diplomski rad.pdf

DIPLOMSKI RAD Mjerenja pri izradi buotina

1

TEHNIKA I TEHNOLOGIJA BUENJA I i II Adam Avdi

1. UVOD

Buotina je najkrai i najjeftiniji pristup geolokim naslagama koje se istrauju u razliite namjene. Izrada buotina jedinstvena je prilika za dobijanje uzoraka stijene (jezgrovanjem), mjerenje promjena temperature, pritiska fluida i brojnih drugih mehanikih, fizikih i hemijskih osobina tla i stijena. Uzorci dobijeni za vrijeme buenja i vrijednosti izmjerene u buotini biljee se i analiziraju radi utvrivanja zahtjevanih podataka istranim radovima.

Pored opaanja u buotini tokom njene izrade, i u ranije izvedenim buotinama, preporuuju se brojna mjerenja na postrojenju za buenje tokom izrade buotine radi pravovremenih promjena reima buenja. Podaci ovih mjerenja manometrom, drilometrom, tahometrom osnova su za odluivanje o nunim tehnikim intervencijama u buotinama zbog izbjegavanja eventualnih havarija.

Instrumente za razliita mjerenja na buaem postrojenju posada mora odravati u

besprijekornom stanju. Odravanje ovih ureaja i laboratorijskih pomagala mora se povjeriti struno osposobljenoj osobi. Redovnu kontrolu ovih ureaja treba biljeiti u posebnim knjigama. Oprema i ureaji za mjerenje otklona buotine, elektrokarotana mjerenja, sloenija laboratorijska pomagala za ispitivanje svojstava isplake i drugi aparati koji se povremeno koriste na buotini mogu biti stalno na postrojenju ili kod posebnih specijalizovanih ekipa, koje pravovremeno obavljaju zahtjevane usluge na vie buaih postrojenja.

Ako se raspolae dovoljnom koliinom novca i vremena, mogue je utvrditi gotovo sve geoloke osobine terena koji se istrauje buotinama, a poto su i vrijeme i novac gotovo uvijek ogranieni, istraivanja se moraju usmjeriti prema dobivanju pokazatelja relevantnih za rjeavanje definirane zadae.

Mjerenja i ispitivanja koja se obavljaju pri izradi buotine mogu se svrstati u nekoliko grupa, a to su:

1. mjerenja na buaem posrojenju; 2. mjerenja nivoa vode u buotini i dubine buotine; 3. mjerenja otklona kanala buotine; 4. geofizika mjerenja u buotinama (geofiziki karota) koja se sastoje od raznih vrsta

mjerenja kao to su: mjerenja temperature u buotini, geometrije buotine, geoelektrinih svojstava buotine, nuklearnih mjerenja, akustinih ispitivanja i dr. vrsta mjerenja i

5. geotehnika ispitivanja u buotini.

DIPLO

2.

OsdrilomDrilompritiskbroja o

Slika1 -

mem

Indmetodbuenjtaki tmase. upute nulto oveliinradne

Tosavladdijagrabuenj

OMSKI RAD

MJEREN

snovni ureametar, shemametar se saska u isplanookretaja rota

a 2.1: Shema dr mrtvi kraj nos

mbrane transfoho

dikator masdom. Indikatja. PostavljatransformieIspravnost iproizvoaaoptereenje,na predstavljipke.

orziometromdavanje otpoamski registja. Torzijsko

NJA NA B

aj za kontroatski prikazastoji od sljedom sistemu,acijskog stola

rilometra (a), pseeg ueta, 2 -ormatora pritisodova klipa isp

se jedan je tor mase om

a se na mrtve zategnutosinstrumenataa instrumena, nego pokazja masu pom

m se mjere tora rotaciji butrovati na lino naprezanje

BUAEM

olu procesa ban na slici 2deih instru, dva torzioma (tahometar

a.

poloaj transfo- indikator masska na optereeplane pumpe,

od najvanmoguava p

vom kraju bust buaeg ua treba odrata. Kazaljkazuje vrijedn

minog kotur

torzijska nauaih alatknijskom drilo

buaih ipk

M POSTR

buenja koji2.1. proizvo

umenata: indmetra, mjerar).

ormatora pritisse, 3 - spajanjeeno ue, 5 i 6 -9 - mjera broj

ijih mjernihpraenje raduaeg uetaueta u prit

avati, a vrija indikatora ost od 4 do ra kuke sa st

aprezanja buki. Vrijednosometru i uspki odreuje

ROJENJU

i se nalazi nodnje ameridikator masea broja hod

ska i nain spaje transformatotorziometar, 7

oja okretaja rot

h insrtumenada i opterea iznad samtisak na posednost skalemase obino5 podioka k

tremenima i

uaih ipki,sti promjena pjeno upotrse pomou i

Mjerenja

na povrini ke firme e buaih aldova klipne

b.

janja na mrtvora pritiska na

7 - manometar,tacijskog stola.

ata pri bueenje bua

mog sidrita, sebnu membe redovno iso nije na nulkod tzv. uvjelevatorom

, koja su potorzijskih m

rijebiti za poizraza:

pri izradi bu

terena nazivMartin Declatki, manompumpe i mj

om kraju ueta ue, 4 - oslona 8 - mjera bro.

enju rotacijsih alatki to

tako da se branu indikspitivati koriltom poloajjetne nule, a, isplane gl

osljedica silmjerenja mogoboljanje re

otina

2

va se ker.

metar mjera

(b) ac oja

skom okom u toj

katora istei u za

a ova lave i

le za gu se eima

DIPLOGdje s

Ur

postrojdjelotvnapred

SaRadijaPointspumpe

Uppostrojpostrojopterefluida,Odrepostrojoprem

OMSKI RAD

su:

reaj na komojenja nazivavornosti raddovanja bue

ati na drilogralne su linijes) poinje ode i skala zakr

pravljaki skojenja. Pomojenja. Za seenja na kuk, nivoa ispleni parameojenja za nama na glavnom

me se regista se drilograda. Posebnoenja u razlii

ramu su rade podijeljened oboda preretnog mom

klop, kontrolmou upravlsamo buenjki, optereenlake u bazeetri reima aknadnu konm buaem p

truju podaciam (slika 2.2o je vrijednitim naslaga

Slika

dijalnim linije koncentrinma sreditu

menta (Torqu

lna i regulacljakog sklo

nje bitni su nja na dlijetenima i gusbuenja i

ntrolu postupostrojenju p

o reimu b2). Drilogramno uspored

ama.

a 2.2: Drilogra

jama podijelnim krugovidrilograma

ue) poinju o

cijska opremopa moe

ureaji za tu, momentastine isplakerada postro

upaka. Upraprikazani su

buenja ostvm omoguujiti podatke

am.

ljeni na 4 diima. Skala k. Skala pritid sredita pr

ma na buaese upravljkontrolu p

a torzije. Uz e omoguujojenja ispisuavljaki sklou na slici 2.3.

Mjerenja

varenom tokuje analizu p

sa drilogr

ijela od po koja oznaaviska (mud-prrema obodu

em postrojenati skoro

primjenjene to kontrola

ju siguran ruju se cijelop, kontroln.

pri izradi bu

kom 24 sata procesa buerama s brzi

15 minuta sva mase (Weressure) ispldrilometra.

nju je kljunsvakim dijsnage, pritkoliine pro

rad pri bulo vrijeme

na i regulac

otina

3

rada enja i inom

vaki. eight-lane

ni dio elom tiska, otoka enju. rada

cijska

DIPLO

OMSKI RAD

Slika 2

2.3: Upravljak

ki sklop, kontro

olna i regulacij

jska oprema bu

Mjerenja

uaeg postroj

pri izradi bu

jenja.

otina

4

DIPLO

3.

Duduinaposebnzdenciprikazjednog

1 ulas

Urbuotina dnpodjel

OMSKI RAD

MJEREN

ubina buotina alatki kojenih osvajanjima, koriste

zana je shemg takvog ure

- dvoini kabka sonde u vod

reaj prikazne, pri emu

no buotine lom, na kojoj

NJE NIVO

ne i dubina e se pritom a i probnih pse posebni

ma i princip daja.

Slika 3.1: Shbl, 2 - bubanj zdu, 4 - akumula

Slika 3.2: P

an na slici u nema svjet

osjeti opaj oita ukup

OA VODE

nivoa isplakkoriste. Ka

pumpanja voinstrumenti

djelovanja je

a.

hema elektrinza namotavanjeator, 5 - voica

Prikaz ureaja

3.1. moe tlosnog signaa drei nu duinu bu

E U BUO

ke prati se toada se isplakode iz vodonza tano mj

ednog elektr

nog dubinometre potrebne dua sa izolacijskim

a za mjerenje d

se uspjenoala niti pomau ruci dvouotine.

OTINI I DU

okom buenjka u optokunodsnih stije

mjerenje dubiinog dubin

ra (a) i principine kabla, 3 - sm namotajima,

dubine nivoa vo

o koristiti i aka kazaljkeini kabal

Mjerenja

UBINE BU

ja i biljei tau znaajnije ena u istranine nivoa voometra, a na

b.

p djelovanja (b)svjetlosni ili nu, 6 - ogoljeni d

ode u buotini.

za mjerenjee na skali. Na

sa oznaen

pri izradi bu

UOTINE

anim mjeregubi i prili

nim buotinaode. Na slicia slici 3.2. p

) umeriki pokazdio kabla - sond

e ukupne dualijeganje vonom metars

otina

5

E

njem ikom ama i i 3.1. rikaz

ziva da.

ubine oice skom

DIPLO

Dutraci s

Poukupnmogu pomagmjerendubine

1 - rusta

OMSKI RAD

ubina nivoa a podjelom (

Slika 3.1 - bubanj za

ostoje i brojnne dubine bu

se uz manjegala moguenja nivoa voe nivoa vode

Slika 3.4: Suna pumpa zatiki nivo vode

vode moe (slika 3.3), k

a. .3: Shema zvidnamotavanje t

ni drugi posuotine. Savre adaptiranje

e je izraditi node i ukupne u buotini p

Shema mjerenja zamjenu vodee, 6 - zrane cij

se mjeriti i koja zvunim

daljke za mjeretrake, 2 - ruic

stupci i pomremeni instre primjeniti

na samom terne dubine bupomou man

ja dubine nivoae u cijevi zrakojevi, 7 - dno zra

posebno kom putem sign

b.

enje dubine nivca za namotava

magala za mjrumenti za m

za uspjenorenu ili u priuotine. Na nometra i ru

a vode u buotiom, 2 - ventil, 3anih cijevi, 8

onstruisanomnalizira dubi

voa vode (a) i panje, 3 - traka s

jerenje dubimjerenje dubo mjerenje dirunoj radioslici 3.4. pne pumpe.

ini pomou ru3 - manometar,- visina nivoa

Mjerenja

m zvidaljkoinu nivoa vo

prikaz zvidaljs podjelom, 4

ine nivoa pobine rijeka idubina u buonici i uspjeprikazana je

ne pumpe i ma, 4 - obujmica zvode iznad dna

pri izradi bu

m objeenomde u buotin

ke (b) zvidaljka.

odzemene voi morskih duotinama. Brno ih koristshema mje

anometra zranih cijevi, a zranih cijev

otina

6

m na ni.

ode i ubina rojna titi za renja

5 - vi.


