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Núcleo : una muestra de materia sólida, que es una columna cilíndrica, tomada con fines de estudio.
En geología, un testigo es una muestra de roca extraída de un pozo mediante una perforación especialmente diseñada para este tipo de perforación. A menudo, una columna cilíndrica (columna) de roca lo suficientemente fuerte como para permanecer sólida .
El núcleo puede extraerse de macizos de hielo mediante el método de fusión de anillos (por ejemplo, en estaciones polares). También es posible perforar muestras de núcleos de rocas que sobresalen en la superficie de la Tierra o en otros planetas (por ejemplo, el muestreo de núcleos de la superficie de Marte por un rover).
También se pueden tomar muestras de núcleos de materiales artificiales como hormigón, cerámica y algunos metales y aleaciones para probar sus propiedades. También hay casos de tomar muestras de núcleo de organismos vivos, como un árbol, así como personas, especialmente huesos humanos, para examen microscópico, con el fin de diagnosticar enfermedades.
En la mayoría de los casos, el núcleo se extrae mediante perforación con un dispositivo especial llamado proyectil de núcleo.
La dureza de las sustancias muestreadas puede variar desde casi líquida hasta los materiales más duros que se encuentran en la naturaleza o la industria, y la profundidad de la muestra puede variar desde la superficie hasta más de 10 km de profundidad. El muestreo más profundo se realiza en pozos ultraprofundos, que se perforan para estudiar la estructura de la tierra.
Los núcleos de núcleo pueden variar en diámetro desde unos pocos milímetros (núcleo de madera, para dendrocronología) hasta más de 150 milímetros de diámetro (típicamente para pozos de petróleo y gas). La longitud del intervalo de muestreo puede variar desde menos de un metro (nuevamente, para un árbol, para dendrocronología) hasta 200 metros por muestreo.
El núcleo extraído a la superficie se estudia en laboratorios, por diversos métodos y en la tarea científica y técnica asignada. Hay muchos tipos de dispositivos para tomar muestras de núcleos de varios tipos de sustancias bajo diferentes condiciones. Nuevas especies aparecen regularmente.
Los métodos de muestreo de núcleos más comunes son:
En la mayoría de los casos, el muestreo de núcleos para las necesidades geológicas se lleva a cabo cuando se perfora la roca con una tubería de acero hueca, lo que se denomina perforación de núcleos, y la perforación de núcleos en sí misma es perforación de núcleos . Dentro del tubo central hay un receptor central ( muestreador ). El receptor del núcleo consta principalmente de un cabezal, un tubo central y un colector de núcleos. Los receptores de núcleos son diversos, ya que es necesario seleccionar núcleos de varias rocas en varias condiciones. La perforación de la roca durante la selección del núcleo ocurre a lo largo del anillo y el receptor del núcleo, por así decirlo, se arrastra sobre la columna de roca formada dentro del anillo. Las muestras de núcleo se toman en la tubería en una condición relativamente intacta. La roca destruida (lodo) que no ha ingresado al receptor del núcleo se transporta a la superficie mediante un fluido de lavado o aire comprimido ( gas ) inyectado en el pozo por una bomba de perforación o un compresor . El núcleo se acuña, se arranca de la cara y se eleva a la superficie. Después de retirar el núcleo de la tubería, se coloca en cajas de núcleo en la secuencia estricta de su ubicación en la sección geológica del pozo. Todo el núcleo recuperado se describe en detalle y se transfiere al almacenamiento en el almacenamiento central . Posteriormente, el núcleo se examina y analiza (análisis químicos, espectrales, petrográficos y otros) en el laboratorio utilizando varios métodos y equipos, según los datos que se deban obtener. Por lo general, en el análisis se utiliza una pequeña porción del núcleo. Después de cierto tiempo, según los documentos rectores, la parte del núcleo que no es significativa se reduce (liquida) [1] .
En los últimos años, durante la perforación, para una mejor conservación, el núcleo se toma (ingresa) en tuberías de fibra de vidrio (contenedores). Después de retirarlos de la herramienta de perforación, estos tubos (contenedores) llenos de núcleo se cortan en segmentos, generalmente de un metro de largo, por conveniencia. Las cubiertas se colocan en piezas de tuberías de fibra de vidrio con un núcleo en los extremos para un mejor aislamiento y prevención de derrames. Para estudios detallados, estos segmentos, a su vez, se cortan junto con el núcleo por la mitad a lo largo del eje, como se muestra en la fotografía. El rendimiento del núcleo se determina como un porcentaje del metraje perforado.
