| Kern | |
|---|---|
| Mediafiler på Wikimedia Commons |
Kärna - ett prov av fast material, som är en cylindrisk kolumn, taget i syfte att studera.
Inom geologin är en kärna ett bergprov som tagits ur en brunn med hjälp av borrning speciellt utformad för denna typ av borrning. Ofta en cylindrisk pelare (pelare) av sten som är stark nog att förbli solid .
Kärnan kan tas från ismassiv med metoden för ringsmältning (till exempel vid polarstationer). Det är också möjligt att borra kärnprover från stenar som sticker ut på jordens yta eller på andra planeter (till exempel kärnprovtagning från Mars yta med en rover).
Kärnprover kan också tas från konstgjorda material som betong, keramik och vissa metaller och legeringar för att testa deras egenskaper. Det finns också fall av att ta kärnprover av levande organismer, såsom ett träd, samt människor, särskilt mänskliga ben, för mikroskopisk undersökning, för att diagnostisera sjukdomar.
I de flesta fall tas kärnan genom kärnborrning med hjälp av en speciell anordning som kallas kärnprojektil.
Hårdheten på de provtagna ämnena kan variera från nästan flytande till de hårdaste materialen som finns i naturen eller industrin, och provets djup kan variera från ytan till mer än 10 km djup. Den djupaste provtagningen görs i ultradjupa brunnar, som borras för att studera jordens struktur.
Kärnkärnor kan variera i diameter från några millimeter (träkärna, för dendrokronologi) till över 150 millimeter i diameter (vanligtvis för olje- och gaskällor). Längden på provtagningsintervallet kan variera från mindre än en meter (återigen för ett träd, för dendrokronologi) till upp till 200 meter per provtagning.
Kärnan som utvinns till ytan studeras i laboratorier, med olika metoder och i den tilldelade vetenskapliga och tekniska uppgiften. Det finns många typer av anordningar för provtagning av kärnor från olika typer av ämnen under olika förhållanden. Nya arter dyker upp regelbundet.
De vanligaste metoderna för kärnprovtagning är:
I de flesta fall görs kärnprovtagning för geologiska behov när man borrar berget med ett ihåligt stålrör, som kallas kärnborrning, och själva kärnborrningen är kärnborrning . Inuti kärnröret finns en kärnmottagare ( provtagare ). Kärnmottagaren består huvudsakligen av ett huvud, ett kärnrör och en kärnfångare. Kärnmottagare är olika, eftersom det är nödvändigt att välja kärnor av olika bergarter under olika förhållanden. Borrningen av berget under valet av kärnan sker längs ringen och kärnmottagaren kryper så att säga upp på den stenpelare som bildas inuti ringen. Kärnprover tas in i röret i relativt oskadat skick. Förstört berg (slam) som inte har kommit in i härdbehållaren transporteras till ytan genom spolvätska eller tryckluft ( gas ) som injiceras i brunnen av en borrpump eller kompressor . Kärnan kilas fast, rivs av från ansiktet och höjs till ytan. Efter att ha tagit bort kärnan från röret läggs den ut i kärnlådor i den strikta sekvensen av dess plats i brunnens geologiska sektion. All återvunnen kärna beskrivs i detalj och överförs till lagring i kärnlagringen . Därefter undersöks och analyseras kärnan (kemiska, spektrala, petrografiska och andra analyser) i laboratoriet med olika metoder och utrustning beroende på vilken data som ska inhämtas. Vanligtvis används en liten del av kärnan i analysen. Efter en viss tid reduceras (likvideras) den del av kärnan som inte är betydande enligt styrdokumenten [1] .
Under de senaste åren, under borrning, för bättre bevarande, tas kärnan (in) i glasfiberrör (containrar). Efter att ha avlägsnats från borrverktyget skärs dessa rör (behållare) fyllda med kärna i segment, vanligtvis en meter långa, för enkelhetens skull. Kåpor sätts på bitar av glasfiberrör med en kärna från ändarna för bättre isolering och förhindrande av spill. För detaljerade studier skärs dessa segment i sin tur tillsammans med kärnan på mitten längs axeln, som visas på fotografiet. Kärnutbytet bestäms som en procentandel av det borrade materialet.
