礦山物探測井技術(shù)的改進(jìn)研究

管雨民

（吉林東煤建筑基礎(chǔ)工程公司，吉林 長春 130000）

測井技術(shù)作為礦山勘探的一種技術(shù)手段，不僅與后續(xù)工程方案設(shè)計(jì)息息相關(guān)，而且為了保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境，合理開發(fā)資源，需要就地質(zhì)構(gòu)造、地層結(jié)構(gòu)、沉積情況等因素進(jìn)行詳細(xì)考察，測井技術(shù)作為實(shí)地勘察的重要流程環(huán)節(jié)，能夠有效區(qū)分并明確礦山區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境和地球物理特征，通過現(xiàn)代化技術(shù)可以構(gòu)建三維建模，細(xì)致研究鉆探剖面礦層的開挖方案。物探測井技術(shù)在強(qiáng)化地質(zhì)勘查工作的前提上，也為資源開采工作提供了施工安全質(zhì)量保障。文章從技術(shù)原理和工作流程兩方面簡要分析物探測井探管技術(shù)的改進(jìn)內(nèi)容。

1 從技術(shù)原理的角度分析物探測井技術(shù)創(chuàng)新方向

近年來，物探綜合測井資料利用率較低，地層精細(xì)劃分不夠；礦體品位低、厚度大、礦田浸出率低等問題頻繁出現(xiàn)，相關(guān)從業(yè)人員就其根源問題，從測量方法、探測器以及信號(hào)采集處理和軟件四個(gè)方面完善了測井儀器設(shè)備，就其根源問題，以技術(shù)原理為突破口，在當(dāng)前國內(nèi)礦產(chǎn)資源開發(fā)困境的現(xiàn)狀，迎難而上，加強(qiáng)創(chuàng)新。

1.1 測量方法

礦山專業(yè)測井技術(shù)在地層定性定厚問題上的測量方法往往采用自然伽馬、伽馬-伽馬和電阻率，輔助方法包括自然電位或聲波測量。因此，相關(guān)儀器設(shè)備在數(shù)據(jù)處理和集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上較為復(fù)雜，近年來智能化、自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得測井技術(shù)設(shè)備也逐步強(qiáng)化數(shù)字化功能，其功能系統(tǒng)也著重分為井下探管、地面操作、數(shù)據(jù)分析采集以及數(shù)據(jù)處理四個(gè)部分，獨(dú)立運(yùn)作，相互聯(lián)系。物探測井技術(shù)的測量方法逐漸朝著三維數(shù)字化發(fā)展，這也意味著相關(guān)從業(yè)人員必須具備優(yōu)秀的信息化素養(yǎng)和實(shí)踐操作能力，結(jié)合開采經(jīng)驗(yàn)橫向比對現(xiàn)實(shí)案例，保證數(shù)據(jù)可靠性和準(zhǔn)確性。TYSC-3Q型數(shù)字測井儀經(jīng)過不斷的研發(fā)和改進(jìn)，優(yōu)化了其工作性能和數(shù)據(jù)處理能力，現(xiàn)階段的技術(shù)改進(jìn)方向主要側(cè)重于深度系統(tǒng)的開發(fā)完善工作。

1.2 探測器創(chuàng)新

在物探測井儀器中，探管技術(shù)是探測器是主要器件之一，加強(qiáng)對探測器的創(chuàng)新，也是確保測井技術(shù)質(zhì)量的基礎(chǔ)。其優(yōu)化方向基于探測器的進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，從具體的探測原理和方法設(shè)計(jì)相應(yīng)的探測系統(tǒng)。鉆孔地質(zhì)剖面的要素包括區(qū)分地層性質(zhì)、礦層深度厚度、地下環(huán)境和地質(zhì)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，有些情況下甚至可以根據(jù)區(qū)域地理位置或礦層大致情況估算相應(yīng)的礦物性質(zhì)指標(biāo)。因此，探測儀器對于測井曲線各項(xiàng)特征的直觀信息情況有直接聯(lián)系，并且為了更好地確保探測器能更好地對所接受的信號(hào)進(jìn)行處理，在實(shí)際應(yīng)用過程中也要反復(fù)檢驗(yàn)測試，保證性能，提高物探工作質(zhì)量。

