7/27/2019 Cap 1 - IFR

1/15

1

NOIUNI INTRODUCTIVE

1.1. Investigaia geofizic a sondelor

Geofizica, n sensul cel mai general, este tiina care se ocup custudiul proprietilor fizice ale globului terestru i ale prilor luiconstitutive, precum i cu studiul fenomenelor fizice ce se desfoar ninteriorul, la suprafaa i n exteriorul lui (dup Liviu Constantinescu ).

n Geofizic se aplic principiile matematicii i legile fizicii lastudiul problemelor i proceselor privind Pmntul n ansamblul lui sauporiuni mari ale acestuia.

Odat cu dezvoltarea geofizicii ca tiini n condiionare reciproccu ea a aprut geofizica aplicat. Ea cuprinde ansamblul procedeelor

geofizice de cercetare a structurii scoarei terestre n scopul descoperirii iconturrii zcmintelor de minerale utile sau al condiiilor de care suntlegate n general apariia lor. Alte domenii n care geofizica aplicat iaduce o contribuie important sunt: geologia inginereasc, hidrogeologia iarheologia. Din geofizica aplicat fac parte: prospeciunile geofizice igeofizica industrial. Geofizica industrial cuprinde: geofizicainginereasci geofizica de sond.

Geofizica de sond conine ansamblul metodelor de investigaiegeofizic a formaiunilor geologice traversate de sonde, n scopul

determinrii proprietilor fizice ale rocilor i al coninutului n substaneminerale utile.

Prin efectuarea unui complex de msurtori geofizice n sonde i prinprelucrarea i interpretarea corespunztoare a datelor obinute se rezolvunor probleme legate de explorarea i exploatarea zcmintelor desubstane minerale utile.

7/27/2019 Cap 1 - IFR

2/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

2

Sonda este o construcie minier realizat n scoara terestr printr-uncomplex de lucrri de foraj (dislocarea rocii i evacuarea detritusului lasuprafa) urmate la anumite intervale de adncime de consolidare prinoperaii de tubare i cimentare.

Prima sond pentru exploatarea petrolului s-a spat la Baku n 1848,iar n Romnia, n 1861, lng Tg.Ocna, la o adncime de 150 m. Cea maimare adncime, la noi n ar, 7030 m, a fost atins de o sonda forat nlocalitatea Tufeni, judeul Prahova n anul 1983.

Primele msurtori geofizice ale unui parametru fizic n sonde aufost cele de temperatur. Aceste msurtori au fost efectuate n anul 1852

n regiunea Pechelbronn (Frana) de ctre Daubree, precum i n anul 1869de lordul Kelvin.

n ara noastr, primele msurtori de temperatur n sonde au fostefectuate n anul 1906 de profesorul Bungeeanu la Filaret i n anul 1911de profesorul Ion Tnsescu n antierele petrolifere de la Butenari,Moreni, Moineti i altele.

Din perioada 1920 1926 dateazi primele msurtori de deviaie,iar n anul 1927 este realizat i primul perforator de coloan cu glon, dectre inginerul Grigore Zmieureanu.

Un parametru important msurat n sonde este rezistivitatea rocilor.Prima msurtoare a fost efectuat pe data de 5 septembrie 1927 de fraiiConrad i Marcel Schlumberger, tot n regiunea Pechelbronn, iar n anul1929 este msurat potenialul natural sau potenialul spontan.

Astfel, s-au pus bazele carotajului electric, aplicat prima dat nVenezuela n anul 1931. Carotajul electric a devenit n scurt timp cea maiimportant metod de investigaie geofizic a sondelor, cunoscnd odezvoltare spectaculoas n toate rile productoare de petrol, printre carei Romnia, unde a fost aplicat pe scar industrial nc din anul 1931.

Investigaia geofizic a sondelor se efectueaz cu ajutorul unorutilaje i instalaii care constituie echipamentul de investigaie geofizic,montate de obicei pe unul sau pe dou autovehicule (fig.1.1.).

Investigaia geofizic se efectueaz att n sonde netubate ct i nsonde tubate. n sondele netubate, aceste operaii se pot efectua n cadrulfiecrei etape al procesului de foraj stabilite prin comanda geologo-tehnic,sau n timp real, n timpul forajului.