Kärnan tas oftast koaxiellt med brunnens axel. Det finns dock metoder för lateral provtagning av kärnor från väggarna i redan borrade brunnar, det är också möjligt att ta kärnprov från väggen i en befintlig brunn.
Under prospekteringsborrning väljs typiskt intervall från 15 till 54 meter. Samtidigt kan flera intervaller gå i rad om kärnan tas för att få en allmän uppfattning om strukturen, vilket innebär ett stort intresseintervall.
Även om kärnor ofta är mycket stabila och behåller sina egenskaper väl, kommer de alltid att försämras i viss utsträckning under provtagning, ytbeläggning, transport, initial förberedelse och studier. I detta avseende blir oförstörande metoder för kärnforskning allt vanligare. Till exempel kan skanning med röntgen- och magnetresonansavbildningsmetoder få de första idéerna om mineralogi, textur, struktur och porvätskor utan att förstöra berget. Ungefärlig uppskattning av porositet och permeabilitet. Men värdet av en så dyr studie går ofta förlorad om den utförs på en chockad kärna, som transporterades i vanliga lådor längs en grusväg. Att ignorera kärnans tekniska tillstånd är ett allvarligt problem inom modern geologisk vetenskap.
På senare tid har fler och fler specialister insett vikten av att välja rätt teknik för kärnprovtagning och mer och mer uppmärksamhet ägnas åt att förhindra skador på den i olika stadier av transport och analys. Den klassiska metoden för kärnkonservering är frysning i flytande kväve, vilket är ett mycket billigt medel. I vissa fall används speciella polymerer för att skydda och dämpa kolonnen under transport.
Dessutom, om den samplade kärnan inte har en exakt referens till objektet från vilken den togs, förlorar den det mesta av sitt värde. Definitionen av borrhålsbanan och positionen och orienteringen av kärnan i borrhålet är kritiska. Även om kärnan tas från stammen på ett träd (för dendrokronologi), försöker de alltid inkludera barkens yta i den, så att datumet för trädets sista årring kan entydigt bestämmas .
Om det inte finns några data om bindningen av kärnprover är det vanligtvis omöjligt att återställa dem. Kostnaden för en kärnprovtagning kan variera från flera tusen rubel (för en manuellt extraherad kärna från mjuk yta) till tiotals miljoner (för kärnor från sidoväggen i en djup offshorebrunn). Felaktig provbindning devalverar kärnan avsevärt i alla fall.
Varje bransch har sina egna grundstandarder. Till exempel, inom petroleumindustrin, registreras kolumnorientering vanligtvis genom att markera två längsgående färgade band. Den röda randen appliceras till höger när kärnan förs till ytan. Kärnor i malmprospekteringsbrunnar kan ha sina egna symboler. Samhällsbyggnad och markvetenskap har sina egna kärnmärkningssystem.
Kärnlagring är en mycket komplex teknisk process som kräver överensstämmelse med speciella villkor för att säkerställa säkerheten för dess egenskaper och sammansättning. Beroende på egenskaperna hos materialet som presenteras i kärnan, kan lagring utföras på:
- Under omgivande förhållanden (tillfällig lagring fram till leverans till kärnlagret)
- konstant negativ temperatur (kärnan i kryologiska och teknisk-geologiska brunnar);
- konstant positiv temperatur och fuktighetskontroll;
- I en speciell behållare som bevarar kärnans naturliga fukt (mättnad).
Inom olje- och gasgeologin blir det allt vanligare att tillfälligt förvara och transportera kärnor i rör, som erhålls genom att såga kärnmottagaren tillsammans med kärnan till fragment av standardlängd (5 m, 1 m, 3 fot). Samtidigt görs speciella märken på varje sektion, så att det senare i laboratoriet skulle vara möjligt att korrekt reproducera sekvensen av staplingsfragment. Ibland levereras kärnan i sin helhet från fältet till laboratoriet. I detta fall är dess längd lika med kärnborttagningen i ett specifikt provtagningsintervall.
