cavernometria
Transcript of cavernometria
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 1/13
1
Facultatea de Geografie si GeologieUniversitatea Alexandru Ioan Cuza
Cavernometria
Moldovanu Alin
Geochimie,an 2,grupa C
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 2/13
2
Cuprins
Introducere.3
Descrierea aparaturii si a metodei.4
Identificarea limitelor geologice.5
Identificarea fracturilor.8
Investigarea filtrelor si a coloanelor11
Concluzii.13
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 3/13
3
1. Introducere
Problemele care pot aparea la interpretarea diagrafiei geofizice, executata pentru
forajele de apa, sunt solutionate, de obicei, de interpretatori autorizati, care se afla la distanta
fata de sonda, furnizând raspunsurile, în cel mai bun caz la câteva zile de la înregistrarea
curbelor. În aceasta situatie apare ca evidenta necesitatea furnizarii unor raspunsuri imediate,
de catre hidrogeologul de sonda care trebuie, pe cât posibil, sa aiba si cunostinte de geofizica.
În aceasta idee, acest articol îsi propune sa furnizeze câteva indicii de interpretare a unei curbe
foarte simple, cavernometria, atât hidrogeologului cât si geofizicianului, operator sau
interpretator.
Mai mult decât atât, cavernometria este o masuratoare simpla si nu neaparat foarte
scumpa, în contextul general al masuratorilor de geofizica de sonda. În santier, este bine ca
hidrogeologul sau inginerul de foraj sa ceara înregistrarea diagrafiilor de care are nevoie si sa nu
lase la latitudinea societatii de geofizica înregistrarea, pentru investigarea forajului
hidrogeologic, a unor curbe elaborate si scumpe, când de cele mai multe ori o cavernometrie însotita de un electric si un PS pot furniza informatii pretioase.
În cazul câmpurilor mari de foraje se poate proceda la înregistrarea diagrafiei geofizice
complexe pentru forajele de explorare sau pentru alte câteva foraje judicios alese sau
raspândite uniform în cadrul perimetrului, pentru toate celelalte foraje putându-se executa
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 4/13
4
doar masuratori de cavernometrie, în felul acesta realizându-se economii materiale si de timp
importante.
2. Descrierea aparaturii si a metodei
Cavernometrul (sau caliper dupa cum este denumit în literatura anglo-ameri-cana),
este un instrument folosit în practica geofizicii de sonda pentru masurarea diametrului în
foraje, atât pe gaura libera cât si în tubaje. Cunoscând diametrul, cu aparatura moderna, care
este complet digitala, se calculeaza imediat volumul gaurii, care apare pe acelasi grafic, sincron,
cu diagrama de cavernometrie. Importanta calcularii volumului gaurii de sonda apare ca
evidenta în activitatea de foraj, mai ales la calculul volumelor de materiale care de obicei se
introduc în spatiul inelar dintre burlane sau filtre si gaura libera (ciment, pietris margaritar,
bentonita, etc).
Diagrama de cavernometrie se mai foloseste la diferentierea formatiunilor mai tari
fata de cele moi, la localizarea fisurilor, fracturilor, cavernelor, la inspectarea coloanelor oarbe
sau filtrante, ca locator de mufe sau pentru identificarea eventualelor sparturi si deformari ale
acestor coloane, de asemenea folosindu-se la calcule de compensare pentru alte masuratori
geofizice care pot fi influentate de diametrul gaurii de sonda (rezistivitate, porozitate,
densitate, etc).
Cavernometrul este un instrument relativ simplu, putând avea un numar variabil de
brate, în functie de necesitatile pentru care este proiectat. Foarte uzual este cavernometrul cu
trei brate, care se misca împreuna, în functie de variatiile de diametru ale putului. Miscarea
bratelor este transmisa unui potentiometru din interiorul electrodei, care transforma
diferentele de diametru identificate de brate în diferente de potential, prelucrate de un
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 5/13
5
microprocesor si transmise computerului de la suprafata. Instrumentul se calibreaza, citirile de
diametru putându-se realiza în inch sau milimetri. De asemenea închiderea si deschiderea
bratelor se actioneaza de la suprafata, permitând lansarea electrodei la talpa cu bratele închise,
deschiderea acestora pentru înregistrare si realizarea de repetari.
