Digitalização do processo de perfuração rotativa hidráulica para perfilamento mecânico contínuo de rochas sedimentares siliciclásticas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3701 (2023) Citar este artigo

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A perfuração rotativa hidráulica pode oferecer informações essenciais e amostras essenciais para as pesquisas em terra sólida. O registro dos dados factuais de perfuração de campo e a análise do processo de perfuração rotativa hidráulica são desafiadores, mas promissores, para utilizar as enormes informações de perfuração em geofísica e geologia. Este artigo adota a técnica de monitoramento do processo de perfuração (DPM) e registra os quatro parâmetros de deslocamento, pressão de empuxo, pressão ascendente e velocidade de rotação em séries em tempo real para traçar o perfil das rochas sedimentares siliciclásticas ao longo do furo de sondagem de 108 m de profundidade. Os resultados da digitalização com 107 zonas lineares representam a distribuição espacial de geomateriais perfurados, incluindo depósitos superficiais (aterro, loess, solo pedregoso), argilito, argilito siltoso, arenito e arenito fino. As velocidades constantes de perfuração variando de 0,018 a 1,905 m/min apresentam a resistência de testemunhagem in-situ dos geomateriais perfurados. Além disso, as velocidades constantes de perfuração podem identificar a qualidade da resistência dos solos às rochas duras. As distribuições de espessura dos seis graus básicos de qualidade de resistência são apresentadas para todas as rochas sedimentares e cada tipo individual dos sete solos e rochas. O perfil de resistência in-situ determinado neste artigo pode ser usado para avaliar e avaliar o comportamento mecânico in-situ do geomaterial ao longo do furo de sondagem e pode fornecer uma nova avaliação de base mecânica para determinar a distribuição espacial de estratos geológicos e estruturas no subsolo. Eles são importantes porque o mesmo estrato em profundidades diferentes pode ter comportamentos mecânicos diferentes. Os resultados fornecem uma nova medição quantitativa para perfil mecânico continuamente in-situ por meio de dados de perfuração digital. As conclusões do artigo podem oferecer um método novo e eficaz para o refinamento e atualização da investigação terrestre in-situ, e podem fornecer aos pesquisadores e engenheiros uma ferramenta nova e uma referência valiosa para digitalizar e utilizar dados factuais dos atuais projetos de perfuração.

A perfuração, particularmente a perfuração rotativa hidráulica, é uma operação comum, essencial e importante para fornecer amostras de núcleo e informações associadas para as pesquisas geofísicas e geológicas em terra sólida1. As informações de perfuração associadas tornaram-se o foco de estudos cada vez mais interdisciplinares no âmbito da crescente digitalização de observatórios de terra sólida em todo o mundo2. Flinchum et al. usaram os dados de refração sísmica e o estado físico de amostras de núcleo do processo de testemunhagem rotativa hidráulica para inferir a estrutura subterrânea sob uma crista de granito3. Allen et al. revelou a presença de uma zona de alteração de 30 m de espessura sobrepondo tanto o núcleo da falha quanto a zona de dano por resultados de testes de laboratório de amostras de testemunho ao longo de um furo de sondagem de 100,6 m4. As medições laboratoriais em amostras extraídas de furos de sondagem são amplamente utilizadas para quantificar as variações de fundo de poço nas propriedades mecânicas e geofísicas5,6,7.

No entanto, as medições laboratoriais do núcleo e alguns testes in-situ para muitos furos de sondagem podem ser proibitivamente caros e logisticamente desafiadores, especialmente em alguns ambientes geológicos complexos onde os estudos geofísicos são frequentemente focados3. Na verdade, a perfuração em si também pode ser considerada como uma medição in-situ das propriedades dos geomateriais8,9,10. Dados factuais massivos sobre parâmetros de perfuração, como velocidade de perfuração (ou taxa de penetração), como subprodutos do processo de perfuração, não foram coletados e utilizados. Pode conter informações mecânicas e geofísicas. A digitalização do processo de perfuração com dados factuais é um desafio, mas promissor para a pesquisa em terra sólida.

Vários pesquisadores se concentraram nos estudos de informações de perfuração. Rizzo et al. utilizou os sinais elétricos digitais do furo de sondagem para identificar a distribuição da condutividade hidráulica . As informações de deformação in-situ foram monitoradas e analisadas pelos extensômetros de poço de quatro calibres (FGBS)12. A tecnologia de medição durante a perfuração (MWD) foi usada para medir os parâmetros de perfuração de taxa de penetração, pressão de empuxo e velocidade de rotação na ciência e engenharia de petróleo e mineração . Yue et al. inventou a técnica de monitoramento do processo de perfuração (DPM) e desenvolveu o método de séries em tempo real na medição e análise de dados factuais10,16.