比如我們可以在礦山測井施工中加強(qiáng)電磁流量計(jì)的應(yīng)用，就能有效的達(dá)到石油測井技術(shù)創(chuàng)新的目的。在具體的應(yīng)用過程中，電磁流量器是基于電磁感應(yīng)原理，就流過管道內(nèi)的導(dǎo)電流體的具體流量進(jìn)行測量和明確。而電磁流量計(jì)的過芯加重上接頭需要和單芯電纜頭予以連接，而井下儀器則采取單芯電纜來進(jìn)行信息的傳輸和供電。在連接井下儀器時(shí)，主要是借助單芯電纜和數(shù)控測井地面設(shè)備進(jìn)行配接，在配接過程中，地面的供電直流電壓在60到80V之間，而電流則在80m A左右。在進(jìn)行連續(xù)測井過程中，利用單芯電纜，將流量和套管接箍等信號(hào)及時(shí)地傳輸?shù)降孛嬖O(shè)備，地面設(shè)備則利用地面信號(hào)分類器，就分離電路變?yōu)閮陕废嗷オ?dú)立的信號(hào)，當(dāng)流量信號(hào)處理為脈沖頻率新高之后，就能在數(shù)控測井地面設(shè)備的脈沖道中予以記錄和處理。這樣就能滿足測井儀器對其的需要，并將井下儀器在其他的地面測井設(shè)備中的使用提供了便利。

1.3 信號(hào)采集分析與信息傳遞質(zhì)量的技術(shù)改進(jìn)

信號(hào)采集分析和信息傳遞質(zhì)量決定了整體物探測井工作的效率。一方面，在設(shè)備性能和系統(tǒng)軟件方面要雙管齊下，加強(qiáng)技術(shù)革新；另一方面，在信號(hào)完成采集分析后的傳輸階段，也要確保信號(hào)質(zhì)量不會(huì)受到地質(zhì)環(huán)境的屏蔽影響，保證信號(hào)質(zhì)量。

1.4 測井儀器的軟件創(chuàng)新

物探測井技術(shù)需要測量的要素較多，且聯(lián)系密切，數(shù)值復(fù)雜。以含水層為例，孔隙性含水層（如砂層、砂礫層、疏松砂巖等）、裂隙性含水層（脆性巖層的破碎帶、裂隙帶）、溶洞性含水層（灰?guī)r喀斯特地區(qū)）就具有不同特點(diǎn)，對于探管來說就要進(jìn)行加工，裝備相應(yīng)的精密檢測裝置，以加強(qiáng)對不同巖層結(jié)構(gòu)的檢測質(zhì)量。這也就意味著軟件創(chuàng)新工作要考慮到整體物探工作的整體性和嚴(yán)謹(jǐn)性，重視對于相關(guān)數(shù)據(jù)的分析處理能力，創(chuàng)新智能處理系統(tǒng)，建立分類明確的信號(hào)標(biāo)識(shí)和地理信息數(shù)據(jù)庫，錄入以往的勘測或開采案例，加強(qiáng)信號(hào)分析軟件的精密性，結(jié)合相應(yīng)數(shù)據(jù)構(gòu)建深層系統(tǒng)，提升數(shù)字測井儀器的深度處理能力，將相關(guān)物理數(shù)值轉(zhuǎn)變成三維數(shù)字建模，提高開采方案的可行性和嚴(yán)謹(jǐn)性，確保測井技術(shù)質(zhì)量得到有效的提升。