7


Pri probnim crpljenjima iz podzemnih vodonosnika mjeri se koliina vode razliitim normiranim preljevima, blendama (orriface-plate), vodometrom (flow-meter) i drugim jednostavnim postupcima. Na slici 3.5. prikazan je jedan od brojnih ureaja koji se koriste za mjerenja vertikalnog toka vode u buotini pri istraivanju podzemnih voda.

a. b. c.

Slika 3.5: Shema mjerenja protoka vode u buotini (a), detalj krilca (b), prikaz mjeraa protoka sa protonim krilcem (c)

1 - ulaz podzemne vode u buotinu, 2 - mjera protoka sa protonim krilcem, 3 - ulaz vode u gornji vodopropusni sloj, 4 - statiki nivo vode, 5 - vie-ini kabl, 6 - kolotura, 7 - vitlo, 8 - papir na kojem se

dijagramski biljei promjena protoka vode po dubini buotine.

Pojave podzemne vode u buotini lake su ili tee uoljive pri razliitim varijantama metoda buenja. Jednostavnije je utvrditi pojavu i kvalitetu podzemne vode u buotini koja se izvodi udarnom metodom buenja, nego je to sluaj sa rotacijskom metodom buenja. Redovnim ienjem dna buotine kaikom kod udarne metode buenja mogu se uzeti uzorci vode i poslati u laboratoriji na ispitivanje. Kod rotacione metode buenja uzorci vode se uzimaju za laboratorijska ispitivanja tek nakon osvajanja buotine. Ovakvi uzorci vode su viestruko skuplji u odnosu na predhodne.

Za detaljnije laboratorijske analize podzemne vode uzimaju se uzorci vode iz slobodnog preljeva kod artekih buotina, a iz izljevnih cijevi u sluaju kada pumpa crpi vodu. Ako je nivo vode ispod ua buotine, u buotini bez pumpe, uzorak vode je mogue dobiti posebnim postupkom pomou opreme prikazane na slici 3.6.


8


a. b.

Slika 3.6: Shema uzimanja uzoraka vode iz razliitih dubina buotine (a), detalj zatvaranja posude (b)

1 - tanko elino ue (2 mm), 2 - gornji ep, 3 - aluminijska cijev, 4 - centrirajue voice aluminijske cijevi, 5 - donji ep, 6 - statiki nivo vode.


9


4. MJERENJE OTKLONA KANALA BUOTINE

Trajektorija izvedene buotine u praksi se nikad ne poklapa sa projektovanom trajektorijom. Tokom buenja uvijek doe do manjeg ili veeg skretanja (otklona, devijacije) buotine od zadanog pravca. Ukoliko je devijacija znatna, naroito kod dubljih buotina, ona moe ugroziti zavretak buenja, a kod zavrene buotine ukoliko nije mjerena moe onemoguiti ispravnu geoloku interpretaciju istraivanog leita. Uzroci devijacije buotine su brojni i oni mogu biti svrstani u dvije osnovne grupe:

geoloki i tehniko-tehnolki uzroci devijacije.

Geoloki uzroci devijacije buotine uglavnom se mogu svesti pod anizotropiju stijenskog masiva koji se bui. Kao geoloki uzrok devijacije buotine moe se navesti primjer kada buotina prelazi iz mekeg stijenskog masiva u tvri sloj, a shematski prikaz krivljenja buotine koje se deava izazvano ovim sluajem prikazano je na slici 4.1.

Slika 4.1: Shema skretanja buotine pri prijelazu iz meke u tvru stijenu

Pri prelazu iz meke stijene (A) u tvru stijenu (B) skretanje je uvijek ka tvroj stijeni, a ono je uzrokovano razliitim napredovanjem buae krune ili dlijeta u slojevima razliite tvrdoe. U mekem sloju (A) napredovanje je vee nego u tvrem sloju (B), to ima za posljedicu zakoavanje krune ili dlijeta za ugao ().

Tehniko-tehnoloki uzroci devijacije buotine su brojni i na njih se moe uticati. Najei uzroci devijacije iz ove grupe su: builica nije stabilno postavljena, loe postavljena uvodna kolona cijevi, upotreba krivih buaih ipki, upotreba kratkih jezgrenih cijevi, nepravilno navrtanje dijelova u koloni buaeg alata, neusklaenost prenika buaih ipki sa


10


prenikom buenja i neodgovarajui reim buenja, naroito, neadekvatna sila pritiska na dno buotine.

Prije ugradnje zatitnih i eksploatacijskih cijevi preporuljivo je mjerenje otklona tj. devijacije osi buotine od vertikale. Obino se tolerie otklon manji od 2 % dubine buenja, meutim, (tehnike) buotine koje se usmjeruju u odreenu podzemnu prostoriju manjih dimenzija zahtijevaju dodatne pripreme za minimalno odstupanje od vertikale, odnosno projektovanog smjera. Otklon kanala buotine se mjeri u odreenim rastojanjima koja su najee 25, 50 ili 100 metara. Manje rastojanje obezbjeuje veu tanost interpretacije prostornog poloaja buotine. Kod tehnikih buotina, u nekim sluajevima, ova rastojanja mogu biti i manja (nekoliko metara). Na slici 4.2. prikazana je shema ureaja za mjerenje otklona pliih buotina od vertikalne osi i shema ureaja za mjerenje otklona dubljih buotina od vertikalne osi.

a. b.

Slika 4.2a: Shema ureaja za mjerenje otklona od vertikale u pliim buotinama

1 - stremen, 2 - voica sa mogunou podeavanja, 3 - tanko ue za visak, 4 - dijagram otklona, 5 - drugi poloaj viska (mjerenja), 6 - detalji viska i vjealice u centru, 7, 8 i 9 - detalji voice i ureaja za

centriranje viska kod ua buotine Slika 4.2b: Shema ureaja za mjerenje otklona dubljih buotina od vertikalne osi

1 - kuite viska, 2 - kuite satnog mehanizma, 3 - visak, 4 - dijagram otklona, 5 - spoj kuita viska i satnog mehanizma, 6 - otvor za kontrolu rada satnog mehanizma, 7 - otvor za oitavanje vremena, 8 - glava za

navijanje.


11


4.1. Ureaji za mjerenje otklona buotine

Ureaj za mjerenje otklona buotine naziva se inklinometar (inclinometer, slope inclinometer, probe inclinometer, slope indicator). Inklinometar shematski prikazan na slici 4.3. sadri senzor koji mjeri otklon njegove osi od vertikale. Inklinometarska cijev se ugrauje u buotinu, a prostor izmeu cijevi i stijene se injektira cementno-bentonitnom injekcijskom smjesom. Inklinometri se proizvode kao vertikalni za mjerenja u priblino vertikalnim cijevima i horizontalni kada se cijev postavlja vodoravno. Kabl, sonda i kolut za sputanje i povlaenje kabla na kojem visi sonda prikazani su na slici 4.4.

Slika 4.3: Shema inklinometra - mjeri otklon cijevi od vertikale (prospekt firme Slope indicator) 1 - kabl s kojim se inklinometar sputa i povlai iz buotine, 2 - inklinometar, 3 - inklinometarska cijev.

Slika 4.4: Kabl, sonda i kolut za sputanje i povlaenje kabla na kojem visi sonda (prospekt firme Slope indicator).


12


Postoji vie razliitih konstrukcija ovih instrumenata, a svi se mogu svrstati u dvije osnovne grupe:

monoinklinometri i multiinklinometri

Monoinklinometri omoguavaju mjerenje otklona buotine u samo jednoj taki buotine. Poslije svakog mjerenja aparat se izvlai na povrinu radi oitavanja izmjerene devijacije. Multiinklinometri omoguavaju mjerenje devijacije u vie taaka u toku jednog sputanja u buotinu. Multiinklinometri su sloeni ureaji koji imaju dva osnovna sklopa: kameru sa satnim mehanizmom i ugaonu sekciju. Aparat radi tako to fotokamera u odreenim vremenskim intervalima snima ugaonu sekciju. Sa snimka se mogu oitati ugao pada i azimut. U kuite kamere smjetaju se baterije koje slue za pogon elektromotora koji pokree film i za osvjetljavanje ugaone sekcije u momentu snimanja. Satni mehanizam ima funkciju da u odreenim vremenskim intervalima ukljuuje kameru koja pravi snimke ugaone sekcije. Na povrini se podeava u kojim e intervalima ukljuivati kameru. Najee se snimci prave nakon svakog minuta. Zato je za vrijeme rada veoma vano znati u kojem su vremenu obavljane koje radne operacije. Kod buenja klasinom metodom instrument se u buotinu sputa pomou buaih ipki, a kod wire line sistema jezgrovanja za sputanje instrumenta koristi se elino ue kojim se izvlai aparat za jezgrovanje. Na slici 4.5a. prikazana je shema kamere instrumenta za mjerenje otklona buotine, a na slici 4.5b. ugaone sekcije instumenta.

a. b.

Slika 4.5: Shema kamere instrumenta za mjerenje otklona buotine (a) i ugaone sekcije instrumenta (b).


13


Instrument radi sa dva tipa ugaonih sekcija (slika 4.5b). Za mjerenje otklona u vertikalnim buotinama koristi se ugaona sekcija koja mjeri odstupanja od vertikale od 0 do 17. Kod kosih buotina koristi se ugaona sekcija iji je raspon mjerenja od 5 do 90. Ugaona jedinica radi na principu magnetne igle ili iroskopa. Instrumentom koji radi na principu magnetne igle nije mogue mjeriti devijaciju u zacjevljenim buotinama. Kamera poinje da snima u momentu kada se cijev sa baterijama spoji s instrumentom i od tog trenutka se mjeri vrijeme. Instrument se sputa u buotinu i prva mjerna taka je najee 100 metara, a ostale svakih 50 metara. Kada se instrument spusti na poziciju gdje se vri mjerenje, najee se na toj poziciji zadri 3 minuta da bi kamera napravila 3 istovjetna snimka.

Po zavrenom snimanju ureaj se iznosi na povrinu, iz kamere se vadi film, koji se potom razvija, snimci se uveavaju i vri se oitanje uglova. Na osnovu podataka o mjerenju crta se dijagram devijacije (slika 4.6). Zapisnik o izmjerenoj devijaciji buotine sadri tabelu i dijagram za svaku buotinu posebno.

Slika 4.6: Primjer grafikog prikaza (dijagrama) izmjerene devijacije.

U sluaju havarije u buotini potrebno je imati sve podatke svih ranije mjerenih otklona u buotini. Ako su mjerenjem otklona od vertikale utvrena nagla skretanja buotine, promjene ugla otklona ili azimuta kanala pojedinih razmaka u buotini, tada se preporuuje proirenje suenih razmaka u buotini, obrada stijenki buotine i druge posebne operacije te oprez pri izvlaenju alatki. Redovna mjerenja podataka o okomitosti buotine i poduzimanje adekvatnih promjena reima buenja i nunih tehnikih intervencija osigurava: manje habanje i rjee lomove alatki za buenje, manje otpore pri rotaciji alatki i ekonominiju izvedbu buotine.


