřicí sondy i zdroje jsou technologicky náročnější než u povrchových měření: • omezený prostor • zajištění kontaktu se stěnou vrtu • odolnost vůči vysokým teplotám a tlakům u hlubokých vrtů Kalibrace karotážních sond Rušivé vlivy: • vliv výplachu • hraniční efekty vliv pažnic ROZDELENÍ METOD I. Metody zjišťující vlastnosti hornin v bezprostředním okolí vrtu II. Metody zjišťující vlastnosti vrtu (případně strukturní poměry v jeho bezprostředním okolí) nebo vlastnosti výplachu I. Metody zjišťující vlastnosti hornin Dělení vychází z typu použitého fyzikálního pole: 1. ELEKTROKAROTÁŽNÍ METODY • odporové • elektrochemické 2. ELEKTROMAGNETICKÉ KAROTÁŽNÍ METODY 3. METODY JADERNÉ KAROTÁŽE 4. AKUSTICKÉ A ULTRAZVUKOVÉ KAROTÁŽNÍ METODY II. Metody zjišťující vlastnosti vrtu nebo výplachu 1. METODY ZJIŠŤUJÍCÍ GEOMETRICKÉ PARAMETRY 2. MĚŘENÍ FYZIKÁLNÍCH VLASTNOSTÍ KAPALIN VE VRTU Odporová karotáž Nejstarší karotážní metoda (1927, Marcel a Conrad Schlumberger) Konstanta uspořádání - koef. 4n Písčité sedimenty: výplach proniká do hornin v okolí vrtu • výplachová kůrka (pmc) • zaplavená zóna (pxo) • zóna průniku (pj) neovlivněné horninové prostředí (pt) Obr. 381. Řez propustnou vrstvou zastiženou hlubinným vrtem (podle Schlumbergera, 1968) / - měrné odpory jednotlivých prostředí; 2 - měrné odpory vod vyplňujících póry jednotlivých prostředí; 3 - vodonasycenost jednotlivých zón; H - mocnost vrstvy; hme - tloušťka výplachové kůrky; d - průměr vrtu; ť/t - průměr promyté zóny; D{ - průměr zóny průniku Tříelektrodové sondy: potenciálové gradientově výsledky pouze kvalitativní (nezískáme skutečnou hodnotu měrného odporu) Boční karotážní sondování BKS - obdoba povrchového VES: několik měření se sondami různé délky Boční karotáž (pomocné elektrody k fokusaci proudových linií -tzv. laterolog) LL3, LL7 větší hloubkový dosah, měří se hodnoty blízké skutečnému měrnému odporu Odporová mikrokarotáž: měření parametrů zaplavené zóny mikropotenciálová sonda Ramp mikrogradientová sonda Ramg detailní členění vert.profilu, měrný odpor zaplav.zóny lil Ra, A N 0 Ro,d20°Qm T 1 M Pili J.SP1 50rriV A G M P ! ' 2Ô0Dm *^ B, NI p>----- B0 SI PJLo »T i sí b) c) 3 rr ' ■ ■ j R°U7 --r--i r 2000m ' TOOODm Ra Ra mp r Oj d) 200Qm 06r. 75. Nejběžnější varianty odporové karotáže a charakter odporových křivek a) odporová karotéž potenciálovou sondou, b) gradientovou sondou dolní (plná čára) a horní (čárkovaná), c) sedmielektrodový laterolog, d) odporová mikrokarotáž (mikrolog) Z — stabilizovaný zdroj střídavého proudu, O — registrační galvanoměr, i? — zdroj a regulátor pomocného proudu (LL7), L — délka sondy, O — bod zápisu; d — průměr vrtu, rf< — průměr zaplavené zóny, Di — průměr zóny průniku, 1 — prachovce až jílovce, 2 — pískovce, 3 — vápence Metoda vlastních potenciálů SP difúzně adsorpční a filtrační procesy - vrty v sedimentárních horninách (záporné anomálie SP) oxidačně redukční procesy - vrty v rudní prospekci měří se s potenciálovým nebo gradientovým uspořádáním Metoda elektrodových potenciálů EP identifikace rudních minerálů s elektronovou vodivostí Zn elektrody, kladné anomálie několik set mV Proudová karotáž KK Tzv. metoda klouzajících kontaktů: elektroda A ve vrtu, B uzemněná na pažnici Rudní ložiska - zvýšení proudu Nerudy (jíly, vápence) o) b) c) Obr. 74. Projev sulfidické rudní polohy na záznamu vlastních potenciálů SP (a), gradientu vlastních potenciálů SPg (b), elektrodových potenciálů EP (c) a klouzajících kontaktů KK (d) M, N — mořicí elektrody, A, B — proudové