КАРОТА́Ж

КАРОТА́Ж [франц. carottage – от­бор бу­ро­во­го кер­на, от carotte – мор­ковь; керн (по фор­ме мор­ко­ви)], ком­плекс ме­то­дов, ос­но­ван­ных на из­ме­ре­нии фи­зич. по­лей в бу­ро­вых сква­жи­нах с це­лью изу­че­ния гор­ных по­род, вскры­тых сква­жи­ной и рас­по­ло­жен­ных вбли­зи неё. К осн. за­да­чам К. от­но­сят­ся изу­че­ние гео­ло­гич. раз­ре­за сква­жи­ны, вы­де­ле­ние пла­стов по­лез­но­го ис­ко­пае­мо­го и оцен­ка со­дер­жа­ния в них по­лез­ных ком­по­нен­тов. Гео­фи­зи­че­ские ис­сле­до­ва­ния сква­жин, су­ще­ст­вен­ной ча­стью ко­то­рых яв­ля­ет­ся К., по­зво­ля­ют про­во­дить эти ра­бо­ты, зна­чи­тель­но со­кра­тив объ­ём от­би­рае­мо­го кер­на. Ком­плекс ка­ро­таж­ных ме­то­дов, при­ме­няе­мых в неф­тя­ных и га­зо­вых сква­жи­нах, на­зы­ва­ют про­мы­сло­вой гео­фи­зи­кой.

Пер­вые тем­пе­ра­тур­ные из­ме­ре­ния в неф­тя­ных сква­жи­нах Азер­бай­джа­на и Да­ге­ста­на бы­ли вы­пол­не­ны в 1906–16 Д. В. Го­лу­бят­ни­ко­вым. Ши­ро­кое при­ме­не­ние К. свя­за­но с дея­тель­но­стью франц. учё­ных К. и М. Шлюм­бер­же, ко­то­рые в 1926–31 про­ве­ли из­ме­ре­ния элек­трич. со­про­тив­ле­ния и са­мо­про­из­воль­ной по­ля­ри­за­ции по­род в неф­тя­ных сква­жи­нах ме­то­да­ми элек­три­че­ско­го ка­ро­та­жа. В 1933 В. А. Фок ре­шил за­да­чу о рас­пре­де­ле­нии элек­трич. по­ля в сква­жи­не; опи­ра­ясь на это ре­ше­ние, рос. гео­фи­зик Л. М. Аль­пин рас­счи­тал па­лет­ки (со­б­ран­ные на од­ном лис­те кри­вые из­ме­ряе­мых па­ра­мет­ров в за­ви­си­мо­сти от элек­трич. свойств по­род), ко­то­рые лег­ли в ос­но­ву ме­то­да бо­ко­во­го ка­ро­таж­но­го зон­ди­ро­ва­ния (БКЗ). Даль­ней­шее раз­ви­тие тео­рии элек­трич. ка­ро­та­жа и раз­ра­бот­ка спо­со­бов прак­тич. при­ме­не­ния ме­то­да БКЗ бы­ли вы­пол­не­ны рос. гео­фи­зи­ка­ми С. Г. Ко­ма­ро­вым и В. Н. Дах­но­вым. В 1933–1934 груп­па рос. гео­фи­зи­ков (Г. В. Горш­ков и др.) раз­ра­бо­та­ла гам­ма-ка­ро­таж, ос­но­ван­ный на из­ме­ре­нии ес­теств. ра­дио­ак­тив­но­сти гор­ных по­род. В 1941 Б. М. Пон­те­кор­во пред­ло­жил ней­трон­ный К. В 1946–48 амер. гео­фи­зик Х. Г. Долль пред­ло­жил элек­трич. К. с фо­ку­си­ров­кой то­ка (бо­ко­вой К.), ин­дук­ци­он­ный К. и зон­ды для мик­ро­элек­трич. ис­сле­до­ва­ний сква­жин. В 1938–39 амер. гео­фи­зик Г. Ар­чи и Дах­нов ус­та­но­ви­ли за­ви­си­мость элек­трич. свойств по­род от их по­рис­то­сти (за­кон Ар­чи – Дах­но­ва).