14


5. GEOFIZIKA MJERENJA U BUOTINAMA

Geofizika mjerenja (ispitivanja) koja se obavljaju u buotinama imaju za cilj da osiguraju podatke o prostoru oko buotine u intervalima koji nisu jezgrovani. Kako trokovi istranih buotina rastu sa porastom dubine buenja, jezgrovanje se planira samo na pojedinim intervalima buotine, to znai da informacije o rezultatima buenja na osnovu djeliminog jezgrovanja i materijala koji isplaka iznosi u toku buenja nisu relevantne. Treba posebno naglasiti da su izvaena jezgra osloboena geostatikog napona, odnosno relaksirana, pa fizike osobine odreene na uzorcima nisu najreprezentativnije. Meutim odreivanje petrofizikih osobina primjenom metoda geofizikog karotaa izvodi se u realnim uslovima in situ. U buotinama se mogu izvoditi raznovrsna geofizika ispitivanja koja se svrstavaju u domene standardnih geofizikih karotanih ispitivanja ili geofizikog karotaa.

Za geofizika ispitivanja u buotinama vae zakonitosti i principi, kao i pri terestikim ispitivanjima, osim to se sve zakonitosti odnose na ispitivanja u punom, trodimenzionalnom prostoru. Specifinost je da se za tu vrstu geofizikih ispitivanja ureaji moraju prilagoditi da bi se mjerenja mogla izvoditi u buotinama preteno malih promjera (ne veim od 40 cm), da instrumenti mogu izdrati velike hidrostatike pritiske (preko 1000 bara) i visoke temperature, nekad i preko 200C. Kako se predajnici i senzori (detektori) nalaze na velikim dubinama, upravljanje njima se uglavnom izvodi preko kabla. Rezultati mjerenja se preko kablova prenose do ureaja koji se nalaze na aparaturama blizu buotine. Specijalnim priborima se rezultati mjerenja mogu prenositi i kroz isplaku. Takvi sistemi omoguavaju da se geofizika karotana ispitivanja mogu izvriti i u toku procesa buenja. Ponekad se rezultati mjerenja, telekomunikacijskim sistemima prenose i do centra za obradu, odakle se povratnim putem saoptavaju odluke ekipi koja izvodi ispitivanje. Konvekcionalni pribori su uglavnom prilagoeni tome da se mjerenja mogu izvoditi ako temperatura u buotini nije vea od 180C, a hidrostatiki pritisci ne prelaze 1000 bara. Za izvoenje geofizikih karotanih ispitivanja, pri veim temperaturama i pritiscima projektuju se posebni pribori koji mogu da izdre ekstremne uslove u toku odreenog vremenskog perioda.

Generalno, mjerenje je mogue izvoditi u nezacijevljenim, a sa nekim priborima, i u zacijevljenim buotinama. Primjena geofizikih ispitivanja u buotinama:

omoguava procjenu poroznosti, zasienja kolektor stijene fluidima, permeabilnost stijena i mobilnost fluida;

omoguava izraunavanje gustine stijena, brzine prostiranja longitudinalnih i transverzalnih talasa, Poassonovog koeficijenta, zapreminskog modula elastinosti, modula smicanja i koeficijenta smicanja;

bitno doprinosi litolokoj odredbi stijena, kreiranju geolokog modela, koleraciji geolokih stupova, analizi litofacije i definiranju strukturnih i stratigrafskih odnosa;

osigurava kvalitetne podatke znaajne za rudarske radove u buotinama to omoguava odredbu nagiba i devijacije buotine, promjera zapremine buotine, pritiska i temperature u buotini, fizike osobine isplake i stijena, osigurava pozicioniranje aparata za testiranje, jezgrovanje i napucavanje, daje elemente za ocjenu kvaliteta izvrene cementacije, oteenja kolone tokom eksploatacije, doprinosi odreivanju zona sklonih pjeskarenju, mogueg optoka iza kolone, a omoguava


15


praenje promjera dodira fluida (nafta-voda, gas-voda) u leitu tokom eksploatacije i dr;

omoguava da se u ugljonosnim leitima sa velikom tanou odrede debljine slojeva ugljena, debljine proslojaka glina i pijeska, a u procesu interpretacije mogue je procijeniti i kvalitetu ugljena, sadraj pepela, vlage i dr.

Kvaliteta izvoenja geofizikih karotanih ispitivanja ovisi od razliitih vrsta smetnji i uticaja koji mogu imati nepovoljan karakter. Tako, na primjer, temperatura u buotini utie na rezultate smanjujui osjetljivost pribora, pa samim tim i tanost mjerenja, a negativno utie i na stabilnost rada instrumenta, ako je temperatura u gornjim granicama deklariranih temperatura za dani pribor. Hidrostatiki pritisci uglavnom nemaju znaajan uticaj na rezultate mjerenja, mada se mogu javiti neki problemi u procesu interpretacije u zonama sa znaajnim nadpritiscima. Procesi buenja uslovljavaju oteenja stjenki buotine i zagaenja sloja uz samu stjenku buotine. Dolazi, takoe, do pojave mikrofraktura, bubrenja, smanjenja profila buotine, formiranja isplanog kolaa, to utie na rezultate mjerenja. Geofizika mjerenja u buotinama mogu se podijeliti u tri cjeline i to:

UREAJI, OPREMA I SISTEMI obuhvataju aparature, sonde, generatore, predajnike (emitere), raunare, periferijske i komunikacijske sisteme i programe za obradu i interpretaciju;

TEHNIKE MJERENJA I ISPITIVANJA definiu procedure kalibrisanja sistema i sondi, postupke mjerenja i verifikacije izmjerenih veliina i naine pokazivanja rezultata mjerenja;

OBRADE PODATAKA I INTERPRETACIJE zasnivaju se na osnovnim postavkama za svaku vrstu ispitivanja, a oslanjaju se na ureaje i sisteme koncipirane kao radne stanice sa moduliranim sistemima koji podravaju interaktivan rad i geofiziko pokazivanje rezultata interpretacije, odnosno vizuelno predstavljanje tih rezultata (vizualizacije), sa tenjom ka primjeni ekspertnih sistema prilagoenih istranim prostorima.


16


5.1. Ispitivanje geometrije buotina

Svaka buotina se projektuje tako da joj se prenik mijenja na odreenim dubinama. Najvei broj buotina se projektuje da budu okomito izvedene, mada znaajno raste broj buotina koje se bue pod nagibom ili vodoravno. Meutim, u toku buenja, iz niza razloga, prenik buotine nije jednak preniku dlijeta, nagib ose buotine se mijenja, poloaj ose buotine odstupa od projektovane putanje. Prenik i oblik kanala buotine utie na sva geofizika karotana mjerenja, kao i na sve ostale zahvate, koji se izvode u buotini (zacijevljenje, cementacija, itd). Stvarni prenik buotine moe biti vei ili manji od prenika dlijeta.

Poveanje prenika buotine moe nastati zbog:

zaruavanja, to je est sluaj prilikom buenja kroz pijesak, odnosno slabo vezane stijene;

odlamanja komada degradiranih stijena; otapanja nekih minerala; velikog pritiska tokom buenja i nestabilnosti zidova u zonama rasjeda.

Smanjenje prenika buotine moe nastupiti zbog:

bubrenja ili plastinosti stijena; stvaranja isplanog obloga tj. taloenja estica iz isplake kada filtrat isplake prodire u

porozne slojeve. Ova pojava je veoma esta kada se buenje izvodi gustim isplakama, to uslovljava da je hidrostatiki pritisak stupca isplake vei od pritiska u sloju.

Mjerenje prenika buotine se izvodi sondom po ijem obimu su ravnomjerno postavljene dvije do etiri (rjee vie) mjerne papue. Kada se sonda sputa prema dnu buotine, papue su zatvorene, a otvaraju se signalom iz aparature kada sonda dospije do dna buotine ili mjesta koje, iz tehnikih razloga, ne moe da proe dublje. Mjerenje se izvodi u toku izdizanja sonde. Promjena otvora papue, koje se oslanjaju na stijenku buotine, uvjetuje da se mijenja induktivitet u kalemu (slika 5.1). Promjena induktiviteta kalema, ili kod nekih drugih ureaja promjena elektrine otpornosti, je razmjerna poprenom presjeku buotine, a na dijagramu kalipera ragistruje se ekvivalentna vrijednost prenika buotine.

Prenik buotine moe se registrovati sa tanou veliine milimetra. Time je omogueno da se promjenom prenika buotine veoma tano moe izmjeriti i izraunati popreni presjek i zapremina buotine. U toku podizanja sonde sa dna mjeri se i dubina sonde u odnosu na ue buotine. Tanost mjerenja dubine je nekoliko decimetara, a razlika dubina i debljine slojeva mogu se odrediti sa veom tanou. Izmjereni signal registruje se u digitalnoj, a zapisuje u analognoj formi kao kriva u funkciji dubine. Istovremeno, programirano se kontinuirano biljei nominalni prenik dlijeta sa kojim je bueno. Odstupanja dviju izmjerenih veliina direktno ukazuje na prisustvo proirenja u buotini.

DIPLO

Urnezavi(calip

1 - k

OMSKI RAD

reaj koji je isno ili u koper log) slik

kablovska glav

Slika 51 - k

sastavni dioombinaciji ska 5.2.

Slika 5.2: Shva, 2 - centraliz

5.1: Shema sonkalem: prijemn

o veine sonsa drugim g

hema ureaja zzer, 3 - sekcija

nde za mjerenjei, 2 - kalem: pr

ndi instrumegeofizikim k

za mjerenje preza mjerenje pr

papue.

e prenika buoredajni, 3 - ip

enata sa papkarotanim

enika buotinrenika, 4 - sek

Mjerenja

otine ka.

uom, koji ureajima n

e (kaliper) kcija za orijent

pri izradi bu

se moe kornaziva se ka

taciju, 5 - mjer

otina

17

ristiti aliper

rne

DIPLO Kaire sebuotirazmjepar mjupravninformgeofiz

Vrrealan vjerovto bi udlijetobuenj

U kamerCropje possputa

Ciduinidruga zaruapreni

OMSKI RAD

aliper sadrie u zavisnosne to dovoeran promjen

mjeri maksimna pravca n

macija izvedezikih pribor

rijednosti izm prenik nez

vatno i neizmukazivalo n

o, pritisak isje izvedeno.

novije vrijere, koje se ns of Engineeebno prakti

anja ili dizanj

lj ispitivanji i poloaj o

vrsta geofiavanja ili zagika buotine

i 2, 4, 6, 8 isti od preniodi do promni prenika

malan prenineophodno jenog mjerena moe da se

mjerenog prznatno odstu

mjenjenim stia veliku tehsplake, brzi

eme za ispina kablovimaers TV kamna, kao i m

nja u buotini

S

a geometrijeose buotinefizikih karogljavljivanjaod prenika

ili vie papuika buotinemjene elektrbuotine. Paik od 75 cmje kod eliptnja kalipera je spusti u bu

renika ukazupa od prenijenama. Akhniku sposoinu buenja

itivanje geoa paljivo sp

mera u trenutmogunost po

i.

