Содержание
Отбор керна: размер имеет значение
Образец породы, извлечённый из скважины, даёт информацию, которая представляется для добывающих компаний едва ли не истиной в последней инстанции — некоторые характеристики пласта иными методами получить просто невозможно. Причём чем большего размера — тем лучше.
Крупные образцы дают геологам и инженерам больше возможностей для более точного определения геологического строения, геомеханических и петрофизических характеристик пород. Всё чаще для поиска новых месторождений применяют технологию разработки нетрадиционных залежей. Поэтому отбор репрезентативных образцов пород, не связанный с большими затратами и неэффективностью традиционных методов керноотбора, стал насущной задачей.
Методы отбора керна
В нефтегазовой отрасли их два: вырезание цельных кернов при помощи буровой компоновки и отбор бокового керна. Традиционный метод чаще всего позволяет получить качественные образцы керна, но в отличие от обычных операций бурения он является дорогостоящим и длительным процессом.
Экономической альтернативой служит боковой отбор керна — дополнительный способ получения данных там, где это невозможно при помощи традиционных способов. За один рейс можно извлечь до 90 образцов на выбранных глубинах, что позволяет охватить сразу несколько целевых интервалов.
«У геологов и инженеров появилась возможность использовать большие керны для исследования нетрадиционных залежей и определения механических свойств горных пород. При большом количестве доступного для анализа кернового материала нефтегазодобывающие компании имеют намного больше шансов успешной разработки нетрадиционных залежей», — указали в статье «Rotary Sidewall Coring—Size Matters» для компании «Schlumberger Limited» Abhishek Agarwal, Robert Laronga и Larissa Walker.
Речь идёт о методах ударного или вращательного бокового отбора керна.
«Хотя ударный метод является экономичным и быстрым, его применение может вызвать некоторые осложнения. В результате удара бойков о породу может произойти повреждение керна.
И твёрдые, и мягкие породы разрушаются под действием удара бойка, и это приводит к изменениям свойств образца. Слабоцементированные породы при ударе бойка подвергаются сжатию, а глинистая корка с внутренней стенки скважины может вдавливаться в скелет породы керна, изменяя тем самым его характеристики. Добывающие и сервисные компании знают об ограничениях ударного метода и мирятся с этими ограничениями на протяжении почти пятидесяти лет. Это положение изменилось в 80-х годах прошлого века, когда появились первые вращательные керноотборники», — сообщают авторы статьи.
По словам специалистов, преимущество этого метода в том, что он позволяет сохранить поровую структуру породы и исключить механические повреждения керна.
Детали
Основные требования к процессу заключаются в обеспечении стопроцентного выноса, скорости бурения и максимальном количестве метров за рейс.
«Наше оборудование позволяет собрать сколько угодно секций, в зависимости от тех требований, которые предъявляет геолог.
Например, он предполагает, что на глубине от 1000 до 1020 м может быть нефть. Эти самые 20 метров можно пройти одной секцией, или двумя секциями за один рейс. А два рейса — это лишние средства. Максимально за рейс мы отбирали 56 метров.
Сейчас заказчики предъявляют новое требование — отбор на глубине 18 метров. Для этих целей был разработан КСК с 6-метровой секцией. Отбирая по три секции, можно получить эти 18 метров. Геологи увеличивают интервал отбора, одна из тенденций — отбирать за рейс 27, 36 метров. Причём разработки новых конструкций касаются не только длины, но и совершенствования внутренних частей», — поделился руководитель направления «Керн» ООО «ВНИИБТ-БИ» Степан Макаров.
Во время проходки нагрузку на долото устанавливают на поверхности, перед спуском в скважину. При низкой нагрузке отбор происходит излишне долго. А при слишком высокой может произойти прихват долота с преждевременным прекращением работ.
«Существует два основных требования.
