Основные методы определения интервалов залегания многолетнемерзлых пород
Характер ведения буровых работ в условиях Крайнего Севера имеет определенную специфику, связанную с преодолением природно-климатических условий и наличием в геологическом разрезе многолетнемерзлых пород. Бурение скважин в зонах вечной мерзлоты сопровождается различными видами осложнений, на ликвидацию которых затрачиваются значительные средства, материалы и время [4].
Мощность, глубину залегания многолетней мерзлоты и ее физические свойства изучают и определяют как в процессе бурения скважин, так и с помощью геофизической разведки, температурных измерений и комп-. лекса электрометрических исследований. Так как лед — плохой проводник электричества, представление о наличии или отсутствии мерзлоты в скважине можно получить по характеру кривых каротажных диаграмм. В интервалах многолетней мерзлоты кажущееся сопротивление увеличивается в несколько раз и в ряде случаев достигает 2—3 кОм. Кроме того, вследствие ослабления электрохимических процессов между стенками скважины и стволом кривые спонтанной поляризации (ПС) становятся слабо дифференцированными, что является признаком нахождения пород в мерзлом состоянии.
Чтобы установить параметры мерзлоты по каротажу, используют свойства инверсии потенциал — и градиент-зондов в мерзлой зоне.
Потенциал-зонд для указанного комплекса пород дает более высокие показатели кажущегося сопротивления рк по сравнению с градиент-зондом. У ствола бурящейся скважины происходит оттепление породы, и в результате показания потенциал-зонда значительно снижаются.
Каротажные диаграммы отмечают также интервалы талых пород.
При определении границ мерзлых пород наиболее четкие результаты дает термометрия скважин, проведенная непосредственно после бурения. В этом случае на термограммах выделяется интервал низких температур, который соответствует интервалу мерзлых пород в разрезе. Сопоставление термограмм с керном и характером ПС и КС в одних и тех же интервалах позволяет определить границы многолетнемерзлых пород с достаточной точностью. Термограммы, полученные в обсаженных скважинах во время ОЗЦ, позволяют выделить в разрезах массивы мерзлоты мощностью не менее 20 м.
Таким образом, несколькими замерами температур вг скважинах Крайнего Севера, проведенными вскоре после бурения, установлено, что интервалам залегания многолетнемерзлых пород соответствуют: аномально низкие температуры (безотносительно к пластовым температурам), безградиентные участки температурных кривых, участки низких температурных градиентов (менее 1°С).
В районах распространения рыхлых осадочных отложений зоны мерзлоты можно установить также по данным сейсморазведки (методами КМПВ и МОВ). Между скоростью распространения упругих сейсмических колебаний и температурой пород существует определенная зави — 208
симость: с понижением температуры эта скорость значительно увеличивается, поэтому в мерзлых толщах сейсмические скорости достигают 3000—3500 м/с, в то время как в талых отложениях они не превышают 1500—2000 м/с.
Площадь распространения мерзлоты и ее мощность могут быть определены методом ВЭЗ. Сопоставление данных ВЭЗ с результатами бурения или электрокаротажными измерениями показывает их хорошую сходимость.
Для каротажа мерзлых пород в скважинах создан портативный прибор, позволяющий учитывать протаивание грунта при бурении. ‘
Для измерения плотности мерзлых пород в приборе использован гам- ма-гамма-каротаж. Выходные данные регистрируются в виде картограммы измерений плотности.
С целью определения протаивания многолетнемерзлых пород при бурении скважин, а также коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи от бурового раствора в окружающие породы измеряют температуры входящего и выходящего из скважины бурового раствора.
За рубежом в изучении многолетнемерзлых пород достигнуты определенные успехи. Так, фирма «Атлантик Ричфилд» специализируется на разработке программ для ЭВМ. Программы, составленные на языке ФОРТРАН IV, позволяют рассчитывать температуры пород и жидкости в скважине, а также радиус их протаивания при различных криологических условиях.