7.1 Ιστορία - Εισαγωγή

7 Η ΜΕΘΟΔΟΣ ΤΩΝ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΑΓΡΑΦΙΩΝ 7.1 Ιστορία - Εισαγωγή Η µέθοδος των γεωφυσικών διαγραφιών (geophysical well logging) συνίσταται στην εφαρµογή διαφόρων γεωφυσικών µεθόδων εντός µίας γεώτρησης. Πρωτοεισήχθηκε στην γεωφυσική έρευνα από τους αδελφούς Schlumberger το 1930 στην Γαλλία µε την εκπόνηση µετρήσεων ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης και φυσικού δυναµικού (Σχήμα 7.1.1). Σχήμα 7.1.1:(α) Η µονάδα µετρήσεων γεωφυσικών διαγραφιών των αδελφών Schlumberger, (β) Η πρώτη γεωφυσική διαγραφία ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης. Το 1935 παρουσιάστηκε η τεχνική υπολογισµού των κλίσεων των γεωλογικών σχηµατισµών που τέµνουν µία γεώτρηση (dipmeter log). Το 1948 εφαρµόσθηκε η τεχνική των γεωφυσικών διαγραφιών ακτινοβολίας γάµµα (gamma logs) και νετρονίων (neutron logs). Την δεκαετία του 1950 αναπτύχθηκαν οι τεχνικές της εστιασµένης ειδικής αντίστασης (focused resistivity log) και επαγωγής (induction log). Την δεκαετία του 1960 άρχισαν οι πρώτες ψηφιακές καταγραφές και εµφανίσθηκε η σεισµική διαγραφία πλήρους κυµατοµορφής (sonic logs). Τo 1975 παρουσιάστηκε η µέθοδος της γεωαπεικόνισης µέσα σε γεωτρήσεις (borehole televiewer) ενώ το 1980 εµ µφανίστηκε το radar γεωτρήσεων. Έκτοτε η τεχνική των γεωφυσικών διαγραφιών είχε µία ραγδαία ανάπτυξη. Η χρησιµότητα των γεωφυσικών διαγραφιών είναι ότι σε πολλές περιπτώσεις είναι η µόνη εναλλακτική µέθοδος συλλογής πληροφοριών για τους σχηµατισµούς που διαπερνά µία γεώτρηση και µάλιστα στον ευρύτερο από την γεώτρηση περιβάλλοντα χώρο. Για παράδειγµα στην περίπτωση παλιών γεωτρήσεων όπου δεν υπάρχουν δείγµατα αλλά και σε νέες γεωτρήσεις τις περισσότερες φορές τα δείγµατα του γεωτρηπανιστή είναι πολύ δύσκολο να ερµηνευθούνν καθ ότι µέχρι να φτάσουν στην επιφάνεια διαταράσσονται και αναµειγνύονται µε τα γεωτρητικά ρευστά της γεώτρησης. Επιπλέον και στην περίπτωση που έχουν ληφθεί αδιατάρακτα δείγµατα (καρότα) η πληροφορία που παίρνουµε από αυτά περιορίζεται στον πολύ κοντά στην γεώτρηση χώρο. Επίσης στην περίπτωση 7-1

σωληνωµένων γεωτρήσεων η µέθοδος των γεωφυσικών διαγραφιών είναι η µόνη η οποία µπορεί να µας δώσει πληροφορίες για τους γεωλογικούς σχηµατισµούς που περιβάλλουν την γεώτρηση. 7.2 Τεχνικές γεωφυσικών διαγραφιών Η βασική διαδικασία µέτρησης µίας γεωφυσικής διαγραφίας είναι η σταδιακή τοποθέτηση µε χαµηλή σχετική ταχύτητα της οβίδας ανίχνευσης (geophysical probe) µέσα στη γεώτρηση και η καταγραφή των µετρήσεων στην επιφάνεια σε ειδικό καταγραφικό που αναπαριστά την συνεχή καταγραφή των εκάστοτε µετρήσεων συναρτήσει του βάθους. Τα κύρια τµήµατα µίας µονάδας λήψης µετρήσεων γεωφυσικών διαγραφιών παρουσιάζονται στο Σχήμα 7.2.1 Σχήμα 7.2.1 : Τµήµατα από τα οποία αποτελείται µία µονάδα µέτρησης γεωφυσικών διαγραφιών. Οι γεωφυσικές διαγραφίες µπορούν να διαχωριστούν σε δύο γενικές κατηγορίες, τις στατικές ή παθητικές και τις δυναµικές. Οι πρώτες µετρούν υπάρχοντα φυσικά πεδία και παραµέτρους των σχηµατισµών χωρίς την εφαρµογή κάποιου σήµατος διέγερσης ενώ οι δεύτερες µετρούν την απόκριση των σχηµατισµών σε επαγόµενα πεδία. Οι κυριότερες στατικές µέθοδοι είναι - Η µέθοδος του φυσικού δυναµικού (SP logging) - Η µέθοδος Caliper - Hµέθοδος µέτρησης της ταχύτητας των ρευστών (flowmeterlog) - Η µέθοδος µέτρησης της θερµοκρασίας (Tlog) Οι κυριότερες δυναµικές µέθοδοι είναι - Η µέθοδος µέτρησης της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης (resistivitylog) - Η µέθοδος gamma-gamma - Η µέθοδος Neutron-Gamma 7-2

Οι παράµετροι για τις οποίες συνήθως καταγράφουµε πληροφορίες µε τις παραπάνω τεχνικές είναι το πορώδες, ο βαθµός κορεσµού, η µεταλλοφορία, η ποιότητα των πετρωµάτων, η υδραυλική αγωγιµότητα, η θερµική ροή κλπ. Το βάθος ανίχνευσης διαφέρει από µέθοδο σε µέθοδο (Σχήμα 7.2.2). Σχήμα 7.2.2: Βάθος ανίχνευσης των κυριότερων µεθόδων γεωφυσικής διαγραφίας. Ο Πίνακας 7.2.1: παρουσιάζει τα συγκριτικά πλεονεκτήµατα των τεχνικών γεωφυσικής διαγραφίας που ευρίσκονται σε χρήση σήµερα, ενώ ο Πίνακας 7.2.2: τις βασικές εφαρµογές της µεθόδου. 7-3