Методика проведения каротажа

При ка­ро­таж­ных ис­сле­до­ва­ни­ях в сква­жи­ну спус­ка­ют на ле­бёд­ке сква­жин­ный при­бор, обо­ру­до­ван­ный дат­чи­ка­ми фи­зич. па­ра­мет­ров. Сква­жин­ный при­бор со­еди­нён с ре­ги­ст­ри­рую­щей ап­па­ра­ту­рой, рас­по­ло­жен­ной на по­верх­но­сти, спец. ка­ро­таж­ным ка­бе­лем, обес­пе­чи­ваю­щим элек­тро­снаб­же­ние при­бо­ра и пе­ре­да­чу сиг­на­лов дат­чи­ков. Сред­ст­ва те­ле­мет­рии по­зво­ля­ют од­но­вре­мен­но пе­ре­да­вать на по­верх­ность боль­шое ко­ли­че­ст­во сиг­на­лов по од­ной жи­ле ка­бе­ля. Тех­нич. сред­ст­ва про­ве­де­ния К. (ле­бёд­ка с ка­бе­лем, кон­троль­но-из­ме­рит. ап­па­ра­ту­ра, сква­жин­ные при­бо­ры и зон­ды), раз­ме­щён­ные на ав­то­мо­би­ле, вез­де­хо­де и др., на­зы­ва­ют ка­ро­таж­ной стан­ци­ей. При из­ме­ре­ни­ях в го­ри­зон­таль­ных сква­жи­нах сква­жин­ный при­бор кре­пит­ся на бу­риль­ных тру­бах и пе­ре­ме­ща­ет­ся вдоль сква­жи­ны с их по­мо­щью. В этом слу­чае сква­жин­ный при­бор дей­ст­ву­ет ав­то­ном­но (без ка­ро­таж­но­го ка­бе­ля) и снаб­жа­ет­ся не толь­ко дат­чи­ка­ми фи­зич. па­ра­мет­ров, но так­же ис­точ­ни­ка­ми пи­та­ния и ре­ги­ст­ри­рую­щим уст­рой­ст­вом.

При К. бу­ро­вых сква­жин из­ме­ря­ют­ся та­кие фи­зич. па­ра­мет­ры гор­ных по­род, как удель­ное элек­трич. со­про­тив­ле­ние, ес­теств. ра­дио­ак­тив­ность, ско­ро­сти рас­про­стра­не­ния уп­ру­гих волн, маг­нит­ные свой­ст­ва, темп-ра и др. Со­от­вет­ст­вен­но раз­ли­ча­ют элек­трич. К., ра­дио­ак­тив­ный ка­ро­таж (ядер­но-фи­зич. ме­то­ды К.), аку­сти­че­ский ка­ро­таж, К. маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти, тер­мо­ка­ро­таж и др.

Элек­трич. К. под­раз­де­ля­ют на неск. осн. мо­ди­фи­ка­ций, в ко­то­рых оп­ре­де­ля­ют разл. ха­рак­те­ри­сти­ки элек­трич. по­ля. В ме­то­де са­мо­про­из­воль­ной по­ля­ри­за­ции из­ме­ря­ют элек­трич. по­тен­циа­лы, са­мо­про­из­воль­но воз­ни­каю­щие в сква­жи­не; в ме­то­де со­про­тив­ле­ний оп­ре­де­ля­ют удель­ное элек­трич. со­про­тив­ле­ние гор­ных по­род. При про­ве­де­нии ра­бот при­ме­ня­ют зон­ды элек­трич. К., со­дер­жа­щие то­ко­вые и из­ме­рит. элек­тро­ды: пер­вые слу­жат для про­пус­ка­ния элек­трич. то­ка в гор­ные по­ро­ды, пе­ре­се­чён­ные сква­жи­ной, вто­рые – для из­ме­ре­ния по­тен­циа­ла или на­пря­жён­но­сти элек­трич. по­ля. В ме­то­де бо­ко­во­го К. ис­поль­зу­ют зон­ды с фо­ку­си­ров­кой то­ка в на­прав­ле­нии пла­стов, пе­ре­се­чён­ных сква­жи­ной.

