Геофизические методы исследования скважин

Спектрометрия естественного гамма-излучения. Гамма каротаж. Счетчик Гейгера Мюллера. Статистические флуктуации. Постоянная времени интегрирующей ячейки. Количественная оценка радиоактивности горных пород. Выделение полезных ископаемых. Оценка глинистости.

Рубрика Геология, гидрология и геодезия
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 17.04.2013
Размер файла 19,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Естественная радиоактивность горных пород

Среди других радиометрических методов исследования скважин наиболее распространенным является метод естественной радиоактивности горных пород или, как его чаще называют, гамма метод. В его основе лежит изучение закономерностей изменения естественной радиоактивности горных пород, обусловленной присутствием главным образом урана и тория с продуктами распада, а также радиоактивного изотопа калия К40. остальные радиоактивные элементы (Rb87, Zr96, La138, Sm147 и т.д.) имеют столь большие периоды полураспада, что при существующей распространенности в земной коре заметного вклада в суммарную радиоактивность внести не могут.

Радиоактивностью основных минералов, входящих в состав осадочных горных пород, колеблется в весьма широких пределах от сотых долей до нескольких тысяч пг-экв Ra/г. Все эти минералы по радиоактивности могут быть разбиты на четыре группы.

Соотношение вклада радиоактивных элементов в общую гамма-активность пород различно. Основной вклад в гамма-активность известняков и особенно доломитов дают Ra (соответственно 64% и 75%), вклад Ra, Th, K в радиоактивность песчаников примерно одинаков (Ra 23-26%, Th 40%, K 35%). В связи с этим спектр естественного гамма-излучения терригенных и карбонатных пород различен.

В первую группу, характеризующуюся низкой радиоактивностью, входят основные составляющие осадочных горных пород минералы:

- кварц

- доломит

- ангидрит

- гипс

- кальцит

- сидерит

- каменная соль.

Вторая группа минералов со средней радиоактивностью представлена отдельными минеральными разностями типа:

- лимонит

- магнетит

-турмалин

- корунд

- барит

- олигоклаз

- роговая обманка и др.

К третьей группе минералов относятся:

- глины

- слюды

- полевые шпаты

- калийные соли, характеризующиеся повышенной радиоактивностью, и некоторые другие минералы.

В четвертую группу входят акцессорные минералы, радиоактивность которых более чем в 1000 раз превышает радиоактивность минералов первой группы.

В гамма методе исследования скважин о величине естественной радиоактивности горных пород судят по интенсивности I их естественного излучения, регистрируемой радиометром, движущимся по стволу скважины.

Гамма излучение включает также и так называемое фоновое излучение (фон). Фоновое излучение вызвано загрязнением радиоактивными веществами материалов, из которых изготовлен глубинный прибор, и космическим излучением. Влияние космического излучения резко снижается с глубиной и на глубине нескольких десятков метров на результатах измерений уже не сказывается.

2. Гамма каротаж

Измерение интенсивности I естественного излучения пород вдоль ствола скважины называется гамма каротажем (ГК).

Условно считают, что эффективный радиус действия установки гамма каротажа (радиус сферы, из которой исходит 90% излучений, воспринимаемых индикатором) соответствует приблизительно 30 см; излучение от более удаленных участков породы поглощается окружающей средой, не достигнув индикатора. Увеличение dс из-за размыва стенки скважины и образования каверн (обычно в глинистых породах) сопровождается уменьшением показаний гамма каротажа. Цементное кольцо в большинстве случаев также влияет на величину регистрируемого излучения, уменьшая ее. Для определения активности пласта при количественной интерпретации данные гамма каротажа приводят к стандартным условиям.

Интенсивность радиоактивного излучения пород в скважине измеряют при помощи индикатора излучения, расположенного в глубинном приборе. Регистрация осуществляется в процессе взаимодействия гамма излучения с атомами и молекулами вещества, наполняющего индикатор. В качестве индикатора используют счетчики Гейгера Мюллера или более эффективные, лучше расчленяющие разрез сцинтилляционные счетчики.

2.1 Счетчик Гейгера Мюллера

В этом счетчике один из электродов (анод) под напряжением 800 1000 В помещен в камеру, заполненную ионизирующим газом под низким давлением (0,01 атм). Часть гамма квантов, проходя через камеру, не взаимодействует на своем пути с молекулами газа, что снижает эффективность счетчика. Другие гамма кванты вызывают ионизацию нескольких молекул газа.

