| Kern | |
|---|---|
| Mediefiler på Wikimedia Commons |
Kerne - en prøve af fast stof, som er en cylindrisk søjle, taget med henblik på undersøgelse.
Inden for geologi er en kerne en stenprøve , der er udtaget fra en brønd ved hjælp af boring, der er specielt designet til denne type boring. Ofte en cylindrisk søjle (søjle) af sten, der er stærk nok til at forblive solid .
Kernen kan tages fra ismassiver ved metoden med ringsmeltning (for eksempel ved polarstationer). Det er også muligt at bore kerneprøver fra klipper, der rager frem på Jordens overflade eller på andre planeter (for eksempel kerneprøvetagning fra Mars overflade med en rover).
Kerneprøver kan også tages fra menneskeskabte materialer såsom beton, keramik og nogle metaller og legeringer for at teste deres egenskaber. Der er også tilfælde af at tage kerneprøver af levende organismer, såsom et træ, såvel som mennesker, især menneskeknogler, til mikroskopisk undersøgelse for at diagnosticere sygdomme.
I de fleste tilfælde tages kernen ved kerneboring ved hjælp af en speciel anordning kaldet et kerneprojektil.
Hårdheden af de prøvede stoffer kan variere fra næsten flydende til de hårdeste materialer, der findes i naturen eller industrien, og prøvens dybde kan variere fra overfladen til mere end 10 km dyb. Den dybeste prøvetagning udføres i ultradybe brønde, som bores for at studere jordens struktur.
Kernekerner kan variere i diameter fra nogle få millimeter (trækerne, til dendrokronologi) til over 150 millimeter i diameter (typisk for olie- og gasbrønde). Længden af prøvetagningsintervallet kan variere fra mindre end en meter (igen for et træ, for dendrokronologi) til op til 200 meter pr. prøveudtagning.
Kernen udvundet til overfladen studeres i laboratorier, ved forskellige metoder og i den tildelte videnskabelige og tekniske opgave. Der findes mange typer anordninger til prøveudtagning af kerner fra forskellige typer stoffer under forskellige forhold. Nye arter dukker jævnligt op.
De mest almindelige kerneprøvetagningsmetoder er:
I de fleste tilfælde udføres kerneprøvetagning til geologiske behov, når der bores i bjerget med et hult stålrør, som kaldes kerneboring, og selve kerneboringen er kerneboring . Inde i kernerøret er der en kernemodtager ( prøvetager ). Kernemodtageren består hovedsageligt af et hoved, et kernerør og en kernefanger. Kernemodtagere er forskellige, da det er nødvendigt at vælge kerner af forskellige sten under forskellige forhold. Boringen af klippen under udvælgelsen af kernen sker langs ringen, og kernemodtageren kravler så at sige ind på stensøjlen, der er dannet inde i ringen. Kerneprøver tages ind i røret i relativt ubeskadiget tilstand. Ødelagt sten (slam), der ikke er trængt ind i kernebeholderen, føres til overfladen ved at skyllevæske eller komprimeret luft ( gas ) , der sprøjtes ind i brønden af en borepumpe eller kompressor . Kernen kiles fast, rives af fra ansigtet og hæves til overfladen. Efter at have fjernet kernen fra røret, lægges den ud i kernekasser i den strenge rækkefølge af dens placering i den geologiske del af brønden. Al genvundet kerne beskrives i detaljer og overføres til opbevaring i kernelageret . Efterfølgende undersøges og analyseres kernen (kemiske, spektrale, petrografiske og andre analyser) i laboratoriet ved hjælp af forskellige metoder og udstyr, alt efter hvilke data der skal indhentes. Typisk bruges en lille del af kernen i analysen. Efter en vis tid reduceres (likvideres) den del af kernen, der ikke er væsentlig, ifølge de styrende dokumenter [1] .
I de senere år, under boring, for bedre bevarelse, er kernen taget (ind) i glasfiberrør (containere). Efter at være blevet fjernet fra boreværktøjet skæres disse rør (beholdere) fyldt med kerne i segmenter, normalt en meter lange, for nemheds skyld. Afdækninger sættes på stykker af glasfiberrør med en kerne fra enderne for bedre isolering og forebyggelse af spild. For detaljerede undersøgelser skæres disse segmenter til gengæld sammen med kernen i to langs aksen, som vist på fotografiet. Kerneudbyttet bestemmes som en procentdel af de borede optagelser.