Slika 5.3: Kam

e buotina je u prostoru,otanih ispita instrumenaa dlijeta kojim

ua, koje su e. Papue se rinog napoapue su najm (po potrebtinih buotje da se na

uotinu.

zuju na svonika dlijeta,

ko je buenjeobnost izvo

i dr.) prila

metrije buoputaju u butku njenog uolaganog rot

mera za opaanj

je da se od, a svrha ovtivanja moata, a svakakma je buenj

oprugama pire ili skup

ona (na mjejee rasporbi i 100 cmtina i u frakosnovu dijag

ojstva stijenarije je o v

e izvedeno kraa koji suagodili osob

otina uspjeuotinu. Na uvoenja u btiranja objek

nje u buotini.

dredi realan vog mjerenjae izvesti, sko i da se obje izvoeno.

Mjerenja

povezane sa pljaju pri prernom instrureene u par

m). Mjerenjekturnim formgrama moe

a kroz koje veoma komproz meke sedu reim bubinama stije

no se korisslici 5.3. pr

buotinu. Oriktiva kamere

prenik bua je i da se sa kakvim bjasne razlo

pri izradi bu

tijelom sonromjeni preumentu), koru, tako da s

e prenika umacijama. Be odluiti ko

je bueno. paktnim, vrdimentne stienja (pritisa

ena kroz koj

ste i televizrikazana je jijentacija ka prilikom nj

otine po cidefinie kojopasnostim

ozi za odstup

otina

18

nde, a nika oji je svaki

u dva Bitna oji od

Ako rstim, ijene, ak na oje je

zijske jedna mere enog

ijeloj oja se a od panje


19


5.2. Mjerenje temperature u buotinama

Mjerenje temperature u buotinama izvodi se u cilju izuavanja prirodnog toplotnog polja Zemlje, kao i promjena temperature izazvanim vjetakim putem, tokom buenja, istraivanja i eksploatacije buotine. Rezultati mjerenja temperature u buotini koriste se i pri obradi i interpretaciji drugih karotanih dijagrama (postupci elektrinog karotaa, prije svega). Izuavanje prirodnog toplotnog polja obuhvata:

odreivanje geotermalnog gradijenta; odreivanje toplotnih svojstava stijena i formacija, koje buotina presjeca i izuavanje anomalija toplotnog polja, izazvanih razliitim fiziko-hemijskim

procesima, prisustvom lokalnih izvora toplote (magmatska tijela), cirkulacijom fluida.

Vjetaki izazvane promjene temperature u buotini su posljedica:

cirkulacije isplake (razlike u temperaturi isplake i okolnih stijena); cementacije buotine (u toku vezivanja cementne mase oslobaa se toplota i dolazi do

porasta temperature) i oslobaanja gasa (smanjenje pritiska i isticanje gasa dovodi do smanjenja

temperature).

Temperatura utie na fizika svojstva isplake, fluide u stijenama, neka svojstva stijena i u znaajnoj mjeri je ograniavajui faktor za pribore sa kojima se vre geofizika ispitivanja u buotinama. Promjena temperature sa dubinom izraava se gredijentom temperature, koji se navodi i kao temperaturni gradijent, a izraava se u stepenima Kelvina po metru (K/m). Kako je u geolokim uslovima to mala veliina, uobiajeno je da se iskazuje kao 100 puta uveana vrijednost. Srednja vrijednost gradijenta temperature je oko +3K/100m. U geolokoj literaturi gradijent temperature iskazuje se recipronom vrijednou i naziva se geotermalni stepen. Nominalna vrijednost geotermalnog stepena iznosi oko 33 metra pri porastu temperature za jedan stepen, ali lokalno moe biti razliita. Hidrogeoloki uvjeti mogu uvjetovati i inverziju temperature, kao to i razne egzotermne i endotermne reakcije mogu promijeniti normalno toplotno polje Zemlje.

Mjerenja temperature mogu da se vre u zacijevljenim i nezacijevljenim buotinama. Mjerenja temperature se vre prilikom sputanja sonde u buotinu, kako bi se izbjegao uticaj kabla i ostale opreme na temperaturu u buotini. Mjerenja se najee vre pomou termometara, koji rade na principu mjerenja elektrinog otpora. Termometar sadri elemente (otpornike) sainjene od specifinih materijala, ija se otpornost znaajno mijenja sa malom promjenom vrijednosti temperature.

Mjerenja temperature mogu da se vre prije i poslije uspostavljanja toplotne ravnotee u buotini. Tokom procesa buenja, isplaka ima ulogu da hladi dlijeto, i temperatura isplake je znatno nia od temperature okolne sredine. Isplaka cirkulie kroz buotinu, a njena temperatura je obino nia od temperature stijena (isplaka hladi okolnu sredinu), dok je u blizini usta buotine temperatura isplake via od temperature okolnih stijena (isplaka zagrijava okolnu sredinu). To dovodi do poremeaja prirodnog toplotnog polja. Da bi se ponovo uspostavilo normalno (prirodno) toplotno polje, potrebno je da proe odreeno vrijeme. Tek


20


kada isplaka u buotini poprimi temperaturu formacije, mogu da se vre mjerenja za potrebe odreivanja geotermalnog gradijenta (promjena temperature sa dubinom, obino se izraava kao promjena temperature na 100 metara dubine). Na slici 5.4. prikazane su promjene temperature sa dubinom u buotini poslije buenja.

Slika 5.4: Promjena temperature u buotini poslije buenja.

Na slici 5.4. prava B-B ilustrira linearni porast temperature sa dubinom. Neposredno poslije buenja temperatura izmjerena u prisutnoj isplaci linearno raste sa dubinom. Prema tome prava C-C sijee se sa pravom B-B u taki A. Tok uspostavljanja normalnog toplinskog polja ilustriran je dijagramima D-D i E-E na kojima se uoavaju uticaji toplotne provodnosti pojedinih geolokih sredina. Prema tome, mjerenje temperature mora se uvijek vriti pri sputanju pribora, nakon uspostavljanja toplotne ravnotee, ako je cilj da se odredi gredijent temperature.

5.2.1. Interpretacija termograma

Termogrami su dijagrami, koji se registruju pri mjerenju temperature u buotini, a predstavljaju promjenu temperature sa dubinom. Na osnovu termograma odreuje se geotermalni gradijent. Na termogramima se esto javljaju anomalije, odnosno odstupanja krive promjene temperature sa dubinom od prave, koja definie geotermalni gradijent. Uzronici ovih anomalija mogu da budu razliiti. Prikazano je nakoliko primjera:

Primjer 1.

Na slici 5.5. prikazan je primjer buotine koja sijee gasonosnu formaciju, kao i izgled termograma za buotinu, koja se ne eksploatie (a) i buotinu koja se eksploatie (b).


21


a. b.

Slika 5.5: Termogram u buotini koja sijee gasonosnu formaciju

a - buotina, koja se ne eksploatie, b - buotina koja se eksploatie.

Smanjenje pritiska gasa u formaciji i isticanje gasa dovodi do smanjenja temperature u dijelu buotine, koji je u neposrednoj blizini gasonosne formacije.

Primjer 2.

Na slici 5.6. prikazan je termogram u buotini, koja presijeca vodonosni i gasonosni pijesak. Negativna anomalija u kolektoru sa gasom je posljedica smanjenja temperature usljed irenja gasa.

Slika 5.6: Promjena temperature u vodonosnom i gasonosnom pijesku.

Anomalije na termogramima, koje se javljaju naspram vodonosnih kolektora, su posljedica cirkulacije vode u formaciji. Znak anomalije (pozitivna ili negativna) zavisi od odnosa temperatura slojne vode i isplake, kao i od smjera cirkulacije (isplaka utie u sloj ili


22


slojna voda istie u buotinu). Negativne anomalije se javljaju, kada isplaka, ija je temperatura nia od temperature formacije, utie na sloj (sloj guta isplaku) ili kada voda (nafta), ija je temperatura nia od temperature isplake, istie u buotinu. Pozitivne anomalije (slika 5.6) se javljaju kada voda, ija je temperatura via od temperature isplake, istie u buotinu ili kada isplaka, ija je temperatura via od temperature formacije, utie u sloj.

Primjer 3.

Na slici 5.7. prikazan je anomalni termogram, odnosno termogram dobijen uklanjanjem uticaja regionalnog toplotnog polja (uticaja geotermalnog gradijenta, prije svega). Anomalni termogrami imaju visoku rezoluciju i omoguavaju detektovanje anomalija malog intenziteta. Anomalni termogrami se primjenjuju za detaljnije izuavanje promjena temperature formacija, koje buotina presijeca.

Slika 5.7: Izdvajanje kolektora gasa na osnovu anomalnog termograma 1 - pjear, 2 - alevrolit, 3 - glina, 4 - kolektor gasa.

Karota temperature se jedino moe vriti u toku procesa sputanja sonde u buotinu. Razlog tome je to temperaturno polje karotanog kabla moe znaajno izmijeniti toplinsko polje u buotini, pa zbog toga senzor mora dospijeti na mjesto mjerenja prije bilo kojeg drugog dijela karotanog sistema koji moe promjeniti toplotno polje. Savremenim senzorima moe se izmjeriti temperatura sredine sa preciznou stotog dijela stepena.


23


5.3. Geoelektrina ispitivanja u buotinama Tehnika geoelektrinog karotaa je primjenjena jo 1927 godine kao geofizika metoda ispitivanja u buotinama. Pri savremenim geofizikim ispitivanjima zauzima veoma znaajno mjesto i jo uvijek je nezamjenjiv postupak za odreivanje ekvivalentne koncentracije jona u fluidu i odnosa filtrata prema fluidima prisutnim u pornom prostoru stijena.

Tehnika mjerenja prilagoava se ambijentu u buotini i cilju koji se ispitivanjima eli ostvariti. Treba naglasiti da rasprostiranje struje odgovara uvjetima u trodimenzionalnom prostoru. Pri tome, raspored granica pojedinih sredina odgovara uvjetovanim sredinama koje su rasporeene, uglavnom, upravno na osu buotine. Kada se radi o rasporedu fluida, meutim, treba imati u vidu da se fluidi radijalno ire u odnosu na buotinu.

Geoelektrinim karotaom mjere se: polja vlastitog potencijala i rasprostiranje elektrinih, odnosno elektromagnetskih polja niskih i/ili visokih frekvencija. Kada se ispitivanja izvode naizmjeninim strujama niskih frekvencija govori se o geoelektrinim ispitivanjima, a ako se mjerenja vre strujama visokih frekvencija (nekoliko kHz ili MHz), onda se govori o elektromagnetskim ispitivanjima. Mogua su i ispitivanja prijelaznih procesa, kao to su mjerenja izazvane polarizacije, tranzitnih polja i dr.