Τεχνική Εφαρµογή Καθορισµός πυκνότητας στρωµάτων Καθορισµός πορώδους ιάκριση στρωµάτων άµµου αργίλου Εντοπισµός ζωνών ρηγµάτοσης Καθορισµός πάχους και κλίσης ζώνης ρηγµάτωσης Εντοπισµός υδροφόρων Μέτρηση κίνησης νερού αργής ροής Μέτρηση κίνησης νερού γρήγορης ροής Detection Of Mineralization Εντοπισµός σιδηροφόρων ζονών Εντοπισµός µεταλλοφορίας Εκτίµηση τσιµέντωσης Εντοπισµός φιλτροσωλήνων Εντοπισµός αρµών σωλήνωσης Εντοπ. Τέλους σωλήνωσης Εκτίµηση ποιότητας ύδατος Προσανατολισµός γεώτρησης Μετρηση Σχήµατος και διαστάσεων Γεώτρησης ιατάσεις εγκοίλων Εντοπ. Φραγµών Μπεντονίτη Natural Gamma (ng) 0 0 2 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 2 Short Normal Resistivity Long Normal Resistivity Single Point Resistance (SPR) Φυσικό υναµικό (SP) Magnetic Susceptibility Magnetic Field Vector 0 1 2 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 2 2 1 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 2 1 0 0 0 2 0 1 0 0 0 Caliper 0 0 0 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 0 0 2 1 0 Θερµοκρασία Ρευστών Αγωγιµότητα Ρευστών Ηλεκτροµαγνητική Επαγωγή (Αγωγιµότητα Σχηµατισµού) 0 0 0 0 0 2 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 2 1 0 1 0 0 1 2 2 1 0 0 1 1 0 0 0 0 Καθετότητα 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 2 0 0 0 Full Waveform Sonic 2 2 1 2 1 0 0 0 0 0 0 2 0 0 1 0 0 0 0 0 Ψηφιακό Βίντεο 0 0 1 2 2 2 0 1 0 0 0 0 2 2 2 0 0 1 1 0 Ακουστική απεικόνιση γεώτρησης (BHTV) Οπτική απεικόνιση γεώτρησης (OPTV) Heat Pulse Flowmeter 0 0 0 2 2 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 0 0 1 1 0 0 0 0 2 2 1 0 0 0 0 0 0 2 2 2 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Impeller Flowmeter 0 0 0 0 0 1 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Induced Polarization (IP) Βαρυτικά γεώτρησης Gamma Density (gg) 0 0 1 1 0 0 0 0 2 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 2 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Neutron Density 0 2 1 1 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ph 0 0 0 0 0 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 ιαλυµένο Οξυγόνο (O2) 0 0 0 0 0 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 Cavity Sonar 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 0 Cavity Ultrasound 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 0 0 1 2 Γενικά δεν προτείνεται Προτείνεται για Γενικά προτείνεται συγκεκριµένες περιπτώσεις Πίνακας 7.2.1: 7-4

Τεχνική Σωλήνωση Περιεχόµενο γεώτρησης Natural Gamma (ng) Short Normal Resistivity Long Normal Resistivity Single Point Resistance (SPR) Φυσικό υναµικό (SP) Καθόλου, Ατσάλινη ήpvc - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας Καθόλου ή PVC Φιλτροσωλήνας Καθόλου ή PVC Φιλτροσωλήνας Καθόλου ή PVC Φιλτροσωλήνας Καθόλου ή PVC Φιλτροσωλήνας Magnetic Susceptibility Καθόλου ή PVC - Φιλτροσωλήνας ή κλειστή Magnetic Field Vector Καθόλου ή PVC - Φιλτροσωλήνας ή κλειστή Caliper Θερµοκρασία Ρευστών Αγωγιµότητα Ρευστών Ηλεκτροµαγνητική Επαγωγή (Αγωγιµότητα Σχηµατισµού) Καθόλου, Ατσάλινη ήpvc - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας Καθόλου, Ατσάλινη ήpvc - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας Καθόλου, Ατσάλινη ή PVC - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας Καθόλου ή PVC - Φιλτροσωλήνας ή κλειστή Καθετότητα Καθόλου ή PVC - Φιλτροσωλήνας ή κλειστή Αέρας ή νερό - Καθαρό ή θολό Καθαρό ή θολό νερό Καθαρό ή θολό νερό Καθαρό ή θολό νερό Καθαρό ή θολό νερό Αέρας ή νερό - Καθαρό ή θολό Αέρας ή νερό - Καθαρό ή θολό Αέρας ή νερό - Καθαρό ή θολό Καθαρό ή θολό νερό - Πλήρως ισορροπηµένο Καθαρό ή θολό νερό - Πλήρως ισορροπηµένο Αέρας ή νερό - Καθαρό ή θολό Αέρας ή νερό - Καθαρό ή θολό Full Waveform Sonic Καθόλου Καθαρό ή θολό νερό Ναι Ψηφιακό Βίντεο Καθόλου, Ατσάλινη ή PVC - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας Αέρας ή καθαρό νερό Όχι Ακουστική απεικόνιση γεώτρησης (BHTV) Οπτική απεικόνιση γεώτρησης (OPTV) Heat Pulse Flowmeter Impeller Flowmeter Induced Polarization (IP) Βαρυτικά γεώτρησης Gamma Density (g-g) Καθόλου, Ατσάλινη ή PVC - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας Καθόλου, Ατσάλινη ή PVC - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας Καθόλου, Ατσάλινη ή PVC - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας Καθόλου, Ατσάλινη ή PVC - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας Καθόλου ή PVC Φιλτροσωλήνας Καθόλου, Ατσάλινη ή PVC - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας Καθόλου, Ατσάλινη ή PVC - Κλειστή ή Καθαρό ή θολό νερό Αέρας ή καθαρό νερό Καθαρό ή θολό νερό - Αργή ροη Καθαρό ή θολό νερό - Γρήγορη ροή Καθαρό ή θολό νερό Αέρας ή νερό - Καθαρό ή θολό Αέρας ή νερό - Καθαρό ή θολό 7-5 Πληροφορία πέραν της σωληνώσεως αν υπάρχει; Ναι Ναι Ναι Ναι Ναι Ναι Ναι Όχι Όχι Όχι Ναι Όχι Όχι Όχι Όχι Όχι Ναι Ναι Ναι

φιλτροσωλήνας Neutron Density Καθόλου, Ατσάλινη Αέρας ή νερό - Καθαρό ή θολό Ναι ή PVC - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας ph Καθόλου, Ατσάλινη Καθαρό ή θολό νερό - Πλήρως Όχι ή PVC - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας ισορροπηµένο ιαλυµένο Οξυγόνο (O 2 ) Καθόλου, Ατσάλινη Καθαρό ή θολό νερό - Πλήρως Όχι ή PVC - Κλειστή ή φιλτροσωλήνας ισορροπηµένο Cavity Sonar Καθόλου Καθαρό ή θολό νερό Όχι Cavity Ultrasound Καθόλου Αέρας Όχι Πίνακας 7.2.2: 7.3 Το περιβάλλον γύρω από την γεώτρηση Για την σωστή ερµηνεία των γεωφυσικών διαγραφιών απαιτείται να κατανοήσουµε τι συµβαίνει στην περιβάλλουσα την γεώτρηση περιοχή και πώς διαταράσσονται οι φυσικές παράµετροι των σχηµατισµών γύρω από αυτή κατά την διάρκεια κατασκευής της. Το γεωτρητικό υγρό (συνήθως µπετονίτης) διέρχεται µέσα στους σχηµατισµούς που περιβάλλουν την γεώτρηση και το εύρος διάχυσης εξαρτάται από το πορώδες των σχηµατισµών και τις επικρατούσες υδροστατικές πιέσεις. Τα στερεά συστατικά των υλικών διάτρησης σχηµατίζουν µία ζώνη (κρούστα) γύρω από τα τοιχώµατα της γεώτρησης (mud cake) η οποία αυξάνει σταδιακά µέχρι που τελικά δεν θα επιτρέπει την περεταίρω διάδοση (διάχυση) του γεωτρητικού υγρού στους περιβάλλοντες γεωλογικούς σχηµατισµούς. Οι διάφορες ζώνες εισβολής (invaded zone) που δηµιουργούνται κατά τη διάρκεια ανόρυξης της γεώτρησης παρουσιάζονται αναλυτικά στο Σχήμα 7.3.1. Σε γενικές γραµµές η εισβολή είναι περιορισµένη σε πολύ πορώδεις και διαπερατούς σχηµατισµούς γιατί δηµιουργείται αµέσως µία αργιλική κρούστα η οποία δυσκολεύει περεταίρω διείσδυση της αργίλου. Στην περίπτωση λιγότερο περατών σχηµατισµών ή περιοχών µε ζώνες διάρρηξης, η ζώνη εισβολής µπορεί να φτάσει ακόµα και µέτρα από τα τοιχώµατα της γεώτρησης. Η ζώνη εισβολής ενός διαπερατού σχηµατισµού µε µεγάλο σχετικά πορώδες διαιρείται σε δύο ζώνες µε µεταβατική µεταξύ τους κατάσταση. Κοντά στα τοιχώµατα της γεώτρησης µετά την αργιλική κρούστα υπάρχει η άµεση ζώνη εισβολής. Στη ζώνη αυτή η διηθούµενη άργιλος έχει αντικαταστήσει όλα τα ρευστά που υπήρχαν στο πορώδες του πετρώµατος και είναι γνωστή σαν ζώνη έκπλησης (flushed zone). Σταδιακά καθώς αποµακρυνόµαστε από τα τοιχώµατα της γεώτρησης η ποσότητα της διηθούµενης αργίλου µειώνεται έως ότου τα ρευστά στο πορώδες είναι τα ίδια µε αυτά στον αδιατάρακτο σχηµατισµό, και ονοµάζεται µεταβατική ζώνη (transition ή annulus zone). Οι φυσικοί ορισµοί των συµβόλων που παρουσιάζονται στο Σχήμα 7.3.1 είναι οι ακόλουθοι: d h : διάµετρος της γεώτρησης d i : διάµετρος ζώνης έκπλησης d j : διάµετρος µεταβατικής ζώνης rj :πάχος συνολικής ζώνης εισβολής h mc : πάχος αργιλικής κρούστας R m : ειδική αντίσταση λάσπης µέσα στη γεώτρηση 7-6

