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

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 3701 (2023) Citar este artigo

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A perfuração rotativa hidráulica pode oferecer as informações essenciais e amostras de núcleo para as pesquisas em terra sólida. Registrar os dados factuais de perfuração de campo e analisar o processo de perfuração rotativa hidráulica é um desafio, mas promissor para utilizar as informações de perfuração maciça 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 impulso, pressão ascendente e velocidade de rotação em séries em tempo real para perfilar as 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 (preenchimento, 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 à testemunhagem in-situ dos geomateriais perfurados. Além disso, as velocidades de perfuração constantes 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 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 em subsuperfície. Eles são importantes, pois o mesmo estrato em diferentes profundidades pode ter comportamento mecânico diferente. Os resultados fornecem uma nova medição quantitativa para perfis mecânicos continuamente in-situ por dados de perfuração digital. As descobertas do artigo podem oferecer um método novo e eficaz para refinamento e atualização da investigação de solo in-situ e podem fornecer aos pesquisadores e engenheiros uma nova ferramenta e uma referência valiosa para digitalizar e utilizar dados factuais de projetos de perfuração atuais.

A perfuração, particularmente a perfuração rotativa hidráulica, é uma operação comum, essencial e importante para oferecer as 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 dentro da crescente digitalização de observatórios de terra sólida em todo o mundo2. Flinchum et ai. usou os dados de refração sísmica e o estado físico de amostras de núcleo do processo de perfuração rotativa hidráulica para inferir a estrutura da subsuperfície sob uma cordilheira de granito3. Allen et ai. revelou a presença de uma zona de alteração de 30 m de espessura cobrindo tanto o núcleo de 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 de laboratório em testemunhos extraídos 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 de núcleo de laboratório e alguns testes in-situ para muitos furos de sondagem podem ser proibitivamente caros e logisticamente desafiadores, particularmente em alguns ambientes geológicos complexos onde os estudos geofísicos são frequentemente focados3. De fato, a perfuração em si também pode ser considerada como uma medição in situ das propriedades dos geomateriais8,9,10. Dados factuais maciços de parâmetros de perfuração, como velocidade de perfuração (ou taxa de penetração), como subprodutos do processo de perfuração, não foram coletados e utilizados. Pode conter as informações mecânicas e geofísicas. A digitalização do processo de perfuração com dados factuais é desafiadora, mas promissora para pesquisas na terra sólida.

Vários pesquisadores se concentraram nos estudos de informações de perfuração. Rizzo et ai. usou os sinais elétricos digitais do furo de sondagem para identificar a distribuição de condutividade hidráulica11. As informações de deformação in-situ foram monitoradas e analisadas pelos strainmeters 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 em ciência e engenharia de petróleo e mineração13,14,15. 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.