Каждый зарегистрированный счетчиком гамма квант вызывает в цепи питания счетчика импульс тока.

2.2 Сцинтилляционный счетчик

Индикатором гамма излучения является прозрачный кристалл, молекулы которого обладают свойством сцинтилляции испускания фотонов света при воздействии гамма квантов. Фотоны отмечаются фото-умножителем и вызывают поток электронов к аноду (ток).

Большим преимуществом сцинтиллятора является высокая эффективность счета (регистрируется до 50 60% гамма квантов, проходящих через кристалл) по сравнению с другими типами счетчиков, эффективность которых 15%. Это позволяет уменьшить длину счетчиков с 90 до 10 см, улучшить вертикальное расчленение и обеспечить малую статическую флуктуацию.

2.3 Статистические флуктуации

Радиоактивный распад непостоянен во времени, поэтому для получения стабильных значений радиоактивности берется значение показаний за достаточно продолжительный промежуток времени. Так как этот период не может быть весьма большим, то измеренная радиоактивность не является постоянной даже в том случае, если глубинный прибор находится в скважине без движения. Изменения радиоактивности в этом случае называются ее статистическими флуктуациями.

Статистическая флуктуация на диаграмме не должна превышать несколько сантиметров, в противном случае из-за искажения диаграммы не могут быть корректируемыми. Регулировка амплитуды флуктуации осуществляется подбором постоянной времени интегрирующей ячейки.

2.4 Постоянная времени интегрирующей ячейки

Регулируемые элементы интегрирующей ячейки позволяют изменить ее постоянную времени от 1 до 6 сек. Выбор того или иного значения постоянной времени, с которой будут проводиться исследования в скважине, исходит из двух противоречивых положений: большая длительность постоянной времени уменьшает статистические флуктуации, но вызывает отставание в записи регистрируемой величины и требует снижения скорости замера для уменьшения искажения кривой.

3. Кривые гамма - каротажа

спектрометрия излучение радиоактивность ископаемый

Полученная в результате замера кривая, характеризующая интенсивность излучения пластов вдоль ствола скважины, называется гамма каротажной кривой.

Конфигурация получаемой кривой изменения величины I зависит от целого ряда факторов, связанных с особенностями исследуемого разреза, конструкции скважины и методики производства измерений (радиоактивность горных пород, пройденных скважиной, радиоактивности бурового раствора, диаметра скважины и наличия обсадной колонны).

Точное аналитическое рассмотрение влияния на величину I всей совокупности этих факторов представляет собой весьма сложную задачу, до настоящего времени полностью не решенную. Однако влияние каждого из этих факторов в отдельности изучено достаточно подробно.

Благодаря статистическим флуктуациям кривая радиоактивного каротажа имеет отклонения, не связанные с изменением физических свойств пластов (погрешности измерений). Погрешность, связанная с флуктуацией, тем больше, чем меньше импульсов, испускаемых в единицу времени (скорость счета). В общем случае интенсивность излучения пластов, вскрываемых скважиной, приблизительно пропорциональна активности пород. Однако при одинаковой активности породы с большей плотностью отмечается меньшими показаниями ГК из-за более интенсивного поглощения лучей. Показания гамма каротажа являются функцией не только радиоактивности и плотности пород, но и условий измерений в скважине (диаметр скважины, плотность промывочной жидкости и др.).

Влияние скважины на показания ГК проявляется в повышении интенсивности излучения за счет естественной радиоактивности колонн, промывочной жидкости и цемента и в ослаблении излучения горных пород вследствие поглощения лучей колонной, промывочной жидкостью и цементом. В связи с преобладающим значением второго процесса влияние скважины сказываются главным образом в поглощении лучей горных пород. Это приводит к тому, что при выходе глубинного скважинного снаряда из жидкости наблюдается увеличение излучения. Пи переходе его из не обсаженной части скважины в обсаженную отмечается снижение интенсивности естественных излучений, что вызывает смещение кривых и уменьшение дифференцированности диаграммы. Такое же явление наблюдается при переходе глубинного прибора из одноколонной части скважины в двухколонную.

