Mi az a HDGM?

A HDGM megértéséhez először tisztában kell lennünk a Föld mágneses terével. A Föld körül – a vizeken és a kéregben is – mágneses erők kölcsönhatásban vannak és változnak. A mágneses mezők a Föld külső magjában lévő folyékony fém mozgásából származnak. A mozgó olvadt fém elektromosságot generál, amely létrehozza a Föld mágnesességének nagy részét. Ezek a mezők úgy viselkednek, mint egy láthatatlan mágnes erővonalai.

A tudósok számos műszert használnak a Föld mágneses tereinek mérésére. Műholdas, légi, tengeri és földi megfigyelések mutatják meg a Föld láthatatlan mágnesességének helyzetét és erősségét. A NOAA kutatói a műholdas és földi adatok, valamint a légi és tengeri mérések kombinációjából hozzák létre a modellt, amely az EMAG2 (Earth Magnetic Anomaly Grid) adatbázisba van összegyűjtve. Ezekből alkotják meg a HDGM-et, amely a Föld mágneses terére és annak időbeli változásaira ad becslést. Pontosságáról ismert, a HDGM jelenleg a legfejlettebb modell a globális mágneses tér változásainak nyomon követésére.


„A NOAA NCEI – mint a mágneses nyomvonal-adatok központja – egyedülálló helyzetben van ahhoz, hogy folyamatosan javítsa a kéreg mágneses terének felbontását” – mondja Manoj Nair, az NCEI kutatója, a Colorado Boulder Egyetem CIRES intézetének munkatársa, aki a NOAA-nál a HDGM működését vezeti.

 

A mágneses tér változásait az emberek általában nem veszik észre, mert lassan történnek. Azonban a kisebb változások idővel jelentőssé válhatnak, és befolyásolhatják a navigációs információkat (ún. „tájékozódási adatokat”), amelyeket bizonyos szolgáltatásokban és iparágakban használnak.


Mit nyújt a HDGM?

A HDGM betekintést ad a Föld fő mágneses terébe és a felszín alatti mezőkbe, biztosítva a mágneses tér értékeit (teljes tér, inklináció és deklináció) bármely ponton a földkéreg közelében [100 km (~62 mérföld) magasság és ~10 km (~6 mérföld) tengerszint alatti mélység között]. Bár ezek a mezők elsősorban a Föld forró, keringő magjából származnak, más tényezők is hozzájárulnak:

  • elektromos áramok a Föld ionoszférájában,
  • statikus mezők, például a felszínen és a litoszférában található mágnesezett kőzetekből,

űridőjárási események, amelyek a magnetoszférán kívül, a Föld védő mágneses burkán túl alakulnak ki.



A magnetoszféra egy védőburok, amely megóv minket a Nap állandó, töltött részecskékből álló áramától, az ún. napszéltől. A napszél – amely elektronokból és protonokból álló plazmaáram beágyazott mágneses térrel – kölcsönhatásba lép a Földdel és a Naprendszer más égitestjeivel. Így amikor az űrbeli feltételek megváltoznak, a magnetoszféra is változhat. A napkitörések és koronakidobódások (CME) például ilyen változásokat idézhetnek elő.

A HDGM felhasználási területei

 

A HDGM pontossága ideálissá teszi speciális alkalmazásokhoz és olyan környezetekben való navigációhoz, ahol kevés vagy semmilyen adat nem áll rendelkezésre. Számos kereskedelmi és közintézmény támaszkodik a geomágneses feltételekről szóló információkra a működéséhez.

 

A HDGM különösen fontos a felszín alatti erőforrás-feltárásban, szárazföldön és tengeren egyaránt, ahol a GPS nem működik. A HDGM kritikus és rendkívül megbízható mágneses referenciamodell az olaj- és gáziparban. 2011 óta az iparág a HDGM-et használja az irányított fúrás és egyéb feltárások biztonságának és hatékonyságának növelésére. A modell segíti az üzemeltetőket a kutak pontosabb pozicionálásában, megelőzve az ütközést más fúrólyukakkal, és lehetővé téve a valós idejű irányítást, ami időt és költséget takarít meg. További érdekes felhasználások: geotermikus kutatás, földrengésvizsgálatok és a szén-dioxid hosszú távú tárolása.

 

„Ha a mágneses tér évente néhány fokkal elmozdul, és ön egy 10 km hosszú vízszintes fúrólyukat készít energiatermelés céljából, akkor akár több száz méterre is eltérhet a tervezett céltól” – mondja Brian Meyer, az NCEI geofizikusa, aki a HDGM-mel foglalkozik.

 

A fúrás irányának pontosabb meghatározásához a cégek több szenzort használnak a fúrófej közelében a pozíció meghatározására. A legfontosabb eszköz a magnetométer, amely pontos irányt mutat. A mágneses tér erőssége arányos a forráshoz való közelséggel. Ha a fúrás mágneses ásványokat tartalmazó kőzetek közelében történik, a helyi mezők befolyásolhatják az iránytűt.

„Képzelje el, hogy egy erős mágnest közelít az iránytűjéhez” – mondja Meyer. „Minél közelebb kerül, annál erősebben húzza, és ezek a fúrások gyakorlatilag a mágnes belsejében zajlanak.”

 

Ahhoz, hogy a fúrás helyzetére ható mágneses kőzetek, más mágneses forrásokkal együtt figyelembe vehetők legyenek, a kezelőknek mágneses modellekre van szükségük. Minél kisebb a pozicionálási hibahatár, annál közelebb fúrhatók egymáshoz a kutak, így az anyag kitermelése hatékonyabb és biztonságosabb lehet. Mivel a forrásfeltárást számos tényező bonyolíthatja, sok vállalat a NOAA szakértelmére és adat-hozzáférésére támaszkodik, hogy jobb döntéseket hozhasson


Valós idejű modell

 

A HDGM egy kiegészítése, amely figyelembe veszi az űridőjárás okozta időbeli változásokat, a HDGM-RTnéven ismert, ahol az „RT” a real time (valós idejű) rövidítése. Ez a modell közel valós időben becsüli meg a napszél által hajtott mágneses zavarokat, amelyek a magnetoszférában lévő elektromos áramokból származnak. Emellett nyomon követi a felső légkörben keletkező elektromos áramokból eredő napi mágneses tér-ingadozásokat is.

 

Ezek a valós idejű adatok egyre növekvő igényt elégítenek ki a még pontosabb geomágneses referenciák iránt. Bár az űridőjárás okozta mágneses térváltozások rövid ideig tartanak, a nagy geomágneses viharok jelentős zavarokat idéznek elő a földi mágneses térben. A HDGM-RT valós idejű korrekciót ad ezekhez a mágneses zavarokhoz, ezáltal csökkenti a mágneses referenciahibákat.




Hivatkozások:

·       Manoj Nair, Woods, A., Chulliat, A., Alken, P., és Boneh, N. – Valós idejű mágneses zavar modell a fúrási pontosság javítására az alacsony és közepes földrajzi szélességeken. Industry Steering Committee on Wellbore Survey Accuracy (ISCWSA), 42. ülés, 2015. október 1., Houston, Texas. (HDGM-RT)

·       Nair, M., A. Chulliat, A. Woods, P. Alken, B. Meyer, B. Poedjono, N. Zachman, és J. Hernandez – Következő generációs, nagyfelbontású geomágneses modell fúrólyuk-pozicionáláshoz, új kéregmágneses adatok felhasználásával. Előadás az Offshore Technology Conference-en, online és Houston, Texas, 2021 augusztusában. Paper Number: OTC-31044-MS doi: https://doi.org/10.4043/31044-MS