R mc : ειδική αντίσταση αργιλικής κρούστας R mf : ειδική αντίσταση του υλικού διήθησης (mudfiltrate) R s :ειδική αντίστασησχιστόλιθων (shale) R t :ειδική αντίστασητου γεωλογικού σχηµατισµού R w :ειδική αντίσταση του νερού στο πορώδες R xo : ειδική αντίσταση της ζώνης έκπλησης S w : βαθµός κορεσµού (saturation)της αδιατάρακτης περιοχής S xo :βαθµός κορεσµούτης ζώνης έκπλησης Σχήμα 7.3.1:Το περιβάλλον γύρω από µία γεώτρηση και οι ζώνες που δηµιουργούνται (Schlumberger Well Services). 7.4 Γεωφυσικές διαγραφίες Calliper Η τεχνική αυτή καταγράφει την µεταβολή της διαµέτρου µίας γεώτρησης καθ όλο το µήκος της. Οι αλλαγές στη διάµετρο µίας γεώτρησης σχετίζονται µε διάφορες ιδιότητες των περιβαλλόντων την γεώτρηση σχηµατισµών όπως, το πορώδες, την ύπαρξη ζωνών ρηγµάτωσης κ.λ.π. Επιπλέον, επειδή οι µεταβολές της διαµέτρου µπορεί να επηρεάσουν την ακρίβεια των µετρήσεων από άλλες τεχνικές well logging, είναι πολύ χρήσιµο οι µετρήσεις Calliper να συνοδεύουν τις άλλες µετρήσεις ώστε να γίνονται οι απαραίτητες διορθώσεις πριν από κάθε ερµηνεία. 7-7

Η µετρητική διάταξη αποτελείται συνήθως από µία οβίδα (probe) εφοδιασµένη µε 3 βραχίονες που συνδέονται µε 3 ποτενσιόµετρα ακριβείας. Κάθε µεταβολή της θέσης των βραχιόνων λόγω µεταβολής της διαµέτρου της γεώτρησης προκαλεί αντίστοιχες µεταβολές δυναµικού που καταγράφονται σε κατάλληλο καταγραφικό στην επιφάνεια. Σχήμα 7.4.1: Οβίδες για την εκτέλεση µετρήσεων Calliper. 7.5 Γεωφυσικές διαγραφίες φυσικού δυναμικού Η τεχνική αυτή είναι γνωστή και σαν Self Potential (SP) logging και συνίσταται στην συνεχή καταγραφή των µεταβολών του φυσικού δυναµικού κατά µήκος µίας γεώτρησης. Συνήθως καταγράφεται η διαφορά δυναµικού µεταξύ του κινούµενου µέσα στην γεώτρηση ηλεκτροδίου σε σχέση µε ένα ηλεκτρόδιο στην επιφάνεια (Σχήμα 7.5.1). Σχήμα 7.5.1: Μετρήσεις Φυσικού δυναμικού σε γεώτρηση. Η µέθοδος αυτή µπορεί να εφαρµοστεί µόνο όταν η γεώτρησης είναι γεµάτη µε το ρευστό γεώτρησης π.χ. νερό, λάσπη κ.ο.κ. Στο Σχήμα 7.5.1 παρουσιάζονται οι κύριοι µηχανισµοί δηµιουργίας µεταβολών φυσικού δυναµικού µέσα σε µία γεώτρηση καθώς και ένα παράδειγµα διαγραφίας φυσικού δυναµικού. Σε γενικές γραµµές µπορούµε να προσοµοιώσουµε το φαινόµενο σαν την τάση που παράγει ένα ηλεκτρικό στοιχείο (µπαταρία) και το µετρούµενο δυναµικό E(mV) δύναται να προσεγγιστεί από την ακόλουθη σχέση E = -K log (a w /a mf ) 7.5.1 7-8

όπου a w = αλατότητα του νερού στο πορώδες a mf = αλατότητα του ρευστού της γεώτρησης Προφανώς η ροή των ιόντων διευκολύνεται από την ύπαρξη άµµων η άλλων περατών σχηµατισµών. (α) (β) Σχήμα 7.5.2: Μηχανισµός δηµιουργίας µεταβολών φυσικού δυναµικού µέσα σε γεωτρήσεις. Οι όποιες µεταβολές του µετρούµενου φυσικού δυναµικού µετρώνται σχετικά µε µία γραµµή αναφοράς (Σχήμα 7.5.2β και Σχήμα 7.5.3) η οποία ονοµάζεται γραµµή αργίλου ή γραµµή αργιλικού σχιστόλιθου (clay line, shale line). Η γραµµή αυτή υποδηλώνει το µετρούµενο φυσικό δυναµικό στην περιοχή που το ηλεκτρόδιο µέτρησης ευρίσκεται µπροστά από αδιαπέρατους σχηµατισµούς (ελάχιστη υδραυλική αγωγιµότητα) όπως οι άργιλοι και οι σχιστόλιθοι. 7-9

