矿山物探测井技术的改进研究

管雨民

（吉林东煤建筑基础工程公司，吉林 长春 130000）

测井技术作为矿山勘探的一种技术手段，不仅与后续工程方案设计息息相关，而且为了保护区域生态环境，合理开发资源，需要就地质构造、地层结构、沉积情况等因素进行详细考察，测井技术作为实地勘察的重要流程环节，能够有效区分并明确矿山区域的地质环境和地球物理特征，通过现代化技术可以构建三维建模，细致研究钻探剖面矿层的开挖方案。物探测井技术在强化地质勘查工作的前提上，也为资源开采工作提供了施工安全质量保障。文章从技术原理和工作流程两方面简要分析物探测井探管技术的改进内容。

1 从技术原理的角度分析物探测井技术创新方向

近年来，物探综合测井资料利用率较低，地层精细划分不够；矿体品位低、厚度大、矿田浸出率低等问题频繁出现，相关从业人员就其根源问题，从测量方法、探测器以及信号采集处理和软件四个方面完善了测井仪器设备，就其根源问题，以技术原理为突破口，在当前国内矿产资源开发困境的现状，迎难而上，加强创新。

1.1 测量方法

矿山专业测井技术在地层定性定厚问题上的测量方法往往采用自然伽马、伽马-伽马和电阻率，辅助方法包括自然电位或声波测量。因此，相关仪器设备在数据处理和集成系统的设计上较为复杂，近年来智能化、自动化技术的广泛应用，使得测井技术设备也逐步强化数字化功能，其功能系统也着重分为井下探管、地面操作、数据分析采集以及数据处理四个部分，独立运作，相互联系。物探测井技术的测量方法逐渐朝着三维数字化发展，这也意味着相关从业人员必须具备优秀的信息化素养和实践操作能力，结合开采经验横向比对现实案例，保证数据可靠性和准确性。TYSC-3Q型数字测井仪经过不断的研发和改进，优化了其工作性能和数据处理能力，现阶段的技术改进方向主要侧重于深度系统的开发完善工作。

1.2 探测器创新

在物探测井仪器中，探管技术是探测器是主要器件之一，加强对探测器的创新，也是确保测井技术质量的基础。其优化方向基于探测器的进行改进和优化，从具体的探测原理和方法设计相应的探测系统。钻孔地质剖面的要素包括区分地层性质、矿层深度厚度、地下环境和地质结构等内容，有些情况下甚至可以根据区域地理位置或矿层大致情况估算相应的矿物性质指标。因此，探测仪器对于测井曲线各项特征的直观信息情况有直接联系，并且为了更好地确保探测器能更好地对所接受的信号进行处理，在实际应用过程中也要反复检验测试，保证性能，提高物探工作质量。

比如我们可以在矿山测井施工中加强电磁流量计的应用，就能有效的达到石油测井技术创新的目的。在具体的应用过程中，电磁流量器是基于电磁感应原理，就流过管道内的导电流体的具体流量进行测量和明确。而电磁流量计的过芯加重上接头需要和单芯电缆头予以连接，而井下仪器则采取单芯电缆来进行信息的传输和供电。在连接井下仪器时，主要是借助单芯电缆和数控测井地面设备进行配接，在配接过程中，地面的供电直流电压在60到80V之间，而电流则在80m A左右。在进行连续测井过程中，利用单芯电缆，将流量和套管接箍等信号及时地传输到地面设备，地面设备则利用地面信号分类器，就分离电路变为两路相互独立的信号，当流量信号处理为脉冲频率新高之后，就能在数控测井地面设备的脉冲道中予以记录和处理。这样就能满足测井仪器对其的需要，并将井下仪器在其他的地面测井设备中的使用提供了便利。

1.3 信号采集分析与信息传递质量的技术改进

信号采集分析和信息传递质量决定了整体物探测井工作的效率。一方面，在设备性能和系统软件方面要双管齐下，加强技术革新；另一方面，在信号完成采集分析后的传输阶段，也要确保信号质量不会受到地质环境的屏蔽影响，保证信号质量。

1.4 测井仪器的软件创新

物探测井技术需要测量的要素较多，且联系密切，数值复杂。以含水层为例，孔隙性含水层（如砂层、砂砾层、疏松砂岩等）、裂隙性含水层（脆性岩层的破碎带、裂隙带）、溶洞性含水层（灰岩喀斯特地区）就具有不同特点，对于探管来说就要进行加工，装备相应的精密检测装置，以加强对不同岩层结构的检测质量。这也就意味着软件创新工作要考虑到整体物探工作的整体性和严谨性，重视对于相关数据的分析处理能力，创新智能处理系统，建立分类明确的信号标识和地理信息数据库，录入以往的勘测或开采案例，加强信号分析软件的精密性，结合相应数据构建深层系统，提升数字测井仪器的深度处理能力，将相关物理数值转变成三维数字建模，提高开采方案的可行性和严谨性，确保测井技术质量得到有效的提升。

2 从工作流程的角度分析物探测井技术改进内容

2.1 测井流程

伽马-伽马测量是一种人工模拟放射性物质测试环境密度的和物质质量的一种测量方法。由于反射性物质具有穿透性，在测量时不会受到环境遮蔽影响，在钻杆和套管中进行地下测量，可以随着钻探深度进行勘测。由于测井工作一般目的为地层的定性定厚，可以在一定程度上忽略地层的定量计算工作，操作模式一般是将密度探管与电缆接头相衔接，探入地下井底后，从下至上开始测量。