Polje primjene geoelektrinog karotaa je veoma iroko i obuhvata skoro sve oblasti ispitivanja i istraivanja u mnogim domenama geonauke. Kao rezime moe se navesti da se rezultati geoelektrinih ispitivanja u buotinama mogu koristiti za:

identificiranje poroznih i permeabilnih sredina; odreivanje specifine elektrine otpornosti (SEO) slojne vode i zona oko buotine,

obuhvatajui i prostor od koga filtrat isplake nije dospio; raunanje postotka fluida koji se nalaze u pornom prostoru kolektor-stijena, raunanje

zasienja naftom, odnosno gasom, odreivanje mobilnosti fluida i definisanje mjesta dodira nafta-voda, odnosno nafta-gas;

izraunavanje stepena prisutnosti gline i/ili ejla u pornom prostoru kolektor-stijene; za litoloku identifikaciju sredina, geoelektrinih facija i korelaciju stupova buotine; za procjenu prisustva orudnjenih zona u neposrednoj blizini buotine ije prisustvo

nije konstatirano tokom buenja.

Svaka od tehnika geoelektrinog karotaa ima i svoje specifino polje doprinosa u procesu interpretacije. Vlastiti potencijal je dobar indikator poroznih i permeabilnih naslaga. On znaajno doprinosi procjeni zapreminskog uea ejl komponente u poroznim stijenama. Indiktivan je za pojavu oksido-reducijskih potencijala i ukazuje na prisutnost orudnjenja.

Mjerenje vlastitog potencijala, prividnog elektrinog otpora i automatsko crtanje dijagrama promjena izmjerenih vrijednosti pisaima po cijeloj dubini buotina vrlo je vana dopuna podataka prikupljenih tokom buenja. Preporuuje se provedba elektrokarotanih mjerenja u svakoj buotini dubljoj od 100 metara. Podaci dobiveni ovim mjerenjima omoguuju kvalitetnu ocjenu osobina probuenih naslaga i elaboriranje potpunije dokumentacije izvedene buotine. Interpretiranje ovih podataka mjerenja preporuljivo je obavljati na lokaciji odmah nakon mjerenja, gdje pored geofiziara trebaju sudjelovati odgovorni geolog, odgovorni buai inenjer i buai. Tako bi se timski razjasnile eventualne

DIPLOnejasnzabiljeslici 5litolodijagra

5.3

Spproticaiji je provod

PrvmjerenureajZemljupotenc

OMSKI RAD

noe na dijeenih u knji5.8. prikazanki opis nasami odnose.

Slik

3.1. Osnovn

pecifina eleanju elektri

popreni pdnost je reci

ve sonde za nje specifina, koji su seu preko dvijcijalne elektr

jagramima izi buenja ini su dijagraslaga i ocje

ka 5.8: Geofizia - v

ni principi m

ektrina otpne struje, a bpresjek 1 mmprona vrije

mjerenje u bne elektrin

e koristili za je udaljene rode M i N (

uz pomo i pojava, kojami vlastitogena brzine

iki dijagrami svlastiti potencij

mjerenja spe

pornost (SEbrojno je jedm. Jedinicaednost SEO,

buotinama, ne otpornosti

geoelektrinstrujne elek(slika 5.9).

prikupljenihje su zapazilg potencijalnapredovanj

snimljeni u hidjal, b - prividni

ecifine elek

EO) je svodnaka otporua za SEO jea jedinica je

koje su se pi (SEO). Prna mjerenja nktrode A i B

h uzoraka li, zabiljeilia i prividnoja dlijeta n

drogeolokoj isi elektrini otp

ktrine otpo

ojstvo provou koji struji pe om-metar e Simens po

pojavile u upredstavljale na povrini t, a pad pote

Mjerenja

naslaga, poi neki od laog specifina koje se e

stranoj buotinpor.

ornosti (SEO

odnika da prua provo(m). Specmetru (S/m)

potrebi, bile ssu modifikaterena. Izvorencijala se m

pri izradi bu

odataka buanova posadeog otpora, kelektro-karo

ni

O)

se suprotstdnik duine

cifina elekt).

su namjenjenaciju geofizr emituje strumjeri preko

otina

24

enja e. Na kao i

otani

tavlja 1 m,

trina

ne za ikih uju u dvije


25


Slika 5.9: Shematski prikaz geoelektrinih mjerenja na povrini terena.

Na osnovu rezultata mjerenja se odreuje SEO ispod povrine zemlje (u poluprostoru). Elektrode se pomjeraju du odgovarajuih profila, a nain premjetanja elektroda zavisi od tipa dispozitiva (rasporeda elektroda) i metode geoelektrinih mjerenja, koja se primjenjuje.

Prva sonda za mjerenje SEO u buotinama nastala je rotacijom sistema za mjerenje na povrini terena, za 90 u vertikalnoj ravni. Do danas je razvijeno 5 grupa razliitih sondi za mjerenje SEO:

elektrine sonde; induktivne sonde; lateralne sonde; mikro-elektrine sonde; dielektrik sonde.

Da bi se izmjerila SEO formacije, potrebno je da postoji provodnik kroz koji protie struja. Sa aspekta geofizikog karotaa mjerenja u buotinama, postoje 3 tipa provodnika:

elektronski provodnici - karakterie ih kretanje slabo vezanih elektrona kroz materiju tokom procesa prenosa elektrine struje. Ovaj tip provodnika se javlja samo u instrumentima (sondama, kablovima i ureajima na povrini terena), i nema nikakav znaaj sa stanovita procjene formacije;

elektrolitiki provodnici - njihova provodnost zavisi od koncentracije soli u rastvoru. Ovaj tip provodnika je veoma bitan u geofizikom karotau, jer sve porozne sedimentne stijene sadre mineralizovanu vodu, u odreenom procentu;

izolatori - ne provode ili veoma slabo provode elektrinu struju.

Vrijednosti SEO formacije mogu da variraju u irokom opsegu, od 0,5 do 1000 m, u zavisnosti od svojstava kolektor stijene i fluida, koji se nalaze u pornom prostoru (tabela 5.1). Obzirom da ugljovodonici i kolektor stijene (vrsta faza), osim stijena koje sadre metaline minerale, predstavljaju izolatore (imaju visoku vrijednost SEO), niske vrijednosti SEO formacija se pripisuju uticaju mineralizovane slojne vode u njima (SEO je elektrolitike prirode).


26


Tabela 5.1: Vrijednosti SEO za razliite formacije.

Na slici 5.10. prikazan je princip mjerenja SEO u buotini. Iz takaste strujne elektrode A emituje se struja u homogenu izotropnu sredinu, do udaljene elektrode B (moe da se smatra da je beskonano udaljena). Struja se iz take A iri radijalno u svim pravcima. Ekvipotencijalne povrine su upravne na strujne linije i predstavljene ekvipotencijalnim sferama sa centrom u taki.

Slika 5.10: Princip mjerenja SEO u buotini.

Ako je V(r) potencijal na rastojanju (r) od take (A), razlika potencijala (dV), izmeu dvije ekvipotencijalne povrine na meusobnom rastojanju (dr) bie:

4

gdje su: ; .

Ako je potencijalna elektroda (M) na rastojanju (r) od strujne elektrode (A), a potencijalna elektroda (N) udaljena dovoljno da se moe smatrati da je u beskonanosti (potencijal u taki N jednak nuli), izmjerena razlika potencijala izmeu potencijalnih elektroda bie jednaka potencijalu u taki (M). Ako izraz (dV) integriramo u opsegu od (r) do beskonano, dobija se:

TIP MATERIJALA SEO rastrasite formacije (pjeari sa visokim procentom ejla)

0,5 - 50 m

kompaktne formacije (karbonati) 100 1000 m evaporiti (soli, anhidriti) nekoliko hiljada m

slojna voda u zavisnosti od stepena mineralizacije od nekoliko hiljaditih dijelova do nekoliko m morska voda 0,35 m na T = 18C


27


4

4

1

1

4

I specifina elektrina otpornost (SEO) homogene sredine bie jednaka:

4

Specifina elektrina otpornost direktno je proporcionalna potencijalu (V), poto su jaina struje (I) i rastojanje (r) izmeu strujne elektrode (A) i potencijalne elektrode (M) konstantni. Par elektroda (A i M) se pomjera du ose buotine, mjeri se vrijednost potencijala i odreuje vrijednost SEO. Mjerenja se vre kontinualno, a kao rezultat mjerenja dobija se promjena SEO sa dubinom.

5.3.2. Konvekcionalni elekrtrini karota

Konvekcionalni elektrini karota uglavnom se danas primjenjuje u istraivanju leita vode i rudnih leita. Ova metoda se rijetko koristi kod savremenih israivanja leita nafte i gasa, ali je znaajna, zato to postoji veliki broj podataka, dobijenih tokom ranije izvedenih istraivanja. Konvekcionalni elektrini karota predstavlja ureaj za mjerenje SEO pomou 3 dispozitiva (rasporeda elektroda), sa razliitim radijusima istraivanja. Dispozitivi su (l' = 30,48 cm i l'' = 2,54 cm). Kada su poela geofizika mjerenja u buotinama, koriten je samo jedan raspored elektroda. Kasnije su konstruisane sonde, koje objedinjuju razliite rasporede elektroda, ime se znaajno poveao broj informacija o formaciji i poboljao kvalitet rezultata mjerenja. Postoje 3 tipa sondi:

kratka normalna sonda, duina sonde je oko 0,4 m (16''); duga normalna sonda, duina sonde je oko 1,6 m (64'') i inverzna sonda, duina sonde je oko 5,7 m (18'8'').

Kratka normalna sonda ima najmanji radijus istraivanja i najviu rezoluciju, a rezultati mjerenja SEO se koriste za detekciju granica slojeva. Na rezultate mjerenja SEO veliki uticaj ima invazija filtrata isplake i ne mogu da se koriste za pouzdano odreivanje specifine elektrine otpornosti formacija (Rt).

Duga normalna sonda ima srednji radijus israivanja. Rezultati mjerenja SEO ne mogu da se koriste za precizno odreivanje granica slojeva, ali se koriste za odreivanje specifine elektrine otpornosti formacija (Rt), u sluaju kada slojevi nisu dovoljno debeli, a invazija filtrata isplake nije duboka.

Inverzna sonda ima najvei radijus israivanja i najniu rezoluciju, a rezultati mjerenja SEO koriste se za pouzdano odreivanje specifine elektrine otpornosti formacija (Rt), naroito kada se javljaju tanki slojevi , a invazija filtrata isplake je duboka.

Uslov za primjenu konvekcionalnog elektrinog karotaa je da je buotina ispunjena provodnom isplakom i da nije zacijevljena. Konvekcionalni karotani ureaj ima dvije strujne (predajne) elektrode (A i B) i dvije potencijalne (mjerne) elektrode (M i N). Strujni tok se zatvara preko elektroda A i B, a mjeri se razlika potencijala (napon) izmeu elektroda M i N.


