способ ориентирования керна скважин в пространстве

Формула изобретения

Способ ориентирования керна скважин в пространстве путем измерения его магнитных свойств, при котором из керна вырезают образцы и проводят поэтапное размагничивание каждого образца, определяют после каждого этапа размагничивания модуль и направление векторов естественной остаточной намагниченности, после чего находят их геометрическую разность, определяют направление разрушенных компонент намагниченности для ориентирования керна, отличающийся тем, что проводят поэтапное размагничивание каждого образца в пределах температур 100-680°С или блокирующих амплитуд переменного магнитного поля 2-100 млТ, при которых происходит размагничивание любого из магнитных минералов, среди разрушенных компонент естественной остаточной намагниченности выбирают две компоненты, присутствующие в преобладающем числе образцов, и через эти направления проводят плоскость размагничивания, определяют направление нормали к этой плоскости, по этой нормали производят ориентирование керна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геофизике, в частности к палеомагнитным исследованиям, и может быть использовано при изучении Земной коры для целей расчленения и корреляции толщ.

Известен способ ориентирования керна буровой скважины, который часто извлекают для экспертизы. Снаряд буровой установки, используемый для бурения, будет обычно создавать сильную остаточную намагниченность в керне скважины. Остаточная намагниченность ориентируется строго параллельно продольной оси снаряда. Способ обеспечивает правильное ориентирование керна буровой скважины или части его относительно продольной оси снаряда, последовательно размагничивая керн, делая запись интенсивности намагниченности и составляя график интенсивности намагниченности и направления, чтобы показать направление разрушенной остаточной намагниченности. Направление разрушенной компоненты остаточной намагниченности обеспечивает основу для правильного ориентирования керна относительно продольной оси (патент США №4211974, кл. G01V 3/08, опубл. 08.07.1980).

Недостатком известного способа является то, что ориентирование керна производится только относительно оси бурения - только в вертикальной плоскости.

Известен способ ориентирования керна в пространстве, при котором проводят поэтапное размагничивании образцов керна, определяют после каждого этапа размагничивания модуль и направление векторов естественной остаточной намагниченности, после чего находят их геометрическую разность, определяют направление современной компоненты намагниченности, по которому ориентируют керн, в котором с целью расширения области применения на керны трапповых интрузий, поэтапное размагничивание проводят синусоидальным магнитным полем на первом этапе в интервале 0-150Э с шагом 10-25Э и на втором этапе в интервале 150-600Э с шагом 25-50Э и временем размагничивания 30-500 с на каждом шаге, после чего определяют по данным измерений с использованием диаграммы Зийдервельда направления древней и современной компонент естественной остаточной намагниченности (SU 1132273, кл, G01V 3/00, опубл. 30.12.1984).

Недостатками этого способа является то, что ориентирование керна производится только для образцов трапповых интрузий и только с использованием одной современной компоненты естественной остаточной намагниченности, что сужает область применения способа.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ ориентирования керна скважин в пространстве путем измерения магнитных свойств, в котором из керна вырезают образец, проводят поэтапное размагничивание образца керна, определяют после каждого этапа размагничивания модуль и направление вектора естественной остаточной намагниченности, после чего находят их геометрическую разность, определяют направление современной компоненты намагниченности, по которой ориентируют керн.

Размагничивание производят при высокой температуре: на первом этапе - кратковременное при 100-150°С для снятия лабораторной вязкой намагниченности, на втором этапе длительное при температуре 100-150°С для частичного снятия естественной вязкой намагниченности, на третьем этапе длительное жесткое при температуре 250-300°С для выделения направления древней намагниченности (авторское свидетельство СССР №606151, кл. G01V 3/08, опубл. 05.08.1978 - прототип).

Недостатками известного способа, связанными с использованием только одной современной компоненты намагниченности для ориентирования керна в пространстве, являются:

- невозможность использования способа для высоких широт, где наклонение современной компоненты намагниченности имеет большие значения; в этом случае из-за естественного разброса векторов намагниченности часть их может иметь склонения, отличающиеся от склонения современного геомагнитного поля на углы до 180°; применение известного способа ориентирования керна приведет к соответствующим ошибкам в определении направления древней компоненты намагниченности;

- узкий спектр размагничивающих воздействий современной компоненты у многих образцов, что затрудняет надежное ее выделение;

- линейный характер восстановленного распределения современной компоненты, что приводит к сильному искажению распределений более древних компонент намагниченности;

- предположение, что естественная остаточная намагниченность является двухкомпонентной (одна современная и одна древняя компоненты) и использование для ориентирования образцов керна только одной современной компоненты намагниченности;

- применяемые при размагничивании образцов керна температуры (250-300°С) и режимы магнитной чистки (три этапа нагрева), которых недостаточно для полного размагничивания магнитных минералов и выделения всех компонент естественной остаточной намагниченности;

- сильное заражение или полное уничтожение в ряде случаев в процессе бурения или лабораторного перемагничивания современной компоненты намагниченности, что полностью исключает возможность использования способа.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание нового способа ориентирования керна скважин в пространстве, обладающего повышенной точностью и применимого даже в тех случаях, когда современная компонента намагниченности отсутствует или ее использование невозможно.