В ин­дук­ци­он­ном К. элек­трич. то­ки в гор­ных по­ро­дах воз­бу­ж­да­ют при по­мо­щи ге­не­ра­тор­ной ка­туш­ки, пи­тае­мой пе­ре­мен­ным то­ком (без галь­ва­нич. кон­так­та элек­тро­дов с гор­ны­ми по­ро­да­ми). При по­мо­щи из­ме­рит. ка­туш­ки, со­ос­ной с ге­не­ра­тор­ной, из­ме­ря­ет­ся на­пря­жён­ность маг­нит­но­го по­ля то­ков в по­ро­де, ве­ли­чи­на ко­то­рой оп­ре­де­ля­ет­ся элек­тро­про­вод­но­стью гор­ных по­род. В ди­элек­трич. К. по­ле в сква­жи­не воз­бу­ж­да­ет­ся ге­не­ра­тор­ной ка­туш­кой, пи­тае­мой пе­ре­мен­ным то­ком зна­чи­тель­но бо­лее вы­со­кой час­то­ты. В этом слу­чае из­ме­ря­ет­ся раз­ность фаз ме­ж­ду дву­мя точ­ка­ми на оси сква­жи­ны, оп­ре­де­ляе­мая ди­элек­трич. про­ни­цае­мо­стью гор­ных по­род. В К. маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти из­ме­ря­ет­ся воз­ни­каю­щая в ка­туш­ке эдс, ве­ли­чи­на ко­то­рой за­ви­сит от маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти гор­ных по­род.

Ядер­но-фи­зич. ме­то­ды К. сво­дят­ся ли­бо к из­ме­ре­нию ес­теств. ра­дио­ак­тив­но­сти гор­ных по­род (гам­ма-ка­ро­таж), ли­бо к оп­ре­де­ле­нию ин­тен­сив­но­сти воз­дей­ствия на гор­ные по­ро­ды по­то­ков гам­ма-кван­тов (гам­ма-гам­ма-ка­ро­таж) или ней­тро­нов (ней­трон­ный К.). Ин­тен­сив­ность ес­теств. гам­ма-из­лу­че­ния гор­ных по­род из­ме­ря­ет­ся с по­мо­щью сква­жин­ных ра­дио­мет­ров. При гам­ма-гам­ма-ка­ро­та­же в кор­пус сква­жин­но­го при­бо­ра по­ме­ща­ют зонд, со­стоя­щий из ис­точ­ни­ка гам­ма-кван­тов и де­тек­то­ра, раз­не­сён­ных по оси сква­жи­ны. Изу­ча­ет­ся рас­се­ян­ное гор­ны­ми по­ро­да­ми гам­ма-из­лу­че­ние, ин­тен­сив­ность ко­то­ро­го за­ви­сит от плот­но­сти по­род. Зонд ней­трон­но­го К. вклю­ча­ет ис­точ­ник бы­ст­рых ней­тро­нов и де­тек­тор (гам­ма-кван­тов или мед­лен­ных ней­тро­нов). Ней­тро­ны, ис­пус­кае­мые ис­точ­ни­ком, бом­бар­ди­ру­ют стен­ку сква­жи­ны, за­мед­ля­ют­ся при со­уда­ре­ни­ях и за­хва­ты­ва­ют­ся яд­ра­ми ато­мов. За­хват ней­тро­на со­про­во­ж­да­ет­ся ис­пус­ка­ни­ем гам­ма-из­лу­че­ния. Наи­бо­лее ин­тен­сив­но ней­трон за­мед­ля­ет­ся в сре­де с боль­шим со­дер­жа­ни­ем во­до­ро­да. По­сколь­ку во­до­род со­дер­жит­ся в пла­сто­вой во­де и уг­ле­во­до­ро­дах, за­пол­няю­щих пус­тот­ное про­стран­ст­во гор­ной по­ро­ды, ней­трон­ный К. яв­ля­ет­ся од­ним из осн. ме­то­дов оп­ре­де­ле­ния по­рис­то­сти по­род-кол­лек­то­ров.

