Образец керна

Образец керна представляет собой цилиндрическую часть (обычно) природного вещества. Большинство образцов керна получают путем сверления специальными сверлами вещества, такого как осадки или горные породы, с помощью полой стальной трубки, называемой колонковым сверлом . Отверстие, сделанное для образца керна, называется «керновым отверстием». Существует множество пробоотборников керна для отбора проб различных сред в разных условиях; технология продолжает развиваться. В процессе отбора керна образец помещается в трубку более или менее неповрежденным. Извлеченный из пробирки в лаборатории, он проверяется и анализируется с помощью различных методов и оборудования в зависимости от типа желаемых данных.

Образцы керна могут быть взяты для проверки свойств искусственных материалов, таких как бетон , керамика , некоторые металлы и сплавы, особенно более мягкие. Образцы керна также могут быть взяты у живых существ, в том числе у людей, особенно костей человека, для микроскопического исследования с целью диагностики заболеваний.

Методы

Состав исследуемых материалов может варьироваться от почти жидкого до самых прочных материалов, встречающихся в природе или технике, а расположение исследуемых материалов может варьироваться от лабораторного стола до более чем 10 км от поверхности Земли в скважине . Соответственно, огромен и спектр оборудования и технологий, применяемых для решения этой задачи. Образцы керна чаще всего отбираются так, чтобы их длинная ось была ориентирована примерно параллельно оси скважины или параллельно гравитационному полю для инструментов с гравитационным приводом. Однако также возможно взять образцы керна со стенки существующей скважины. Отобрать образцы из обнажения, будь то нависающая скала или другая планета, почти тривиально. (Марсоходы для исследования Марса оснащены инструментом для истирания камней , который логически эквивалентен инструменту «вращающегося сердечника боковой стенки», описанному ниже.)

Некоторые распространенные методы включают в себя:

гравитационный отбор керна , при котором пробоотборник керна опускают в образец, обычно на дно водоема, но, по сути, тот же метод можно применить и к мягким материалам на суше. Силы проникновения, если они зарегистрированы, дают информацию о прочности материала на разной глубине, что может быть единственной необходимой информацией, а образцы являются дополнительным преимуществом. Этот метод распространен как при исследовании объектов гражданского строительства (где этот метод переходит в забивку свай ), так и при геологических исследованиях недавних водных отложений. Низкая прочность проникаемых материалов означает, что сердечники должны быть относительно небольшими.
вибрационный , при котором пробоотборник вибрирует, обеспечивая проникновение в тиксотропную среду. Опять же, физическая прочность исследуемого материала ограничивает размер извлекаемого керна.
разведочное бурение алмазное бурение , при котором вращающийся кольцевой инструмент, поддерживаемый цилиндрическим устройством хранения образцов керна, прижимается к исследуемому материалу, чтобы вырезать цилиндр из исследуемого материала. Обычно необходим механизм для удержания цилиндрического образца в инструменте для отбора керна. В зависимости от обстоятельств, особенно от консистенции и состава исследуемых материалов, в основных инструментах могут потребоваться различные устройства для поддержки и защиты образца на пути к поверхности; часто также необходимо контролировать или уменьшать контакт между буровым раствором и образцом керна, чтобы уменьшить изменения в процессе отбора керна. Механические силы, воздействующие на образец керна инструментом, часто приводят к разрушению керна и потере менее дееспособных интервалов, что может значительно усложнить интерпретацию керна. Обычно керны можно вырезать от нескольких миллиметров в диаметре (в древесине, для дендрохронологии ) до диаметра более 150 миллиметров (обычная практика в разведка нефти ). Длина образцов может варьироваться от менее метра (опять же из древесины, для дендрохронологии) до примерно 200 метров за один проход, хотя более обычна длина от 27 до 54 метров (при разведке нефти ), и в преемственность, если «быстрый» анализ на местах предполагает, что зона интереса продолжается.
При ударном отборе керна в боковой стенке используются прочные цилиндрические «пули», которые взрываются в стенку скважины для извлечения (относительно) небольшого и короткого образца керна. Они, как правило, сильно разрушены, что делает измерения пористости / проницаемости сомнительными, но часто достаточны для литологических и микропалеонтологических исследований. За один проход можно попробовать множество образцов, которые обычно имеют от 20 до 30 «пуль» и движущих зарядов по длине инструмента. Несколько инструментов часто можно объединить для одного запуска. Показатели успеха при выстреле конкретной пулей, ее пробитии стенки скважины, системе удержания пули из стенки скважины и удержании образца в пуле - все это относительно низкие, поэтому это не редкость, когда только половина попыток проб чтобы быть успешным. Это важный момент при планировании образцовых программ.
отбор керна вращательной боковой стенки , при котором миниатюрный автоматизированный инструмент для вращательного бурения применяется к боковой части скважины для вырезания образца, аналогичного по размеру керну ударной боковой стенки (описанному выше). Они, как правило, подвергаются меньшей деформации, чем ударные сердечники. Однако процесс вырезания керна занимает больше времени, и во вспомогательном оборудовании, которое извлекает образец из бурового долота и хранит его внутри корпуса инструмента, часто случаются заедания.