El núcleo, con mayor frecuencia, se toma coaxialmente con el eje del pozo. Sin embargo, existen métodos de muestreo lateral de núcleos de las paredes de pozos ya perforados, también es posible tomar muestras de núcleos de la pared de un pozo existente.
Por lo general, durante la perforación de exploración, se seleccionan intervalos de 15 a 54 metros. Al mismo tiempo, pueden ir varios intervalos seguidos si se toma el núcleo para obtener una idea general de la estructura, lo que implica un gran intervalo de interés.
Aunque los núcleos de los testigos suelen ser muy estables y conservan bien sus propiedades, siempre se degradarán hasta cierto punto durante el muestreo, la preparación de superficies, el transporte, la preparación inicial y el estudio. En este sentido, los métodos no destructivos de investigación básica son cada vez más comunes. Por ejemplo, el escaneo por rayos X y los métodos de imágenes por resonancia magnética permiten obtener las primeras ideas sobre la mineralogía, la textura, la estructura y los fluidos de los poros sin destruir la roca. Estimación aproximada de porosidad y permeabilidad. Pero el valor de un estudio tan costoso a menudo se pierde si se lleva a cabo en un núcleo impactado, que se transportó en cajas ordinarias a lo largo de un camino de tierra. Ignorar la condición técnica del núcleo es un problema serio en la ciencia geológica moderna.
Recientemente, cada vez más especialistas reconocen la importancia de elegir la tecnología adecuada para el muestreo de núcleos y se presta cada vez más atención a la prevención de daños en las diversas etapas del transporte y el análisis. El método clásico de conservación de núcleos es la congelación en nitrógeno líquido, que es un agente muy económico. En algunos casos, se utilizan polímeros especiales para proteger y amortiguar la columna durante el transporte.
Además, si el núcleo muestreado no tiene una referencia exacta al objeto del que se tomó, entonces pierde la mayor parte de su valor. La definición de la trayectoria del pozo y la posición y orientación del núcleo en el pozo son críticas. Incluso si el núcleo se toma del tronco de un árbol (a los efectos de la dendrocronología), siempre intentan incluir la superficie de la corteza en él, de modo que la fecha del último anillo anual del árbol pueda determinarse sin ambigüedades. .
Si no hay datos sobre el enlace de las muestras de núcleo, normalmente es imposible restaurarlas. El costo de una operación de muestreo de núcleos puede variar desde varios miles de rublos (para un núcleo extraído manualmente de un suelo superficial blando) hasta decenas de millones (para núcleos de la pared lateral de un pozo profundo en alta mar). La unión incorrecta de la muestra devalúa significativamente el núcleo en cualquier caso.
Cada industria tiene sus propios estándares básicos de vinculación. Por ejemplo, en la industria del petróleo, la orientación de la columna generalmente se registra marcando dos bandas longitudinales de colores. La franja roja se aplica a la derecha cuando el núcleo se lleva a la superficie. Los núcleos de los pozos de exploración de minerales pueden tener sus propios símbolos. La ingeniería civil y la ciencia del suelo tienen sus propios sistemas de marcado de núcleos.
El almacenamiento del núcleo es un proceso tecnológico muy complejo que requiere el cumplimiento de condiciones especiales para garantizar la seguridad de sus propiedades y composición. Dependiendo de las características del material presentado en el núcleo, el almacenamiento puede realizarse en:
- En condiciones ambientales (almacenamiento temporal hasta la entrega al almacenamiento central)
- temperatura negativa constante (núcleo de pozos criológicos y de ingeniería geológica);
- control positivo constante de temperatura y humedad;
- En un recipiente especial que conserva la humedad natural (saturación) del núcleo.
En geología del petróleo y el gas, cada vez es más común almacenar y transportar núcleos temporalmente en tuberías, que se obtienen aserrando el receptor del núcleo junto con el núcleo en fragmentos de longitud estándar (5 m, 1 m, 3 pies). Al mismo tiempo, se hacen marcas especiales en cada sección, para que luego en el laboratorio sea posible reproducir correctamente la secuencia de apilamiento de fragmentos. A veces, el núcleo central se entrega desde el campo al laboratorio en su totalidad. En este caso, su longitud es igual a la remoción de testigos en un intervalo de muestreo específico.
