Лабораторія свердловинної геофізики
Лабораторія була утворена в структурі створеного в 1958 р. Інституту геофізики Уральської філії Академії наук СРСР і називалася «лабораторія електроніки та геофізичного приладобудування» до 1971 р., коли була перетворена в лабораторію свердловинної магніторозвідки, а з 2004 р. . Становлення та розвиток лабораторії та методу свердловинної магнітометрії пов'язане з ім'ям професора, доктора геолого-мінералогічних наук В.М. Пономарьова. У наступні роки керівництво лабораторією здійснювали канд. геол.-хв. наук І.І. Глухих (1989-2004 рр.), докт. техн. наук Ю.Г. Астраханців (з 2004 р. до теперішнього часу).
За результатами проведених досліджень співробітниками лабораторії захищено 8 кандидатських та 4 докторських дисертацій. Їхня праця відзначена державними нагородами. (В.М. Пономарьов, І.І. Глухих, В.Л. Нехорошков), рядом дипломів, почесних грамот, золотими та срібними медалями ВДНГ СРСР. Доктору наук В.М. Пономарьову 1985 року було присуджено почесне звання «Заслужений діяч науки та техніки РФ».
На даний час у лабораторії працюють 19 співробітників, з них 1 доктор наук та 3 кандидати наук.
Лабораторія оснащена різним науково-дослідним та технологічним обладнанням, що дозволяє виконувати науково-дослідні, дослідно-методичні, технологічні та апаратурно-конструкторські розробки, а також обробку результатів вимірювань та комп'ютерне моделювання на сучасному науково-технічному рівні.
Під керівництвом та за безпосередньою участю доктора наук В.М. Пономарьова у 60-ті роки було створено та успішно розвивався новий, унікальний у світовій геофізичній науці, напрямок: векторна свердловинна магнітометрія. Починалася ця робота з розробки двоканальногосвердловинного феррозондового магнітометра для вимірювання вертикальної складової аномального геомагнітного поля і магнітної сприйнятливості порід у свердловинах на залізорудних родовищах, потім в 1966 р. в лабораторії був розроблений чотириканальний свердловинний магнітометр КСМ-38 з безперервною різночасною регістр . Н. Пономарьов - В. Л. Нехорошков).
Поява безперервних трикомпонентних вимірювань магнітного поля та магнітної сприйнятливості в свердловинах поставило нові завдання розробки теорії та методики інтерпретації таких вимірювань. З 1961 р. вирішенням цих питань займається О.М. Бахвалів. Розроблено способи інтерпретації векторів магнітного поля двовимірних та тривимірних магнітних тіл, запропоновано способи визначення форми тіла, його особливих точок та елементів залягання. Вивчено можливість інтерпретації внутрішнього поля та стрибків магнітного поля при переході через кордон намагніченого теля з метою визначення елементів залягання намагнічених тіл. Для визначення просторового становища магнітного тіла спеціально розраховані картини векторів магнітного поля. Виконано роботи з програмного забезпечення методу свердловинної магнітометрії.
Прикладом ефективності застосування векторної магнітометрії свердловин було виявлення декількох нових рудних тіл в 1964 році в районі Північно-Піщанського родовища (Північний Урал).
Перше промислове впровадження експрес-методу випробування свердловин для оцінки якості титаномагнетитових руд було здійснено на Первоуральском ГЗК.
Для вивчення магнітної сприйнятливості в лабораторних умовах у природному заляганні (свердловина, оголення), у відбитій гірській масі та технологічних потоках лабораторією буврозроблено комплекс технічних засобів: ферометр МФ-1, МФ-2 «Малюк», МФ-3 та його модифікації, «Ковдор», МФТ. Деякі з цих приладів було прийнято Міжвідомчими та відомчими комісіями. Запорізьким заводом МЧМ СРСР було виготовлено дослідну партію приладів МФТ. Найбільш яскравий приклад максимально ефективного використання переваг геофізичних методів випробування (у тому числі й магнітного) отримано на Абаканському рудоуправлінні НВО «Сібруда», яке стало 1969 – 1975 р.р. полігоном випробування нових наукових розробок Інституту геофізики УРО РАН, ВІРГу (НВО «Рудгеофізика») та геологічного управління Мінчермету СРСР.
У 1969 - 1974 р.р. за завданням Міністерства чорної металургії СРСР у лабораторії свердловинної магнітометрії ІГ УНЦ АН СРСР створено новий комплекс магнітних вимірювань у свердловинах та підземних гірничих виробках –шахтово-свердловина магніторозвідка, на базі розробленого шахтно-свердловинного магнітометра КШСМ. Прикладом ефективності шахтно-свердловини магніторозвідки є відкриття нового рудного горизонту на Абаканському залізному руднику.