Kernen tages oftest koaksialt med brøndens akse. Der er dog metoder til lateral prøveudtagning af kerner fra væggene i allerede borede brønde; det er også muligt at tage kerneprøver fra væggen i en eksisterende brønd.
Under efterforskningsboringer vælges typisk intervaller fra 15 til 54 meter. Samtidig kan flere intervaller gå i træk, hvis kernen tages for at få en generel idé om strukturen, hvilket indebærer et stort interval af interesse.
Selvom kernekerner ofte er meget stabile og bevarer deres egenskaber godt, vil de altid nedbrydes til en vis grad under prøveudtagning, overfladebehandling, transport, indledende forberedelse og undersøgelse. I denne henseende bliver ikke-destruktive metoder til kerneforskning mere almindelige. For eksempel giver scanning ved hjælp af røntgen- og magnetisk resonansbilledmetoder en mulighed for at få de første ideer om mineralogi, tekstur, struktur og porevæsker uden at ødelægge klippen. Tilnærmet estimat af porøsitet og permeabilitet. Men værdien af en så dyr undersøgelse går ofte tabt, hvis den udføres på en chokeret kerne, som blev transporteret i almindelige kasser langs en jordvej. At ignorere den tekniske tilstand af kernen er et alvorligt problem i moderne geologisk videnskab.
På det seneste anerkender flere og flere specialister vigtigheden af at vælge den rigtige teknologi til kerneprøveudtagning, og der lægges mere og mere vægt på at forhindre skader på den på forskellige stadier af transport og analyse. Den klassiske metode til kernekonservering er frysning i flydende nitrogen, som er et meget billigt middel. I nogle tilfælde bruges specielle polymerer til at beskytte og polstre søjlen under forsendelse.
Også, hvis den samplede kerne ikke har en nøjagtig reference til det objekt, hvorfra den blev taget, så mister den det meste af sin værdi. Definitionen af brøndboringsbanen og positionen og orienteringen af kernen i brøndboringen er kritisk. Selvom kernen er taget fra stammen af et træ (med henblik på dendrokronologi), så forsøger de altid at inkludere barkens overflade i den, så datoen for den sidste årring af træet kan bestemmes utvetydigt .
Hvis der ikke er data om binding af kerneprøver, er det normalt umuligt at gendanne dem. Omkostningerne ved en kerneprøvetagning kan variere fra flere tusinde rubler (for en manuelt udvundet kerne fra blød overfladejord) til titusinder (for kerner fra sidevæggen af en dyb offshorebrønd). Forkert prøvebinding devaluerer under alle omstændigheder kernen markant.
Hver branche har sine egne kernestandarder. For eksempel i olieindustrien registreres søjleorientering normalt ved at markere to langsgående farvede bånd. Den røde stribe påføres til højre, når kernen bringes til overfladen. Kerner af malmefterforskningsbrønde kan have deres egne symboler. Civilingeniør og jordbundsvidenskab har deres egne kernemærkningssystemer.
Kernelagring er en meget kompleks teknologisk proces, der kræver overholdelse af særlige betingelser for at sikre sikkerheden af dens egenskaber og sammensætning. Afhængig af egenskaberne af det materiale, der præsenteres i kernen, kan opbevaring udføres på:
- Under omgivende forhold (midlertidig opbevaring indtil levering til kernelageret)
- konstant negativ temperatur (kerne af kryologiske og ingeniørgeologiske brønde);
- konstant positiv temperatur og fugtighedskontrol;
- I en speciel beholder, der bevarer kernens naturlige fugt (mætning).
I olie- og gasgeologien bliver det mere og mere almindeligt at midlertidigt opbevare og transportere kerner i rør, som opnås ved at save kernemodtageren sammen med kernen i fragmenter af standardlængde (5 m, 1 m, 3 ft). Samtidig er der lavet specielle mærker på hver sektion, så det senere i laboratoriet ville være muligt at gengive sekvensen af stablingsfragmenter korrekt. Nogle gange bliver kernekernen leveret fra marken til laboratoriet i sin helhed. I dette tilfælde er dens længde lig med kernefjernelsen i et specifikt prøvetagningsinterval.
