Для чего нужен отбор керна
Лекция 1. ОТБОР И ДОКУМЕНТАЦИЯ КЕРНА
| Керн – цилиндрический монолит горной породы, полученный путем кольцевого разрушения забоя скважин при бурении |
Керн служит основным материалом для изучения геологического строения разреза скважины, является главным прямым источником и носителем информации о свойствах горных пород, обеспечивая визуальное и непосредственное их изучение. Он используется для определения относительного и абсолютного возраста, вещественного состава, петрографических, физических, физико-химических и других характеристик горных пород на всех стадиях геологоразведочного и нефтепромыслового процесса.
Планирование отбора керна осуществляется геологическими службами предприятий, отбор керна производят буровые бригады в строгом соответствии с геолого-техническим нарядом на бурение скважины. Отбор керна регламентируется в зависимости от степени изученности территории глубинным бурением и назначения скважин [11].
В параметрическиех скважинах, которые бурятся для изучения глубинного геологического строения, для определения нефтегазоносности районов возможного нефтегазонакопления и выявления наиболее перспективных участков, керн отбирается равномерно по разрезу в наиболее интересных для изучения геологического строения района интервалах.
На новых месторождениях в малоизученных районах с неустанновленной промышленной нефтегазоносностью при бурении первой скважины рекомендуется производить сплошной отбор керна равномерно по всему стволу, во второй и третьей – отбор керна ограничивается и приурочивается к определенным стратиграфическим и литологическим границам или перспективным и промышленным интервалам. В последующих поисковых и разведочных скважинах отбор керна производится лишь в пределах нефтегазоносных горизонтов.
На месторождениях, где верхняя часть разреза изучена, а нижняя еще подлежит исследованию, в изученном интервале нужно отбирать керн лишь в контактах свит (а также в зонах наличия маркирующих прослоев) или же применять каротаж (электрический и радиоактивный), а в неизученном интервале – производить сплошной отбор керна и другие указанные выше исследования.
На новых площадях в нефтегазоносных районах в первых двух-трех поисковых скважинах рекомендуется брать керн в пределах маркирующих и продуктивных горизонтов, а в последующих поисковых и разведочных скважинах отбор керна производится лишь в пределах продуктивных горизонтов.
В оценочных скважинах, которые бурятся на вновь вводимых в разработку залежах и на длительно разрабатываемых месторождениях нефти с целью определения величины нефтенасыщения и оценки остаточных запасов, производится сплошной отбор керна по всей мощности продуктивного пласта.
В эксплуатационных скважинах керн для контроля за проходкой скважины, как правило, не отбирается, и все наблюдения базируются на данных каротажа и косвенных исследованиях. В этом случае керн берут лишь в продуктивном горизонте для его детального изучения, а также в маркирующих горизонтах и характерных контактах свит на тех участках расположения скважин, где тектоника и строение залежи требуют уточнения.
При бурении нагнетательных скважин также рекомендуется отбирать керн в интервалах залегания продуктивных пластов. Детальные сведения о характере коллекторских свойств пласта в значительной степени помогут освоению нагнетательных скважин и регулированию процесса заводнения.
Разрушенная по кольцевому затрубному или внутреннему пространству порода выносится на поверхность промывочной жидкостью или сжатым воздухом (газом), нагнетаемым в скважину буровым насосом или компрессором, а керн входит в колонковую трубу.
Периодически (через 0,5–6 м и более) керн заклинивают, отрывают от забоя, поднимают на поверхность вместе с колонковым снарядом и извлекают из колонковой трубы. Извлечение керна из бурового снаряда осуществляется работниками буровой бригады в присутствии геолога. Применяют почти непрерывную транспортировку керна по внутренней полости колонны труб на поверхность; при этом керн извлекается аккуратно, без нарушения его ориентации с обязательной фиксацией глубины отбора керна в скважине.
Первичная раскладка керна осуществляется прямо на буровой. Керн очищают ветошью, бумагой или отмывают от бурового раствора в емкости с водой, затем укладывают в специальные керноприемные ящики или на землю в строгой последовательности с его извлечением из колонковой трубы.
Интервалы, из которых поднят керн, разделяют деревянными брусьями, досками и т.д. Одновременно подписывают (на разделителях или на этикетках) глубину отбора, проходку и выход керна.
Мелкие кусочки и обломки керна, последовательность которых невозможно установить, помещают в мешочки или заворачивают в плотную бумагу и укладывают в ящики в той же последовательности, что и керн.
Если в назначенном интервале керн не отбирался, в ящик укладывают этикетку с указанием, в каком интервале глубин вынос керна отсутствовал.