Первое связано с минимизацией рисков — допустим, использование специальных соединений, которые позволяют в случае прихвата бурильной колонны извлечь содержимое с керном, даже если сам снаряд остаётся в скважине. Второе требование касается технико-экономических показателей и имеет целью удешевление оказываемых услуг. К нему относится увеличение длины секции керноотборного снаряда — для того, чтобы за один рейс можно было отобрать наибольшее количество метров», — объяснил руководитель сектора по отбору керна АО «НПП «Бурсервис» Эдуард Зарипов.
В «изолятор»
Чтобы минимизировать повреждения керна и добиться более точного анализа, инженер по отбору должен использовать технологию изолированного герметизированного керна.
«При бурении и заборе керна необходимо добиться его полной изоляции от фильтрата бурового раствора, чтобы он обладал естественной насыщенностью флюидов и не содержал сторонние примеси. Мы используем клапан изолирующего состава.
К тому моменту, как керноотборный снаряд приходит в призабойную зону, изолирующая жидкость, которая по своему составу, в зависимости от требований — на основе масла, или на водяной основе со всевозможными ПАА, полностью «замещает» зону от бурового раствора. После чего в процессе бурения по мере того, как образуется столбик керна, горная порода выбуривается. Сам керн обволакивается изолирующим агентом — таким образом обеспечивается его сохранность и первозданность», — заметил Эдуард Раисович.
Неоднородные проблемы
Неоднородность пропластков предполагает сминание и расслоение породы, что приводит к заклинке, поэтому всё чаще заказчики обращают внимание на наличие гидравлического индикатора заклинки керна. При выходе на поверхность керн должен «не растерять» все флюиды нефти и газа. Для этого применяются специальные клапаны подачи изолирующего агента.
«По мере того, как керн поднимается наверх, за счёт того, что внизу избыточное давление достаточно большое, газ начинает отделяться от керна.
Для того, чтобы не возникало декомпрессии и выделяющийся газ своевременно стравливался с керна, мы применяем клапан сброса давления», — прокомментировал представитель «Бурсервиса».
«Мы работаем с такими компаниями, как ПАО «НК «Роснефть» и ООО «РН-Юганскнефтегаз». По их требованию был изготовлен снаряд с антизаклиночной системой в габарите 135, там будет отбор керна диаметром 80 мм. Скважина диаметром от 139 до 155 мм», — добавил Степан Юрьевич.
Хранение и транспортировка
Для дополнительной защиты используют технологию укладки керна не просто в одноразовую трубу, но ещё и в гель, который создаёт своеобразный вакуум и обеспечивает более высокую информативность для исследования в лаборатории.
«Мы предоставляем тёплый контейнер, чтобы предотвращать разрушение керна, так как он содержит флюиды, в том числе, воду, которая при минусе превращается в лёд. Также для безопасной транспортировки используются виброгасящие прокладки на ящике, либо специальная пена.
Керн укладывается в ящики, затем специальным образом запенивается, чтобы в процессе транспортировки не подвергаться вибрационным нагрузкам», — рассказал Эдуард Зарипов.
Текст: Надежда Гесс
область применения, особенность конструкции шлифа и правила ее использования — комментарии производителя лабораторного стекла SIMAX
Шлифовое соединение — это соединение двух притертых элементов, вставляющихся один в другой. Та сторона соединения, которую вставляют, называется шлиф-керн, или просто керн, а в которую вставляют — шлиф-муфта, или просто муфта.
Наиболее распространенные, и встречающиеся на 99% оснащенных шлифами изделий Simax — конические шлифы. Это значит, что их муфта имеет небольшое расширение к краю, а керн — сужение.
Притертыми элементы называют потому, что они проходят специальную обработку, в результате чего становятся шероховатыми. Благодаря этой шероховатости поверхности хорошо сцепляются друг с другом, образуя плотное и, при высоком качестве шлифа, герметичное соединение.
Что такое соединитель типа «керн»
Это соединитель стеклянный, трубка, одна из сторон которой оканчивается керном, а другая просто аккуратно обрезана и оплавлена для травмобезопасности. Керн помещают в горловину элемента с муфтой, а на другую сторону обычно надевают резиновый или силиконовый шланг. Это позволяет соединять между собой емкости и лабораторные приборы со шлифом и без него.