До 1973 року свердловинна магніторозвідка застосовувалася лише при пошуках та розвідці залізорудних родовищ та титаномагнетитових родовищ з магнітною сприйнятливістю руд 1-2 од. СІ. У зв'язку з підвищенням чутливості свердловинних магнітометрів, свердловинну магніторозвідку починають застосовувати на слабомагнітних об'єктах - родовищах бокситів, нікелю, золота, алмазів супутніх слабомагнітних мінералів.
У 1979 - 1981 р.р. В.М. Пономарьовим та В.Л. Нехорошковим були здійснені вперше у світовій практицімагнітні виміри в океанічних свердловинах під час 68, 69, 78 рейсів відомого американського океанічного науково-дослідного корабля «Гломар Челленджер»Тихому океані (Костариканський рифт) та в Атлантичному океані (західний схил Серединного Атлантичного хребта). Вимірювання у свердловинах, пробурених в океанічних базальтах, дозволили вирішити завдання виявлення зон прямої та зворотної полярності магнітного поля Землі для перевірки теорії утворення океанічної земної кори.
Таким чином, сформувалися завдання, які вирішуються свердловинною магнітометрією:
1. Розшифровка природи магнітних аномалій.
2. Пошук тіл з підвищеною магнітною сприйнятливістю в навколосвердловини: - визначення просторового положення магнітних мас; - побудова просторових моделей магнітних мас.
3. Вивчення магнітної мінералізації, розкритої свердловиною: - Виділення в розрізі свердловини зон з підвищеними магнітними властивостями; - Визначення елементів залягання магнітних тіл; - визначення складових намагніченості гірських порід та руд у природному заляганні.
4. Визначення відсоткового вмісту магнітних мінералів.
5. Виділення зон інверсій магнітного поля за розрізом свердловин.
6. Контроль азимуту та зенітного кута досліджуваних свердловин.
7. Виявлення та визначення розташування залишених у свердловині металевих предметів.
8. Відбраковування «хибних» аномалій під час використання у процесі буріння обтяжувача бурових розчинів з урахуванням магнітних матеріалів.
9. Наведення ствола пошукової свердловини на ствол аварійної свердловини при ліквідації аварії у нафтогазових свердловинах.
З 1973 р. лабораторія свердловинної магнітометрії приступила домагнітометричних досліджень надглибоких свердловин (розробка апаратури, методики, інтерпретації та виконання магнітометричних досліджень).
Магнітометричні дослідження у надглибоких свердловинахзажадали принципово нових апаратурних та методичних рішень, що дозволяють проводити вимірювання геомагнітного поля на великих глибинах (понад 12 км) та в умовах підвищених тисків (до 210 МПа) та температур (до 300 С), а також була необхідна розробка методики інтерпретації геомагнітних аномалій, зареєстрованих у стовбурах надглибоких свердловин. Ці проблеми успішно вирішено колективом лабораторії.
Проведено дослідження більшості надглибоких та глибоких свердловин, закладених у СРСР. Це такі, як Кольська СГ-3 (12060 м), Саатлінська (8200 м), Мурунтауська (6800 м), Тімано-Печорська (7500 м), Колвінська (7200 м), Уральська (6050 м), Тирниаузька (4000 м) t = 240 С), Тюменська, Ян-Яхінська (6030 м) та ін. Крім того, проведено магнітометричні дослідження супутника свердловини КТБ, Німеччина. (Проект континентального буріння. У розрізі свердловини виявлено ділянки магнітних під, визначено їх залишкову та індукційну намагніченість, отримано відомості про кути та азимут падіння магнітних формацій.
За запланованим в СРСР у 1984 р. проектом НІБС (Науково-Дослідне Бурове Судно) в лабораторії було розроблено та виготовлено комплексний свердловинний магнітометр для проведення досліджень у зоні шельфу, але робота за проектом була припинена у зв'язку із економічною ситуацією, що змінилася в країні.