По­рис­тость гор­ных по­род оце­ни­ва­ют так­же при по­мо­щи аку­стич. К. Зонд аку­стич. К. со­дер­жит ис­точ­ни­ки и при­ём­ни­ки уп­ру­гих ко­ле­ба­ний, рас­по­ло­жен­ные на кор­пу­се сква­жин­но­го при­бо­ра и раз­не­сён­ные по оси сква­жи­ны. Из­ме­ря­ет­ся вре­мя про­бе­га уп­ру­гой вол­ны от ис­точ­ни­ка до при­ём­ни­ка (в бу­ро­вом рас­тво­ре и по стен­ке сква­жи­ны), а так­же ам­пли­ту­да вол­ны. Вре­мя про­бе­га оп­ре­де­ля­ет­ся ско­ро­стью рас­про­стра­не­ния уп­ру­гих ко­ле­ба­ний в гор­ных по­ро­дах. Ха­рак­тер из­ме­не­ния ам­пли­туд с уда­ле­ни­ем от ис­точ­ни­ка по­зво­ля­ет оце­нить сте­пень за­ту­ха­ния уп­ру­гих волн при их рас­про­стра­не­нии в гор­ных по­ро­дах. Ско­ро­сти уп­ру­гих волн оп­ре­де­ля­ет и сейс­ми­че­ский ка­ро­таж. В этом слу­чае ис­точ­ник уп­ру­гих ко­ле­ба­ний рас­по­ла­га­ет­ся на по­верх­но­сти, а сейс­мо­при­ём­ни­ки – на разл. глу­би­не в сква­жи­не.

В неф­тя­ных и уголь­ных сква­жи­нах про­во­дят га­зо­вый ка­ро­таж для оп­ре­деле­ния неф­те­га­зо­нос­но­сти пла­ста или оцен­ки за­га­зо­ван­но­сти уголь­но­го пла­ста. Оп­ре­де­ля­ет­ся ко­ли­че­ст­во и со­став га­за, по­пав­ше­го в про­мы­воч­ную жид­кость (бу­ро­вой рас­твор) при раз­бу­ри­ва­нии пла­ста. Для ли­то­ло­гич. ха­рак­те­ри­сти­ки по­род, прой­ден­ных сква­жи­ной, при га­зо­вом К. так­же изу­ча­ют шлам. Про­ве­де­ние ме­ха­нич. К. (ре­ги­ст­ра­ции за­ви­си­мо­сти ря­да па­ра­мет­ров, ха­рак­те­ри­зую­щих ре­жим бу­ре­ния сква­жи­ны, от глу­би­ны сква­жи­ны) по­зво­ля­ет ин­тер­пре­ти­ро­вать дан­ные га­зо­во­го К. и изу­чить гео­ло­гич. раз­рез сква­жи­ны.

К К. сква­жин от­но­сит­ся так­же ре­ги­ст­ра­ция па­де­ния пла­стов (см. На­кло­но­мет­рия), диа­мет­ра и ис­крив­ле­ния сква­жи­ны (см. Ка­вер­но­мет­рия и Инк­ли­но­мет­рия) и др. ви­ды кон­тро­ля тех­нич. со­стоя­ния сква­жи­ны. Сква­жин­ные при­бо­ры на ка­ро­таж­ном ка­бе­ле ис­поль­зу­ют­ся для разл. тех­но­ло­гич. опе­ра­ций: от­бо­ра об­раз­цов гор­ных по­род и пла­сто­во­го флюи­да из сте­нок сква­жи­ны, пер­фо­ра­ции об­сад­ных ко­лонн и др.

Ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ний в сква­жи­не пред­став­ля­ют­ся в ви­де ка­ро­таж­ных диа­грамм, от­ра­жаю­щих за­ви­си­мость разл. фи­зич. па­ра­мет­ров от глу­би­ны сква­жи­ны. Об­ра­бот­ка и ин­тер­пре­та­ция ка­ро­таж­ных диа­грамм про­во­дит­ся ли­бо не­по­сред­ст­вен­но при за­пи­си ка­ро­таж­ных кри­вых, ли­бо в об­ра­ба­ты­ваю­щем цен­тре по­сле про­ве­де­ния ка­ро­та­жа.

Вы­бор то­го или ино­го ме­то­да К. оп­ре­де­ля­ет­ся по­став­лен­ной за­да­чей, ха­рак­те­ром гео­ло­гич. раз­ре­за (тер­ри­ген­ный, кар­бо­нат­ный или гид­ро­хи­ми­че­ский), на­ли­чи­ем об­сад­ной ко­лон­ны и ти­пом сква­жи­ны (раз­ве­доч­ная или экс­плуа­та­ци­онная).

Использование каротажа

На уголь­ных ме­сто­ро­ж­де­ни­ях ме­то­ды К. при­ме­ня­ют­ся для ли­то­ло­гич. изу­че­ния раз­ре­зов сква­жин, вы­де­ле­ния пла­стов уг­лей, оцен­ки их золь­но­сти (не­сго­рае­мо­го ос­тат­ка), оп­ре­де­ле­ния мощ­но­сти и строе­ния пла­стов. Мощ­ность уголь­ных пла­стов ма­ла, по­это­му ис­поль­зу­ют­ся мик­ро­ме­то­ды К. и элек­трич. К. с фо­ку­си­ров­кой то­ка. Осо­бен­но эф­фек­тив­но уголь­ные пла­сты вы­де­ля­ют по дан­ным плот­но­ст­но­го гам­ма-гам­ма-ка­ро­та­жа и аку­стич. К., т. к. плот­ность уг­лей су­ще­ст­вен­но мень­ше плот­но­сти ок­ру­жаю­щих по­род. 

На руд­ных ме­сто­ро­ж­де­ни­ях вы­яв­ле­ние руд и их ко­ли­че­ст­вен­ная оцен­ка про­во­дят­ся ядер­но-фи­зич. ме­то­да­ми К., а так­же ме­то­да­ми элек­трич. К. (для вы­де­ле­ния маг­не­ти­то­вых и суль­фид­ных руд, об­ла­даю­щих элек­трон­ной про­во­ди­мо­стью) и К. маг­нит­ной вос­при­им­чи­во­сти (для маг­не­ти­то­вых руд). Ред­ко­зе­мель­ные эле­мен­ты и мар­га­нец ха­рак­те­ри­зу­ют­ся вы­со­ки­ми се­че­ния­ми за­хва­та ней­тро­нов, по­это­му оцен­ка этих ме­сто­ро­ж­де­ний про­во­дит­ся по дан­ным ней­трон­но­го К. Со­дер­жа­ние алю­ми­ния в бок­си­тах вы­яв­ля­ют по дан­ным ней­трон­но­го К.: из­ме­ря­ют ин­тен­сив­ность гам­ма-из­лу­че­ния рас­па­да изо­то­па ²⁸Al, об­ра­зую­ще­го­ся в ре­зуль­та­те ра­диа­ци­он­но­го за­хва­та те­п­ло­вых ней­тро­нов яд­ра­ми ста­биль­но­го изо­то­па ²⁷Al. Со­дер­жа­ние вольф­ра­ма и мн. др. эле­мен­тов оце­ни­ва­ют с по­мо­щью рент­ге­но­ра­дио­мет­рич. К. В сква­жи­нах ура­но­вых ме­сто­ро­ж­де­ний ве­ду­щим ме­то­дом яв­ля­ет­ся гам­ма-ка­ро­таж.