Размеры конических шлифов
Их обычно указывают на изделии, записывая двумя числами, разделенными косой чертой. Первое число — внешний диаметр шлиф-керна, в миллиметрах, в самой широкой части. Второе число — длина керна в миллиметрах.
Согласно международным стандартам ISO и базирующимся на них ГОСТ 8682-93, есть 18 вариантов диаметра керна. Для каждого определено от 1 до 4-х вариантов длины, одна из которых является рекомендуемой, поэтому шлифовые соединения с ней часто встречаются.
Наиболее популярны такие размеры:
• 10/19;
• 14/23;
• 19/26;
• 29/32;
• 40/38;
• 45/40.
Пример использования
На картинке слева — шлифовое соединение прямого стеклянного соединителя типа «керн» со шлифом 40/38 и сосуда с муфтой такого же размера.
Область применения и преимущества
Подобные соединения — один из самых популярных в химии, применяются практически в любых лабораториях, на большинстве видов химической посуды.
Помимо герметичности, их плюсы:
• простота конструкции;
• удобство соединения и разъединения;
• стандартизированность и взаимозаменяемость. Если, например, являющаяся частью реакционной установки пришлифованная колба разбилась, ее можно заменить другой колбой с конусом такого же размера. Производитель, страна и год выпуска при этом не важны — колба в любом случае подойдет.
Как сделать заказ
Купить стеклянный соединитель и другую продукцию можно в нашем интернет магазине, выбрав нужную вещь в каталоге. Также можно написать нам в бизнес чат — он в правом углу сайта, внизу. В верхней части сайта, рядом с номером телефона, есть кнопка заказа обратного звонка для разговора с менеджером в удобное вам время.
Наша почта [email protected]. Выбирайте удобный канал связи, мы готовы общаться, консультировать и помогать в оформлении заказа.
Ядро
Ядро Земли — это очень горячий и очень плотный центр нашей планеты. Ядро в форме шара лежит под прохладной хрупкой корой и в основном твердой мантией. Ядро находится примерно на 2900 километров (1802 мили) ниже поверхности Земли и имеет радиус около 3485 километров (2165 миль).
Планета Земля старше ядра. Когда Земля образовалась около 4,5 миллиардов лет назад, она представляла собой однородный шар из раскаленного камня. Радиоактивный распад и остаточное тепло от формирования планет (столкновение, аккреция и сжатие космических камней) сделали шар еще более горячим. В конце концов, примерно через 500 миллионов лет, температура нашей молодой планеты достигла точки плавления железа — около 1538° по Цельсию (2800° по Фаренгейту). Этот поворотный момент в истории Земли называется железной катастрофой.
Железная катастрофа привела к более быстрому перемещению расплавленного каменистого материала Земли.
Относительно плавучий материал, такой как силикаты, вода и даже воздух, оставался вблизи поверхности планеты. Эти материалы стали ранней мантией и корой. Капли железа, никеля и других тяжелых металлов притягивались к центру Земли, становясь ранним ядром. Этот важный процесс называется планетарной дифференциацией.
Ядро Земли – печь геотермального градиента. Геотермический градиент измеряет повышение температуры и давления в недрах Земли. Геотермический градиент составляет около 25° по Цельсию на километр глубины (1° по Фаренгейту на 70 футов). Основными источниками тепла в ядре являются распад радиоактивных элементов, остаточное тепло от формирования планет и тепло, выделяющееся при затвердевании жидкого внешнего ядра вблизи его границы с внутренним ядром.
В отличие от богатой минералами коры и мантии, ядро почти полностью состоит из металла, а именно из железа и никеля. Сокращение, используемое для железоникелевых сплавов ядра, — это просто химические символы элементов — NiFe.
Элементы, растворяющиеся в железе, называемые сидерофилами, также обнаружены в ядре. Поскольку эти элементы гораздо реже встречаются в земной коре, многие сидерофилы классифицируются как «драгоценные металлы». К сидерофильным элементам относятся золото, платина и кобальт.