Σχήμα 7.5.3: Στάθμη αναφοράς των μετρήσεων SP. Οι παράγοντες οι οποίοι καθορίζουν κυρίως την µορφή µίας καταγραφής sp είναι: α) Η αλατότητα των ρευστών που πληρεί την γεώτρηση. Όταν R mf (ειδική αντίσταση του ρευστού της γεώτρησης) > R w (ειδική αντίσταση του ρευστού στο πορώδες) τότε το ρευστό στο πορώδες είναι ποιο αγώγιµο από το ρευστό στη γεώτρηση. Στην περίπτωση αυτή η καταγραφή αποκλίνει προς την αρνητική φορά (αριστερά) µπροστά από περατούς σχηµατισµούς (π.χ. άµµοι) και κάθε απόκλιση προς την αρνητική φορά (αριστερά) υποδηλώνει την ύπαρξη ενός σχηµατισµού µε µεγάλο πορώδες και αυξηµένη υδραυλική αγωγιµότητα (Σχήμα 7.5.4Α). Στην περίπτωση που R mf <R w τότε ισχύει το αντίθετο (Σχήμα 7.5.4Β). Σχήμα 7.5.4: Επίδραση της αλατότητας στην καµπύλη SP. β) Το πάχος ενός περατού στρώµατος. Σε γενικές γραµµές τα όρια µεταξύ ενός αργιλικού κι ενός περατού σχηµατισµού καθορίζονται από τα σηµεία µέγιστης κλίσης (µέγιστης απόκλισης) της καµπύλης SP. Αν το περατό στρώµα έχει µεγάλο εύρος τότε έχουµε µεγάλη απόκλιση. 7-10

Στην περίπτωση ενός λεπτού στρώµατος τότε η καµπύλη SP εµφανίζεται σαν µία στενή απόκλιση. Στο Σχήμα 7.5.5 παρουσιάζονται χαρακτηριστικά παραδείγµατα για το πώς το πάχος ενός περατού σχηµατισµού σχετίζεται µε την καταγραφή SP. Σχήμα 7.5.5: Επίδραση του πάχους των στρωµάτων στην καµπύλη SP. γ) Την ειδική αντίσταση. Αν το περατό στρώµα έχει αυξηµένη ειδική αντίσταση τότε τα όρια των σχηµατισµών δεν εµφανίζονται πολύ ευκρινή στην καµπύλη SP (Σχήμα 7.5.6). Σχήμα 7.5.6: Επίδραση της ειδικής αντίστασης στην καµπύλη SP. δ) Επίδραση της αργίλου. Η ύπαρξη αργίλου ελαττώνει τα πλάτη των SP µεταβολών (Σχήμα 7.5.7). Όταν το ηλεκτρόδιο περνά µπροστά από µία ζώνη η οποία περιέχει λεπτά στρώµατα αργίλου και άµµου, τότε οι αποκλίσεις της καµπύλης SP είναι ανάλογες µε τα αντίστοιχα πλάτη των σχηµατισµών. 7-11

Σχήμα 7.5.7: Η ύπαρξη λεπτών στρωµάτων αργίλου επηρεάζει την καµπύλη SP. ε) Ζώνες µεγάλης υδραυλικής αγωγιµότητας Οι ζώνες µεγάλης υδραυλικής αγωγιµότητας (περατοί σχηµατισµοί) συνήθως αναγνωρίζονται σαν αποκλείσεις της καµπύλης SP προς τα αριστερά σε σχέση µε τη γραµµή σχιστόλιθου (shaleline) (Σχήμα 7.5.8). Σχήμα 7.5.8: Επίδραση της περατότητας των σχηµατισµών στην καµπύλη SP. στ) Μεταβολές της γραµµής αναφοράς αργίλου Πολλές φορές παρατηρείται µεταβολή της θέσης της γραµµής της γραµµής αναφοράς αργίλου (shaleline) (Σχήμα 7.5.9). Αυτό µπορεί να οφείλεται σε µεταβολές των γεωλογικών σχηµατισµών, σε µεταβολή της ηλεκτρικής αγωγιµότητας (salinity) του ρευστού στο πορώδες και σε µεταβολές στη σύσταση των αργιλικών σχηµατισµών. 7-12

Σχήμα 7.5.9: Η γραµµή αναφοράς αργίλου µπορεί να µην παραµένει σταθερή και να αλλάζει σε µία διαγραφία SP. 7.6 Διαγραφίες επαγομένης πόλωσης Η τεχνική των διαγραφιών επαγόµενης πόλωσης γνωστή και ως Induced polarisation IP logs είναι παρόµοια µε την αντίστοιχη επιφανειακή µέθοδο της επαγοµένης πόλωσης µε τη µόνη διαφορά ότι οι µετρήσεις γίνονται µέσα σε γεωτρήσεις. Η οβίδα η οποία κατεβαίνει µέσα στη γεώτρηση περιέχει ένα πηνίο εκποµπής το οποίο επάγει στους περιβάλλοντες σχηµατισµούς ισχυρά ηλεκτρικά ρεύµατα υψηλής συχνότητας (20-40 KHz). Στη συνέχεια διακόπτουµε την παροχή ρεύµατος στο πηνίο εκποµπής και καταγράφουµε τη µεταβολή τάσης σε ένα δεύτερο πηνίο (Σχήμα 7.6.1). Οι τάσεις αυτές ενισχύονται και καταγράφονται στην επιφάνεια σε κατάλληλη διάταξη. Το πλάτος των καταγραφόµενων τάσεων είναι ανάλογο της ηλεκτρικής αγωγιµότητας των πετρωµάτων. Σχήμα 7.6.1: Αρχή λειτουργίας µιας συσκευής καταγραφής διαγραφιών IP. Οι διαγραφίες IP καταγράφουν την αγωγιµότητα µε το βάθος. Πριν την εκτέλεση των µετρήσεων περιβάλλουµε την οβίδα µε ένα κυκλικό βρόγχο από χαλκό για να την βαθµονοµήσουµε. Το πλεονέκτηµα της τεχνικής αυτής είναι ότι οι µετρήσεις δεν επηρεάζονται από το αν η γεώτρηση περιέχει νερό, λάσπη ή αέρα. Μπορούν επίσης να γίνουν µετρήσεις και σε περίπτωση που η γεώτρηση είναι σωληνωµένη µε πλαστικούς σωλήνες. 7-13

Συνήθως το βάθος µέτρησης είναι 1-1.5m. Στο Σχήμα 7.6.2 παρουσιάζεται η απόκλιση µιας οβίδας IP σε σχέση µε την απόσταση από τα τοιχώµατα της γεώτρησης. Σχήμα 7.6.2: Βάθος ανίχνευσης της γεωφυσικής διαγραφίας IP. Στο Σχήμα 7.6.3 συγκρίνεται µία κανονική διαγραφίαειδικής αντίστασης 16 µε µια διαγραφία IP η οποία έγινε πριν από την σωλήνωση µίας γεώτρησης και µε την αντίστοιχη διαγραφία IP µετά την σωλήνωση. Παρατηρούµε ότι η επίδρασης της σωλήνωσης στις µετρήσεις είναι αµελητέα. Σχήμα 7.6.3: Σύγκριση διαγραφιών IP πριν και µετά τη σωλήνωση µίας γεώτρησης µε κανονική διαγραφία ειδικής αντίστασης 16. 7.7 Γεωφυσικές διαγραφίες ταχύτητας ροής (flowmeter log) Η τεχνική αυτή καταγράφει τη µεταβολή της ταχύτητας των ρευστών µέσα σε µία γεώτρηση, συνήθως καθ όλο το µήκος του άξονά της. Αν γνωρίζουµε την ταχύτητα ροής και την διάµετρο για διάφορα βάθη (χρησιµοποιώντας τον calliper log) µπορούµε να υπολογίσουµε τους ρυθµούς ροής (fluid rates). Οι διαγραφίες ταχύτητας ροής γίνονται τόσο σε περιόδους ησυχίας (µη άντλησης) όσο και σε περιόδους άντλησης. 7-14