4. Количественная оценка радиоактивности горных пород

Конечной целью геофизической интерпретации данных гамма метода является количественная оценка содержания в горных породах радиоактивных элементов.

В принципе оценка по кривым гамма метода содержания в исследуемых породах радиоактивных элементов qп может быть решена на базе использования одного из двух следующих соотношений:

q = S/KH ; q = I/K

где S площадь аномалии на кривой I против исследуемого пласта;

I - интенсивность излучения, регистрируемая против исследуемого пласта при условии его бесконечно большой мощности;

H - мощность пласта;

К - так называемая постоянная прибора, численно равная интенсивности излучения, которая фиксируется используемым радиометром против пласта бесконечной мощности с единичным содержанием радиоактивных элементов.

Таким образом, в обоих случаях задача сводится к определению постоянной К радиометра, которым получена кривая I, т.е. практически к проблеме эталонирования радиометрической аппаратуры.

Решение этой задачи весьма сложно, так как величина К зависит от целого ряда трудно учитываемых и, что самое главное, непостоянных факторов. Обычно она находится экспериментально.

5. Область применения метода

В комплексе с данными других методов промысловой геофизики результаты гамма метода исследования скважин используются для литологического расчленения разрезов скважин, для их корреляции и для выделения в них полезных ископаемых. В осадочных отложениях они являются наиболее надежным геофизическим критерием степени глинистости горных пород.

5.1 Выделение полезных ископаемых

Среди полезных ископаемых, однозначно выделяемых по данным гамма метода, в первую очередь следует назвать радиоактивные руды (уран, радий и торий), а также калийные соли.

В скважинах, бурящихся с целью поисков и разведки месторождений радиоактивных руд, гамма метод является основным геофизическим методом исследования, на основании данных которого осуществляется не только выделение в разрезе рудных пластов и пропластков, но и количественная оценка содержания в этих рудах радиоактивных элементов. Эти данные широко используются при подсчете месторождений радиоактивных руд.

Во многих случаях по кривым гамма метода в разрезе скважин уверенно выделяются скопления фосфоритов, марганца, свинца и других редких цветных металлов. На указанных кривых все эти полезные ископаемые отмечаются аномально повышенными интенсивностями I.

5.2 Расчленение

В основе литологического расчленения по данным гамма метода разрезов скважин лежат закономерности изменения радиоактивности горных пород. В скважинах нефтяных, газовых, угольных и других месторождений, приуроченных к осадочным отложениям, кривые гамма метода отражают в первую очередь степень глинистости горных пород и наличие в разрезе низкоактивных пород гидрохимического происхождения. Как правило, повышенными интенсивностями I на кривых отмечаются наиболее глинистые разности осадочных горных пород.

Минимальными интенсивностями I характеризуются хемогенные осадки (галиты, гипсы, ангидриты) и чистые неглинистые разности песков, песчаников, известняков и доломитов. В хемогенно-карбонатной толще пород это позволяет выделить среди известняков и доломитов ангидриты и каменные соли, не отличающиеся от пород толщи по величине электрического сопротивления и по нейтронным свойствам, а также высокоактивные калийные соли и глинистые разности.

В песчано-глинистой части разреза скважин среди непроницаемых глинистых отложений, характеризующихся повышенной радиоактивностью, пониженными интенсивностями I на кривых гамма метода уверенно выделяются пласты чистых неглинистых песков и песчаников возможных коллекторов нефти. Особенно возрастает роль гамма метода для выделения коллекторов в случае, когда исследуемые скважины заполнены буровым раствором, удельное электрическое сопротивление которого близко к сопротивлению пластовых вод. В этих условиях кривые метода ПС слабо дифференцированы и данные гамма метода становятся основным исходным материалом для выделения проницаемых разностей коллекторов. Кроме того, гамма метод дает возможность расчленять геологические разрезы старых обсаженных скважин, привязывать к глубинам соединительные муфты и пласты, пройденные скважиной, и тем самым повысить точность перфораций.

Гамма метод применяется также для выделения пород пониженной радиоактивности, например каменных углей.

В случае высоких стабильных значений радиоактивности против глин и низких показаний радиоактивности в песках некоторые авторы приводят количественную интерпретацию кривых гамма метода для определения глинистости коллекторов. Для этого проводят линию, соответствующую чистым (неглинистым) отложениям, и линию глин. Величина отклонения кривой принимается линейно связанной с глинистостью. Некоторые исследователи применяют следующую зависимость:

lg = A I ,диагр + В,

где А и В постоянные, определяемые по керну для каждой площади.