Техническая задача решается в способе ориентирования керна скважин в пространстве путем измерения его магнитных свойств, при котором из керна вырезают образцы и проводят поэтапное размагничивание каждого образца, определяют после каждого этапа размагничивания модуль и направление векторов естественной остаточной намагниченности, после чего находят их геометрическую разность, определяют направление разрушенных компонент намагниченности для ориентирования керна, в котором, согласно изобретению, проводят поэтапное размагничивание каждого образца в пределах температур 100°-680°С или блокирующих амплитуд переменного магнитного поля 2-100 млТ, при которых происходит размагничивание любого из магнитных минералов, определяют после каждого этапа размагничивания модуль и направление векторов естественной остаточной намагниченности, определяют направление разрушенных компонент естественной остаточной намагниченности, среди разрушенных компонент естественной остаточной намагниченности выбирают две компоненты, присутствующие в преобладающем числе образцов, и через эти направления проводят плоскость размагничивания, определяют направление нормали к этой плоскости, по этой нормали производят ориентирование керна.

Использование в заявляемом способе ориентирования керна скважин в пространстве пределов размагничивания, включающих температуры (температуры Кюри) и амплитуды (блокирующие амплитуды) переменного магнитного поля, при которых происходит полное размагничивание любого из магнитных минералов и использование вместо только одной современной компоненты намагниченности двух наиболее представительных компонент из всех разрушенных компонент естественной остаточной намагниченности образцов керна позволяет:

- устранить ограничения применения способа ориентирования керна скважин в пространстве в высоких широтах;

- устранить затруднения, связанные с надежностью выделения современной компоненты естественной остаточной намагниченности;

- устранить сильное искажение распределений древних компонент намагниченности;

- выделить и сориентировать все компоненты естественной остаточной намагниченности;

- выполнить ориентирование керна даже в случае искажения или полного уничтожения современной компоненты намагниченности.

Все это повышает точность заявляемого способа ориентирования керна скважин в пространстве и выполнить ориентирование керна даже в тех случаях, когда современная компонента намагниченности отсутствует или ее использование невозможно.

Сопоставительный анализ заявляемого способа ориентирования керна скважин в пространстве и прототипа выявляет наличие отличительных признаков у заявляемого способа по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретения «новизна».

Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, выражающийся в создании нового способа ориентирования керна скважин в пространстве, обладающего повышенной точностью и позволяющего выполнить ориентирование керна даже в тех случаях, когда современная компонента намагниченности отсутствует или ее использование невозможно.

Поскольку при исследовании объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе не выявлено решений, содержащих признаки заявляемого изобретения, отличные от прототипа, следует сделать вывод о том, что заявляемое изобретение соответствует критерию «существенные отличия».

Использование заявляемого изобретения в геофизике, в частности в палеомагнитных исследованиях, обеспечивает ему соответствие критерию «промышленная применимость».

Заявляемый способ ориентирования керна скважин в пространстве иллюстрируется чертежами, где показано:

на фиг.1 - примеры терморазмагничивания ориентированных образцов из естественных обнажений и выделения двух компонент естественной остаточной намагниченности - однополярной компоненты В и биполярной компоненты ZN, ZR;

на фиг.2 - распределения направлений компонент В и ZN, ZR с их средними направлениями, а также плоскость размагничивания, проведенная через средние направления В и ZN, ZR и нормаль к этой плоскости С;

на фиг.3 - случайная выборка 55 направлений из распределения ZN, 55 направлений из распределения ZR и соответствующих им 110 направлений из распределения В;

на фиг.4 - результат применения нового способа ориентирования к случайным выборкам, показанным на фиг.3 - средние направления и распределения компонент В и ZN, ZR, полученные после поворота плоскостей, проведенных через пару компонент В и ZN или В и ZR, выделенных в образце и, соответственно, самих компонент так, что склонения нормалей к этим плоскостям совпадают со склонением нормали С на фиг.2;

на фиг.5 - изменение углов , ₉₅ до и ₉₅ после применения нового способа от числа образцов n в случайной выборке компонент ZN, ZR и В;

на фиг.6 - примеры терморазмагничивания неориентированных образцов керна и выделения двух аналогичных компонент естественной остаточной намагниченности - однополярной компоненты В и биполярной компоненты ZN, ZR;

на фиг.7 - распределения направлений компонент В, ZN и ZR с их средними направлениями, полученные в результате применения нового способа к неориентированным образцам керна.