28


5.3.2.1. Normalni raspored elektroda

Normalni raspored elektroda shematski je prikazan na slici 5.11. Elektrode (A i M) nalaze se na sondi, koja je izraena od izolacionog materijala. Elektrode (B i N) su udaljene od sonde, a njihovo meusobno rastojanje je znatno vee od rastojanja elektroda A i M (AM). Rastojanje (AM) naziva se duina sonde. Referentna taka mjerenja je sredina rastojanja AM (taka O).

Slika 5.11: Shema normalnog rasporeda elektroda.

Najee se kombinuju dvije normalne sonde, kratka (16'' ili oko 0,4 m) i duga (64'' ili oko 1,6 m). Radijus istraivanja normalne sonde zavisi od raspodjele SEO oko elektroda A i M. U sredinama, u kojima elektrini karota pokazuje visoku efikasnost (nevezani sedimenti n pr.), radijus istraivanja je jednak dvostrukoj duini sonde (oko 0,8 m za kratku normalnu sondu i oko 3,2 m za dugu normalnu sondu).

5.3.2.2. Inverzni raspored elektroda

Mjerenja normalnim rasporedom elektroda daju dobre rezultate u nevezanim formacijama, ali ne i u sluaju kada se javljaju slojevi male debljine, a visoke SEO (SEO sloja je vea od SEO susjednih slojeva). Ovo ogranienje dovelo je do konstrukcije sonde sa inverznim rasporedom elektroda. Inverzni raspored elektroda shematski je prikazan na slici 5.12.

Slika 5.12: Shema inverznog rasporeda elektroda.

DIPLO Poiznad sredininverzsonde.MN (o

Ovureajza mjjediniclaterol

OMSKI RAD

otencijalne epotencijalniha rastojanja

znom sondom. U nevezanoko 0,8 m), a

vakvi tipovii. No, izvederenje otporca. Jedan odlog (slika 5.1

elektrode M h elekteoda,

a MN (takam, radijus istnim formacija radijus istr

i ureaja dadba ovakvih rnosti stijen

d naprednijih13).

Slika 5

i N nalaze , a strujna ela O). Rastotraivanja i ama, istraiv

raivanja je o

anas se koriureaja je n

na, te jednosh ureaja koj

5.13: Shema la

se na sondilektroda B jeojanje AO poblik istraivana zona moko 8 m.

iste jako rijnajjednostavnstavno omoji se koristi k

aterologa sa tr

, strujna elee udaljena. Rpredstavlja vane zone z

moe da se a

etko, jer sunija i predsta

oguava razukod mjerenja

i strujne elektr

Mjerenja

ektroda A seReferentna tduinu sond

zavise od rasaproksimira

u razvijeni bavlja kolskumijevanje a otpornosti

rode.

pri izradi bu

e nalazi na ktaka mjerende. Pri mjersporeda SEOcilindrom v

bolji i precii primjer urerada napredstijena naziv

otina

29

kablu nja je renju

O oko visine

izniji eaja dnijih va se


30


5.4. Nuklearna ispitivanja u buotinama

Efekti djelovanja radioaktivnog zraenja na stijene su veoma razliiti, a tehnike geofizikih karotanih ispitivanja dijele se na tri skupine, od kojih svaka ima i specifinu namjenu. To su:

mjerenje prirodne radiaktivnosti ili gama karota. Cilj je da se na osnovu intenziteta prirode gama radioaktivnosti utvrdi prisustvo glina, lapora, ejla i drugih stijena u ijem su sastavu minerali koji sadre radioaktivne elemente. Sa druge strane kolektor-stijena (pijesak i pjear) koje sadre samo kvarc, kao i isti porozni krenjaci, ako u pornom prostoru ne sadre radioaktivne elemente, odlikuju se minimalnom gama radioaktivnou;

bombardiranjem stijena gama fotonima i mjerenjem efekata intenziteta rasijanog gama zraenja mogue je odrediti gustou stijena i granice sloja i

bombardiranjem stijena neutronima i mjerenjem efekata njihove interakcije sa atomima mogue je odrediti prisustvo atoma vodika u pornom prostoru i/ili u kristalnoj reeci minerala i time odrediti poroznost kolektor-stijena.

Na osnovu navedenih procesa primjenjuju se tri grupe metoda nuklearnog karotaa i to:

gama karota ili karota prirodnog zraenja; gama-gama karota (karota gustine) i neutron-neutron ili neutron-gama karota.

5.4.1. Karotani sistemi za mjerenje prirode gama radioaktivnosti

Prirodna radioaktivnost Zemljine kore potie od radioaktivnih elemenata, od kojih su, za geofizika mjerenja najvaniji nizovi torijuma i urana, kao i izotop kalijuma. Radioaktivnim raspadom jezgara nestabilnih elemenata emituju se i estice i -zraci. Detektorima moe da se registruje ukupno -zraenje, kao i spektar -zraenja formacija u okolini buotine. Svaki od radioaktivnih elemenata emituje zraenje odreene energije. Pri interakciji -zraka sa atomima stijenske mase deavaju se razliiti procesi, kao to su fotoelektrini efekat, Komptonov efekat i stvaranje para, u zavisnosti od energije -zraka.

Geofiziki karotani ureaji za mjerenje prirode gama zraenja su:

gama karota ili karota prirodnog zraenja i spektralni gama karota.

5.4.1.1. Gama karota ili karota prirodnog gama zraenja

Karota prirodnog gama zraenja (gama karota) je jedna od najstarijih geofizikih karotanih metoda (prvi ureaj konstruisan je 1935 godine), a predstavlja prvi ureaj za geofizika mjerenja i u zacijevljenim buotinama. Gama karota je ureaj kojim se registruje ukupna prirodna gama radioaktivnost.

Radijus istraivanja gama karotaa je mali, oko 90% registrovanog zraenja potie iz zone udaljene 15 cm od zida buotine. Gama karota se uspjeno primjenjuje i u zacijevljenim i u nezacijevljenim buotinama sa bilo kojim tipom radnog fluida (nafta, voda, vazduh). Zatitna


31


kolona cijevi i cementna obloga neznatno redukuju ragistrovano gama zraenje. Gama karota se primjenjuje kako u fazi istraivanja, tako i u razliitim fazama eksploatacije leita (precizno lociranje poloaja rudarskih alata u buotini, detekcija mjesta dotoka fluida u buotinu, pri izvoenju operacija frakturiranja kolektora i dr). Radioaktivnost formacija uglavnom potie od ejla, te se rezultati mjerenja gama karotaom koriste za procjenu zapreminskog uea ejl komponente. Gama karota se primjenjuje kao efikasni indikator litologije, za razdvajanje kolektor stijena od ejlovitih formacija, kao i za detekciju sedimenata niske prirodne radioaktivnosti (so, anhidrit, gips, ugljevi i dr).

5.4.1.2. Spektralni gama karota

Spektar prirodnog gama zraenja formacije predstavlja odraz koliine (relativnu koncentraciju) svih radioaktivnih elemenata prisutnih u formaciji, a u velikoj mjeri zavisi od gustine i hemijskog sastava stijena. Spektralni gama karota omoguava razdvajanje i procjenu koliine odreenih radioaktivnih elemenata, na osnovu spektralne analize prirodnog gama zraenja formacije. Gama zraci emitovani iz formacije potiu od raspadanja radioaktivnih nizova torijuma () i urana (), kao i izotopa kalijuma (). se raspada u stabilni , a i se raspadaju preko niza potomaka u stabilni izotop olova. Svaki izotop emituje gama zrake odreene energije, pri emu su energije gama zraka, emitovanih iz razliitih izotopa, razliite. Stijene i minerali sadre razliite koliine radioaktivnih elemenata, pa se na osnovu spektra zraenja odreuje mineralni sastav stijena. Mineralni sastav formacija procjenjuje se na osnovu indeksa fotoelektrine apsorpcije ( ):

10 .

gdje je:

Radijus istraivanja spektralnog gama karotaa je 10-15 cm, a zavisi od geometrije buotine, gustine isplake, gustine formacije i energije gama zraenja emitovanog iz formacije. Spektralni gama karota se primjenjuje za kompleksnu analizu litolokog sastava formacija. Kvalitativna analiza obuhvata detaljnu stratigrafsku korelaciju, odreivanje tipova stijena i detekciju fraktura u formaciji. Kvantitativna analiza se koristi za odreivanje sadraja minerala i zapreminskog uea ejl komponente u stijenama.

5.4.2. Gama-gama karota ili karota gustine

Karota gustine prvi put je primjenjen 1956 godine. U poetku su rezultati mjerenja koriteni u gravimetriji, za odreivanje prosjene gustine ispitivanih formacija. Danas je osnovna primjena karotaa gustine procjena poroznosti formacija (na osnovu srednje vrijednosti gustine). Pored kvantitativne procjene poroznosti, karota gustine se u kombinaciji sa drugim geofizikim karotanim metodama, koristi i za mineraloku i litoloku identifikaciju formacija, procjenu mehanikih svojstava formacije, lociranje zona sa abnormalnim pritiscima, utvrivanjem zona sa sadrajem gasa i dr.


32


Karota gustine je ureaj kojim se kontinuirano registruje prosjena gustina ispitivanih formacija. Formacija se bombarduje -zracima iz izvora, koji je smjeten u sondi. Promjena intenziteta -zraenja (broj prispjelih -zraka na detektor) je funkcija elektronske gustine materije (formacije) koja se ozrauje.

Sonda karotaa gustine (slika 5.14) sastoji se od izvora i dva detektora radioaktivnog zraenja koji su smjeteni u papui, koja se tokom mjerenja priljubljuje uz zid buotine. Izvor najee emituje -zraenje energije 1,17-1,33 (), te je intenzitet zraenja oko 10 puta vei od intenziteta prirodne radioaktivnosti formacije. Kao detektori se obino koriste Gajger-Milerovi brojai koje karakterie visoka stabilnost i pouzdanost u nepovoljnim uslovima - visoke temperature i pritisci, male dimenzije i masa su prednost kod ureaja sa papuom - lake se priljubljuju za zid buotina i ostvaruje se dobar kontakt sonde i formacije, dok se kao detektori rijee koriste scintilacioni brojai.

Slika 5.14: Shema sonde karotaa gustine.

Izmeu detektora i izvora nalazi se ekran (olovni ep), koji onemoguava da -zraci direktno kroz sondu dospiju do detektora. esto se naspram detektora zraenja postavljaju filteri, koji apsorbuju tzv. meke komponente zraenja (-zraci energije manje od 200 eV). Izvor i detektori su smjeteni u metalnu papuu, koja je zglobno vezana sa tijelom sonde, a elektro-hidrauliki sistem omoguava daljinsku kontrolu poloaja papue tokom mjerenja. Tokom sputanja u buotinu, papua je priljubljena za tijelo sonde, a prije poetka mjerenja se otvara i priljubljuje za zid buotine.

