Для чего добывают керн
Керн (геология)
Керн — образец горной породы, извлеченный из скважины посредством специально предназначенного для этого вида бурения. Часто представляет собой цилиндрическую колонку (столбик) горной породы достаточно прочной, чтобы сохранять монолитность.
В последние годы керн при бурении для лучшей сохранности отбирается (попадает) в пластиковые или алюминиевые трубы (контейнеры). После извлечения из бурового инструмента эти трубы (контейнеры), заполненные керном, для удобства режутся на отрезки, обычно метровой длины. Для детальных исследований эти отрезки в свою очередь разрезаются вместе с керном пополам вдоль оси, как представлено на фотографии.
Выход керна определяют в процентах к пробуренному метражу. 100%-ный выход керна позволяет с полной достоверностью изучать горные породы, пересечённые буровой скважиной, и определять запасы полезного ископаемого.
Информационная ценность образцов керна
Отбор керна с научной целью начался как метод исследования океанического дна. Вскоре метод был освоен для исследования озёр, ледников, почвы и древесины. Керны, взятые с очень старых деревьев, дают информацию об их годичных кольцах, при этом не требуется спиливать дерево.
По керну можно судить об изменении климата, геодинамической обстановке, видах фауны и флоры, существовавших в определенную геологическую эпоху, а также об осадочном строении земной коры. Динамические явления на поверхности Земли в большинстве областей цикличны, особенно это касается температуры и выпадения осадков.
Существует много способов датировки керна. После датировки можно получить ценную информацию об изменении климата и ландшафта. Например, образцы керна, взятые со дна океана, из недр земли и ледников полностью изменили наше понимание геологической истории плейстоцена.
Что такое керн? Добыча и исследование образцов
Первоначально керны использовались для изучения дна океана. Однако вскоре стала очевидной их ценность не только для океанической, но и другой геологической истории. На сегодняшний день сотни тысяч образцов были собраны со дна всех океанов планеты и на обширной площади суши. Что же такое керн и в чем его польза?
Информационная ценность
Значение керна для науки трудно представить. Эти образцы являются лучшим прямым источником данных о подземной геологии. Поскольку они представляют собой самые большие подземные пробы (обычно 10 см в диаметре и часто сотни метров в глубину), то показывают структуры и типы пород. При отборе керны дают данные о составе породы, пористости, проницаемости и качестве ресурса. Ни один другой тип геологического образца не предоставляет столько данных, охватывая широкий круг общественных потребностей и научных проблем.
Вам будет интересно: Британская монархия: история, особенности
Разрабатываются новые аналитические методы, улучшились возможности компьютерного моделирования, позволяя геологам лучше представлять динамику недр и развивать научные концепции. Хотя мы не можем знать, как и когда используют данные из кернов, их следует сохранять. Они необходимы для экономического развития, защиты окружающей среды, планирования землепользования и обеспечения качества жизни наших граждан сегодня и завтра.
Добыча керна
Образец керна представляет собой цилиндрический участок вещества, встречающегося в природе. Большинство получают путем бурения с помощью специальных сверл в веществе, например, осадке или породе, с помощью полой стальной трубы, называемой керновым сверлом. Отверстие, сделанное для образца керна, называется керноприемник. Существует множество пробоотборников для различных сред при разных условиях. В процессе бурения образец более или менее вдавливается в трубу. Извлеченный в лаборатории, он проверяется и анализируется различными методами и оборудованием в зависимости от типа требуемых данных.
Могут быть взяты пробы для проверки свойств искусственных материалов, таких как бетон, керамика, некоторые металлы и сплавы, особенно более мягкие. Также существуют керны живых существ, в том числе людей. В медицине, к примеру, берут образцы костей человека для микроскопического исследования. Велика вероятность, что такой керн содержит то, что поможет диагностировать заболевание.
Геологические коллекции
Существует множество образцов керна. Некоторые выставлены публично, другие лежат в специальных кернохранилищах. Одной из самых больших считается геологическая коллекция в Институте океанографии им. Скриппса. Она представляет собой физическую библиотеку бесценных образцов, полученных с морского дна и Мирового океана. Здесь хранится около 7500 глубинных океанических кернов, более 3500 морских и около 40 000 слайдов морских микроископаемых, а также около 10 000 образцов горных пород и окаменелостей в учебной коллекции.
Геологические коллекции в институте являются одними из старейших и крупнейших в США, они постоянно пополняются. Образцы доступны океанографам по всему миру, которые изучают различные области, включая геологию, геохимию, геобиологию, палеоокеанографию, геофизику и многое другое, что делает коллекции неотъемлемой частью многих междисциплинарных проектов.
Для чего добывают керн
Совсем недавно наша одноклассница, Коржубаева Ажар, рассказывала нам о достопримечательностях города Лабытнанги, среди них она упоминала и о кернохранилище. Мы решили поехать и посмотреть на него сами.