К сохранности и качеству керна предъявляются требования, обеспечивающие достоверность сведений о составе и строении вскрытых скважиной горных пород и полезных ископаемых. Контроль и наблюдение за условиями и качеством керна осуществляются представителями технологической и геологической службы предприятий.
Сохранность керна оценивается его линейным или объемным выходом – процентным отношением суммарной длины (или фактической массы) поднятого керна к длине пробуренного интервала (или расчетной массе для пробуренного интервала) скважины. Выход керна регламентируется инструкциями. Доля керна при сплошном отборе в общем информационном обеспечении геологоразведочных работ может достигать 70–80 %.
При бурении снарядами серии КИМ выход керна составляет 90 % и более (из неконсолидированных пород не менее 75 %). Стопроцентный выход керна позволяет с полной достоверностью изучать горные породы, пересечённые буровой скважиной, и определять запасы полезного ископаемого.
К специальным методам извлечения керна относятся отбор ориентированного керна и герметизация керна.
Ориентированный отбор керна
Керн, или образец породы, полученный в ходе бурения скважины, является одним из наиболее информативных материалов для исследования геологического строения разреза, а также свойств горной породы. Именно поэтому получение качественных образцов имеет крайне важное значение для направления изысканий и разработки месторождений.
Одним из специальных направлений по работе с керном является так называемый ориентированный отбор керна. Данная методика позволяет получить более подробные сведения о разрабатываемых месторождениях, в том числе такие данные, как:
Методика получения ориентированного керна во многом схожа с инклинометрией, определением пространственного положения скважин. Принцип работы по отбору ориентированного керна заключается в нанесении специальных отметок до начала его формирования. Для проведения операций по получению ориентированного керна забой скважины должен быть предварительно зачищен.
Для реализации работ в одном из вариантов данной методики в скважину опускается керноскоп – особый вид снаряда, у которого к опорам свободно крепится рама с эксцентриситетом относительно оси вращения. Благодаря такой конструкции центр тяжести рамы и, как следствие, ось вращения условно совпадут с осью скважины и разместятся в вертикальной плоскости искривления.
Весь комплекс мероприятий в зависимости от конкретной используемой технологии может производиться за один или несколько рейсов.
На самом керне этим специальным чертящим башмаком наносится 3 насечки, выполняющие функцию идентификации положения полученного экземпляра породы. Само ориентирование может проводиться как непосредственно в скважине, так и на поверхности. Однако второй вариант применим только для немагнитных пород, поскольку предполагает использование магнитной стрелки. В первом же случае даже маркировка может производиться на поверхности, если столб выбуренной породы еще не отделен от массива.
После извлечения керна для получения информации о его пространственном положении производится палеомагнитный анализ и визуальный осмотр с целью определения расположения нанесенных отметок относительно сторон света.
Чтобы задать вопрос или сделать заявку,
нажмите на кнопку ниже:
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.
Для чего нужен отбор керна
Керн (в дорожном строительстве) — образец асфальтобетона, цементобетона или другого материала, имеющий цилиндрическую форму и извлекаемый из одного или нескольких слоев дорожной конструкции путем бурения.
Отбор кернов осуществляется с целью контроля качества работ по асфальтированию, а также определения физико-механических характеристик асфальтобетона (толщины асфальтированного слоя, степени уплотнения и т.д.).
Альтернативным способом отбора проб в асфальтированном покрытии является получение вырубок. Вырубки, в отличие от кернов, имеют не цилиндрическую, а параллелепипедную или кубическую форму.
Цель отбора кернов
В отличие от неразрушающих способов контроля, осуществляемых непосредственно на месте проведения дорожных работ (например, с помощью радиометрического зондирования), отбор кернов и их последующий анализ в лаборатории позволяет получать существенно больший объем данных как по качеству работ (качеству подгрунтовки перед асфальтированием, качеству укладки и уплотнения асфальта), так и по характеристикам самого асфальтобетонного материала.
Таким образом, основной целью отбора кернов является оценка и контроль качества дорожных работ и материалов при устройстве асфальтобетонных покрытий. В зависимости от вида дорожных работ с помощью отбора кернов решаются следующие задачи:
Необходимость в отборе кернов для проведения лабораторных исследований чаще всего возникает в следующих случаях:
Технология и общие правила отбора кернов
В зависимости от типа асфальтобетонной смеси керны отбираются следующим образом:
Отбор керна осуществляется на расстоянии не менее 1 метра от края покрытия или оси дороги и не менее 0,2 м от шва. Отбор кернов выполняют на всю толщину покрытия с дальнейшим разделением слоев в лаборатории.