Οι συσκευές που χρησιµοποιούνται είναι συνήθως τα ροόµετρα έλικα (impeller flowmeters) έχουν όµως το µειονέκτηµα ότι δεν µπορούν να καταγράψουν ταχύτητες κάτω από τα 5ft/min (1.5m/min) (Σχήμα 7.7.1). Σχήμα 7.7.1: Ροόµετρο έλικα που χρησιµοποιείται για διαγραφίες ταχύτητας ροής Η ανάλυση των µετρήσεων ροής µέσα σε µία γεώτρηση µας παρέχει τόσο ποιοτικές όσο και ποσοτικές πληροφορίες. Περιοχές όπου καταγράφεται εισροή (inflow)ή απορροή (outflow) ρευστών µπορούν να συσχετιστούν µε µεγάλη υδραυλική αγωγιµότητα που οφείλεται σε περατούς σχηµατισµούς (π.χ. άµµοι, ζώνες ρηγµάτωσης κλπ.). Για την ποσοτική ανάλυση των µετρήσεων ροής χρησιµοποιούνται τεχνικές αναλυτικής προσοµοίωσης µε αντίστοιχα προγράµµατα και βασίζονται στις αρχές της υδροδυναµικής. Πρόσφατα έχει χρησιµοποιηθεί µε επιτυχία µία νέα κατηγορία οργάνων, τα ροόµετρα θερµικού παλµού (heatpulse flowmeters). Η βασική αρχή της λειτουργίας των οργάνων αυτών στηρίζεται στην µέτρηση του χρόνου διάδοσης ενός τεχνητά προκαλούµενου θερµικού παλµού. Τα όργανα αυτά έχουν το πλεονέκτηµα ότι µετρούν ταχύτητες ακόµα και µικρότερες από τα 0.1m/min. Σχήμα 7.7.2: Ροόµετρο θερµικού παλµού. Στο Σχήμα 7.7.3 παρουσιάζεται ένα παράδειγµα καταγραφών ταχύτητας ροής από ροόµετρο θερµικού παλµού σε γεώτρηση που διαπερνά ρηγµατωµένο υδροφόρο σχηµατισµό. Οι ταχύτητες µετρήθηκαν σε περιόδους ησυχίας (αριστερά) και άντλησης (δεξιά). Τα βέλη υποδεικνύουν κατευθύνσεις ροής καθώς το νερό κινείται από περιοχές υψηλής υδροστατικής πίεσης (high hydraulic head) σε περιοχές χαµηλής πίεσης. 7-15

Σχήμα 7.7.3: Καταγραφές από ροόµετρο θερµικού παλµού 7.8 Διαγραφίες ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης (Resistivitylogs) Οι διαγραφίες ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης είναι κάτι ανάλογο µε τις αντίστοιχες επιφανειακές µετρήσεις, µόνο που γίνονται µέσα σε µία γεώτρηση. Ανάλογα µε το συνδυασµό και τον αριθµό των χρησιµοποιούµενων ηλεκτροδίων διακρίνονται σε διάφορες κατηγορίες. 7.8.1 Διάταξη δύο ηλεκτροδίων (Natural log) Είναι γνωστή και ως κανονική διαγραφία ειδικής αντίστασης. Χρησιµοποιεί µία διάταξη τεσσάρων ηλεκτροδίων (Σχήμα 7.8.1) επί των οποίων τα δύο (ένα δυναµικού και ένα ρεύµατος) ευρίσκονται στην επιφάνεια ενώ τα αντίστοιχα άλλα δύο διατρέχουν τη γεώτρηση (από εδώ προκύπτει η ονοµασία σαν διάταξη δύο ηλεκτροδίων). Συνήθως χρησιµοποιούνται δύο αναπτύγµατα, το κοντό ανάπτυγµα (short normal) όπου η αντίσταση των ηλεκτροδίων που ευρίσκονται µέσα στη γεώτρηση είναι 0.4 m γνωστό και σαν 16 log και το µακρύ ανάπτυγµα (long normal) όπου η αντίστοιχη απόσταση είναι 1.6 m, γνωστό και σαν 64 log. 7-16

Σχήμα 7.8.1: ιάταξη µέτρησης κανονικής γεωφυσικής διαγραφίαςαντίστασης. Η διαγραφία ειδικής αντίστασης είναι συµµετρική σε σχέση µε τα γεωλογικά στρώµατα και στην περίπτωση του κοντού αναπτύγµατος (16 ) έχουµε πολύ καλό διαχωρισµό των λεπτών στρωµάτων, υπάρχει όµως το µειονέκτηµα της επίδρασης της ζώνης εισβολής, ενώ στην περίπτωση του µακριού αναπτύγµατος (64 ) έχουµε µεγαλύτερο βάθος έρευνας και η επίδραση της ζώνης εισβολής είναι αµελητέα. Στην περίπτωση αυτή όµως περιορίζεται σηµαντικά η διακριτική ικανότητα, δηλαδή η δυνατότητα να ξεχωρίσουµε λεπτά στρώµατα. 7.8.2 Διάταξη τριών ηλεκτροδίων Η διάταξη αυτή χρησιµοποιεί τρία ηλεκτρόδια µέσα στην γεώτρηση (Σχήμα 7.8.2), δύο δυναµικού (Μ,Ν) και ενός ρεύµατος (Α). Τα δύο ηλεκτρόδια δυναµικού είναι πολύ κοντά µεταξύ τους και µακριά από ηλεκτρόδια ρεύµατος. Με την διάταξη αυτή µπορούµε να µετρήσουµε την ειδική αντίσταση των σχηµατισµών σε µεγαλύτερη απόσταση από τη γεώτρηση απ ότι στις κανονικές διατάξεις. Τα µειονεκτήµατα αυτής της διάταξης είναι ότι δεν παρέχει συµµετρικές καµπύλες δυσκολεύοντας την ερµηνεία, ενώ είναι πολύ δύσκολος ο υπολογισµός του πάχους των στρωµάτων, οι µετρήσεις επηρεάζονται από τα ρευστά της γεώτρησης και την ηλεκτρική τους αγωγιµότητα. Σχήμα 7.8.2: ιάταξη µέτρησης διαγραφίας ειδικής αντίστασης τριών ηλεκτροδίων. Στο Σχήμα 7.8.3 παρουσιάζεται ένα παράδειγµα καταγραφών ειδικής αντίστασης µε διάταξη τριών ηλεκτροδίων για διάφορα πάχη γεωλογικών σχηµατισµών. 7-17

Σχήμα 7.8.3: Παραδείγµατα γεωφυσικών διαγραφιών τριών ηλεκτροδίων για διάφορα πάχη γεωλογικών στρωµάτων. 7.8.3 Μικροδιατάξεις (Microlog) Στη διάταξη αυτή τα ηλεκτρόδια είναι σε πολύ µικρή απόσταση µεταξύ τους (4cm) και εφάπτονται των τοιχωµάτων της γεώτρησης (Σχήμα 7.8.4). Η τεχνική αυτή µας παρέχει πληροφορίες για πολύ λεπτά στρώµατα καθώς και πληροφορίες για την περιοχή διείσδυσης γύρο από την γεώτρηση. 7-18