Управление ядрами и данными

Несмотря на то, что образцы керна часто игнорируются, они всегда в некоторой степени разрушаются в процессе резки керна, обращения с ним и его изучения. Неразрушающие методы становятся все более распространенными, например, использование МРТ- сканирования для характеристики зерен, поровых жидкостей, порового пространства ( пористости ) и их взаимодействий (составляющих часть проницаемости ), но такая дорогостоящая тонкость, вероятно, будет потрачена впустую на керне, который был встряхнут. на неподрессоренном грузовике за 300 км грунтовой дороги. То, что происходит с кернами между оборудованием для извлечения и последней лабораторией (или архивом), часто игнорируется при ведении учета и управлении керном.

Керн стал признан важным источником данных, и больше внимания и заботы уделяется предотвращению повреждения керна на различных этапах его транспортировки и анализа. Обычный способ сделать это — полностью заморозить ядро с использованием дешевого жидкого азота. В некоторых случаях также используются специальные полимеры для защиты и защиты сердечника от повреждений.

Точно так же основная выборка, которая не может быть связана с ее контекстом (где она находилась до того, как стала основной выборкой), потеряла большую часть своих преимуществ. Идентификация скважины, а также положения и ориентации («вверх») керна в скважине имеет решающее значение, даже если скважина находится в стволе дерева – дендрохронологи всегда стараются включать в свои образцы поверхность коры, чтобы дату последнего роста дерева можно определить однозначно.

Если эти данные отделяются от образцов керна, восстановить эти данные, как правило, невозможно. Стоимость операции по отбору керна может варьироваться от нескольких денежных единиц (для керна, добытого вручную из участка мягкого грунта) до десятков миллионов денежных единиц (для керна боковой стенки из удаленной морской скважины глубиной на многие километры). Неадекватная регистрация таких основных данных свела на нет полезность обоих типов сердечников.

В разных дисциплинах действуют разные местные правила записи этих данных, и пользователю следует ознакомиться с правилами своей области. Например, в нефтяной промышленности ориентация керна обычно фиксируется путем маркировки керна двумя продольными цветными полосами, причем красная находится справа, когда керн извлекается и маркируется на поверхности. Керны, вырезанные для добычи полезных ископаемых, могут иметь свои собственные правила. Гражданское строительство или изучение почвы могут иметь свои собственные, разные условности, поскольку их материалы часто недостаточно компетентны, чтобы оставить на них неизгладимые следы.

Все более распространенным становится хранение образцов керна в цилиндрической упаковке, которая является частью оборудования для резки керна, и нанесение регистрационных отметок на эти «внутренние бочки» в полевых условиях перед дальнейшей обработкой и анализом в лаборатории. Иногда керн доставляют с поля в лабораторию такой длины, какой он выходит из земли; в других случаях его разрезают на куски стандартной длины (5 м, 1 м или 3 фута) для транспортировки, а затем снова собирают в лаборатории. Некоторые из систем «внутреннего ствола» можно переворачивать на образце керна, так что в лаборатории образец поднимается «не в ту сторону» при повторной сборке керна. Это может усложнить интерпретацию.