Investigaiile n timp real (Logging While Drilling LWD) suntefectuate cu aparatur adecvat i msoar aceleai proprieti fizice alerocilor, ca i n investigaia geofizic efectuat dup terminarea forajului.

7/27/2019 Cap 1 - IFR

3/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

3

Unele msurtori geofizice se efectueaz dup tubarea i cimentareacoloanelor burlane, nainte i dup operaia de perforare, sau n timpulprocesului de exploatare (carotaje de producie).

Aparatura necesar efecturii operaiunilor geofizice se mparte ndou module: aparatura de suprafai aparatura de sond sau dispozitivulde investigaie. Legtura ntre cele dou module se realizeaz cu cablulgeofizic sau prin teletransmisie n cazul carotajelor n timp real.

n continuare este descris pe scurt aparatura necesar efecturiioperaiilor de investigaie geofizic cu cablu.

Autolaboratorul sau staia de carotaj 1 conine aparatura de suprafai panourile pentru comand, msuri nregistrare i troliul (granicul) 2,cu cablul geofizic 3 pentru introducerea dispozitivelor de investigaie nsond i a extragerea acestora, precum i pentru alimentarea cu energieelectric a dipozitivului de investigaie geofizici transmiterea semnaluluide la dispozitiv la suprafa.

Elementul care se introduce n sond se numete dispozitiv deinvestigaie 7 i este lansat prin intermediul cablului geofizic pn la limitainferioar a intervalului de investigat, care este de obicei talpa sondei.Dispozitivul de investigaie are urmtoarele funcii:

- creeaz cmpul fizic artificial care este aplicat n metoda deinvestigaie utilizat: cmpul electric, cmpul radioactiv provocat, cmpulundelor elastice etc.

- sesizeaz cu ajutorul traductorilor, mrimea fizic (sub form desemnale), pe baza cmpului fizic aplicat sau a cmpului fizic natural.Aceste semnale sunt determinate de proprietile fizice ale rocilor: potenialnatural, rezistivitate electric, radioactivitate natural sau provocat, vitezaundelor elastice etc. Aceste mrimi sunt convertite n semnale (diferene depotenial, pulsuri electrice;

- transmite la aparatura de suprafa, prin cablul geofizic, semnaleleelectrice, care poart informaia privind proprietile fizice ale rocilor,pentru a fi nregistrati prelucrat.

Parametrii msurai se nregistreaz, n general, n timpul extrageriicablului cu dispozitivul de investigaie doar unele nregistrri sunt efectuatein timpul introducerii diapozitivului, cum estetermometria de sond.

Semnalele ajunse la suprafa sunt calibrate i convertite n uniti demsur corespunztoare proprietilor fizice ale rocilor.

Utilajul de investigaie mai este completat cu o serie de dispozitiveauxiliare, cum sunt:

7/27/2019 Cap 1 - IFR

4/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

4

- rolele de geamblac, care au rolul de ghidaj al cablului (rola deghidaj - 4)i de preluare a micrii liniare a cablului i transformarea ei nmicare de

rotaie;- traductorul (indicatorul) de greutate 5, folosit pentru msurarea

tensiunii mecanice n cablu, n timpul lansrii i extragerii dispozitivului deinvestigare; n timpul lansrii, tensiunea mecanic n cablu (greutatea),trebuie s creasc proporional cu adncimea; apariia unei stagnri sau aunei micorri a acesteia, indic oprirea dispozitivului de investigaie dincauza unui obstacol, fiind necesare o serie de manevre pentru a se trece de

obstacolul respectiv; n timpul extragerii, tensiunea mecanic (greutatea)trebuie s scad; apariia unei stagnri sau creteri indic prinderea ntr-oporiune a gurii de sond a dispozitivului de investigaie sau a cablului,fiind de asemenea necesare manevre de degajare; dac acestea nu daurezultat se trece la operaii de instrumentaie;

Fig.1.1. Utilajul pentru investigarea geofizic a sondelor [5]:1 - staia de carotaj, 2 - troliul sau granicul, 3 - cablul geofizic, 4 - rola de gidaj,

5 - traductorul de greutate, 6 - dispozitivul de msur a adncimilor, 7 dispozitivul de investigaie.