2 從工作流程的角度分析物探測井技術(shù)改進(jìn)內(nèi)容

2.1 測井流程

伽馬-伽馬測量是一種人工模擬放射性物質(zhì)測試環(huán)境密度的和物質(zhì)質(zhì)量的一種測量方法。由于反射性物質(zhì)具有穿透性，在測量時(shí)不會(huì)受到環(huán)境遮蔽影響，在鉆桿和套管中進(jìn)行地下測量，可以隨著鉆探深度進(jìn)行勘測。由于測井工作一般目的為地層的定性定厚，可以在一定程度上忽略地層的定量計(jì)算工作，操作模式一般是將密度探管與電纜接頭相銜接，探入地下井底后，從下至上開始測量。

2.2 天然三側(cè)向測量

天然三側(cè)向測量即為利用自然伽馬進(jìn)行測井測量，對礦石自然伽馬放射性起決定作用的是鈾系、釷系和放射性核素K40。放射性取決于巖石放射性核素的種類和數(shù)量。一般火成巖放射性最強(qiáng)，變質(zhì)巖次之，沉積巖最弱。沉積巖里深海泥質(zhì)沉積巖最強(qiáng)，淺海和陸相泥質(zhì)沉積巖中等，砂巖石灰?guī)r最弱。自然伽馬測井是在井內(nèi)測量礦石中的放射性核素衰變過程放射的伽馬射線強(qiáng)度來研究地質(zhì)問題的測井方法。其優(yōu)勢在于根據(jù)曲線值能夠清晰判斷地層厚度范圍，劣勢則體現(xiàn)在電性不足，在鉆桿內(nèi)部測量無法保證完整信號(hào)的傳遞。再加上常規(guī)探管長度有限，外徑較細(xì)，測量工作常常在井下進(jìn)行。

2.3 聲速測量

聲速測量是探管技術(shù)的輔助方法，通過較為粗長的外管插入井下進(jìn)行測量，外管中部還要結(jié)合聲波傳遞原理構(gòu)建一個(gè)回聲機(jī)制，例如設(shè)計(jì)成格網(wǎng)狀，保證聲波傳遞過程中的信號(hào)質(zhì)量。再者就是井下測量時(shí)要考慮到外管的承受力度和極限范圍，盡量避免探管損壞。

2.4 上測和下測的區(qū)分

上測和下測的主要區(qū)別在于深度和儀器姿態(tài)。從深度來看，上行過程中電纜/鉆管是拉伸的，下行過程中電纜/鉆管是壓縮的兩相比較 通常有一段固定距離的深度差別；從儀器姿態(tài)來看，下行過程中 尤其是井況環(huán)境特殊或下井路線惡劣的情況，很容易在打撈過程中，出現(xiàn)儀器被卡，還可能造成外管彎折的情況，并且出現(xiàn)電纜/鉆管還在運(yùn)作的狀態(tài)。上測和下測的區(qū)分主要是基于測量傾向，對于儀器和井壁的接觸情況、井壁的形狀、儀器上下的其他儀器的干擾情況、泥漿中的金屬和其他成分干擾。

2.5 井斜測井

井斜測量是在地面用羅盤給定天頂角和方位角進(jìn)行校正測量，每孔測量前進(jìn)行井口吊零測量，再下井測量，測量方式為點(diǎn)測，點(diǎn)距為50m～100m[1]。

3 礦山物探測井探管技術(shù)方法

不同水層的物理特性和區(qū)域巖層特點(diǎn)都存在差異。比如在對含水層進(jìn)行鉆孔操作時(shí)，泥漿泵對地層水的壓力會(huì)產(chǎn)生分帶現(xiàn)象。一般情況下，泥漿溶液填充沖洗帶中的孔隙和過渡帶中的孔隙，而地層水只填充過渡帶中的孔隙。一般滲透的深淺主要由侵人帶決定的，成正比關(guān)系。如果地層的性質(zhì)相同，整個(gè)含水層的電阻率跟其水的礦化程度則有密切聯(lián)系，一般電阻率和礦化程度成反比關(guān)系