elektrody, O — registrační galvanoměr, mA — miliampérmetr, Ba — anodová baterie, iř0 — kontrolní odpor (1 Q), Re — reostat Metoda vyzvaných potenciálů VP Zdrojový proud má charakter impulsů o nízké frekvenci, měří se odporové měřění a VP Použití: rudní prospekce (vtroušené zrudnění) ložiska černého uhlí N A M Ä b V77777777777MT' At/VP(A-) AÍ/VP(A+1 t-n-1-1- 125 250 mv I í Obr. 7G. Schéma současnéhQ moření VP a Ra a záznamy A (7vp z průzkumného vrtu na uhlí při kladné i záporné polarite elektrody A 1 — uhelné sloje, 2 — pískovce (ve zbývající části vrtného profilu se vyskytují jílovce a prachovce), O — registrační galvanoměr, Ba — zdroj proudu, mA — miliampérmetr, Re — reostat pro regulaci proudu, K — komutátor ELEKTROMAGNETICKÉ KAROTAZNI METODY Měření magnetické susceptibility KMS Sondou se třemi cívkami (zdrojová, registrační, kompenzační) se měří magnetická susceptibilita s přesností 10-4 (SI) -rozlišení litologického profilu v krystalinických horninách -magnetit ve skarnových ložiskách Indukční karotáž IL Sonda: cívka zdrojová, cívka registrační, cívky pomocné (fokusace elmg.pole) Zjišťuje se měrný odpor ■ vrty bez výplachu nebo s nevodivým výplachem horninové prostředí s nízkým měrným odporem (do 100 Qm) Elektromagnotické karotážuí metody a) principiální schéma přístroje a charakter záznamu magnetické susceptibility na magnetitovém ložisku, b) charakter záznamu indukční karotážo v sedimentárních horninách jjX — budicí cívka, L2 — mořicí cívka, Lk — komponzafiní cívka, OS — budicí osoilátorř Zx% Zx — zesilovače, F — kohorentní filtr, FD — fázový demodulator, O — registrační galvanomôr, ST — stabilizátor, ZD — zdroj proudu, 1 — magnetit, 2 — migmatity, 3 — jílovce, á — pískovoo, 5 — vápence Dielektrická karotáž DK Sonda - válcový souosý kondenzátor zapojený do rezonančního obvodu změna relativní permitivity (= dielektrické konstanty) vyvolá změnu frekvence a změnu napětí na výstupu Rozlišení ropa (sr = 3) - voda (sr = 80) METODY JADERNE KAROTAZE pasivní (záření přirozených prvků) aktivní (měří se uměle vybuzené záření, nevzniká nový izotop) aktivační (měří se záření izotopů vzniklých při ozáření horniny) Gama karotáž GK (pasivní) Měření úhrnného záření gama - expoziční příkon přirozeně radioaktivní prvky (U, Th, K) v hornině Spektrální gama karotáž SGK (pasivní) Stanovení obsahu jednotlivých radioaktivích prvků hlavně v rudním průzkumu (radioaktivní suroviny) Gama-gama karotáž GGK (aktivní) - hustotní GGK-H : registruje se rozptýlené gama záření ovlivněné Comptonovým rozptylem oprava na průměr vrtu (kavernometrie), výsledkem stanovení hustoty, pórovitosti, speciální aplikace - selektivní GGK-S : registruje se sekundární záření vzniklé fotoefektem ke stanovení obsahu těžkých prvků (Ba, Sb, Pb), popelnatosti uhlí Rentgenofluorescenční karotáž RFK (aktivní) Selektivní stanovení těžkých prvků - rudní průzkum Gama-neutron karotáž GNK (aktivní) Stanovení berylia na základě specifické jaderné reakce citlivá metoda, použitelná k výpočtu zásob Be rud Neutron-neutron karotáž NNK (aktivní) Zdroj rychlých neutronů, měří se hustota toku neutronů po zpomalení v horninovém prostředí - stanovení pórovitosti (vodík účinně zpomaluje neutrony) - charakter sycení kolektorů - obsah B, Cl, Mn, Hg, prvků vzácných zemin v horninách Neutron - gama karotáž NGK (aktivní) Radiační záchyt neutronů, varianta integrální a spektrální stanovení pórovitosti (integrální) stanovení kontaktu plyn-ropa, plyn-voda (integrální nebo spektrální) stanovení obsahu některých prvků