Другим ключевым элементом в ядре Земли является сера — на самом деле 90 процентов серы на Земле находится в ядре. Подтвержденное открытие такого огромного количества серы помогло объяснить геологическую загадку: если ядро состояло в основном из NiFe, почему оно не было тяжелее? Ученые-геологи предположили, что могли присутствовать более легкие элементы, такие как кислород или кремний. Обилие серы, другого относительно легкого элемента, объясняло загадку.
Хотя мы знаем, что ядро является самой горячей частью нашей планеты, его точную температуру трудно определить. Колебания температуры в ядре зависят от давления, вращения Земли и различного состава элементов ядра. Как правило, температура колеблется от примерно 4400° по Цельсию (7,952° по Фаренгейту) до примерно 6000° по Цельсию (10800° по Фаренгейту).
Ядро состоит из двух слоев: внешнего ядра, граничащего с мантией, и внутреннего ядра. Граница, разделяющая эти области, называется разрывом Буллена.
Внешнее ядро
Внешнее ядро толщиной около 2200 километров (1367 миль) в основном состоит из жидкого железа и никеля. Сплав NiFe внешнего ядра очень горячий, от 4500° до 5500° по Цельсию (от 8132° до 9932° по Фаренгейту).
Жидкий металл внешнего ядра имеет очень низкую вязкость, что означает, что он легко деформируется и податлив. Это место сильной конвекции. Взбивающийся металл внешнего ядра создает и поддерживает магнитное поле Земли.
Самая горячая часть ядра на самом деле представляет собой разрыв Буллена, где температура достигает 6 000° по Цельсию (10 800° по Фаренгейту) — так же жарко, как на поверхности Солнца.
Внутреннее ядро
Внутреннее ядро представляет собой горячий плотный шар (в основном) из железа. Его радиус составляет около 1220 километров (758 миль).
Температура во внутреннем ядре составляет около 5200° по Цельсию (9,392° по Фаренгейту). Давление составляет почти 3,6 миллиона атмосфер (атм).
Температура внутреннего ядра намного выше точки плавления железа. Однако, в отличие от внешнего ядра, внутреннее ядро не жидкое и даже не расплавленное. Интенсивное давление внутреннего ядра — всей остальной части планеты и ее атмосферы — не дает расплавиться железу. Давление и плотность слишком велики, чтобы атомы железа могли перейти в жидкое состояние. Из-за этого необычного стечения обстоятельств некоторые геофизики предпочитают интерпретировать внутреннее ядро не как твердое тело, а как плазма , ведущая себя как твердое тело.
Жидкое внешнее ядро отделяет внутреннее ядро от остальной части Земли, и в результате внутреннее ядро вращается немного иначе, чем остальная часть планеты. Он вращается на восток, как и поверхность, но немного быстрее, совершая дополнительный оборот примерно каждые 1000 лет.
Ученые-геологи считают, что кристаллы железа во внутреннем ядре расположены по схеме «ГПУ» (гексагональная плотная упаковка). Кристаллы выровнены с севера на юг вместе с осью вращения Земли и магнитным полем.
Ориентация кристаллической структуры означает, что сейсмические волны — самый надежный способ изучения ядра — распространяются быстрее с севера на юг, чем с востока на запад. Сейсмические волны распространяются от полюса к полюсу на четыре секунды быстрее, чем через экватор.
Рост внутреннего ядра
Поскольку вся Земля медленно остывает, внутреннее ядро увеличивается примерно на миллиметр каждый год. Внутреннее ядро растет по мере того, как частицы жидкого внешнего ядра затвердевают или кристаллизуются. Другое слово для этого — «замерзание», хотя важно помнить, что температура замерзания железа превышает 1000° по Цельсию (1832° по Фаренгейту).
Рост внутреннего ядра неравномерный. Это происходит в глыбах и пучках, и на него влияет активность в мантии.
Рост более сконцентрирован вокруг зон субдукции — регионов, где тектонические плиты соскальзывают из литосферы в мантию, на тысячи километров выше ядра. Погружные плиты отводят тепло от ядра и охлаждают окружающую среду, вызывая учащение случаев затвердевания.