Размеры и количество кернов, которые отбирают с одного места, устанавливают исходя из количества образцов, которые требуются для испытаний. Диаметр кернов должен быть не менее:
Из тонкослойных покрытий керны отбирают вместе с нижним слоем и затем на станке для резки кернов отделяют нижний слой. При отборе кернов, тонкослойное покрытие не должно отделяться от нижележащего слоя без приложения усилий.
Качество асфальтогранулобетонного покрытия (при восстановлении асфальтобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог способами холодной регенерации) определяют по кернам диаметром 10 см, выбуренным из регенерированного слоя через 7 суток после его устройства. Керны отбирают в шахматном порядке по одному на каждые 1000 м регенерированного слоя, включая недоуплотненные участки.
Качество асфальтогранулобетонного покрытия (при восстановлении дорожных покрытий способом горячей регенерации) определяют по одному образцу-керну на каждые 500 м или трем образцам-кернам на каждые 1000 м.
При устройстве дорожных оснований из чернощебеночных и органоминеральных смесей контроль работ осуществляется путем отбора кернов через сутки после устройства слоя. С каждых 7000 м 2 отбирают 3 пробы. Качество готового слоя дорожного основания из черного щебня и органоминеральных смесей оценивают по физико-механическим показателям кернов, отбираемых через месяц после устройства слоя из расчета 2 пробы на 1 км.
При устройстве дорожного основания из асфальтобетонного гранулята (асфальтовой крошки) качество уложенного слоя оценивают по результатам испытаний кернов, которые отбирают через 14 суток после укладки слоя в количестве не менее трех на 1000 м.
Отбор кернов осуществляется специальным оборудованием — ручным или прицепным керноотборником. Последовательность операций при отборе керна керноотборником следующая:
После извлечения керна его маркируют, упаковывают и составляют акт отбора проб. В акте отбора проб указывается:
Упаковку и маркировку отобранных проб асфальтобетонных смесей осуществляют таким образом, чтобы до проведения испытаний или при хранении обеспечить сохранность свойств материала.
Лабораторные испытания керна
Перед началом лабораторных испытаний нижняя часть керна обязательно отпиливается. Это необходимо для того, чтобы удалить остатки битума на нижней поверхности образца, нанесенной розливом битума («подгрунтовкой»). Толщина отпиливания должна составлять 5–10 мм в зависимости от толщины и текстуры нижней части вырубки.
Также перед испытанием керны высушивают до постоянной массы при температуре не более 50 °С. Каждое последующее взвешивание проводят после высушивания в течение не менее 1 часа и охлаждения при комнатной температуре не менее 30 минут. Масса образца определяется взвешиванием на весах.
В результате лабораторных исследований керна определяют:
После проведения основных испытаний керны могут переформовываться. Переформованием керна называется его разогревание на песчаной бане или в термошкафу, последующее измельчение ложкой или шпателем и повторное создание образца цилиндрической формы.
Путем исследования переформованных кернов определяются следующие показатели:
Следует иметь в виду, что доверительная вероятность оценки показателей свойств асфальтобетона определяемых по переформованным из керна образцам значительно ниже, чем по образцам, изготовленным из смесей, в связи с чем результаты испытания переформованных образцов не могут дать объективной оценки, которая могла бы служить браковочным признаком. В связи с этим, количество кернов, отбираемых из асфальтированного покрытия, и количество повторных испытаний, для каждого конкретного случая следует рассматривать отдельно, при этом для обоснования брака следует привлекать методы статистики.
Касаемо оценки зернового состава минеральной части асфальтобетонных смесей по результатам испытания кернов, то результаты его нельзя считать достаточно достоверными по ряду причин. Во-первых, при транспортировке смеси, а также при ее укладке наблюдается сегрегация щебня, а отсюда и определенная неоднородность распределения его в уложенном слое. Для получения достоверных данных, позволяющих с высокой степенью вероятности оценить состав уложенной асфальтобетонной смеси, необходимо отобрать образцы из покрытия в количестве, необходимом для статистической оценки.
Во-вторых, при уплотнении покрытия щебень может дробиться. И в-третьих, при отборе образцов керноотборником происходит измельчение щебня в зоне опиленных граней. В зависимости от ряда причин, таких как тип смеси, размер кернов и т. п., содержание щебня в кернах может быть до 20 % ниже, чем содержание щебня в самой асфальтобетонной смеси, которая применялась при асфальтировании.
Информация взята с сайта ДСП “Юнидорстрой”