7/27/2019 Cap 1 - IFR

5/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

5

- dispozitivul de msurare a adncimii const dintr-un sistem cu dourole de msur avnd pe axe montate cte un encoder electronic (dispozitivelectronic de codificare a valorilor de adncime). Cablul geofizic antrenea-z rolele de msuri encoderul asigur msurarea cablului. De asemeneasunt efectuate corecii pentru alungirea elastic a cablului geofizic ladiferite adncimi.

Fig.1.2. Cablul geofizic de carotaj [5]:1 - conductori electrici, izolai cu cauciuc, policlorur de vinil

sau teflon, 2 - tras pnzat sau cauciucat, 3 - armtur metalic

compus din dou straturi de srm de oel nfurate n sensuri opuse.

Cablul geofizic, numit i cablul de carotaj, utilizat pentru lansarea iextragerea dispozitivului de investigare, figura 1.2., este alctuit din unul,trei sau apte conductori electrici 1, izolai cu cauciuc, policlorur de vinil

sau teflon, nvelii ntr-o tras pnzat sau cauciucat 2 i avnd la exterioro armtur metalic 3 compus din dou straturi de srm de oel,nfurate n sensuri opuse, pentru a asigura rezistena mecanic lantindere n timpul operaiilor n sonde.

Conductorii electrici servesc la transmiterea curentului electricnecesar alimentrii dispozitivului de sond i a semnalelor electrice demsur de la dispozitivul de investigaie la echipamentul de suprafa.

Investigaia geofizic a sondelor n timp real [Logging WhileDrilling - LWD] cuprinde o serie de metode de investigaie care suntefectuate simultan cu un sistem de msurtori (apsarea pe sap, direcia i

nclinarea, fora de torsiune i altele) cunoscute sub denumirea de MWD[Measurements While Drilling]. Unii autori nu difereniazLWD deMWDi includ toate msurtorile nMWD.

ntregul sistemLWDiMWD este format din aparatura de sond, iaparatura de suprafa. Aparatur de investigaie este montat n prjingrea amagnetic. Legtura dintre aparatura de suprafa i aparatura desond este realizat de colona de noroi, care reprezint canalul detransmisie al datelor. Informaiile sunt transmise la suprafa printeletransmisie: pulsuri pozitive, pulsuri negative i unde de presiune.

7/27/2019 Cap 1 - IFR

6/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

6

- pulsul de presiune pozitiv este realizat prin creterea intermitent apresiunii fluidului de foraj n prjini, cretere realizat prin reduceriiseciunii de curgere, cu ajutorul unui sistem prezentat n figura 1.3 a.

- puls de presiune negativ realizat prin scderea intermitent apresiunii fluidului de foraj n prjini cu ajutorul unei derivaii ce permitenoroiului de foraj s ptrund n spaiul inelar dintre peretele sondei iprjina de foraj figura 1.3.b.

- unde de presiune, sistemul SIREN. In principiu o valv depresiune, numit modulator, creeaz unde de presiune n coloana denoroi,prin variaia seciunii de curgere a acestuia, figura 1.3.c.

Fig. 1.3. Sistemul de transmitere a datelor la suprafa [43]

7/27/2019 Cap 1 - IFR

7/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

7

Informaia analogic, provenit de la diferii senzori, figura 1.4, esteconvertit n blocul convertor - analogic - digital n sistem binar. Dateleconvertite i sincronizate sunt codificate i transmise unui bloc de controlpentru modulator. Aceste sisteme sunt construite pentru transmiterea date-lor n dou frecvene, 12 i 24 Hz. Prin noroiul de foraj informaia ajunge lasuprafa unde este decodificati prelucrat cu ajutorul unui calculator desistem i prezentat sub forma unei diagrame de variaie a parametrului

nregistrat n funcie de adncime.

