Геологические разрезы скважин

Все этапы бурения скважины документируются в буровом журнале.

При документации регистрируются время бурения, крепление скважины трубами, характер пород, геофизические параметры, положение перфораций и т. д. Наиболее важным видом этой документации является описание геологического разреза. От точности такого описания в значительной степени зависит правильность выбора взаимного расположения скважин, определение распространения водоносных зон и окончательный выбор конструкции скважин. К сожалению, получение достоверного геологического разреза представляет собой сложную задачу.

Одна из основных трудностей заключается в том, что разбуренная порода, или шлам, перемешивается с глинистьщ раствором. Шлам, образуемый при вращательном бурении, должен промываться на сите с отверстиями не более 1/8 мм, которое задерживает частицы крупнее частиц тонкозернистого песка. При быстром вращательном бурении частицы мельче частиц песка становятся составной частью бурового раствора; по этой причине сложно фиксировать зоны, представленные тонкозернистым песком, алевритом и глинами с содержанием крупных фракций. Кусочки плотных глин сохраняются долго и легко задерживаются на промывочном сите. При ударно-канатном бурении с обсадкой скважины трубами весь извлекаемый из скважины материал, включая буровую грязь, характеризует разбуриваемый интервал. Как при ударно-канатном бурении без крепления скважины, так и при вращательном бурении обвал стенок скважины представляет серьезную проблему: сланцы, алевриты, пески и гравий из верхних горизонтов могут обрушиться на забой скважины. Чтобы этого избежать, составляют диаграмму выноса керна (рис. 6.22). Резкие изменения в содержании керна, даже небольшие по абсолютной величине, бывают связаны с изменениями в литологии пород.

Рис. 6.22. Фрагмент диаграммы выноса керна из скважины, пробуренной в осадочных породах. 1 — песчаник тонкозернистый, кварцевый, с небольшим количеством мусковита на известковистом цементе; 2—темный сланец, слабо известковистый, образует прослои мощностью до 0,2 фута; 3 — красный сланец, песчанистый; 4 — известняк серый с включениями кремнистого сланца; 5 — доломит тонкозернистый, от розового до светло-серого; 6 — ангидрит; интерпретация литологических границ: 7 — песчаник; 8 — сланец, интенсивно обрушающийся при бурении; 9 — переслаивающиеся кремнистый известняк и сланец; 10 — известняк кремнистый; 11 — переслаивающиеся ангидрит и кремнистый известняк; 12 — доломит с тонкими прослоями, характеризующимися образованием каверн; 13 — доломит и красный сланец; 14 — сланец красный; 15 — ангидрит, характеризующийся умеренны» образованием каверн; 16 — песчаник; 17 — сланец; 18 — доломит; 19 — сланец; 20 — песчаник.

Составление геологического разреза по данным бурения должно всегда производиться в тесном сотрудничестве с буровым мастером. Изменения и характере пород обычно сказываются на скорости проходки и на поведении долота, которое при вскрытии более твердых пород отскакивает при ударно-канатном бурении или вибрирует при вращательном. Опытные бурильщики обнаруживают такие изменения и должны передавать эту информацию геологам. Для составления разрезов гидрогеологических скважин применимо большинство методов исследования скважин, используемых при разведке и разработке нефтяных месторождений. Большой интерес представляет исследование нерастворимого осадка, карбонатности пород, органических остатков, тяжелых минералов, пористости и проницаемости пород, а также минералогического состава глин. Изучение нерастворимого осадка помогает выявить водопроницаемые зоны в однородных известняках и доломитах. Изучение карбонатности помогает локализировать в отложениях им лунной глины горизонты погребенных почв, из которых выщелочены карбонаты и которые имеют большое значение при изучении стратиграфии ледниковых отложений. Исследование органических остатков позволяет решать стратиграфические вопросы и характеризовать палеогеографические условия. Анализ тяжелых минералов дает возможность устанавливать происхождение и прослеживать процессы выветривания осадочных пород. Пористость и водопроницаемость — параметры, от которых непосредственно зависит водоносность пород. Глинистые минералы оказывают большое влияние на характер изменения водопроницаемости пород. Разновидность глинистого минерала определяет изменение водопроницаемости при нагнетании в скважину воды особого химического состава.

На данном этапе развития бурения скважин на воду привлечение специалистов-геологов как консультантов в большинстве буровых работ лимитируется причинами экономического порядка. Поэтому геологический разрез обычно составляет буровой мастер. Он же должен руководить рабочими, уметь обращаться с оборудованием, производить его ремонт, участвовать в установке обсадных труб и исполнять многие другие обязанности. Несмотря на недостаточную геологическую подготовку и многочисленные обязанности, связанные с бурением, многие буровые мастера составляют точные геологические разрезы, весьма ценные для гидрогеолога. Опытного бурового мастера легко научить быстро составлять простые разрезы, содержащие в то же время значительную полезную информацию. Для этого необходимо, чтобы обращалось внимание на такие факторы, как размер частиц, их твердость и цвет. При бурении во многих районах используют кислоту, которая позволяет по вскипанию шлама определять карбонатность породы — обычно известняка, доломита или мрамора.

Поскольку крупная галька и валуны при бурении извлекаются редко, то размеры таких включений обычно не фиксируются. Все остальные различия в размерах частиц пород нужно по возможности учитывать. Следует набегать употребления неясных определений, например тигровая глина, шоколадная порода, грязь. Но рекомендуется употреблять такие термины, как твердый поднос (ортштейн), морской ракушечник, запах тухлых яиц, плывун. Некоторые часто встречающиеся породы легко определить и без специальной подготовки, однако в сложных случаях буровому мастеру не следует пытаться установить точное название породы. Неправильное определение породы может вызвать больше затруднений, чем употребление ненаучной терминологии. Например, гранит и аркозовый песчаник очень сходны по внешнему виду, хотя их роль в гидрогеологической обстановке района может быть весьма различной.

Важность точной интерпретации записей в буровом журнале можно продемонстрировать на двух гипотетических геологических разрезах (рис. 6.23). По обнажениям вдоль смежных возвышенностей гидрогеолог делает вывод о том, что в строении района участвуют граниты и аркозовые песчаники, между которыми обычно залегает водоносный гравий. На основании верхнего разреза (рис. 6.23 и табл. 6.3) следует заключить, что проектируемая скважина бесперспективна. Нижний же разрез дает основание гидрогеологу предполагать наличие аркозовых песчаников и, изучив весь шлам, продолжать бурение скважины до встречи с гранитом.

Таблица 6.3

Записи различной детальности в буровом журнале

Бурильщики редко имеют емкости для хранения шлама, поэтому он сохраняется в небольшом количестве, за исключением случаев, когда хранение шлама предписано законами штата или же лицом, нанявшим бурильщика. Но систематический отбор керна в процессе бурения и его сохранение совершенно необходимы. Взятые образцы могут использоваться для уточнения геологических разрезов, при выборе диаметра перфорации или размера фильтра скважины. По возможности все образцы должны храниться постоянно, но, к сожалению, в большинстве районов это не входит в круг обязанностей бурильщика.

Рис. 6.23. Два геологических разреза, построенные для одного и того же участка по различным записям в буровом журнале.

а — неверный геологический разрез; б — верный геологический разрез; 1 — гранит; 2 — скважина в процессе бурения; 3 — пробуренная скважина, для которой имеется геологический разрез; 4 — лёсс; 5 — поверхность грунтовых вод; в — аллювий; 7 — вулканический пепел; 8 — аркозовый песчаник; 9 — водоносный горизонт в гравии; 10 — аркозовый песчаник, местами сцементированный; 11 — песок.