Σχήμα 7.8.4: Μικροδιάταξη για διαγραφίες ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης. 7.8.4 Εστιασμένες διατάξεις (Focused laterolog ή guard log) Ένα από τα προβλήµατα που συναντάµε στις συνήθεις διαγραφίες ειδικής αντίστασης είναι η παραµόρφωση των γραµµών ροής ρεύµατος λόγω της ύπαρξης χαµηλής ειδικής αντίστασης υλικών (αργίλου) µέσα στη γεώτρηση, µε αποτέλεσµα ένα µεγάλο ποσοστό του ρεύµατος να µη διέρχεται στους γεωλογικούς σχηµατισµούς αλλά να περνά µέσα από τη γεώτρηση. Το πρόβληµα αυτό αποφεύγεται αν διαιρέσουµε το ηλεκτρόδιο ρεύµατος σε τµήµατα και χρησιµοποιήσουµε για µέτρηση το κεντρικό ηλεκτρόδιο (Σχήμα 7.8.5). Με την τεχνική αυτή το ρεύµα εισέρχεται στους γεωλογικούς σχηµατισµούς αντί να ρέει στο εσωτερικό της γεώτρησης. Το βάθος διείσδυσης µπορεί να φτάσει τα 3m, παρέχει πολύ καλή κατακόρυφη διακριτική ικανότητα, ενώ οι µετρούµενες τιµές είναι ανάλογες της φαινόµενης ειδικής αντίστασης των σχηµατισµών. Σχήμα 7.8.5 ιάταξη εστιασµένης διαγραφίας ειδικής αντίστασης. Στο ακόλουθο σχήµα συγκρίνονται οι καταγραφές από κανονικές ηλεκτρικές διατάξεις (16,64 ) καθώς και εστιασµένης διάταξης. Παρατηρείται πως η τελευταία ξεχωρίζει τα λεπτά στρώµατα τα οποία είναι σχεδόν αδιάκριτα στις άλλες δύο διατάξεις. 7-19

Σχήμα 7.8.6 Σύγκριση κανονικών ηλεκτρικών διαγραφιών µε εστιασµένες διαγραφίες ειδικής αντίστασης. 7.9 Ραδιενεργές διαγραφίες (Nuclear logs) Οι ραδιενεργές διαγραφίες βασίζονται στην ανίχνευση στοιχειωδών σωµατιδίων που εκπέµπονται από τον πυρήνα ενός ατόµου. Οι ποιο διαδεδοµένες τεχνικές είναι οι γεωφυσικές διαγραφίες φυσικής ακτινοβολίας γάµµα, οι διαγραφίες γάµµα γάµµα (ή διαγραφίες πυκνότητας) και οι διαγραφίες νετρονίων. Ένα από τα σηµαντικά πλεονεκτήµατα των ραδιενεργών διαγραφιών είναι ότι µπορούν να εκτελεστούν και µέσα σε σωληνωµένες γεωτρήσεις. 7.9.1 Διαγραφίες φυσικής ακτινοβολίας γάμμα (Gamma ray log) Οι διαγραφίες φυσικής ακτινοβολίας γάµµα καταγράφουν την φυσική ακτινοβολία γάµµα που προέρχεται από τους σχηµατισµούς που περιβάλλουν την γεώτρηση. Αυτή είναι ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία που εκπέµπεται από τον πυρήνα ενός ασταθούς στοιχείου (ισοτόπου) όταν αυτό καταπίπτει σε µία ποιο σταθερή κατάσταση. Τα ποιο συνηθισµένα ραδιενεργά στοιχεία στα οποία οφείλεται η φυσική ακτινοβολία γάµµα είναι το κάλιο 40 Κ, το ουράνιο 258 U και το θόριο 232 Th (Σχήμα 7.9.1). 7-20

Σχήμα 7.9.1: Ενεργειακό φάσµα των κύριων ισοτόπων (Κ 40, U 258, Th 232 )που χρησιµοποιούνται στις διαγραφίες γάµµα. Η οβίδα που χρησιµοποιείται για την διεξαγωγή των µετρήσεων περιέχει ένα απαριθµητή κρούσεων (scintilometer) ο οποίος αποτελείται από ένα κρύσταλλο ιωδιούχου νατρίου και ένα ενισχυτή. Σχήμα 7.9.2: Αρχή λειτουργίας απαριθμητή κρούσεων. Το βάθος διείσδυσης είναι περίπου 30 cmγια ιζηµατογενείς σχηµατισµούς. Η λήψη των µετρήσεων γίνεται µε χαµηλή ταχύτητα κίνησης της οβίδας µετρήσεων καθ ότι οι µεταβολές στην ταχύτητα κίνησης δύνανται να επηρεάσουν σηµαντικά την ακρίβεια των µετρήσεων (Σχήμαα 7.9.3). Σχήμα 7.9.3: Παράδειγµα επίδρασης της ταχύτητας κίνησης της οβίδας σε διαγραφία γάµµα. Οι ραδιενεργές ιδιότητες των κυριότερων γεωλογικών σχηµατισµών µπορούν να περιγραφούν όπως παρακάτω 7-21

Άργιλοι και σχιστόλιθοι. Η άργιλος είναι µη συµπαγές πέτρωµα αποτελούµενη από υλικά αποσάθρωσης και περιέχει κυρίως άστριους και µαρµαρυγία. Ο σχιστόλιθος µπορεί να θεωρηθεί σαν συµπαγής άργιλος. Και τα δύο πετρώµατα περιέχουν ικανές ποσότητες του ισοτόπου 40 Κ. Το ισότοπο αυτό πολλές φορές εµπλουτίζεται µε ανταλλαγή κατιόντων κατά τα στάδια της αρχικής ιζηµατογένεσης του πετρώµατος. Επιπλέον το ραδιενεργό ισότοπο 238 U µπορεί να εγκλωβισθεί στις αργίλους ειδικά όταν η ιζηµατογένεση λαµβάνει χώρα σε θαλάσσιο περιβάλλον. Τόσο οι άργιλοι όσο και οι σχιστόλιθοι χαρακτηρίζονται από σηµαντικά επίπεδα ακτινοβολίας γαµµα (Σχήμα 7.9.4). Σχήμα 7.9.4: Η καµπύλη µιας διαγραφίας γάµµα παρουσιάζει αυξηµένες τιµές όταν η οβίδα διέρχεται µπροστά από αργιλικούς σχηµατισµούς και µικρότερες τιµές σε περίπτωση αµµωδών σχηµατισµών. Άµµοι και αµµόλιθοι. Με το δεδοµένο ότι οι σχηµατισµοί αυτή περιέχουν σαν κύριο συστατικό τον µη ραδιενεργό χαλαζία, χαρακτηρίζονται από πολύ χαµηλά επίπεδα ακτινοβολίας γαµµα. Σχήμα 7.9.5: Σύγκριση διαγραφιών γάµµα, SP και ειδικής αντίστασης Μία ειδική κατηγορία των διαγραφιών γάµµα είναι οι φασµατικές διαγραφίες όπου ξεχωρίζεται η συµβολή κάθε ραδιενεργού στοιχείου ξεχωριστά (Σχήμα 7.9.6) και είναι γνωστές ως φασµατικές διαγραφίες γάµµα (spectral gamma ray logs). Οι διαγραφίες αυτές µας παρέχουν επιπλέον πληροφορίες για την λιθολογική σύσταση των σχηµατισµών που περιβάλλουν την γεώτρηση. 7-22