În afara de cavernometrul cu trei brate se mai foloseste si acela cu patru brate, care
este un instrument care are practic doua cavernometre în aceeasi electroda, având doua
perechi ortogonale de brate, cele doua brate ale fiecarei perechi miscându-se împreuna, dar
fiecare pereche de brate, notate de obicei perechea X si perechea Y se misca independent una
fata de alta si actioneaza doi potentiometri diferiti, în acest fel putându-se pune în evidenta
excentricitatea gaurii de sonda.
Cavernometria este întotdeauna prima operatie în suita de masuratori geofizice,
pentru a controla integritatea si diametrul forajului înainte de a lansa instrumente mai
complicate si mai scumpe sau electrode care au atasate surse radioactive. Înregistrarea propriu-
zisa se face totdeauna de jos în sus, altfel este greu de presupus ca electroda se duce la talpa cu
bratele deschise, putându-se întepeni în orice moment.
3. Identificarea limitelor geologice
În anumite situatii, stiva de roci, datorita diferentelor de tarie si competenta, se
caverneaza în mod diferit în momentul penetrarii ei de catre sapa de foraj. Daca pachetele de
roci, cu proprietati diferite apartin orizonturilor stratigrafice diferite, limitele acestora se potpune în evidenta numai cu ajutorul cavernometriei. Acest fapt este ilustrat în Figura 1, unde
într-o suita de trei foraje, dispuse linear, la 1.5km unul de altul, formatiunile cretacice alcatuite
din marne si argile moi sunt evident cavernate pe când gresiile cuartoase cambrian-ordoviciene,
apartinând Formatiunii de Hashouna si care cantoneaza acviferul productiv, fiind mai tari, nu se
caverneaza, diagrama de cavernometrie, pentru acestea, aparând aproape rectilinie, situându-
se în jurul valorii de 24 inch, care de altfel este diametrul sapei.
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 6/13
6
Figura 1 Identificarea limitei geologice Cretacic-Cambrian Ordovician,pe diagram de
cavernometrie,in trei foraje difetite(F 278,F279 SI F280)
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 7/13
7
Limita geologica este situata în jur de 162m si din moment ce Cretacicul poate
cantona acvifere locale, cu ape sarate, ce pot contamina acviferul productiv, se va izola prin
tubare. Este de remarcat structura quasi-orizontala din aceasta zona, limita geologica situându-
se la aceeasi adâncime în cele trei puturi (F 278, F 279, F 280), desi între ele sunt 1.5km.
Sensibilitatea curbei de cavernometrie a fost aleasa între 10 si 40 inch, iar curbele au fost
înregistrate cu cavernometrul de 3 brate, dar cu instrumente diferite, de aceea în F 278
dechiderea maxima a bratelor este de aproape 40 inch pe când în F 280 este de doar 35 inch.
Astfel de aluri particulare ale anumitor curbe, functioneaza ca repere geofizice
inconfundabile si foarte usor de observat, odata ce a fost identificata semnificatia acestora.
Astfel de repere geofizice sunt frecvent întâlnite si pe diagrafii realizate în România, pe curbele
de rezistivitate de data aceasta, folosite la identificarea anumitor strate de carbune, atât în
Valea Jiului cât si în Bazinul Olteniei.
Realizarea Figurii1 a avut la baza datele înregistrate la sonda cu echipament si software
de tip Robertson Geologging. Aceasta firma de echipament geofizic de sonda, proiectat pentru
substante solide sau hidro, se gaseste în Marea Britanie. Softul în care se lucreaza pe teren este
numit PCL2 (Personal Computer Logging), si desi opereaza sub DOS, în felul acesta nefiind
foarte prietenos, este un soft puternic, care permite o serie întreaga de facilitati la înregistrare
si la prelucrarea primara a datelor.
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 8/13
8
4. Identificarea fracturilor
Pentru exemplificarea celor ce vor fi enuntate în acest paragraf se vor face referiri la
Figura2, care a fost realizata prin suprapunerea a doua curbe de cavernometrie, înregistrate în
acelasi foraj (F 358), cu cavernometrul cu 4 brate, prima înregistrare fiind facuta dupa aerlift si
cea de-a doua dupa testarea realizata cu pompa submersibila. De fiecare data s-a calculat si
volumul, care apare, de asemenea pe diagrama. Desigur, fiind vorba de cavernometrul cu 4
brate, fiecare pereche de brate este notata X si Y, deci practic pe diagrama, în afara de curbele
de volum care sunt distincte, apar 4 curbe, cumva suprapuse, doua (caverno X si Y) înregistrate,
dupa cum am mai spus, dupa aerfilt si celelalte doua, dupa pompa submersibila. În acest foraj,
ca si în multe altele din perimetrul considerat, sectiunea productiva a putului, sapata în gresii
cuartoase consolidate, nu se tubeaza si nu se echipeaza cu filtre.