Наи­боль­шее раз­ви­тие ме­то­ды К. по­лу­чи­ли при ис­сле­до­ва­ни­ях в неф­тя­ных и га­зо­вых сква­жи­нах, где они при­ме­ня­ют­ся на всех эта­пах гео­ло­го-раз­ве­доч­ных ра­бот. Ин­тер­пре­та­ция ка­ро­таж­ных диа­грамм по­зво­ля­ет вы­де­лить пла­сты-кол­лек­то­ры, спо­соб­ные со­дер­жать и от­да­вать уг­ле­во­до­ро­ды, оп­ре­де­лить мощ­но­сти этих пла­стов, их по­рис­тость и про­ни­цае­мость. В ча­ст­но­сти, для оцен­ки со­дер­жа­ния уг­ле­во­до­ро­дов в пла­сте ис­поль­зу­ют­ся ме­то­ды элек­трич. и ин­дук­ци­он­но­го К. В пус­то­тах (по­рах, ка­вер­нах и тре­щи­нах) пла­ста-кол­лек­то­ра со­дер­жит­ся смесь неф­ти, га­за и пла­сто­вой во­ды. Элек­трич. про­во­ди­мо­стью в этой сме­си об­ла­да­ет толь­ко пла­сто­вая во­да, по­это­му с уве­ли­че­ни­ем со­дер­жа­ния уг­ле­во­до­ро­дов в пла­сте его удель­ное элек­трич. со­про­тив­ле­ние уве­ли­чи­ва­ет­ся. Со­дер­жа­ние во­ды в гор­ных по­ро­дах оце­ни­ва­ют так­же ме­то­дом ди­элек­трич. К. По­рис­тость пла­ста-кол­лек­то­ра оп­ре­де­ля­ет­ся по дан­ным аку­стич. К., разл. мо­ди­фи­ка­ций ядер­но-фи­зич. К. и К. са­мо­про­из­воль­ной по­ля­ри­за­ции. В по­след­нем ме­то­де по­рис­тость оце­ни­ва­ет­ся по диф­фу­зи­он­но-ад­сорб­ци­он­ным свой­ст­вам пла­стов-кол­лек­то­ров. В экс­плуа­та­ци­он­ных неф­тя­ных и га­зо­вых сква­жи­нах ме­то­дами К. про­во­дит­ся кон­троль раз­ра­бот­ки ме­сто­ро­ж­де­ния, напр. кон­троль по­ло­же­ния кон­так­та ме­ж­ду во­дой и неф­тью в неф­тя­ном пла­сте.

Ме­то­ды К. ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в гид­ро­гео­ло­гии и инж. гео­ло­гии при по­ис­ках и раз­вед­ке под­зем­ных вод, кон­тро­ле и ох­ра­не ок­ру­жаю­щей сре­ды, ре­ше­нии про­блем ме­лио­ра­тив­ной и шахт­ной гид­ро­гео­ло­гии, ис­сле­до­ва­нии грун­тов и дон­ных от­ло­же­ний (при строи­тель­ст­ве мос­тов, же­лез­ных и шос­сей­ных до­рог, пло­тин, круп­ных зда­ний и др.). Роль ка­ро­таж­ных ис­сле­до­ва­ний осо­бен­но воз­рос­ла в свя­зи с не­об­хо­ди­мо­стью по­строе­ния циф­ро­вых гео­ло­гич. и гид­ро­ди­на­мич. мо­де­лей ме­сто­ро­ж­де­ний.