Radijus istraivanja karotaom gustine je veoma mali (oko 15 cm), pa prisustvo isplanog obloga i nazubljenost zida buotine moe da ima veliki uticaj na mjerenja. Usljed nepovoljne geometrije profila buotine ne uspostavlja se dovoljno dobar kontakt papue i formacije, a moe i da se dogodi da se izmeu sonde i formacije nae tanak sloj isplake. Da bi se umanjili


33


nepovoljni efekti, koriste se dva detektora (sistem kompenzacije), a razlika intenziteta ragistrovanog zraenja na bliem i daljem detektoru koristi se za raunanje korekcija mjerenja. Korekcija gustine () se registruje kao posebna kriva na dijagramu i obino predstavlja korekciju za uticaj isplanog obloga razliite debljine i gustine, za uticaj promjene prenika buotine ili za uticaj isplake.

Kalibracija sonde karotaa gustine se vri u specijalno konstruisanim ispitnim buotinama, sa materijalom poznate gustine. Prije i poslije izvoenja mjerenja potrebno je provjeriti ispravnost sonde.

5.4.3. Neutronski karota ili neutron-neutron karota

Neutronski karota je u upoterbi od 1941. godine i bio je prvi geofiziki karotani ureaj za kvantitativnu procjenu poroznosti ispitivanih formacija, bilo u zacijevljenim ili nezacijevljenim buotinama. Primjena neutronskog karotaa za procjenu poroznosti formacija zasniva se na mjerenju sadraja vodika indeks vodika (HI) u formaciji. Vrijednosti indeksa vodika za neke sredine i minerale prikazan je u tabeli 5.2.

Tabela 5.2: Vrijednosti indeksa vodika za neke sredine i minerale.

SREDINA INDEKS VODIKA (HI) MINERAL INDEKS VODIKA

(HI)

ista voda 1 limonit 0,63

slana voda (20%NaCl)

0,92 hlorit

0,32

prirodni gas 0,0017 montmorionit 0,17 U sluaju istih formacija, indeks vodika je funkcija pornog prostora formacije, koji je zasien fluidima. Zbog izuzetno niskog sadraja vodika u gasu (u odnosu na zapreminu koju zauzima), neutronski karota ne pokazuje realne vrijednosti poroznosti (pokazuje niu vrijednost), pa se u formacijama zasienim gasom koristi kao kvalitativni pokazatelj prisustva gasa, a poroznost se procjenjuje na osnovu kombinovanih geofizikih karotaa (neutronski karota i karota gustine najee).

Sonda neutronskog karotaa sastoji se od izvora neutrona i 1 do 4 detektora. Kao izvor neutrona obino se koristi smjesa berilijuma i radioaktivnog elementa, koji emituje - estice (radijum, plutonijum, amercijum). Smjesa se stavlja u kapsulu, koja je titi od povienog pritiska i temperature u buotini. Spontanim raspadom radijuma emituje se znaajna koliina - estica (jezgra He) i - fotona. Emitovane - estice prilikom sudara sa berilijumom, prouzrokuju nuklearnu reakciju, pri emu se javlja emisija neutrona energije 1-13 MeV (prosjeno 4,6 MeV).

Radijus istraivanja neutronskog karotaa iznosi oko 20 cm. Na radijus istraivanja najvie utiu poroznost formacije i fluidi koji je ispunjavaju. U istim nisko-poroznim formacijama, emitovani neutroni pretrpe veliki broj interakcija sa jezgrima atoma sredine, prije nego to budu termalizovani, pa prodiru i vie desetina centimetara u formaciju (vei radijus istraivanja). U visoko-poroznim formacijama i glinovitim ili ejlovitim formacijama


34


(visok sadraj vodika), neutron biva brzo termalizovan, na 5-10 cm od zida buotine (mali radijus istraivanja). Shema sonde neutronskog karotaa prikazana je na slici 5.15.

Slika 5.15: Shema sonde neutronskog karotaa. 5.4.4. Detektori radioaktivnog zraenja Kao to je ve spomenuto, kod geofizikih karotanih ureaja, koriste se detektori radioaktivnog zraenja, koji se dijele na:

detektore koji rade na principu jonizacije gasa (Gajger-Milerov broja, proporcionalni broja) i

detektore, iji se rad zasniva na efektu scintilacije (scintilacioni brojai).

Detektori koji rade na principu jonizacije gasa, predstavljaju cilindrine sudove ispunjene gasom, sa centralnom elektrodom. Cilindrina cijev je spoljanja elektroda, napravljena od metala ili stakla presvuenog provodnim slojem sa unutranje strane (grafit ili srebro). Centralna elektroda je obino metalna ica. Izmeu elektroda je uspostavljen elektrini napon. Kada u gas dospiju radioaktivne estice, dolazi do jonizacije gasa i zatvara se strujno kolo. Intenzitet jonizovane struje koji se mjeri galvanometrom, srazmjeran je intenzitetu radioaktivnog zraenja.

Gajger-Milerov broja je otporan instrument malih dimenzija pogodan za ugradnju u geofizike karotane ureaje. Slui samo za detekciju radioaktivnog zraenja, ali ne i za identifikaciju vrste zraenja. U geofizikim karotanim ureajima se uglavnom koristi za detekciju - zraka (karota gustine, karota prirodne radioaktivnosti).

Proporcionalni broja se koristi za detekciju - zraka i neutrona. Intenzitet jonizovane struje proporcionalan je broju jona, koji proizvede radioaktivna estica pri prolasku kroz gas,


35


to omoguava detekciju radioaktivnih estica razliite energije. Instrument zahtjeva stabilan izvor napona, te je osjetljiviji na nepovoljne uslove u buotini (visoke temperature i pritisci). Na slici 5.16. Prikazana je shema Gajger-Milerovog i proporcionalnog brojaa.

a. b.

Slika 5.16: Shema detektora radioaktivnog zraenja a - Gajger-Milerov broja, b - proporcionalni broja.

Scintilacioni broja se koristi za detekciju - zraka i neutrona, pri emu, po potrebi, mogu da se detektuju neutroni odreene energije. Princip rada instrumenta zasniva se na pojavi da estice radioaktivnog zraenja izazivaju kratkotrajne emisije vidljive svjetlosti (scintilaciju) pri prolasku kroz neke supstance.

Primjena nuklearnog karotaa ima znaajnu ulogu u svim fazama ispitivanja buotina koje se izvode pri istraivanju nafte i/ili gasa, ali isto tako i pri svim hidrogeolokim i geotehnikim ispitivanjima, kao i pri traganju za svim drugim vrstama mineralnih sirovina. Nuklearnim karotaima mogue je odrediti sva bitna svojstva kolektor stijene.


36


5.5. Akustina ispitivanja u buotinama

Akustini karota se zasniva na prouavanju razlika u elastinim svojstvima stijenskih masa, odnosno na prouavanju brzine prostiranja elastinih talasa kroz formacije du buotine. Mehanika energija se prenosi oscilovanjem sa estice na esticu, kroz elastinu sredinu. U homogenoj izotropnoj elastinoj sredini, talasi se od izvora oscilacija prostiru radijalno u svim pravcima. Talasni front je sfernog oblika sa centrom u taki izvora oscilacija i neprekidno se iri sa vremenom. U heterogenoj sredini talasni front ima komplikovan geometrijski oblik.

Prvobitna namjena koritenja akustinog karotaa bila je orijentirana ka odreivanju poroznosti kolektor-stijena i jo uvijek je njena primjena u tom domenu veoma znaajna. Meutim, razvojem tehnike mjerenja i uvoenjem raunara, polje primjene akustinog karotaa znatno je proireno, pogotovo kada je omogueno da se osim intervalnih vremena putovanja akustinih talasa mogu mjeriti i drugi pokazatelji talasa.

Akustini karota se primjenjuje za:

odreivanje litolokih komponenata stijena; raunanje poroznosti stijena; ispitivanje kvalitete cementacije kolone; utvrivanje stepena korozije zatitnih cijevi buotine; analizu vremenskih sekcija reflektivnih seizmikih ispitivanja; izradu sintetikih seizmograma pri odreivanju seizmike impedancije i koeficijenta

reflektiranja; identifikaciju zona nadpritiska; raunanje elastinih svojstava stijena; odreivanje seizmikih facija; razliita geotehnika ispitivanja i obradu rezultata okomitog seizmikog profiliranja.

5.5.1. Prostiranje talasa u buotini i formaciji

Prostiranje elastinih talasa zavisi prije svega, od mehanikih svojstava i gustine formacije. Na putu od predajnika do prijemnika, elastini talas prolazi kroz razliite sredine (sonda, isplaka, formacija).

Na svakoj granici dvije razliite sredine elastini talas se odbija (reflektuje), prelama (refraktuje) i konvertuje iz jednog oblika u drugi. Longitudinalni talas, koji proizvodi predajnik, se prvo prostire kroz isplaku odgovarajuom brzinom. Na zidu buotine se prelama i prostire se kroz formaciju, paralelno zidu buotine, mnogo veom brzinom (u odnosu na brzinu kroz isplaku). Zbog toga e longitudinalnom talasu, koji se od izvora prvo prostire kroz isplaku, pa kroz formaciju (najveim dijelom puta), a zatim ponovo kroz isplaku do prijemnika, biti potrebno mnogo manje vremena da stigne do prijemnika, nego talasu koji se direktno kroz isplaku prostire do prijemnika. Prostiranje elastinih talasa u buotini prikazano je na slici 5.17.


37


Slika 5.17: Prikaz prostiranja elastinih talsa u buotini. 5.5.2. Konvekcionalni akustini karota

Ovim akustinim karotaom registruju se prvi nailasci longitudinalnih talasa, odnosno mjeri se vrijeme koje je potrebno da longitudinalni talas pree put od predajnika do prijemnika. Na slici 5.18. prikazana je shema kompenzovanog akustinog karotaa.

Slika 5.18: Shema kompenzovanog akustinog karotaa. Najjednostavniji instrument akustinog karotaa sastoji se od predajnika, koji emituje akustine talase, i prijemnika, koji ih registruje. Sonda akustinog karotaa se sastoji od elektronskog i mehanikog dijela. Elektronski dio (napajanje, pojaavanje signala itd.) je smjeten u elino kuite, koje ga titi od mehanikog oteenja i uticaja temperature i


38


pritiska. U mehanikom dijelu se nalaze predajnici i prijemnici uronjeni u fluid koji ih titi od tetnog dejstva visokog pritiska. Akustina sonda moe da se kombinuje sa drugim sondama. Sonda akustinog karotaa sa dva prijemnika, na konstantnom meusobnom rastojanju je savremeniji tip sonde. Sistem registruje vrijeme koje je potrebno talasu da proe iskljuivo kroz formaciju. Ova sonda ne daje dobre rezultate kada je geometrija buotine nepovoljna (veliki prenik ili kosa buotina), jer ukoliko je sonda nagnuta u odnosu na osu buotine, registracija vremena je netana (neodgovarajua). Ovi nedostaci su regulisani konstruisanjem akustinih sistema sa automatskom kompenzacijom. Kompenzovani akustini karota (slika 5.18) je sonda sa 2 ili 4 prijemnika. Simetrino postavljeni predajnici naizmjenino emituju akustine talase.