Cl, Ni, Fe, Cu, Ti, Mn (spektrální) Neutronová aktivační karotáž NAK (= neutronová aktivační analýza NAA) (aktivační) Sledovaný prvek se vlivem neutronového záření zdroje mění v radioaktivní izotop, jehož charakteristické záření se měří Stanovení obsahu Cu, Mn, Al, Si, F a kontaktu ropa-slaná voda (obsah Cl, Na) Metody jaderné karotáže a charakter karotážních záznamů a) gama karotáž, b) neutron—neutron karotáž, c) rentgenofluorescenční karotáž 2 — detektor (bod zápisu), 2 — zdroj vysokého napětí, 3 — prvý zesilující stupeň, 4 — druhý zesilující stupeň, 5 — tvarovací obvod, 6 — integrační obvod, 7 — stabilizovaný zdroj stejnosměrného proudu, 8 — izotopový zdroj (24lAm—Be pro NNK, 109Cd pro RFK), g — stínění mezi detektorem a zdrojem, 10 — kolimační kanálky, 11 — přítlačná pružina, 12 — amplitudový analyzátor impulsů, O — karotážní zapisovač, I — jílovce, II — pískovce, III — vápence, IV — migmatity, V — Cu zrudnění AKUSTICKÉ A ULTRAZVUKOVÉ KAROTAZNI METODY Akustická karotáž AK Frekvence 10 až 40 kHz, měří se převrácená hodnota rychlosti šíření elastických vln v hornině stanovení pórovitosti, vyčlenění uhelných slojí Akustický cementoměr AC Sledování kvality spojení cementu s pažnicí (podle amplitudy elastických vln) Ultrazvukový profiloměr Měřicí sonda s otočnou hlavicí, stanovuje se tvar kaverny v řezu kolmém na osu vrtu. Ultrazvukový televizní systém Měří se za pohybu, rychle rotující zdrojová hlavice Amplituda směrovaného signálu odraženého od stěny vrtu s zaznamenává a současně se obraz stěny vrtu promítá na obrazovce Akustické a ultrazvukové karotážní metody a) schéma akustické karotáže a charakter karotážniho záznamu, b) záznam akustickým cementomôrem z vrtu, kde pouze ve spodní části existuje dobrý kontakt mezi pažnicí a cementovým prstencem, c) schéma ultrazvukového proťilometru a charakter záznamů na obrazovce oscilografu pro tři různé hloubky y — vysílač akustických nebo ultrazvukových impulsů, PÍ9 P2 — přijímače akustického signálu, I — akustický izolátor, Si* Si — signál z prvého a druhého přijímače, E^t — elektrické obvody umožňující měřit časový rozdíl Aí mezi příchodem elastického impulsu k prvému, a druhému přijímači, EA — elektrické obvody umožňující měřit poměr amplitud A2IA1 signálů z druhého a prvého přijímače, ZD — zdroj proudu, 0 — oscilograf 1 — prachovce, 2 — pískovce, 3 — vápence, 4 — prostor mezi stěnou vrtu a pažnicí vypi n-V,v pomcntom METODY ZJIŠŤUJÍCÍ GEOMETRICKÉ PARAMETRY Kavernomerie KM Sonda= kavernometr, sledují se změny v průměru vrtu pravidelná součást komplexu karotážních metod Inklinometrie IM Inklinometry různé konstrukce, měří se odklon vrtu od vertikály a azimut odklonu v závislosti na hloubce měřené podél vrtu Stratametrie SM Sonda - kombinace kavernometru, inklinometru s nepřetržitým zápisem a tří až čtyř mikroelektrodových systémů s fokusací proudu Vyhodnocení na počítači - grafický výstup: sklon vrstev směr sklonu vrstev a) b) Karotážuí metody zjišťující geometrické parametry a) zjednodušené elektrické schéma odporového inkUnometru s magnetkou, b) schematické znázornení stratametru a křivek, které se při stratametrii registrují Rx — potenoiometr. jehož jezdec je ovládán závažím, i?a — potenoiometr, jehož jezdec jo ovládán magnetkou, ifj — potenoiometr povrchového panelu, na kterém Otem© odklon ô nebo azimut (p při nulové výchylce miliampérmotru mA% ľ — relé umožňující mořit jednou odklon vrtu, podruhé azimut odklonu, Afi až M* — elektrodové systémy stratametru, ô — odklon vrtu od vertikály*