Рост менее сконцентрирован вокруг «суперплюмов» или LLSVP. Эти раздувающиеся массы перегретой породы мантии, вероятно, влияют на вулканизм «горячих точек» в литосфере и способствуют более жидкому внешнему ядру.
Ядро никогда не замерзнет. Процесс кристаллизации идет очень медленно, а постоянный радиоактивный распад недр Земли замедляет его еще больше. По оценкам ученых, для полного затвердевания ядра потребуется около 91 миллиарда лет, но Солнце сгорит за долю этого времени (около 5 миллиардов лет).
Полушария ядра
Как и литосфера, внутреннее ядро разделено на восточное и западное полушария. Эти полусферы плавятся неравномерно и имеют отчетливую кристаллическую структуру.
Западное полушарие кристаллизуется быстрее, чем восточное.
Фактически, восточное полушарие внутреннего ядра может действительно таять.
Внутреннее внутреннее ядро
Ученые-геологи недавно обнаружили, что само внутреннее ядро имеет ядро — внутреннее внутреннее ядро. Эта странная особенность отличается от внутреннего ядра почти так же, как внутреннее ядро отличается от внешнего ядра. Ученые считают, что это внутреннее ядро образовалось в результате радикальных геологических изменений около 500 миллионов лет назад.
Кристаллы внутреннего ядра ориентированы с востока на запад, а не с севера на юг. Эта ориентация не совпадает ни с осью вращения Земли, ни с магнитным полем. Ученые считают, что кристаллы железа могут даже иметь совершенно другую структуру (не ГПУ) или существовать в другой фазе.
Магнетизм
Магнитное поле Земли создается во вращающемся внешнем ядре. Магнетизм во внешнем ядре примерно в 50 раз сильнее, чем на поверхности.
Можно было бы легко подумать, что магнетизм Земли вызван большим шаром твердого железа посередине.
Но во внутреннем ядре температура настолько высока, что магнетизм железа изменяется. Как только достигается эта температура, называемая точкой Кюри, атомы вещества больше не могут ориентироваться на магнитную точку.
Теория динамо
Некоторые геологи описывают внешнее ядро как «геодинамо» Земли. Чтобы у планеты было геодинамо, она должна вращаться, у нее внутри должна быть жидкая среда, жидкость должна быть способна проводить электричество, и у нее должен быть внутренний источник энергии, который вызывает конвекцию в жидкости.
Изменения вращения, проводимости и тепла влияют на магнитное поле геодинамо. Марс, например, имеет полностью твердое ядро и слабое магнитное поле. Венера имеет жидкое ядро, но вращается слишком медленно, чтобы создавать значительные конвекционные потоки. У него тоже слабое магнитное поле. Юпитер, с другой стороны, имеет жидкое ядро, которое постоянно вращается из-за быстрого вращения планеты.
Земля – это геодинамо «Златовласка».
Он постоянно вращается со скоростью 1675 километров в час (1040 миль в час) на экваторе. Силы Кориолиса, артефакт вращения Земли, делают конвекционные потоки спиральными. Жидкое железо во внешнем ядре является отличным проводником электричества и создает электрические токи, которые управляют магнитным полем.
Энергия, обеспечивающая конвекцию во внешнем ядре, обеспечивается замерзанием капель жидкого железа на твердом внутреннем ядре. Затвердевание высвобождает тепловую энергию. Это тепло, в свою очередь, делает оставшееся жидкое железо более плавучим. Более теплые жидкости по спирали поднимаются вверх, а более холодные твердые тела под сильным давлением опускаются вниз: конвекция.
Магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли имеет решающее значение для жизни на нашей планете. Он защищает планету от заряженных частиц солнечного ветра. Без щита магнитного поля солнечный ветер лишил бы атмосферу Земли озонового слоя, который защищает жизнь от вредного ультрафиолетового излучения.
Хотя магнитное поле Земли в целом стабильно, оно постоянно колеблется. Например, когда жидкое внешнее ядро движется, оно может изменить положение северного и южного магнитных полюсов. Магнитный Северный полюс ежегодно перемещается на 64 километра (40 миль).