S-a preferat aceasta prezentare grafica, prin suprapunerea celor doua cavernometrii si
nu prin alaturarea lor, de exemplu, pentru a pune în evidenta micile diferente care apar si care
sunt determinate de trasee diferite pe care le iau bratele cavernometrului pe peretii gaurii sau
de modificari generate în timpul pomparii. Cele doua perechi de brate ale cavernometrului
urmeaza trasee care nu se suprapun ceea ce arata ca gaura este excentrica, sectiunea
orizontala fiind elipsoidala. De asemenea, zonele cuprinse în interiorul diagramei, au intensitati
de culoare diferite, dupa cum cele doua perechi de brate, la prima si la a doua înregistrare au
urmat acelasi traseu, sau perechea X a urmat traseul perechii Y si invers, sau traseele au fost
complet diferite.
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 9/13
9
Figura 2 Identificarea fracturilor pe care are loc afluxul de apa,realizata prin masuratori cu
cavernometrul cu 4 brate,atat dupa airlift cat si dupa testarea hidrologica realizata cu pompa
submersibila
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 10/13
10
Zonele de fractura se individualizeaza în jurul adâncimilor de 270, 342, 362 si 413m. La
partea superioara a diagramei, între 257 si 259m, se observa o zona rectilinie, în jurul valorii de
16 inch, (la portiunea inferioara a coloanei de GRP, înca vizibila la adâncimea de 260m) cu
aspect pseudo-cavernos. Afluxul de apa în foraj se face cu precadere prin zonele de fractura,
dupa cum au aratat testele hidrogeologice de pompare si dupa cum s-a pus în evidenta si prinmasuratori geofizice realizate cu flow-metrul (instrument capabil sa detecteze curgerea de apa
în foraje).
Trebuie subliniat faptul ca datorita omogenitatii litologice a stivei de gresii cuartoase în
zona productiva, celelalte masuratori geofizice, dar mai ales rezistivitatea, porozitatea dar si
gamma natural nu releva prea multe aspecte concrete, în acest fel cavernometria devenind
curba de baza pentru informatii legate de hidrogeologie. Astfel, pentru puturile în care a fost
necesara instalarea filtrelor, pozitionarea acestora s-a facut mai ales tinând cont de zonele defractura identificate pe curba de cavernometrie.
Cele doua curbe de volum, care pornesc de la zero la talpa si cresc progresiv pâna în
jurul valorii de 30m3, desi pornesc împreuna, pâna la urma ajung sa aiba o mica diferenta de
0.3m3, generata de modificarile induse în timpul pomparii cu pompa submersibila, care desi cel
putin teoretic nu ar mai trebui sa scoata nisip, în practica cantitatile de nisip evacuate sau care
cad la talpa sunt notabile, determinând în acest fel si cresterea de volum mentionata.
Trebuie spus ca realizarea Figurii 2 a fost posibila cu un software specific pentru
interpretari si prezentari de masuratori geofizice numit WellCAD, un soft versatil si foarte
puternic, cu extrem de multe facilitati, care accepta importul de date din PCL2 sau alte aplicatii,
ca fisiere ASCII si care desigur opereaza sub Windows. WellCAD-ul se poate copia de pe
Internet, dar din pacate, pentru a lucra are nevoie de un dongle (o protectie pentru soft care se
ataseaza la portul paralel, care se livreaza de catre proiectant, contra cost). Desigur, exista si
versiunea Demo, dar care nu permite salvarea si printarea diagrafiilor.
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 11/13
11
5. Investigarea filtrelor si coloanelor
Pentru investigarea filtrelor si coloanelor în forajul hidrogeologic, cele mai sigure si
moderne metode sunt cele optice, de tipul televiziunii în foraje (CCTv - Close Circuit Television).
Dar aceste metode sunt scumpe, aparatura este delicata si nu la îndemâna oricui. În aceasta
situatie cele mai facile metode de invesigare a coloanelor oarbe sau filtrante ramân
masuratorile de cavernometrie. În Figura 3 sunt reliefate doua exemple de cavernometrie în
filtre.