Fig. 1.4. Schi de ansamblu privind transmiterea datelorn sistemul SIRENE [17]

7/27/2019 Cap 1 - IFR

8/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

8

Sistemul LWD efectueaz msurtori n puncte la intervale de timpregulate. Rezult de aici o densitate de date (numr de msurtori pe metruforat). Aceast densitate este funcie de viteza de avansare a sapei, iar lavariaia vitezei rezult c msurtorile sunt efectuate la intervale deadncime neregulate.

Calitatea diagramei este funcie de densitatea de date i de rezoluiasenzorilor.

Fig. 1.5. Dependena dintre densitatea de date i viteza de msurare [43]

n figura 1.5 este prezentat dependena dintre viteza de avansare idensitatea de date pe 0.3 metri (1 ft) forai.Aceast dependen corespunde att sistemelor de transmitere a datelor prin

unde de presiune (sistemul SIREN), ct i pentru celorlalte sisteme.

1.2. Metodele geofizice de investigaie a sondelor clasificare

Clasificarea metodelor geofizicii de sond este fcut n funcie decmpul fizic pe care-l studiaz fiecare din aceste metode. Fr a acoperiabsolut toate metodele de investigaie cunoscute, se prezint mai josclasificarea principalelor metode ale geofizicii de sond.

7/27/2019 Cap 1 - IFR

9/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

9

A) Carotajul electric, bazat pe msurarea rezistivitii electrice arocilor i a potenialelor spontane care iau natere n gaura de sond (PS),este utilizat n urmtoarele variante:

-carotajul de rezistivitate aparent cu macrodispozitive:- carotajul electric standard;- carotajul electric lateral;- carotajul electric focalizat de tip laterolog;- carotajul inductiv;- carotajul electromagnetic;

- carotajul de rezistivitate aparent cu microdispozitive:

-microcarotajul convenional;-microcarotajul focalizat de tip laterolog cu variantele:

-microlaterolog;-proximty log;-microcarotajul cu focalizare sferic;

- carotajul potenialelor naturale sau spontane;- carotajul potenialelor provocate.

B) Carotajul radioactiv const n msurarea radiaiilor (gama, de neu-troni ) naturale sau provocate i se utilizeaz n urmtoarele variante:

- carotajul gama natural;- carotajul gama spectral:-carotajul spectral al radiaiei gama naturale;-carotajul spectral al radiaiei gama provocate (disper-sate, de captur, de activare, de ciocnire neelastic);

- carotajul radiaiei gama dispersate:-carotajul gama-gama de densitate;-carotajul litologic;-carotajul gama-gama selectiv.

- carotajul neutronic:-carotajul neutron-gama;-carotajul neutron-neutron cu neutroni termici:

-carotajul neutronic obinuit;-carotajul neutronic compensat.

-carotajul neutron-neutron cu neutroni epitermici;-carotajul neutronic n impulsuri;-carotajul de activare;-carotajul foto-neutronic;-carotajul izotopilor radioactivi;

7/27/2019 Cap 1 - IFR

10/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

10

-carotajul C/O i Ca/Si.-carotajul de flourescen X.

C) Carotajul acustic, bazat pe studiul proprietilor de propagare aundelor acustice n roci, este cunoscut n urmtoarele variante:

- carotajul acustic de vitez (obinuit, compensat);- carotajul acustic de atenuare (n sonde netubate; n sondetubate);- imaginea acustic a sondei.

D) Carotajul termic i termometria de sond studiaz distribuiacmpurilor termice naturale i artificiale.

E) Carotajul magnetic, bazat pe studiul proprietilor magnetice areca variante:

- carotajul magnetismului natural;- carotajul susceptibilitii magnetice a rocilor;- carotajul magnetic nuclear.

F) Carotajul gravimetric;G) Cavernocarotajul i cavernometria de sond

- cavernometria obinuit cu cavernometre (cu brae expandabile,tip patin, tip lame elastice);

- cavernometria sonic;H) Pandajmetria:- pandajmetria continu cu pandajmetre cu trei brae;- pandajmetria continu cu pandajmetre cu patru brae (de marerezoluie).

I) Metodele geochimice se bazeaz pe studierea gazelor din noroiulde foraj i bitumenele din probele de sit, probe laterale i carote mecanice,respectiv:

- gazcarotajul cu variantele: gazcarotajul cu analiz global; gaz -

carotajul cu cromatografie;- carotajul de bitumene sau luminiscent i msurtorile n cabinageologic.