Prijemnici registruju vrijeme pristizanja talasa prvo od jednog, pa do drugog prijemnika, na osnovu ega se vri automatska kompenzacija vremena, ime se znatno umanjuju greke, koje nastaju usljed nepovoljne geometrije buotine. Radijus istraivanja ovog instrumenata je mali (do 15 cm).

Sistem za kompenzaciju ne moe da eliminie sve smetnje. Amplituda talasa slabi sa rastojanjem znatno bre, nego smetnje, te odnos signal/smetnja odreuje maksimalno rastojanje predajnik-prijemnik. Usljed smetnji moe da doe do greaka u registrovanju prvog nailaska longitudinalnog talasa, usljed ega se registruju pikovi razliitih amplituda na karotanim dijagramima. Neke sonde imaju zatitne sisteme, koje eliminiu mjerenja koja znatno odstupaju od prosjenih. Greka moe da se javi i kada postoji znatno priguenje amplitude longitudinalnog talasa, pa dalji prijemnik registruje prvo nailazak nekog drugog talasa i javljaju se greke u raunanju vremena. Ova pojava je esta u rastresitim formacijama.

Pored longitudinalnih talasa, savremeni akustini sistemi (dugi akustini karota, digitalni akustini karota sa nizom prijemnika, itd.) mogu da registruju i transferzalne i Stounlijeve talase.

5.5.3. Digitalni akustini karota sa nizom prijemnika

Digitalni akustini karota (slika 5.19) sa nizom prijemnika je sloen geofiziki karotani sistem koji obezbjeuje kvalitetnu registraciju spektra akustinih talasa u irokom opsegu.

Ovaj sistem sastoji se od 2 piezoelektrina predajnika i 2 piezoelektrina prijemnika. Pored navedenog, instrument posjeduje jo 8-12 piezoelektrinih prijemnika irokog frekventnog opsega, smjetenih u nizu na rastojanju od 15 cm. irok frekventni opseg prijemnika omoguava istovremenu registraciju longitudinalnih, transferzalnih i Stounlijevih talasa, a njihov broj obezbjeuje veliki broj podataka mjerenja, to omoguava preciznije odreivanje brzine prostiranja talasa i visoku rezoluciju mjerenja.

Osnovna prednost sonde je u mogunosti mjerenja brzine prostiranja transferzalnih talasa. Poznavanje brzine prostiranja longitudalnih i transferzalnih talasa omoguava procjenu poroznosti, litolokog sastava i sadraja fluida u formacijama.

Ovaj geofiziki karotani sistem se koristi i za odreivanje vrstoe stijena i stepena kompakcije, kao i za procjenu parametara elastinosti. U nezacijevljenim buotinama se


39


koristi za standardna akustina mjerenja, a u zacijevljenim buotinama se koristi kao cementolog (mjerenja kvaliteta cementne obloge).

Slika 5.19: Shema digitalnog akustinog karotaa sa nizom prijemnika.


40


5.6. Posebne metode geofizikih ispitivanja u buotinama

Razvoj tehnologije omoguio je i nove tehnike izvoenja geofizikog karotaa. Neki od tih geofizikih karotanih sistema ve su postali i standardne tehnike ispitivanja, kao to je sluaj sa sistemom za mjerenje pada i pruanja slojeva ili dielektrini karotani sistemi. Slino se dogaa i sa uvoenjem novih sistema za ispitivanja spektra radioaktivnog zraenja. Ultrasonini karotani sistemi nisu se uvijek pokazali kao dovoljno uinkoviti pri lociranju frakturnih zona, pa su razvijeni mikroelektrini sistemi za skeniranje stijenke buotine -mikroelektrini skener. Sve ove tehnike su relativno nove i obim njihovih primjena je uglavnom u domenu ispitivanja buotina koje se bue sa ciljem otkrivanja i razrade leita ugljovodika.

Opisani geofiziki karotani sistemi primjenjuju se poslije buenja. Meutim, karotana mjerenja poslije buenja esto su optereena pogrekama zbog proirenja kanala buotine, invazije filtrata isplake u porozne slojeve itd. Mjerenje poslije buenja produava i znaajno poskupljuje izradu buotine, a u kosim buotinama (preko 45) i vodoravnim buotinama mjerenja su oteana, a ponekad i neizvodljiva. Iz navedenih razloga sve vee servisne kompanije za karotana ispitivanja i buenja razvile su i primjenjuju geofizike karotane ureaje i opremu za mjerenje tokom buenja. Takvi karotani sistemi su konstruisani tako da mogu izdrati velika optereenja, vibracije i velike temperature. Takvim sistemima, pored pokazatelja vanih za izvoenja rudarskih radova (pritisak, temperatura, nagib, azimut buaeg alata itd.), u ovisnosti od kombinacije ureaja, mogu da se izmjere sva bitnija fizika svojstva slojeva koje se konvekcionalnim karotanim sistemima mjere poslije buenja. Ve se u primjeni mogu nai elektrini, elektromagnetski, nuklearni, akustini, mehaniki i drugi geofiziki karotani sistemi za mjerenje tokom buenja. Takvi ureaji (sonde) smjeteni su u posebne, nemagnetine ipke iza dlijeta, a podaci koji se registruju alju se do aparature na vie naina: memoriraju se u samom ureaju, prenose se kablom, kodiranim signalima kroz isplaku ili elektromagnetskim talasima to ovisi od konstrukcije ureaja. Registrirani podaci o fizikim svojstvima naslaga su minimalno optereeni procesom buenja jer je naslaga vrlo kratko vrijeme bila izloena uticaju isplake i mehanikom djelovanju alata za buenje. Takvim sistemima osigurava se dobra procjena geolokih i geofizikih svojstava kolektora ugljovodika u realnom vremenu (u toku buenja) i omogueno je donoenje kvalitetnih i brzih odluka vezanih za sam proces buenja, jezgrovanja i mogunost njihove eksploatacije.

Pored svojih velikih prednosti geofiziki karotani sistemi za mjerenje tokom buenja imaju i izvjesne nedostatke. Prvo, pogreno izvedeno mjerenje ili ono koje je proputeno nemogue je ponoviti pod navedenim uvjetima. Drugo, u odnosu na konvekcionalne geofizike karotane sisteme za mjerenje poslije buenja, ovi sistemi nisu zastupljeni u svim oblastima primjene i postoje velika ogranienja u njihovoj kombinaciji. Bez obzira na to, pored geofizikih karotanih sistema za procjenu permeabiliteta, sistema za mjerenje u buotinama malog promjera i sistemima za mjerenje u proizvodnim kolonama, grupa geofizikih karotanih sistema u iji e se razvoj najvie ulagati u narednom periodu su sistemi za mjerenje tokom buenja.

DIPLO

6.

Utsvih onamjekvalifi

Gedobijajsu svadobiva

Uzveih prikazispitiv

Prouzorakredovii maljealatke buotielasti

OMSKI RAD

GEOTEH

tvrivanje nobjekata. Zane te postuicirane osob

eotehnika iaju procesomakako vrijedaju.

zorci plieg dubina uzim

zane osnovnvanja u buot

opisane su dka tla i ispitiitim razmaciem mase 64s noem ili ne. Energijanu i plastin

HNIKA

nosivosti i dakonski su pupci odreie i verificira

ispitivanja tlm jezgrovanjdniji nego p

a.

Slik

tla za ispitivmaju iz buotne alatke zatinama.

dimenzije nivanja u buima 30 do 104 kg, koji pa

konusom naa potrebnog nu deformac

ISPITIVA

deformabilnopropisane nvanja geote

ane institucij

la zahtijevaja) za labora

poremeeni,

ka 6.1: Uzorci a - slabije kv

vanja mogu stina, koje se a uzimanje

oa, cilindraotini. Standa00 cm. Na buada niz voica dnu prodrubroja udaraciju ureaja.

ANJA U B

osti tla prednorme terensehnikih poe.

ju neporemeatorijska ispit

meutim, u

tla (jezgra) slovalitete, b - bolj

se dobiti kopizvode raznuzoraka tl

a, konusa i ardni pentrauaim ipkacu s visine 7u u neporemeca (N) malja

BUOTIN

dhodi projekskih i labor

okazatelja, k

eene i poretivanja (sliku nekoheren

oeni u sandukje kvalitete.

panjem sondnim metodamla i izvedbu

svih drugih acijski pokusama koristi s76 cm i udareeno tlo 0,3a troi se na

Mjerenja

NAMA

ktiranju, odnratorijskih iskoja mogu

emeene uzoka 6.1). Nepontnim mater

b.

ke

danih jama,ma. Na slici 6u standardn

dijelova alasi izvode se se posebna gra u glavu a304 m (jednua savladavanj

pri izradi bu

nosno temeljspitivanja uprovoditi s

orke tla (kooremeeni urijalima se t

, dok se uzor6.2. shematsnih pentracij

atki za uzimtokom buen

glava sa voalatki dok buu stopu) razm

nje otpora tla

otina

41

jenju u ove samo

oji se zorci teko

rci iz ski su ijskih

manje nja u icom uae maka a i za


42


Slika 6.2: Shematski prikaz alatki za uzimanje uzoraka tla i izvedbu standardnih pentracijskih ispitivanja u buotinama, alatke za standardni pokus prodiranja (pentriranja) (a), detalj standardnog cilindra s noem (b),

rad s konusom (c), konus i spojnica (d) 1 - voica sa graninikom, 2 - malj mase 64 kg, 3 - kolona zatitnih cijevi, 4 - glava, 5 - buaa ipka, 6 -

standardni konus za pentracijsko ispitivanje tla (prodiranjem), 7 - prijelaz konusa na standardne buae alatke, 8 - standardni no, za rezanje tla, 9 - dvodjelni cilindar za neporemeene uzorke tla, 10 - ventil, 11 - spojnica sa

standardnim buaim alatkama.


43


Mjerenje propusnosti stijena zahtijeva se u veini geotehnikih buotina. Na slici 6.3. prikazani su ureaji za mjerenje vodopropusnosti tla.

a. b.

Slika 6.3: Shema mjerenja propusnosti u buotinama (a) i tipian ispitiva vodopropusnosti (b) 1 - vijak sa krilnom maticom za podeavanje, 2 - brtva, 3 - standardne cijevi i spojnice unutanje cijevi, 4 -

spojnica cijevi, 5 - prsten, 6 - brtva (paker), 7 - sigurnosna matica, 8 - propucana cijev, 9 - ekspandirajua brtva (paker), 10 ekspandirajui ureaj, 11 - standardne cijevi i spojnice (vanjske cijevi), 12 - manometar, 13 -

reguliranje i mjerenje protoka vode, H - hidrostatiki pritisak, A - dio kanala buotine koji se ispituje na vodopropusnost.


44


Konus (iljak) prikazan na slici 6.2.d. omoguava standardne pentracijske pokuse u ljunkovitom tlu, gdje bi neki vei komadi ljunka

diplomski rad.pdf

Documents