Если в скважине проводятся петрофизические измерения вмещающих пород, и эти измерения повторяются по длине керна, то два набора данных коррелируют, и почти всегда можно обнаружить, что «зарегистрированная глубина» для конкретного фрагмента керна различается между два метода измерения. В таком случае, какому набору измерений следует верить, становится вопросом политики для клиента (в промышленных условиях) или предметом серьезных споров (в контексте отсутствия верховной власти). Фиксация наличия расхождений по какой-либо причине сохраняет возможность исправить неправильное решение позднее; уничтожение «неверных» данных о глубине делает невозможным последующее исправление ошибки. Любая система хранения и архивирования данных и образцов керна должна быть спроектирована таким образом, чтобы можно было сохранить подобные особые мнения.

Если керновые пробы, полученные в ходе кампании, являются компетентными, то общепринятой практикой является их «разделение» (разрезание пробы на две или более продольных частей) на достаточно раннем этапе лабораторной обработки, чтобы один набор проб можно было заархивировать на ранних этапах последовательности анализа как защита от ошибок при обработке. «Разбиение» сердечника на наборы 2/3 и 1/3 является обычным явлением. Также часто один комплект остается у основного заказчика, а второй комплект передается правительству (которое часто устанавливает условие такого дарения в качестве условия лицензирования разведки/эксплуатации). «Слябирование» также имеет то преимущество, что подготавливает плоскую, гладкую поверхность для исследования и тестирования проницаемости профиля, с которой гораздо легче работать, чем с типичной шероховатой, изогнутой поверхностью образцов керна, когда они только что извлечены из оборудования для отбора керна. Фотографирование необработанных и «пластинчатых» поверхностей кернов является обычным делом, часто как при естественном, так и при ультрафиолетовом освещении.

Единицей длины, иногда используемой в литературе по кернам морского дна, является cmbsf , аббревиатура, обозначающая сантиметры под морским дном.

История отбора керна

Техника отбора керна возникла задолго до попыток бурения в Земли мантии рамках Программы глубоководного бурения . Ценность для океанической и другой геологической истории получения кернов на обширной территории морского дна вскоре стала очевидной. Отбор керна многими научными и исследовательскими организациями быстро расширялся. собраны сотни тысяч образцов керна На сегодняшний день со дна всех океанов планеты и многих ее внутренних вод . ^{[ нужна ссылка ]}

Доступ ко многим из этих образцов облегчается Индексом морских и озерных геологических образцов .

Информационная ценность образцов керна

Бурение началось как метод отбора проб из рудных месторождений и разведки нефти. Вскоре оно распространилось на океаны , озера , лед , грязь , почву и лес . Керны очень старых деревьев дают информацию об их годичных кольцах, не разрушая дерево.

Керны указывают на изменения климата , видов и осадочного состава на протяжении геологической истории. Динамические явления на поверхности Земли по большей части цикличны во многих отношениях, особенно в отношении температуры и количества осадков .

Есть много способов датировать ядро. Будучи датированным, он дает ценную информацию об изменениях климата и местности . Например, керны на дне океана, почве и льду полностью изменили взгляд на геологическую историю плейстоцена . ^{[ нужна ссылка ]}

Альтернативы

Бурение с обратной циркуляцией — это метод, при котором шлам горной породы непрерывно извлекается через полую буровую штангу и может быть отобран для анализа. Этот метод может быть более быстрым и использовать меньше воды, чем колонковое бурение, но не позволяет получить керны из относительно ненарушенного материала, поэтому в результате анализа можно получить меньше информации о структуре горной породы. Если для извлечения резки используется сжатый воздух, образец остается незагрязненным, доступен практически сразу, а метод оказывает низкое воздействие на окружающую среду. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

См. также

Ссылки

^ «Что такое бурение с обратной циркуляцией?» . www.rangerdrilling.com.au . 9 августа 2022 г. Проверено 15 января 2023 г.
^ «Введение в бурение с обратной циркуляцией» . Castledrill.com . 14 марта 2016 года . Проверено 15 января 2023 г.

Внешние ссылки

Определение керна. Архивировано 18 июля 2015 г. на Wayback Machine.
Ядро из Уолденского пруда. Архивировано 18 апреля 2019 г. в Wayback Machine.
Датирование ледяного ядра
Сверлильный станок Джона Браннера Ньюсома

[1] «Что такое бурение с обратной циркуляцией?» . www.rangerdrilling.com.au . 9 августа 2022 г. Проверено 15 января 2023 г.

[2] «Введение в бурение с обратной циркуляцией» . Castledrill.com . 14 марта 2016 года . Проверено 15 января 2023 г.

[ 1 ]

[ 2 ]