Для проверки правильности предлагаемого способа ориентирования керна скважин в пространстве он был применен к распределениям компонент В и Z (фиг.1, фиг.2), полученным для коллекции ориентированных образцов из естественных обнажений разреза реки Золотица (Зимний Берег Белого моря). Ни одна из этих компонент не является современной. Поэтому известные способы ориентирования керна скважин в пространстве не могли бы применяться для ориентирования этих образцов, если бы они были отобраны из неориентированного керна. Для проверки предлагаемого способа выполнялась следующая процедура:

1. Проводилось поэтапное терморазмагничивание каждого образца в пределах температур 100°-680°С (температура Кюри гематита, присутствующего в образцах) с температурным шагом на различных этапах 2-100°С. После каждого этапа размагничивания по результатам измерений на магнитометре определялись модуль и направление векторов естественной остаточной намагниченности, после чего находилась их геометрическая разность. Для каждого образца с использованием диаграммы Зийдервельда (проекция кривой размагничивания на горизонтальную и вертикальную плоскости) вычислялись направления разрушенных компонент естественной остаточной намагниченности (прямолинейных участков на кривой размагничивания), из которых выбирались две компоненты, присутствующие в преобладающем числе образцов - однополярная компонента В и биполярная компонента Z-ZN или ZR(фиг.1).

2. Вычислялись средние направления выделенных компонент намагниченности В и Z и направление нормали С к кругу размагничивания, проведенному через эти средние направления (фиг.2).

3. Из всей коллекции случайным образом выбирались 55 образцов, имеющих прямую полярность компоненты Z (группа ZN) и 55 образцов, имеющих обратную полярность (группа ZR), этому набору компонент ZN и ZR соответствует распределение компоненты В (фиг.3).

4. Для каждого образца определялось направление нормали С к кругу размагничивания, проведенного через выделенные в нем компоненты В и Z, по которому ориентировался образец (фиг.4).

5. Вычислялись средние направления и статистические параметры компонент В, ZN и ZR до и после применения предлагаемого способа, а также угол 5 между этими средними.

6. Случайным образом выбрасывалось по 5, 10, ..., 50 компонент из групп ZN, ZR и соответствующие им компоненты В и снова выполнялся пункт 5 (фиг.5).

7. Пункты 3-6 выполнялись десятки раз. На фиг.3-5 приведен пример такой операции.

Как видно из фиг.5, различие 5 между средними направлениями до и после применения предлагаемого способа во всех случаях выборок, вплоть до уменьшения числа образцов до 5 в каждой группе, не превышают угла доверия ₉₅ для каждого из распределений В, ZN и ZR. Это значит, что средние направления выделенных компонент намагниченности для ориентированных образцов с вероятностью более 95% совпадают со средними направлениями этих компонент для таких же образцов, если бы они отбирались из неориентированного керна скважины и были сориентированы предлагаемым способом.

Предлагаемый способ ориентирования керна скважин в пространстве был применен к неориентированным образцам, отобранным из керна скважины, пробуренной на Кулойском плато (Зимний Берег Белого моря): проводилось поэтапное терморазмагничивание каждого образца в пределах температур 100°-680°С (температура Кюри гематита, присутствующего в образцах) с температурным шагом на различных этапах размагничивания 2-50°С. После каждого этапа размагничивания по результатам измерений на магнитометре определялись модуль и направление векторов естественной остаточной намагниченности, после чего находилась их геометрическая разность. Для каждого образца с использованием диаграммы Зийдервельда (проекция кривой размагничивания на горизонтальную и вертикальную плоскости) вычислялись направления разрушенных компонент естественной остаточной намагниченности (прямолинейных участков на кривой размагничивания). Среди всех разрушенных компонент намагниченности выбирались две компоненты, присутствующие в преобладающем числе образцов, - однополярная компонента В и биполярная компонента Z-ZN или ZR (фиг.6). Для каждого образца определялось направление нормали С к кругу размагничивания, проведенного через выделенные в нем компоненты В и Z, по этой нормали ориентировался керн. Вычислялись средние направления и статистические параметры компонент В, ZN и ZR после применения предлагаемого способа (фиг.7).

Применение предлагаемого способа позволило сориентировать образцы керна, в которых отсутствует современная компонента намагниченности, и получить кучные распределения всех компонент (фиг.7). Средние направления этих компонент и их статистические параметры близки соответствующим значениям, полученным для ориентированных образцов из естественных обнажений.

Описанный выше способ повышает точность ориентирования керна скважин в пространстве и позволяет проводить ориентирование в случае, когда ни одна из разрушенных компонент намагниченности не является современной, что выгодно отличает его от прототипа.