Dei nu sunt msurtori geofizice propriu zise n geofizica de sondsunt tratate de unii autori i metodele de contol al sondelor (msurtori dedeviaie orintat a sondelor, msurtori pentru dirijarea sondelor,msurtori pentru localizarea mufelor, msurtori de presiune, msurtoride debite etc.) precum i lucrrile de deschidere i probare a formaiunilor(perforare, torpilare, probe laterale etc.)

7/27/2019 Cap 1 - IFR

11/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

11

1.3. Tehnologia efecturii operaiunilor geofizice la sond

Instalarea corect la sond a echipamentului geofizic reprezint ocondiie esenial pentru efectuarea operaiei de investigaie, de probare saude deschidere a stratelor n condiii optime i de deplin securitate, attpentru utilaj, ct i pentru personalul implicat, figura 1.6.

Staia de carotaj 1 se instaleaz n faa platformei pentru materialtubular al sondei 14, la o distan de 25-75 m.

Fig 1.6. Instalarea echipamentului de investigare geofizic de sond [5]:1 - staia de carotaj, 2 - suportul de susinere, 3 - indicator de greutate, 4 - ansamblu de legtur,5 - dispozitivul de investigare, 6 - cablu de oel, 7 - capac de protecie, 8 - masa rotativ, 9 - podul

sondei, 10 - instalaia de prevenire a erupiilor, 11 - travers metalic, 12 troliul, 13 - pene,14 - material tubular al sondei, 15 - cablul geofizic, 16 - rolele de geamblac, 17 - cablul scripetelui

auxiliar, 18 - enconderul, 19 - rola superioar, 20 elevator, 21 chiolbai, 22 crlig, 23 - macara,

24 - beciul sondei.

Pentru asigurarea lansrii diapozitivului de investigaie se instaleazrolele de geamblac 16 i 19 care ghideaz micarea cablului geofizic 15.Rola superioar 19 este pentru transmiterea micrii cablului; traductorulde greutate 3 i suportul de susinere 2 - numit i "ciuperc" se monteaz n

7/27/2019 Cap 1 - IFR

12/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

12

elevator 20, fixate cu ajutorul chiolbailor 21 de crligul 22 al macaralei 23i asigurate cu un bol cu sigurana. Rola de ghidaj inferioar 16 se leag cuajutorul unui lan sau cablu de oel 6 de o travers metalic 11 dispus subpodul sondei 9 sau de instalaia de prevenire a erupiilor 10 aflat n beciulsondei 24. n acelai timp, rola conductoare este suspendat de cablulscripetelui auxiliar 17.

Dispozitivul de investigaie 5 este cuplat la cablul geofizic 15 cuajutorul unui ansamblu de legtur 4 i se suspend deasupra gurii puului,

n centrul fiind meninut cu ajutorul troliulul 12 unde se gsete ienconderul pentru micarea cablului 18. n timpul operaiilor pregtitoare,

gura puului este asigurat cu un capac de protecie 7, pentru a evitacderea unor scule n sond.

Ansamblul de legtur care asigur cuplajul dintre dispozitivul deinvestigaie i cablul geofizic este prezentat n figura 1.7.

Fig.1.7. Ansamblu de legtur la cablu al dispozitivului de investigare [5]:1 - capul electric multifilar, 2 - cablu cu zece conductori, 3 electrozi metalici,

4 - piesa de legtur (rope socket), 5 reducie pentru instrumentaie,

6 - cablul geofizic, 7 - carcasa de protecie, 8 - dispozitivului de investigaie.

7/27/2019 Cap 1 - IFR

13/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

13

Dispozitivul de investigaie este cuplat la cablul geofizic 6 cu aju-torul ansamblului de legtur, care este constituit din capul electricmultifilar 1, un cablu cu zece conductori 2, pe care sunt montai doielectrozi metalici 3 ( E1, E2 ), pentru nregistrarea curbelor de rezistivitate ipotenial spontan i piesa de legtur la cablul geofizic 4. Capul electricconine o reducie 5 pentru a se asigura instrumentaia n caz de prindere adispozitivului n sond. Piesa de legtur (rope socket) 4 asigur cuplajulmecanic i electric ntre cablul cu zece conductori al ansamblului delegturi cablul geofizic cu apte conductori 6.