Колебания в ядре могут привести к еще более резким изменениям магнитного поля Земли. Например, смена геомагнитного полюса происходит примерно каждые 200 000–300 000 лет. Инверсия геомагнитных полюсов — это именно то, на что они похожи: изменение магнитных полюсов планеты, так что северный и южный магнитные полюса меняются местами. Эти «перевороты полюсов» не являются катастрофическими — ученые не замечали реальных изменений в жизни растений или животных, активности ледников или извержений вулканов во время предыдущих инверсий геомагнитных полюсов.
Изучение ядра
Ученые-геологи не могут изучать ядро напрямую. Вся информация о ядре была получена в результате сложного чтения сейсмических данных, анализа метеоритов, лабораторных экспериментов с температурой и давлением и компьютерного моделирования.
Большинство основных исследований было проведено путем измерения сейсмических волн, ударных волн, испускаемых землетрясениями на поверхности или вблизи нее. Скорость и частота объемных сейсмических волн изменяются в зависимости от давления, температуры и состава породы.
На самом деле, сейсмические волны помогли геологам определить структуру самого ядра. В конце 19 века ученые заметили «теневую зону» в глубине планеты, где тип объемной волны, называемый s-волной, либо полностью прекратился, либо был изменен. S-волны не могут передаваться через жидкости или газы. Внезапная «тень», где исчезли s-волны, указывала на то, что на Земле был жидкий слой.
В 20-м веке ученые-геологи обнаружили увеличение скорости p-волн, другого типа объемных волн, на глубине около 5150 километров (3200 миль) под поверхностью. Увеличение скорости соответствовало переходу от жидкой или расплавленной среды к твердой. Это доказывало существование твердого внутреннего ядра.
Метеориты, космические камни, падающие на Землю, также дают ключ к разгадке ядра Земли.
Большинство метеоритов представляют собой фрагменты астероидов, скалистых тел, вращающихся вокруг Солнца между Марсом и Юпитером. Астероиды образовались примерно в то же время и примерно из того же материала, что и Земля. Изучая богатые железом хондритовые метеориты, ученые-геологи могут заглянуть в раннее формирование нашей Солнечной системы и раннее ядро Земли.
В лаборатории самым ценным инструментом для изучения сил и реакций в ядре является ячейка с алмазной наковальней. Ячейки с алмазными наковальнями используют самое твердое вещество на Земле (алмазы) для имитации невероятно высокого давления в ядре. Устройство использует рентгеновский лазер для имитации температуры ядра. Луч лазера проходит через два алмаза, сжимая образец между ними.
Комплексное компьютерное моделирование также позволило ученым изучить ядро. Например, в 1990-х годах моделирование прекрасно иллюстрировало геодинамо, дополненное переворотами полюсов.
Быстрый факт
Сокровище
Быстрый факт
Планетарные ядра
Все известные планеты имеют металлические ядра.
Даже газовые гиганты нашей Солнечной системы, такие как Юпитер и Сатурн, содержат в своих ядрах железо и никель.
Краткий факт
Геонейтрино
Быстрый факт
Инге Леман
Быстрый факт
Подземная фантастика
Статьи и профили National Geographic just изменено
28 Вот что это значит.
Аудио
BBC: В наше время — ядро ЗемлиUSGS: что мы знаем о недрах Земли?
Видео
PBS: Nova—OriginsYouTube: Naked Science—Earth’s Core
Веб-сайт
USGS: The Inside of the EarthNational Geographic Science: Inside the Earth
Колонковые стволы и коронки для алмазного бурения
Вероятно, в вашем браузере отключен JavaScript.
Для использования функций этого веб-сайта в вашем браузере должен быть включен JavaScript.
Поиск:
Магазины буровых принадлежностей предлагают широкий выбор высококачественных систем для колонкового бурения, включая колонковые буровые установки, коронки для колонкового алмазного бурения, буровые штанги, обсадные трубы и многое другое.