Σχήμα 7.9.6: Καταγραφές φασµατικών διαγραφίών γάµµα. 7.9.2 Διαγραφίες πυκνότητας (gamma gamma log) Στην τεχνική αυτή η οποία πρωτοεµφανίσθηκε το 1957, τοποθετούµε µέσα στην οβίδα που χρησιµοποιήσαµε για τις διαγραφίες γαµµα µια ραδιενεργό πηγή κοβαλτίου 57 Co η οποία εκπέµπει ακτινοβολία γάµµα στους περιβάλλοντες σχηµατισµούς. Σχήμα 7.9.7 Οβίδα µέτρησης διαγραφιών γάµµα γάµµα. Η ακτινοβολία αυτή σκεδάζεται από τα ηλεκτρόνια (φαινόµενο Compton) και ένα µέρος της επιστρέφει και καταγράφεται. Το ποσοστό των ακτινών γάµµα που καταγράφονται είναι ανάλογο των ηλεκτρονίων που τις σκεδάζουν και εποµένως ανάλογο της πυκνότητας των περιβαλλόντων στην γεώτρηση σχηµατισµών. Συνήθως στην οβίδα µέτρησης τοποθετούµε δύο ανιχνευτές ακτινοβολίας γάµµα ένα κοντά στην ραδιενεργό πηγή και ένα σε µεγαλύτερη απόσταση. 7-23

Σχήμα 7.9.8: Επιδράσεις ακτινοβολίας γάμμα με άτομο πυριτίου. Κατά την επίδραση των ακτινών γάµµα µε τα άτοµα του σχηµατισµού παρατηρούνται τα παρακάτω φαινόµενα. Σκέδαση Compton (Compton Scattering) Το φαινόµενο αυτό παρατηρείται όταν ακτίνες γάµµα υψηλής ενέργειας που εκπέµπονται από ραδιενεργή πηγή συγκρούονται µε τα ηλεκτρόνια του σχηµατισµού. Κάθε σύγκρουση προκαλεί την απώλεια µέρους της ενέργειας της ακτίνας προς το ηλεκτρόνιο το οποίο µπορεί να διαφύγει από την τροχιά του. Η µείωση της ενέργεια στις σκεδασµένες ακτίνες γάµµα εξαρτάται κυρίως από την γωνία σύγκρουσης. Αν οι καταγραφώµενες ακτίνες γάµµα σε σχέση µε την ενέργεια τους χρησιµοποιηθούν στην δηµιουργία διαγράµµατος συχνότητας ενέργειας είναι δυνατή η δηµιουργία φάσµατος ενέργειας. Το φάσµα ενέργειας των σκεδασµένων ακτίνων γάµµα είναι το γνωστό συνεχές φάσµα του Compton (Compton continuum). Φωτοηλεκτρικό φαινόµενο (Photoelectric effect) Μετά από κάποιες συγκρούσεις η ενέργεια των ακτινών γάµµα πέφτει κάτω από το επίπεδο ενέργειας < 0.5 MeV όπου και το Φωτοηλεκτρικό φαινόµενο γίνεται κυρίαρχο. Οι ακτίνες γάµµα αλληλεπιδρούν µε τα ηλεκτρόνια των εσωτερικών στοιβάδων. Η ενέργεια των ακτινών γάµµα ωθεί τα ηλεκτρόνια σε υψηλότερες στοιβάδες. Στην περίπτωση που το ηλεκτρόνιο επιστρέψει στην αρχική του στοιβάδα εκπέµπεται εκ νέου ακτινοβολία γάµµα µε ενέργειες χαρακτηριστικές του ατοµικού αριθµού. Παραγωγή ζεύγους (pair production) Σε αυτήν την διαδικασία ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας (>2 MeV) χάνει όλη του την ενέργεια και η ακτίνα γάµµα µετατρέπεται σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο. Το ποζιτρόνιο επιδρά σχεδόν αµέσως µε άλλο ηλεκτρόνιο και παράγονται δυο ακτίνες γάµµα (κάθε µία ενέργειας 1.04 MeV) µε αντίθετες κατευθύνσεις. 7.9.3 Διαγραφίες νετρονίων (Neutron log) Σύµφωνα µε την τεχνική αυτή βοµβαρδίζουµε τους περιβάλλοντες την γεώτρηση σχηµατισµούς µε νετρόνια χρησιµοποιώντας κατάλληλη πηγή εκποµπής και καταγράφουµε τα σκεδαζόµενα πίσω νετρόνια. 7-24

Σχήμα 7.9.9: Οβίδα µέτρησης διαγραφιών νετρονίων. Τα νετρόνια που εκπέµπονται συγκρούονται και σκεδάζονται µε τα άτοµα υδρογόνου που συνήθως ευρίσκονται στο νερό το οποίο υπάρχει στο πορώδες των πετρωµάτων. Είναι φανερό ότι όσο πιο µεγάλο είναι το πορώδες ενός πετρώµατος και όσο µεγαλύτερος είναι ο βαθµός πλήρωσής του(saturation) τόσο µικρότερος θα είναι ο αριθµός των νετρονίων που καταγράφονται από την οβίδα µέτρησης. Εποµένως οι διαγραφίες νετρονίων είναι πολύ χρήσιµες στον εντοπισµό πετρωµάτων µεγάλου πορώδους. Σχήμα 7.9.10 Σύγκριση διαγραφιών γάµµα, γάµµα-γάµµα και νετρονίων. Στο Σχήμα 7.9.10 συγκρίνεται η απόκριση των ραδιενεργών διαγραφιών γαµµα, γαµµα-γαµµα και νετρονίων για συνήθεις γεωλογικούς σχηµατισµούς. 7-25

ΣΣχήμα 7.9.11: Σύγκριση διαγραφιών γάµµα και νετρονίων για συνήθεις γεωλογικούς σχηµατισµούς. 7.10 Ακουστικές διαγραφίες (sonic logs) Σύµφωνα µε την τεχνική αυτή µετράµε το χρόνο που απαιτείται για να διαδοθεί ένα σεισµικό κύµα µεταξύ δύο σηµείων των τοιχωµάτων της γεώτρησης. Για το σκοπό αυτό χρησιµοποιείται ειδική οβίδα η οποία είναι εφοδιασµένη µε σεισµικές πηγές και σεισµικούς δέκτες (Σχήμα 7.10.1 α) Μία τυπική καταγραφή σεισµικού κύµατος από τον σεισµικό δέκτη µιας ακουστική οβίδας παρουσιάζεται στο Σχήμα 7.10.1 β). (α) (β) Σχήμα 7.10.1: (α) Οβίδα ακουστικής διαγραφίας µε διάταξη µιας πηγής και δύο δεκτών και (β) τυπική κυµατοµορφή που καταγράφεται στο δέκτη µιας ακουστικής οβίδας Ο χρόνος διάδοσης του σεισµικού κύµατος εξαρτάται τόσο από τη λιθολογία όσο και από το πορώδες του πετρώµατος. Εποµένως είναι πολύ βασικό να γνωρίζουµε την ταχύτητα διάδοσης στον σκελετό του πετρώµατος (formation matrix) για να µπορέσουµε να υπολογίσουµε το πορώδες. Στον Πίνακας 7.10.1. παρουσιάζονται οι ταχύτητες που χρησιµοποιούµε για την ανάλυση των ακουστικών διαγραφιών για τους κυριότερους γεωλογικούς σχηµατισµούς. 7-26