3.1 擴(kuò)散法

物探測井方法一般來說是根據(jù)地質(zhì)條件來決定的，不同地理環(huán)節(jié)和物理特征會(huì)存在的探測問題和測量內(nèi)容也有所不同[2]。比如擴(kuò)散反就是以不同含水層的分帶現(xiàn)象及滲透特性進(jìn)行分類。對水層進(jìn)行鉆孔，沖洗水層井壁，進(jìn)行基礎(chǔ)的清潔工作，保證探管下行時(shí)不會(huì)卡頓[3]。對于井液的濃度要求要高于水層的濃度標(biāo)準(zhǔn)，在未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的情況下適當(dāng)進(jìn)行鹽化處理量，以控制變量，以電阻率的變化影響為指標(biāo)，測定整體電阻率數(shù)值，根據(jù)時(shí)間和電阻率的曲線來劃分含水層范圍，繪制巖層變化曲線。

3.2 微電極法

如果地層水的礦化程度比泥漿溶液的礦化程度低，就會(huì)導(dǎo)致過渡帶的電阻率過高，甚至比為侵入帶的電阻率還要低。這種情況下，電阻率就不能作為判斷依據(jù)，而是要基于測量指標(biāo)中的變量，尋找新的測量標(biāo)準(zhǔn)[4]。比如，仍然以含水層中的電阻率情況進(jìn)行劃分，但測量方法改用微電極系法，就是利用一種探管實(shí)現(xiàn)對電阻率的測量，其電極系包括微電位和微梯度電系，前者對侵入帶比較深的電阻率反應(yīng)比較靈敏，后者對比較淺的泥餅的電阻率反應(yīng)比較靈敏，如果泥漿礦化程度比地層水的礦化程度低時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致正差異的發(fā)生。

通常來說，泥餅越厚，差異性相差就會(huì)越大，整個(gè)體系的滲透性就越好，一旦這種差異高于百分之二十，就判斷其具有滲透性，從而判斷其為含水層[5]。

微電極系法在滲透性地層和非滲透性地層上具有不同的測量結(jié)果。如果地層的孔隙率比較好，并且這些孔隙之間的具有比較強(qiáng)的連通效果，從而其滲透性也就比較好，比如砂層[6]。這種地層存在分帶，并且這種地層上面通常會(huì)帶有幾厘米的泥餅，表現(xiàn)出比較明顯的正差異現(xiàn)象。對于泥漿巖，一且?guī)r段經(jīng)常受到泥漿的沖刷，就會(huì)導(dǎo)致直徑擴(kuò)大，從而導(dǎo)致探管不能觸到井壁，從而導(dǎo)致測得的電阻率差異為零。如果這種沖刷作用不大，則可能會(huì)出現(xiàn)正差異。根據(jù)相關(guān)曲線和自然電位，正確判斷泥漿巖[7]。對于砂紙泥漿巖，由于其壁很粗糙，從而導(dǎo)致探管不能和井壁很好的接觸，這樣就會(huì)導(dǎo)致電流分流現(xiàn)象發(fā)生，從而出現(xiàn)正負(fù)都有的曲線。對于一些致密的地層，由于其電阻率比較高，從而導(dǎo)致曲線幅度比較大，出現(xiàn)正負(fù)相關(guān)的鋸齒曲線。

4 結(jié)語

近年來，物探測井探管技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新是根據(jù)實(shí)際情況和實(shí)際勘查綜合考量相應(yīng)的方法和技術(shù)原理，從功能性尚做足功夫，加強(qiáng)技術(shù)升級(jí)和創(chuàng)新研發(fā)等相關(guān)工作，再聯(lián)系具體的工作方法，在實(shí)際開采測量過程中，很多方法和應(yīng)對策略都有一定針對性和目的性，填補(bǔ)探測工作的單一性和片面性，提升相關(guān)數(shù)據(jù)資料收集和分析的準(zhǔn)確度?？偠灾?，相關(guān)技術(shù)成果都很好地促進(jìn)了礦企對礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用， 有利于推動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。