礦山物探測井技術的改進研究

管雨民

（吉林東煤建筑基礎工程公司，吉林 長春 130000）

測井技術作為礦山勘探的一種技術手段，不僅與后續(xù)工程方案設計息息相關，而且為了保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境，合理開發(fā)資源，需要就地質構造、地層結構、沉積情況等因素進行詳細考察，測井技術作為實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)域的地質環(huán)境和地球物理特征，通過現(xiàn)代化技術可以構建三維建模，細致研究鉆探剖面礦層的開挖方案。物探測井技術在強化地質勘查工作的前提上，也為資源開采工作提供了施工安全質量保障。文章從技術原理和工作流程兩方面簡要分析物探測井探管技術的改進內容。

1 從技術原理的角度分析物探測井技術創(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)，相關從業(yè)人員就其根源問題，從測量方法、探測器以及信號采集處理和軟件四個方面完善了測井儀器設備，就其根源問題，以技術原理為突破口，在當前國內礦產資源開發(fā)困境的現(xiàn)狀，迎難而上，加強創(chuàng)新。

1.1 測量方法

礦山專業(yè)測井技術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，相關儀器設備在數(shù)據(jù)處理和集成系統(tǒng)的設計上較為復雜，近年來智能化、自動化技術的廣泛應用，使得測井技術設備也逐步強化數(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)處理四個部分，獨立運作，相互聯(lián)系。物探測井技術的測量方法逐漸朝著三維數(shù)字化發(fā)展，這也意味著相關從業(yè)人員必須具備優(yōu)秀的信息化素養(yǎng)和實踐操作能力，結合開采經(jīng)驗橫向比對現(xiàn)實案例，保證數(shù)據(jù)可靠性和準確性。TYSC-3Q型數(shù)字測井儀經(jīng)過不斷的研發(fā)和改進，優(yōu)化了其工作性能和數(shù)據(jù)處理能力，現(xiàn)階段的技術改進方向主要側重于深度系統(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，探管技術是探測器是主要器件之一，加強對探測器的創(chuàng)新，也是確保測井技術質量的基礎。其優(yōu)化方向基于探測器的進行改進和優(yōu)化，從具體的探測原理和方法設計相應的探測系統(tǒng)。鉆孔地質剖面的要素包括區(qū)分地層性質、礦層深度厚度、地下環(huán)境和地質結構等內容，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的礦物性質指標。因此，探測儀器對于測井曲線各項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進行處理，在實際應用過程中也要反復檢驗測試，保證性能，提高物探工作質量。

比如我們可以在礦山測井施工中加強電磁流量計的應用，就能有效的達到石油測井技術創(chuàng)新的目的。在具體的應用過程中，電磁流量器是基于電磁感應原理，就流過管道內的導電流體的具體流量進行測量和明確。而電磁流量計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行信息的傳輸和供電。在連接井下儀器時，主要是借助單芯電纜和數(shù)控測井地面設備進行配接，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及時地傳輸?shù)降孛嬖O備，地面設備則利用地面信號分類器，就分離電路變?yōu)閮陕废嗷オ毩⒌男盘?，當流量信號處理為脈沖頻率新高之后，就能在數(shù)控測井地面設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備中的使用提供了便利。

1.3 信號采集分析與信息傳遞質量的技術改進

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

1.4 測井儀器的軟件創(chuàng)新

物探測井技術需要測量的要素較多，且聯(lián)系密切，數(shù)值復雜。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，對于探管來說就要進行加工，裝備相應的精密檢測裝置，以加強對不同巖層結構的檢測質量。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謹性，重視對于相關數(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標識和地理信息數(shù)據(jù)庫，錄入以往的勘測或開采案例，加強信號分析軟件的精密性，結合相應數(shù)據(jù)構建深層系統(tǒng)，提升數(shù)字測井儀器的深度處理能力，將相關物理數(shù)值轉變成三維數(shù)字建模，提高開采方案的可行性和嚴謹性，確保測井技術質量得到有效的提升。