V ma (m/s) t ma (µs/m) Ψαµµίτηςς 5.5 5.95 182 167 Ασβεστόλιθος 6.4 7 156 143 ολοµίτης 7.0 145 Ανυδρίτης 6.1 164 Αλάτι 4.57 219 Φρέσκο νερό στη ζώνη διείσδυσης 1.61 620 Αλµυρό νερό στη ζώνη διείσδυσης 1.65 607 Φυσικό αέριο 0.33 3018 Πετρέλαιο 1.32 755 Σωλήνωση (σίδηρος) 5.33 187 Πίνακας 7.10.1 Ο µετρούµενος χρόνος διάδοσης t από τη σεισµική πηγή στο δέκτη και η αντίστοιχη σεισµική ταχύτητα V του σεισµικού παλµού µέσα από το πέτρωµα που µετράµε µε την οβίδα ακουστικής διαγραφίας µπορεί να γραφούν σαν 1 1 1 από τις οποίες προκύπτει η γνωστή σχέση του Wyllie Όπου είναι το µετρούµενο από την ακουστική διαγραφία (soniclog)πορώδες είναι ο χρόνος διείσδυσης στον σκελετό του πετρώµατος ο οποίος υπολογίζεται από τον πίνακα Πίνακας 7.10.1. είναι ο χρόνος διάδοσης που µετριέται από τη διαγραφία είναι ο χρόνος διάδοσης µέσα στο ρευστό της γεώτρησης (freshmud = 189 µsec, saltmud = 185 µsec) Σχήμα 7.10.2: Η διαδροµή ενός σεισµικού παλµού µέσα από ένα κορεσµένο πορώδες πέτρωµα 7-27

Μία άλλη χρησιµότητα των ακουστικών διαγραφιών (sonic log) είναι ότι σε συνδυασµό µε διαγραφίες πυκνότητας (γάµµαγάµµα) µας παρέχουν την µεταβολή της ακουστότητας µε το βάθος, εποµένως και τους συντελεστές ανάκλασης (reflectivity), οπότε όταν συνελίξουµε (convolve) την ακολουθία των συντελεστών ανάκλασης µε ένα σεισµικό παλµό (wavelet) µπορούµε να κατασκευάσουµε ένα συνθετικό σεισµόγραµµα ανάκλασης το οποίο µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε για να βαθµονοµήσουµε ένα κανονικό σεισµόγραµµα ανάκλασης. (α) (β) Σχήμα 7.10.3: (α) Κατασκευή συνθετικών σεισμογραμμάτων από τα στοιχειά διαγραφιών σε γεωτρήσεις και (β) παράθεση τους με τα πραγματικά δεδομένα της τομής σώρευσης. 7.11 Τηλεοπτική διαγραφία (Television log) Είναι µια µέθοδος η οποία καταγράφει έγχρωµη εικόνα από την γεώτρηση, κατεβάζοντας µια οβίδα η οποία έχει µια κάµερα. Η εικόνα µεταδίδεται στην επιφάνεια όπου καταγράφεταισε βιντεοκασέτα και είναι δυνατή η απευθείας παρακολούθηση σε οθόνη τηλεόρασης. Μέσω αυτής της εικόνας είναι δυνατόν ο έλεγχος της κατασκευής της γεώτρησης, η παρακολούθηση της λιθολογίας και ρηγµατώσεων, της επιφάνειας του υδροφόρου, ροή ύδοτος πάνω από το επίπεδο του υδροφόρου και αλλαγές στην ποιότητα του νερού (αέρια, αιωρούµενα σωµατίδια και χηµική µόλυνση). (α) Σχήμα 7.11.1: Τηλεοπτική καταγραφή ρηγμάτωσης υψηλής κλίσης. 7-28 (β) γεώτρησης, που διακρίνεται (α) περίπου οριζόντια ζώνη ρηγμάτωσης (β) ζώνη

7.12 Οπτική απεικόνιση (Optical televiewer) Η οπτική απεικόνιση (Optical televiewer) παρέχει πανοραµική (360 ο ), συνεχή και προσανατολισµένη εικόνα των τοιχωµάτων της γεώτρησης. Η λήψη της εικόνας γίνεται από οπτικό αισθητήρα και µεταδίδεται µε τη βοήθεια οπτικών ινών στην επιφάνεια όπου και καταγράφεται. Η τελική καταγραφή παρουσιάζεται σαν απεικόνιση των τοιχωµάτων της γεώτρησης µε πραγµατικά χρώµατα, επιπλέον επεξεργασία της παρέχει την διεύθυνση, κλίση καθώς και συχνότητα επανάληψης και εύρος των ρωγµών στα τοιχώµατα. Σχήμα 7.12.1: Ενδεικτική καταγραφή οπτικής απεικόνισης γεώτρησης. 7.13 Ακουστική απεικόνιση (Acoustic-televiewer) Η τεχνική της ακουστικής απεικόνισης (acoustic televiewers) καταγράφει µια µαγγνητικά προσανατολισµένη φωτογραφική εικόνα της ακουστικής ανακλαστικότητας του τοιχώµατος της γεώτρησης. Οι καταγραφές αυτές δείχνουν την τοποθεσία, διεύθυνση και κλίση ρηγµατώσεων και λιθολογικών επαφών. Η λήψη αυτών των καταγραφών µπορεί να γίνει µόνο σε ανοιχτές γεωτρήσεις (χωρίς σωλήνωση) πληρωµένες µε νερό ή του γεωτρητικού ρευστού. Σχήμα 7.13.1: Καταγραφή caliper και καταγραφών χρόνου διέλευσης (transit time) και πλάτους σε γεώτρηση για έρευνα ρηγματωμένου υποβάθρου. Η ρωγμή στα 29.4 μέτρα ήταν η κύρια πηγή της παραγωγής της γεώτρησης όπως επιβεβαιώθηκε από άλλες διαγραφίες (ροόμετρο θερμικού παλμού σε συνθήκες άντλησης). 7-29

7.14 Γεωραντάρ γεώτρησης Το γεωρανταρ γεώτρησης χρησιμοποιεί την εκπομπή και λήψη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για την απεικόνιση της περιοχής γύρω από την γεώτρηση. Μπορεί να εντοπίσει ρηγματογενής ζώνες σε απόσταση μέχρι 30 μέτρα ή και περισσότερα σε πετρώματα με υψηλή ειδική ηλεκτρική αντίσταση. Ακόμα μπορεί να παρακολουθήσει την ροή ενός διαλύματος άλατος ως ιχνηλάτης (tracer) στις ζώνες αυτές. Οι μετρήσεις μπορούν να γίνουν από μια γεώτρηση με κατευθυντικό γεωραντάρ ή μεταξύ δυο γεωτρήσεων (τομογραφία μεταξύ γεωτρήσεων) όπου πηγή και δέκτης-ες σε διαφορετικές γεωτρήσεις. Σχήμα 7.14.1: Καταγραφή γεωραντάρ για αναγνώριση ρηγματώσεων στο γρανίτη. Το βέλος εντοπίζει ρηγματογενή ζώνη που η γεώτρηση συναντά στα 75 μέτρα η οποία είχε παροχή μεγαλύτερη από 1000 lt/min (από Lane et al, 1994). 7-30