2.2 天然三侧向测量

天然三侧向测量即为利用自然伽马进行测井测量，对矿石自然伽马放射性起决定作用的是铀系、钍系和放射性核素K40。放射性取决于岩石放射性核素的种类和数量。一般火成岩放射性最强，变质岩次之，沉积岩最弱。沉积岩里深海泥质沉积岩最强，浅海和陆相泥质沉积岩中等，砂岩石灰岩最弱。自然伽马测井是在井内测量矿石中的放射性核素衰变过程放射的伽马射线强度来研究地质问题的测井方法。其优势在于根据曲线值能够清晰判断地层厚度范围，劣势则体现在电性不足，在钻杆内部测量无法保证完整信号的传递。再加上常规探管长度有限，外径较细，测量工作常常在井下进行。

2.3 声速测量

声速测量是探管技术的辅助方法，通过较为粗长的外管插入井下进行测量，外管中部还要结合声波传递原理构建一个回声机制，例如设计成格网状，保证声波传递过程中的信号质量。再者就是井下测量时要考虑到外管的承受力度和极限范围，尽量避免探管损坏。

2.4 上测和下测的区分

上测和下测的主要区别在于深度和仪器姿态。从深度来看，上行过程中电缆/钻管是拉伸的，下行过程中电缆/钻管是压缩的两相比较 通常有一段固定距离的深度差别；从仪器姿态来看，下行过程中 尤其是井况环境特殊或下井路线恶劣的情况，很容易在打捞过程中，出现仪器被卡，还可能造成外管弯折的情况，并且出现电缆/钻管还在运作的状态。上测和下测的区分主要是基于测量倾向，对于仪器和井壁的接触情况、井壁的形状、仪器上下的其他仪器的干扰情况、泥浆中的金属和其他成分干扰。

2.5 井斜测井

井斜测量是在地面用罗盘给定天顶角和方位角进行校正测量，每孔测量前进行井口吊零测量，再下井测量，测量方式为点测，点距为50m～100m[1]。

3 矿山物探测井探管技术方法

不同水层的物理特性和区域岩层特点都存在差异。比如在对含水层进行钻孔操作时，泥浆泵对地层水的压力会产生分带现象。一般情况下，泥浆溶液填充冲洗带中的孔隙和过渡带中的孔隙，而地层水只填充过渡带中的孔隙。一般渗透的深浅主要由侵人带决定的，成正比关系。如果地层的性质相同，整个含水层的电阻率跟其水的矿化程度则有密切联系，一般电阻率和矿化程度成反比关系

3.1 扩散法

物探测井方法一般来说是根据地质条件来决定的，不同地理环节和物理特征会存在的探测问题和测量内容也有所不同[2]。比如扩散反就是以不同含水层的分带现象及渗透特性进行分类。对水层进行钻孔，冲洗水层井壁，进行基础的清洁工作，保证探管下行时不会卡顿[3]。对于井液的浓度要求要高于水层的浓度标准，在未达到标准的情况下适当进行盐化处理量，以控制变量，以电阻率的变化影响为指标，测定整体电阻率数值，根据时间和电阻率的曲线来划分含水层范围，绘制岩层变化曲线。

3.2 微电极法

如果地层水的矿化程度比泥浆溶液的矿化程度低，就会导致过渡带的电阻率过高，甚至比为侵入带的电阻率还要低。这种情况下，电阻率就不能作为判断依据，而是要基于测量指标中的变量，寻找新的测量标准[4]。比如，仍然以含水层中的电阻率情况进行划分，但测量方法改用微电极系法，就是利用一种探管实现对电阻率的测量，其电极系包括微电位和微梯度电系，前者对侵入带比较深的电阻率反应比较灵敏，后者对比较浅的泥饼的电阻率反应比较灵敏，如果泥浆矿化程度比地层水的矿化程度低时，就会导致正差异的发生。

通常来说，泥饼越厚，差异性相差就会越大，整个体系的渗透性就越好，一旦这种差异高于百分之二十，就判断其具有渗透性，从而判断其为含水层[5]。

微电极系法在渗透性地层和非渗透性地层上具有不同的测量结果。如果地层的孔隙率比较好，并且这些孔隙之间的具有比较强的连通效果，从而其渗透性也就比较好，比如砂层[6]。这种地层存在分带，并且这种地层上面通常会带有几厘米的泥饼，表现出比较明显的正差异现象。对于泥浆岩，一且岩段经常受到泥浆的冲刷，就会导致直径扩大，从而导致探管不能触到井壁，从而导致测得的电阻率差异为零。如果这种冲刷作用不大，则可能会出现正差异。根据相关曲线和自然电位，正确判断泥浆岩[7]。对于砂纸泥浆岩，由于其壁很粗糙，从而导致探管不能和井壁很好的接触，这样就会导致电流分流现象发生，从而出现正负都有的曲线。对于一些致密的地层，由于其电阻率比较高，从而导致曲线幅度比较大，出现正负相关的锯齿曲线。

4 结语

近年来，物探测井探管技术的改进与创新是根据实际情况和实际勘查综合考量相应的方法和技术原理，从功能性尚做足功夫，加强技术升级和创新研发等相关工作，再联系具体的工作方法，在实际开采测量过程中，很多方法和应对策略都有一定针对性和目的性，填补探测工作的单一性和片面性，提升相关数据资料收集和分析的准确度。总而言之，相关技术成果都很好地促进了矿企对矿产资源的开发和利用， 有利于推动地区经济的快速发展。