2 從工作流程的角度分析物探測井技術改進內容

2.1 測井流程

伽馬-伽馬測量是一種人工模擬放射性物質測試環(huán)境密度的和物質質量的一種測量方法。由于反射性物質具有穿透性，在測量時不會受到環(huán)境遮蔽影響，在鉆桿和套管中進行地下測量，可以隨著鉆探深度進行勘測。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 天然三側向測量

天然三側向測量即為利用自然伽馬進行測井測量，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，變質巖次之，沉積巖最弱。沉積巖里深海泥質沉積巖最強，淺海和陸相泥質沉積巖中等，砂巖石灰?guī)r最弱。自然伽馬測井是在井內測量礦石中的放射性核素衰變過程放射的伽馬射線強度來研究地質問題的測井方法。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，在鉆桿內部測量無法保證完整信號的傳遞。再加上常規(guī)探管長度有限，外徑較細，測量工作常常在井下進行。

2.3 聲速測量

聲速測量是探管技術的輔助方法，通過較為粗長的外管插入井下進行測量，外管中部還要結合聲波傳遞原理構建一個回聲機制，例如設計成格網(wǎng)狀，保證聲波傳遞過程中的信號質量。再者就是井下測量時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行校正測量，每孔測量前進行井口吊零測量，再下井測量，測量方式為點測，點距為50m～100m[1]。

3 礦山物探測井探管技術方法

不同水層的物理特性和區(qū)域巖層特點都存在差異。比如在對含水層進行鉆孔操作時，泥漿泵對地層水的壓力會產生分帶現(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，成正比關系。如果地層的性質相同，整個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系

3.1 擴散法

物探測井方法一般來說是根據(jù)地質條件來決定的，不同地理環(huán)節(jié)和物理特征會存在的探測問題和測量內容也有所不同[2]。比如擴散反就是以不同含水層的分帶現(xiàn)象及滲透特性進行分類。對水層進行鉆孔，沖洗水層井壁，進行基礎的清潔工作，保證探管下行時不會卡頓[3]。對于井液的濃度要求要高于水層的濃度標準，在未達到標準的情況下適當進行鹽化處理量，以控制變量，以電阻率的變化影響為指標，測定整體電阻率數(shù)值，根據(jù)時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，就會導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中的變量，尋找新的測量標準[4]。比如，仍然以含水層中的電阻率情況進行劃分，但測量方法改用微電極系法，就是利用一種探管實現(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比較靈敏，后者對比較淺的泥餅的電阻率反應比較靈敏，如果泥漿礦化程度比地層水的礦化程度低時，就會導致正差異的發(fā)生。

通常來說，泥餅越厚，差異性相差就會越大，整個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，就會導致直徑擴大，從而導致探管不能觸到井壁，從而導致測得的電阻率差異為零。如果這種沖刷作用不大，則可能會出現(xiàn)正差異。根據(jù)相關曲線和自然電位，正確判斷泥漿巖[7]。對于砂紙泥漿巖，由于其壁很粗糙，從而導致探管不能和井壁很好的接觸，這樣就會導致電流分流現(xiàn)象發(fā)生，從而出現(xiàn)正負都有的曲線。對于一些致密的地層，由于其電阻率比較高，從而導致曲線幅度比較大，出現(xiàn)正負相關的鋸齒曲線。

4 結語

近年來，物探測井探管技術的改進與創(chuàng)新是根據(jù)實際情況和實際勘查綜合考量相應的方法和技術原理，從功能性尚做足功夫，加強技術升級和創(chuàng)新研發(fā)等相關工作，再聯(lián)系具體的工作方法，在實際開采測量過程中，很多方法和應對策略都有一定針對性和目的性，填補探測工作的單一性和片面性，提升相關數(shù)據(jù)資料收集和分析的準確度。總而言之，相關技術成果都很好地促進了礦企對礦產資源的開發(fā)和利用， 有利于推動地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展。