Нам провели интереснейшую экскурсию и показали то, чего никогда не видели.
Данной информации достаточно, чтобы понять, что хранят в кернохранилище. Мы узнали, что получить точные данные о месторождении можно только с использованием реального кернового материала. С его помощью возможно проведение специальных экспериментов, направленных на подсчёт запасов и увеличение полноты извлечения нефти на истощающихся месторождениях.
Сегодня, в кернохранилище хранятся образцы полезных ископаемых, горных пород Полярного Урала и полуострова Ямал. Оно выполняет функцию музея. Постоянная выставка развернута в большом зале, и коллекция постоянно пополняется. Некоторые экспонаты известны лишь специалистам, но есть и те, которые ценились еще в глубокой древности. В экспозиции также представлены и редкие породы, характерные лишь для Ямало-Ненецкого автономного округа. Иллюстрированные стенды наглядно показывают, как идет добыча полезных ископаемых, есть также экспозиция проб нефти и газа.
Мы увидели действующую модель, показывающую, как добывается керн, увидели потрясающей красоты поделочные камни, которые можно найти только на территории Ямала.
А так как мы, кроме классного руководителя и родителей, приглашали с собой двух учителей географии, то экскурсия получилась еще интересней – была возможность спросить обо всем непонятном тут же.
Спасибо большое за экскурсию. Нам понравилось! Поезжайте и вы, не пожалеете.
Отбор керна: размер имеет значение
Образец породы, извлечённый из скважины, даёт информацию, которая представляется для добывающих компаний едва ли не истиной в последней инстанции — некоторые характеристики пласта иными методами получить просто невозможно. Причём чем большего размера — тем лучше.
Крупные образцы дают геологам и инженерам больше возможностей для более точного определения геологического строения, геомеханических и петрофизических характеристик пород. Всё чаще для поиска новых месторождений применяют технологию разработки нетрадиционных залежей. Поэтому отбор репрезентативных образцов пород, не связанный с большими затратами и неэффективностью традиционных методов керноотбора, стал насущной задачей.
Методы отбора керна
В нефтегазовой отрасли их два: вырезание цельных кернов при помощи буровой компоновки и отбор бокового керна. Традиционный метод чаще всего позволяет получить качественные образцы керна, но в отличие от обычных операций бурения он является дорогостоящим и длительным процессом.
Экономической альтернативой служит боковой отбор керна — дополнительный способ получения данных там, где это невозможно при помощи традиционных способов. За один рейс можно извлечь до 90 образцов на выбранных глубинах, что позволяет охватить сразу несколько целевых интервалов.
«У геологов и инженеров появилась возможность использовать большие керны для исследования нетрадиционных залежей и определения механических свойств горных пород. При большом количестве доступного для анализа кернового материала нефтегазодобывающие компании имеют намного больше шансов успешной разработки нетрадиционных залежей», — указали в статье «Rotary Sidewall Coring—Size Matters» для компании «Schlumberger Limited» Abhishek Agarwal, Robert Laronga и Larissa Walker.
Речь идёт о методах ударного или вращательного бокового отбора керна.
«Хотя ударный метод является экономичным и быстрым, его применение может вызвать некоторые осложнения. В результате удара бойков о породу может произойти повреждение керна. И твёрдые, и мягкие породы разрушаются под действием удара бойка, и это приводит к изменениям свойств образца. Слабоцементированные породы при ударе бойка подвергаются сжатию, а глинистая корка с внутренней стенки скважины может вдавливаться в скелет породы керна, изменяя тем самым его характеристики. Добывающие и сервисные компании знают об ограничениях ударного метода и мирятся с этими ограничениями на протяжении почти пятидесяти лет. Это положение изменилось в 80-х годах прошлого века, когда появились первые вращательные керноотборники», — сообщают авторы статьи.
По словам специалистов, преимущество этого метода в том, что он позволяет сохранить поровую структуру породы и исключить механические повреждения керна.
Детали
Основные требования к процессу заключаются в обеспечении стопроцентного выноса, скорости бурения и максимальном количестве метров за рейс.
«Наше оборудование позволяет собрать сколько угодно секций, в зависимости от тех требований, которые предъявляет геолог. Например, он предполагает, что на глубине от 1000 до 1020 м может быть нефть. Эти самые 20 метров можно пройти одной секцией, или двумя секциями за один рейс. А два рейса — это лишние средства. Максимально за рейс мы отбирали 56 метров.
Сейчас заказчики предъявляют новое требование — отбор на глубине 18 метров. Для этих целей был разработан КСК с 6-метровой секцией. Отбирая по три секции, можно получить эти 18 метров. Геологи увеличивают интервал отбора, одна из тенденций — отбирать за рейс 27, 36 метров. Причём разработки новых конструкций касаются не только длины, но и совершенствования внутренних частей», — поделился руководитель направления «Керн» ООО «ВНИИБТ-БИ» Степан Макаров.