Capul electric asigur etanarea aparaturii dispozitivului de sond 8

introdus ntr-o carcasa 7 de protecie fa de presiunea hidrostatic afluidului de foraj din sond, precum i cuplajul electric ntre circuiteleaparatului de sondi cablul cu zece conductori. Etanarea la presiune serealizeaz cu ajutorul unor garnituri inelare de cauciuc (o-ring).

Lansarea se face cu atenie, urmrind indicatorul de greutate, pentrua preveni depunerea dispozitivului pe o serie de obstacole din sond ipentru a putea efectua imediat manevrele necesare continurii lansrii.

Dup ce dispozitivul de sond a ajuns la adncimea final (talpasondei) se ncepe extragerea cu o vitez constant, pentru efectuarea nre-

gistrrii parametrilor geofizici. n timpul extragerii, operatorul de laautotroliu trebuie s urmreasc cu atenie indicatorul de greutate pentru apreveni prinderea aparaturii sau a cablului n sondi pentru a se putea luamsurile pentru degajarea acestora.

Aparatura de suprafa preia semnalul provenit de la dispozitivul deinvestigaie prin intermediul canalului de transmisie (cablul geofizic,noroiul de foraj).

Acest semnal este prelucrat de blocurile electronice corespunztoarepanourilor de operaiuni i n conformitate cu calibrrile specifice fiecrei

metode de investigaie.Semnalul prelucrat este redat n uniti de msur corespunztoaremrimii msurate n sistem analogic i/sau digital.

O schem de principiu a sistemului analogic i digital este prezentatn figura 1.8.

nregistrrile digitale prezint o serie de avantaje fa de nregis-trrile analogice. n sistemul digital scrile de nregistrare att aadncimilor ct i a proprietilor fizice msurate pot fi modificate nfuncie de gradul de detaliere a intervalului necesar a fi interpretat.Interpretarea poate fi efectuat direct cu ajutorul softurilor specializate.

7/27/2019 Cap 1 - IFR

14/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

14

Datele pot fi transmise cu ajutorul internetului n centrele de interpretare ila beneficiar, n timp real sau cnd este efectuat investigaia.

nregistrrile analogice efectuate pe film sau hrtie fotosensibil suntnregistrate ntr-o scar fix, prestabilit. Prelucrarea automat necesitdigitizare acestora.

Fig 1.8. Schema de principiu a sistemului de nregistrare analogici digital

( dup Moseley,1976, cu modificri ) [27].

Se obine n final o diagrafie geofizic (o diagram) n care se redvariaia unuia sau a mai multor parametri msurai, n funcie de adncime,figura 1.9.

Preciza cu care aceste curbe redau variaia unuei mrimi fizice cuadncimea depinde de mai muli factori dintre care enumerm:sensibilitatea dispozitivului de investigare, condiiile de msur, calibrareaapraturii etc. Avnd n vedere condiiile de investigaie, valorile valorilemsurate nu sunt valorile reale, aceste valori sunt valori aparente din careprintr-o prelucrare adecvat se obine valoarea real.

7/27/2019 Cap 1 - IFR

15/15

NOIUNI INTRODUCTIVE

15

Fig 1.9. Forma de prezentare a diagrafilor geofiziceTRASA 1: SP curba de potenial spontan, SGR curba de variaie a radiaiei gama natural,

CALI curba de variaie a diametrului sondei, TRASA 2: adncimea, TRASA 3: LLD rezistivitateanregistrat cu dispozitiv focalizat cu raz de investigaie adnc, LLS rezistivitatea nregistrat cu

dispozitiv focalizat cu raz de investigaie superficial, MSFLC - rezistivitatea nregistrat cu microdis-pozitiv cu focalizare sferic, TRASA 4: RHOB curba de densitate, TNPH curba de porozitate

neutronic, DTLN timpul unitar de parcurs