În partea stânga a figurii este prezentata o cavernometrie realizata în coloana de GRP
de 16 inch, unde pe lânga burlane oarbe, care apar netede pe diagrama, sunt si filtre obtinute
prin perforarea materialului plastic ce alcatuieste coloana. Acestea apar pe diagrama zimtuite,ca niste dinti de ferastrau. Fiecare bucata de GRP, oarba sau filtranta are în jur de 5 metri
lungime, între ele fiind perfect vizibile mufele (308.8, 314.3, 320.0, 325.7m etc). Pentru ca toate
aceste detalii sa fie vizibile pe diagrama, atât scara verticala dar mai ales sensibilitatea (scara
orizontala), trebuiesc mult amplificate. Aceasta cavernometrie a fost realizata cu cavernometrul
de 3 brate, în putul 171.
Spre deosebire de aceasta, în putul 359, (partea dreapta a Fig. 3), s-a realizat o
cavernometrie de 4 brate, (caverno X si Y), în filtre Johnson de 8 5/8 inch, manufacturate din
otel inoxidabil. Se observa ca cele doua perechi de brate ale cavernometrului de 4 brate, calca
pe aceeasi urma, cu toata sensibilitatea marita, (5-10 inch), cum este si normal, coloana
filtranta fiind circulara, în felul acesta orice ovalizare accidentala putând fi pusa în evidenta. Si
pe aceasta diagrama se observa cum cavernometrul a functionat ca locator de mufe (de obicei
mufele coloanelor fiind puse în evidenta prin carotaj magnetic), acestea aparând clar la 306.4,
324.4, 330.4m etc. Între 312.0 si 319.0m este un burlan orb, al carui diametru este putin mai
mare (0.5 inch), decât al tuturor celorlalte bucati, care apar în figura si care sunt filtre. De
fiecare data în spatele coloanei filtrante se introduce pietris margaritar, iar la partea superioara
aceasta se cimenteaza.
În acelasi timp cu investigarea coloanelor, la acelasi mars se face si un control de talpa
pentru a fi identificate eventuale cantitati de sediment care ar putea proveni din timpul
pomparii si care ar putea obtura partea inferioara a coloanelor filtrante. Daca sedimentul apare,
situatie de altfel frecvent întâlnita, el trebuie îndepartat prin introducerea garnituirii de foraj
pentru aerlift.
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 12/13
12
Figura 3- Investigarea filtrelor de GPR,realizata cu cavernometrul cu 3 brate(stanga) si a filtrelor
Johnson,realizata cu cavernometrul cu 4 brate(dreapta)
5/12/2018 cavernometria - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/cavernometria 13/13
13
6. Concluzii
Dupa cum s-a putut vedea din toata aceasta expunere, desi la o prima vedere
cavernometria poate parea o metoda banala, la marginea metodelor geofizice, ea se dovedeste
totusi extrem de utila în multe situatii în forajul hidrogeologic. Datorita diferentelor de tarie ale
stivelor de roci, sub actiunea sapei de foraj, diferite pachete de roci se pot caverna în mod
diferit, iar daca ele apartin orizonturilor stratigrafice diferite, limitele acestora se pot pune
foarte usor în evidenta cu ajutorul cavernometriei, mai mult decât atât, se pot stabili repere
geofizice pe diagrama, cu ajutorul carora limitele geologice se pot pune usor în evidenta si în
forajele ulterioare, stiindu-se exact cum sa se întocmeasca programul de tubare si cimentare.
Identificarea fracturilor si a fisurilor este o alta aplicatie directa a cavernometriei, iar
când pe aceste fracturi are loc afluxul de apa în foraj, punerea lor în evidenta este cu atât mai
importanta, atât atunci când gaura ramâne libera, cât si atunci când se echipeaza cu filtre,
desigur filtrele fiind, cu precadere, amplasate în dreptul fracturilor.
Cavernometrul se mai foloseste cu succes si la investigarea coloanelor de orice fel atât
oarbe, cât si filtrante, punâdu-se în evidenta eventuale imperfectiuni ale acestora, totodataputând fi folosit si ca locator de mufe.
Deci cavernometria îsi are rolul sau distinct în cadrul masuratorilor geofizice, furnizând
informatii pretioase pentru forajul hidrogeologic, este o metoda ieftina si nesofisticata, fiind
înregistrata separat, daca este cazul sau la inaugurarea sesiunii de masuratori geofizice, fiind
interpretata de sine statator, sau contribuind, prin calcule de compensare, la interpretarea altor
curbe.