Во время проходки нагрузку на долото устанавливают на поверхности, перед спуском в скважину. При низкой нагрузке отбор происходит излишне долго. А при слишком высокой может произойти прихват долота с преждевременным прекращением работ.
В «изолятор»
Чтобы минимизировать повреждения керна и добиться более точного анализа, инженер по отбору должен использовать технологию изолированного герметизированного керна.
Неоднородные проблемы
Неоднородность пропластков предполагает сминание и расслоение породы, что приводит к заклинке, поэтому всё чаще заказчики обращают внимание на наличие гидравлического индикатора заклинки керна. При выходе на поверхность керн должен «не растерять» все флюиды нефти и газа. Для этого применяются специальные клапаны подачи изолирующего агента.
«По мере того, как керн поднимается наверх, за счёт того, что внизу избыточное давление достаточно большое, газ начинает отделяться от керна. Для того, чтобы не возникало декомпрессии и выделяющийся газ своевременно стравливался с керна, мы применяем клапан сброса давления», — прокомментировал представитель «Бурсервиса».
Хранение и транспортировка
Для дополнительной защиты используют технологию укладки керна не просто в одноразовую трубу, но ещё и в гель, который создаёт своеобразный вакуум и обеспечивает более высокую информативность для исследования в лаборатории.
«Мы предоставляем тёплый контейнер, чтобы предотвращать разрушение керна, так как он содержит флюиды, в том числе, воду, которая при минусе превращается в лёд. Также для безопасной транспортировки используются виброгасящие прокладки на ящике, либо специальная пена. Керн укладывается в ящики, затем специальным образом запенивается, чтобы в процессе транспортировки не подвергаться вибрационным нагрузкам», — рассказал Эдуард Зарипов.
Отбор керна
Керном называется образец горной породы, который извлекают из скважины с целью его дальнейшего изучения. Данный образец имеет вид цилиндрической колонки горной породы, которая отличается своей прочностью с целью сохранения монолитности. Отбор керна осуществляется с помощью специального вида бурения, который именуется колонковым.
Бурение с отбором керна имеет свою специфику, которая заключается, прежде всего, в использовании специальных инструментов и установок. Таким образом, отбор керна в скважинах осуществляется с помощью специального породоразрушающего инструмента – бурильных головок и керноприемных устройств. Как правило, для этого используется колонковая труба, внутрь которой помещен керноприемник (пробоотборник). В конструкцию пробоотборника входят следующие элементы:
В настоящее время существуют разнообразные виды керноприемников. Это обусловлено различностью горных пород, а также условий, при которых приходится осуществлять отбор керна и бурение скважин.
Порода во время отбора керна разбуривается по кольцевому принципу, в результате чего керноприемник, можно сказать, наползается на столбик той породы, которая формируется внутри кольца. Далее образцы горной породы забираются в трубу. При этом, они остаются практически неповрежденными. Остальной шлам, образованный во время данного процесса и не попавший в керноприемник, посредством промывочной жидкости или сжатого воздуха, которые нагнетаются в скважину с помощью насоса или компрессора, выносится на дневную поверхность.
После этого осуществляется заклинивание керна, отделение его от забоя, а также дальнейшая его транспортировка на дневную поверхность. После того, как образец породы доставлен на поверхность, его вынимают из трубы и расскладывают в специальные керновые ящики, соблюдая при этом строгую последовательность нахождения керна в его геологическом разрезе скважины. Весь керн, который был изъят из скважины, детально изучается, описывается, а также транспортируется в специальное керноранилище для его дальнейшего хранения. После этого проводятся различные его исследования. В частности, осуществляется химический, спектральный, петрографический анализ керна, а также другие его изучения. Эти процессы происходят в специальных лабораториях с применением разных методов при помощи различной техники, в зависимости от того, какие данные о керне необходимо получить. Как правило, во время проведения анализа, берется только некоторая часть из всего образца. На хранение керна отводится четкий промежуток времени, после окончания которого, та часть керна, которая не представляет собой никакого важного значения, ликвидируется в соответствии со специальными руководящими документами.
В последние несколько лет, установка для отбора керна была несколько усовершенствована. Таким образом, при заборе образца, порода попадает сразу в пластиковые или алюминиевые контейнеры. Это обеспечивает гораздо лучшую сохранность керна, а также делает дальнейшую работу с ним более удобной. После того, как из бурового инструмента достаются контейнеры с керном, они режутся на метровые отрезки. Для проведения последующих более подробных анализов осуществляют продольное разрезание данных отрезков вместе с керном.
Полученное количество керна определяется в процентном соотношении к пробуренному метражу. Для более точного изучения горной породы, а также для определения запасов полезных ископаемых, необходимо наличие 100%-ого выхода керна.