Hay casos de ensamblaje incorrecto del núcleo en el laboratorio. Los fragmentos se pueden invertir o mezclar su secuencia. Esto complica significativamente la interpretación de los datos básicos. Para restaurar la ubicación correcta del núcleo y determinar la profundidad de muestreo exacta, puede realizar mediciones de las mismas propiedades físicas en el núcleo (a lo largo de toda la longitud del núcleo) y en el pozo (a lo largo de toda la longitud del intervalo de muestreo). En este caso, es necesario elegir aquellas propiedades que se conservan mejor en la roca cuando se eleva a la superficie y, al mismo tiempo, cambian mucho en profundidad, formando una "huella" única para cada intervalo. Normalmente, estas propiedades son la actividad gamma y la densidad.
Pero, incluso si se restauró la secuencia, es necesario guardar todo el historial de operaciones con el núcleo, porque no hay garantía de que la recuperación haya sido correcta. El registro de discrepancias, por cualquier motivo, ahorra la capacidad de corregir una recuperación incorrecta en una etapa posterior. La destrucción de datos "incorrectos" sobre la secuencia de fragmentos hace que sea imposible corregir el error en el futuro. Por lo tanto, cualquier sistema para almacenar datos básicos debería poder almacenar varias opciones para vincular fragmentos básicos a una sección, incluida la original.
Al vincular el núcleo a la profundidad, al núcleo se le asigna inicialmente la profundidad medida desde las tuberías de perforación (referidas a la prueba del pozo). Después de comparar los datos del núcleo con los registros del pozo, al núcleo generalmente se le asigna una profundidad correspondiente a un área similar en la curva de registro de rayos gamma del pozo (registro por registro del pozo). La lectura de profundidades en el pozo, por regla general, se realiza a partir de la tabla del rotor de la plataforma de perforación. Para los núcleos extraídos del lecho marino, la profundidad suele especificarse en unidades de cmbsf (centímetros por debajo del lecho marino).
Si el núcleo muestreado del pozo refleja con precisión su sección, entonces es una práctica común crear colecciones de referencia para poder guardar y restaurar la secuencia de capas en el proceso de estudio. Para hacer esto, se hace un corte longitudinal desde la columna central a lo largo de toda la longitud. El espesor de la parte cortada es 1/2 - 1/3 del diámetro del núcleo (dependiendo de su fragilidad). La parte cortada se coloca en cajas separadas y se fija con un compuesto para excluir la posibilidad de desplazamiento y mezcla de los fragmentos.
La creación de una colección de referencia se lleva a cabo en las primeras etapas del procesamiento de núcleos de laboratorio. Esto es necesario para que pueda ser guardado y utilizado para restaurar la secuencia de la parte principal del núcleo en caso de que los fragmentos de este último se perdieran, destruyeran o mezclaran durante el estudio.
En varios países y regiones, las empresas usuarias del subsuelo deben transferir las colecciones de referencia para su almacenamiento a las instalaciones estatales de almacenamiento básico. Por lo tanto, varias empresas hacen dos colecciones de referencia de cada columna central (para ellas y para el estado).
Las colecciones de referencia son las más adecuadas para realizar estudios sedimentológicos. En la parte principal del núcleo, que queda después del corte, se realizan muestreos y la mayoría de los estudios. La superficie lisa que queda después del corte es la preferida para las mediciones de permeabilidad del perfil y la fotografía. A menudo, fotografiar la superficie cortada con luz blanca y ultravioleta le permite ver la profundidad de penetración del filtrado del lodo de perforación en el núcleo y establecer su saturación natural.
La extracción de muestras científica comenzó como un método para explorar el fondo del océano . Pronto se dominó el método para el estudio de lagos , glaciares , suelo y madera . Los testigos extraídos de árboles muy viejos proporcionan información sobre sus anillos de crecimiento sin necesidad de talar el árbol.
El núcleo se puede utilizar para juzgar el cambio climático , la situación geodinámica , los tipos de fauna y flora que existieron en una era geológica determinada, así como la estructura sedimentaria de la corteza terrestre . Los fenómenos dinámicos en la superficie de la Tierra en la mayoría de las áreas son cíclicos, especialmente con respecto a la temperatura y la precipitación.
Hay muchas maneras de fechar el núcleo. Una vez fechados, se puede obtener información valiosa sobre el cambio climático y paisajístico . Por ejemplo, las muestras de núcleos tomadas del fondo del océano, de las entrañas de la tierra y de los glaciares cambiaron por completo nuestra comprensión de la historia geológica del Pleistoceno . .