На додаток до магнітометричних досліджень у свердловинах виконується детальне лабораторне вивчення розподілу носіїв намагніченості, особливостей їх складу, структури та властивостей у породах розрізу Кольської СГ-3, Уральської СГ-4 та Мурунтауської СГ-10 свердловин, а для перших двох – вивчені магнітні мінери поверхневих аналогах порід з навколосвердловини. Для деяких глибоких свердловин (Воротилівська, Колвінська, Тімано-Печорська, Ново-Єлховська, супутник німецької КТБ) Магнітомінералогічні дослідження виконані лише для окремих інтервалів глибин. Аналогічні дослідження найпоширеніших рудних магнітних мінералів були проведені на ряді родовищ, переважно залізорудних, для вивчення рудогенезу та формування рудоутворювальних систем.
З 2000 р. в лабораторії, спільно зі співробітниками Інституту фізики металів УРО РАН, виконуються науково-дослідні роботи з використання сучасних магнітом'яких матеріалів (аморфних і нанокристалічних) із заданими функціональними властивостями як сердечників первинних перетворювачів (феррозондів) свердловин. Отримані результати показали перспективність використання вивчених сплавів, що дозволяють оптимізувати роботу феррозондів та розширити діапазон застосування магнітометричної апаратури, включаючи високотемпературні умови змін в умовах надглибоких свердловин та геофізичний моніторинг.
В останні роки в лабораторії розробляються цифрові свердловинні магнітометри-інклінометри, програмно суміщені з комп'ютерами: МІ-6404 для дослідження надглибоких свердловин, МІ-6002 - для нафтогазових свердловин, МІ-3803 - для пошуково-розвідувальних свердловин8 – для свердловин підземного буріння.
Розроблений у лабораторії інклінометричний модуль для контролю просторового становища нафтогазових свердловин у процесі буріння використовується у складі апаратурно-методичного комплексу «Горизонт» (розробка ТОВ НВФ «АМК Горизонт»), що застосовується на нафтогазових родовищах України та за кордоном.
Затребувані магнітометри-інклінометри під час проведення аварійних робіт: на нафтогазових родовищах для наведення стволапошукової свердловини на стовбур аварійної свердловини; для виявлення та визначення розташування металевих предметів, залишених у свердловині при бурінні або при проведенні геофізичних досліджень.
Магнітометр СТМ-120 використовується як магнітометр - варіометр при геофізичному моніторингу Уральської та Кольської надглибоких свердловин, а також в умовах геофізичної обсерваторії «Арті».
У лабораторії виконуються роботи з розробки наземного трикомпонентного феррозондового магнітометра з використанням сумісного з ним навігатора, методики виконання наземної магнітної зйомки з цим приладом.
Проведено роботу зі створення та метрологічної атестації стандартних зразків величини магнітної сприйнятливості гірських порід у свердловинах. Зразки передані замовнику та є у лабораторії.
З 1996 тематика лабораторії розширилася. Розпочалася розробка цифрової апаратури та відповідної методики для проведення геоакустичного каротажу у надглибоких та нафтогазових свердловинах (Астраханцев Ю.Г., Бєлоглазова Н.А., Троянов А.К.).
Розроблені апаратурно-програмні комплекси дозволяють вирішувати такі завдання.
1.Визначення динамічного стану розкритого надглибокими свердловинами масиву порід.
2. Визначення профілю припливу в нафтогазових свердловинах.
3. Визначення заколонних та міжколонних перетікань.
4. Визначення негерметичності колони.
5. Визначення характеру нефтегазоводонасыщенности розкритих і неприхованих перфорацією пластів колекторів (на якісному рівні).
6. Визначення водонафтового та газонафтового контакту.
Для вивчення тектонофізичної природи порушених зон у рудних та надглибоких свердловинах було розроблено цифровий апаратурно-програмний комплекста відповідна методика, що базуються на вимірі природного електромагнітного випромінювання порід у діапазоні 45 – 100 кГц.
Застосування даної апаратури та методики дозволило, наприклад, в Уральській надглибокій свердловині СГ-4, виявити тріщинуваті зони, найбільш чутливі до впливу зовнішніх деформаційних процесів.
У 2005 р. планується проведення робіт з удосконалення апаратурно-програмного комплексу для магнітометричних досліджень глибоких та надглибоких свердловин, включаючи магнітометр-варіометр, та апаратурно-програмного комплексу для вимірювання геоакустичних сигналів у свердловинах з метою підвищення їхньої термостабільності та надійності. Будуть продовжені роботи з вивчення смугових магнітних аномалій акваторії океану на прикладі свердловин полігону 501, 504 Східно-Тихоокеанської рифтової системи, де є результати трикомпонентних свердловинних вимірювань, а також з аналізу даних режимних свердловинних вимірювань магнітного поля з магніт. За наземним трикомпонентним магнітометром буде підготовлено інструктивні документи та проведено метрологічну оцінку.