Der er tilfælde af forkert kernemontage i laboratoriet. Fragmenter kan vendes om eller deres rækkefølge blandes. Dette komplicerer fortolkningen af kernedata betydeligt. For at genoprette den korrekte kerneplacering og bestemme den nøjagtige prøvetagningsdybde kan du udføre målinger af de samme fysiske egenskaber på kernen (langs hele kernens længde) og i brønden (langs hele prøvetagningsintervallets længde). I dette tilfælde er det nødvendigt at vælge sådanne egenskaber, der bedst bevares i klippen, når den hæves til overfladen og samtidig ændrer sig meget i dybden, hvilket danner et unikt "aftryk" for hvert interval. Disse egenskaber er typisk gammaaktivitet og tæthed.
Men selvom sekvensen blev gendannet, er det nødvendigt at gemme hele operationshistorikken med kernen, fordi der er ingen garanti for, at inddrivelsen var korrekt. Registrering af uoverensstemmelser, uanset årsagen, sparer muligheden for at rette en forkert gendannelse på et senere tidspunkt. Ødelæggelse af "forkerte" data om sekvensen af fragmenter gør det umuligt at rette fejlen i fremtiden. Derfor bør ethvert system til lagring af kernedata være i stand til at gemme flere muligheder for at linke kernefragmenter til en sektion, inklusive den originale.
Når kernen bindes til dybden, tildeles kernen i første omgang dybden målt fra borerørene (refereret til brøndtesten). Efter sammenligning af kernedata med brøndlogs tildeles kernen sædvanligvis en dybde svarende til et tilsvarende område på borehullets gammastrålelogningskurve (logning ved brøndlog). Aflæsningen af dybder i brønden udføres som regel fra bordet på boreriggens rotor. For kerner taget fra havbunden er dybden ofte angivet i enheder af cmbsf (centimeter under havbunden).
Hvis kernen samplet fra brønden nøjagtigt afspejler dens sektion, så er det almindelig praksis at oprette referencesamlinger for at kunne gemme og gendanne sekvensen af lag i processen med at studere. For at gøre dette laves et langsgående snit fra kernesøjlen langs hele længden. Tykkelsen af den afskårne del er 1/2 - 1/3 af kernediameteren (afhængig af dens skrøbelighed). Den afskårne del anbringes i separate kasser og fikseres med en forbindelse for at udelukke muligheden for forskydning og blanding af fragmenterne.
Oprettelsen af en referencesamling udføres i de første stadier af laboratoriekernebehandling. Dette er nødvendigt, så det kan gemmes og bruges til at genoprette sekvensen af hoveddelen af kernen i tilfælde af, at fragmenterne af sidstnævnte blev tabt, ødelagt eller blandet sammen under undersøgelsen.
I en række lande og regioner skal undergrundsbrugervirksomheder overføre referencesamlinger til opbevaring til statens kernelager. Derfor laver en række virksomheder to referencesamlinger fra hver kernekolonne (til sig selv og for staten).
Referencesamlinger er mest velegnede til at udføre sedimentologiske undersøgelser. På hoveddelen af kernen, som er tilbage efter udskæringen, udføres prøveudtagning og de fleste undersøgelser. Den glatte overflade, der er tilbage efter skæringen, foretrækkes til målinger af profilpermeabilitet og fotografering. Ofte giver fotografering af snitfladen i hvidt og ultraviolet lys dig mulighed for at se dybden af penetration af boremudderfiltratet ind i kernen og etablere dens naturlige mætning.
Videnskabelig kerneboring begyndte som en metode til at udforske havbunden . Snart blev metoden mestret til undersøgelse af søer , gletsjere , jord og træ . Kerner taget fra meget gamle træer giver information om deres vækstringe uden at skulle fælde træet.
Kernen kan bruges til at bedømme klimaændringer , den geodynamiske situation , de typer af fauna og flora , der eksisterede i en bestemt geologisk æra, samt den sedimentære struktur af jordskorpen . Dynamiske fænomener på Jordens overflade er i de fleste områder cykliske, især med hensyn til temperatur og nedbør.
Der er mange måder at datere kernen på. Når de er dateret, kan værdifulde oplysninger om klima- og landskabsændringer opnås . For eksempel ændrede kerneprøver taget fra havbunden, fra jordens indvolde og fra gletsjere fuldstændig vores forståelse af Pleistocæns geologiske historie. .