Det finns fall av felaktig kärnmontering i laboratoriet. Fragment kan vändas eller deras sekvens blandas ihop. Detta komplicerar avsevärt tolkningen av kärndata. För att återställa korrekt härdplacering och bestämma det exakta provtagningsdjupet kan du utföra mätningar av samma fysikaliska egenskaper på kärnan (längs hela längden av kärnan) och i brunnen (längs hela längden av provtagningsintervallet). I det här fallet är det nödvändigt att välja sådana egenskaper som bäst bevaras i berget när det höjs till ytan och samtidigt förändras kraftigt i djupet, vilket bildar ett unikt "avtryck" för varje intervall. Typiskt är dessa egenskaper gammaaktivitet och densitet.
Men även om sekvensen återställdes är det nödvändigt att spara hela operationshistoriken med kärnan, eftersom det finns ingen garanti för att återställningen var korrekt. Registrering av avvikelser, oavsett anledning, sparar möjligheten att korrigera en felaktig återställning i ett senare skede. Att förstöra "felaktiga" data om sekvensen av fragment gör det omöjligt att rätta till felet i framtiden. Därför bör alla system för lagring av kärndata kunna lagra flera alternativ för att länka kärnfragment till en sektion, inklusive den ursprungliga.
Vid bindning av kärnan till djupet tilldelas kärnan initialt det djup som mäts från borrrören (referens till brunnstestet). Efter jämförelse av kärndata med brunnsloggar tilldelas kärnan vanligtvis ett djup motsvarande ett liknande område på borrhålets gammastrålningsloggningskurva (loggning med brunnslogg). Avläsningen av djupen i brunnen utförs som regel från bordet på borriggens rotor. För kärnor tagna från havsbotten anges ofta djupet i enheter av cmbsf (centimeter under havsbotten).
Om kärnan som samplas från brunnen exakt återspeglar dess sektion, är det vanligt att skapa referenssamlingar för att kunna spara och återställa sekvensen av lager i processen att studera. För att göra detta görs ett längsgående snitt från kärnpelaren längs hela längden. Tjockleken på den skurna delen är 1/2 - 1/3 av kärnans diameter (beroende på dess bräcklighet). Den skurna delen placeras i separata lådor och fixeras med en förening för att utesluta möjligheten till förskjutning och blandning av fragmenten.
Skapandet av en referenssamling utförs i de första stadierna av laboratoriekärnan. Detta är nödvändigt så att det kan sparas och användas för att återställa sekvensen för huvuddelen av kärnan ifall fragmenten av den senare skulle förloras, förstöras eller blandas ihop under studien.
I ett antal länder och regioner måste företag som använder underjorden överföra referenssamlingar för lagring till statliga kärnlager. Därför gör ett antal företag två referenssamlingar från varje kärnkolumn (för sig själva och för staten).
Referenssamlingar är mest lämpade för att utföra sedimentologiska studier. På huvuddelen av kärnan, som finns kvar efter skärningen, görs provtagning och de flesta studier. Den släta ytan som finns kvar efter skärningen är att föredra för profilpermeabilitetsmätningar och fotografering. Ofta kan du genom att fotografera skärytan i vitt och ultraviolett ljus se penetrationsdjupet av borrslamfiltratet in i kärnan och fastställa dess naturliga mättnad.
Vetenskaplig borrning började som en metod för att utforska havsbotten . Snart bemästrades metoden för studier av sjöar , glaciärer , jord och skog . Kärnor tagna från mycket gamla träd ger information om deras växtringar utan att behöva hugga ner trädet.
Kärnan kan användas för att bedöma klimatförändringar , den geodynamiska situationen , de typer av fauna och flora som fanns i en viss geologisk era, såväl som jordskorpans sedimentära struktur . Dynamiska fenomen på jordens yta är i de flesta områden cykliska, särskilt med avseende på temperatur och nederbörd.
Det finns många sätt att datera kärnan. När den har daterats kan värdefull information om klimat- och landskapsförändringar erhållas . Till exempel har kärnprover tagna från havsbotten, från jordens tarmar och från glaciärer helt förändrat vår förståelse av Pleistocens geologiska historia. .