Digitalizzazione del processo di perforazione idraulica a rotazione per la profilatura meccanica in continuo di rocce sedimentarie silicoclastiche

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3701 (2023) Citare questo articolo

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La perforazione idraulica a rotazione può offrire le informazioni essenziali e i carotaggi per le ricerche sulla terra solida. La registrazione dei dati reali di perforazione sul campo e l'analisi del processo di carotaggio rotante idraulico sono impegnativi ma promettenti per l'utilizzo delle enormi informazioni di perforazione in geofisica e geologia. Questo documento adotta la tecnica di monitoraggio del processo di perforazione (DPM) e registra i quattro parametri di spostamento, pressione di spinta, pressione verso l'alto e velocità di rotazione in serie in tempo reale per profilare le rocce sedimentarie silicoclastiche lungo un foro di perforazione profondo 108 m. I risultati della digitalizzazione con 107 zone lineari rappresentano la distribuzione spaziale dei geomateriali perforati inclusi depositi superficiali (riempimento, loess, terreno ghiaioso), mudstone, mudstone limoso, gritstone e arenaria fine. Le velocità di perforazione costanti che variano da 0,018 a 1,905 m/min presentano la resistenza al carotaggio in situ dei geomateriali perforati. Inoltre, le velocità di perforazione costanti possono identificare la qualità della resistenza dei terreni rispetto alle rocce dure. Le distribuzioni di spessore dei sei gradi di qualità di resistenza di base sono presentate per tutte le rocce sedimentarie e per ogni singolo tipo dei sette suoli e rocce. Il profilo di resistenza in situ determinato in questo documento può essere utilizzato per valutare il comportamento meccanico in situ del geomateriale lungo il foro e può fornire una nuova valutazione basata sulla meccanica per determinare la distribuzione spaziale degli strati geologici e delle strutture nel sottosuolo. Sono importanti poiché lo stesso strato a profondità diverse può avere un comportamento meccanico diverso. I risultati forniscono una nuova misurazione quantitativa per la profilazione meccanica continua in situ mediante dati di perforazione digitale. I risultati del documento possono offrire un metodo nuovo ed efficace per il perfezionamento e il miglioramento delle indagini sul terreno in situ e possono fornire a ricercatori e ingegneri un nuovo strumento e un prezioso riferimento per digitalizzare e utilizzare dati reali degli attuali progetti di perforazione.

La perforazione, in particolare la perforazione idraulica a rotazione, è un'operazione comune, essenziale e importante per offrire campioni di carotaggio e informazioni associate per le ricerche geofisiche e geologiche sulla terra solida1. Le informazioni di perforazione associate sono diventate il fulcro di studi sempre più interdisciplinari nell’ambito della crescente digitalizzazione degli osservatori della terra solida in tutto il mondo2. Flinchum et al. hanno utilizzato i dati di rifrazione sismica e lo stato fisico dei campioni ricavati dal carotaggio rotante idraulico per dedurre la struttura del sottosuolo sotto una cresta di granito3. Allen et al. ha rivelato la presenza di una zona di alterazione spessa 30 m che sovrasta sia il nucleo della faglia che la zona danneggiata dai risultati dei test di laboratorio sui campioni di carotaggio lungo un foro di perforazione di 100,6 m4. Le misurazioni di laboratorio su campioni estratti da fori di perforazione sono ampiamente utilizzate per quantificare le variazioni del fondo pozzo sulle proprietà meccaniche e geofisiche5,6,7.

Tuttavia, le misurazioni del nucleo di laboratorio e alcuni test in situ per molti fori di trivellazione possono essere proibitivamente costosi e logisticamente impegnativi, in particolare in alcuni ambienti geologici complessi in cui sono spesso focalizzati gli studi geofisici3. In effetti, la perforazione stessa può anche essere considerata una misurazione in situ delle proprietà dei geomateriali8,9,10. Non sono stati raccolti e utilizzati enormi dati concreti sui parametri di perforazione come la velocità di perforazione (o il tasso di penetrazione), come sottoprodotti del processo di perforazione. Può contenere informazioni meccaniche e geofisiche. La digitalizzazione del processo di perforazione con dati reali è impegnativa ma promettente per la ricerca nella terra solida.

Diversi ricercatori si sono concentrati sugli studi sulle informazioni di perforazione. Rizzo et al. hanno utilizzato i segnali elettrici digitali provenienti dal foro per identificare la distribuzione della conducibilità idraulica11. Le informazioni sulla deformazione in situ sono state monitorate e analizzate dagli estensimetri da foro a quattro calibri (FGBS)12. La tecnologia di misurazione durante la perforazione (MWD) è stata utilizzata per misurare i parametri di perforazione della velocità di penetrazione, della pressione di spinta e della velocità di rotazione nella scienza e nell'ingegneria petrolifera e mineraria13,14,15. Yue et al. ha inventato la tecnica di monitoraggio del processo di perforazione (DPM) e ha sviluppato il metodo delle serie in tempo reale per la misurazione e l'analisi dei dati fattuali10,16.