5.3 Корреляция

В основе использования данных гамма метода для корреляции разрезов скважин лежит хорошая выдержанность радиоактивности отдельных литологических разностей пород в пределах больших площадей и территорий. По сравнению с другими методами использование данных гамма метода для корреляции характеризуются следующими преимуществами.

Независимость регистрируемой интенсивности I от минерализации пластовых вод и бурового раствора.

Независимость величины I от нефтенасыщенности горных пород.

Это позволяет осуществлять по данным гамма метода корреляцию пластов без учета технологии проводки скважины и изменения по площади минерализации пластовых вод, а также без учета положения рассматриваемых скважин по отношению водонефтеносности. Мало сказывается на величине регистрируемой интенсивности I и изменение таких непостоянных по площади параметров горных пород, как их пористость и структура порового пространства в карбонатных отложениях. Все это вместе взятое приводит к тому, что результаты гамма метода являются наиболее надежным материалом для межплощадной и региональной корреляции.

5.4 Оценка глинистости

Основная ценность гамма метода при исследовании осадочных горных пород заключается в возможности количественных определений по его данным глинистости Сгл горных пород или содержания в карбонатных породах нерастворимого остатка Спо параметров, знание которых необходимо при оценке коллекторских свойств горных пород, а также при количественной интерпретации данных других методов промысловой геофизики.

В основе количественных определений лежит корреляционная связь радиоактивности qп горных пород с содержанием в них глинистого материала Сгл и нерастворимого остатка Спо, характеризующихся повышенной радиоактивностью.

Заключение

Во всех горных породах хотя бы в небольших количествах присутствуют радиоактивные изотопы, содержание которых в разных породах различно, поэтому посредством регистрации радиоактивных излучений в скважине можно судить о характере горных пород.

Гамма-каротаж основан на измерении естественной гамма - активности горных пород. При гамма - каротаже регистрируются гамма - лучи в скважине.

Гамма излучение представляет собой высокочастотное электромагнитное излучение, возникающее в результате ядерных процессов, и рассматривается как поток дискретных частиц (гамма - квантов).

Работы проводят с помощью скважинных радиометров разных марок. Электрические сигналы, пропорциональные интенсивности гамма-излучения, передаются с них по кабелю в обычную каротажную станцию, где и осуществляется их автоматическая регистрация.

В результате гамма - каротажа записывается непрерывная кривая, или диаграмма, интенсивности гамма-излучения. Поскольку распад ядер является случайным процессом, то интенсивность гамма-излучения колеблется около среднего уровня, испытывая статистические флуктуации. Для их учета применяются повторные записи с меньшей скоростью проведения наблюдений. Так как гамма - лучи почти полностью поглощаются слоем породы толщиной 1 - 2 м, а до 30 % ядерной энергии не пропускается обсадными трубами, то скважинный радиометр может фиксировать гамма-излучение пород, расположенных в радиусе, не превышающем 0,5 м от оси скважины. Увеличение диаметра скважины и наличие воды или бурового раствора в ней еще больше снижают радиус обследования.

На диаграммах гамма - каротажа выявляются пласты с разной степенью радиоактивности. Максимумами выделяются породы и руды, содержащие уран, радий, торий, калий-40 и другие радиоактивные элементы, а также граниты, глины; минимумами - песчаные и карбонатные породы.

Список литературы

С.С. Итенберг, Т.Д. Дахкильгов “Геофизические исследования в скважинах”, Москва, «Недра», 1982 г.

Н.А. Перьков “Интерпретация результатов каротажа скважин”, Москва, «Гостоптехиздат», 1963 г.

Р. Дебранд “Теория и интерпретация результатов геофизических методов исследования скважин”, Москва, «Недра», 1972 г.

В.В Ларионов “Радиометрия скважин”, Москва, «Недра», 1969

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Понятие и условия применения гамма-гамма каротажа как метода исследования разрезов буровых скважин, основанного на измерении рассеянного g-излучения, возникающего при облучении горных пород g-квантами средний энергии. Оценка его преимуществ, недостатков.

    презентация [251,0 K], добавлен 09.05.2016

  • Геофизические исследования скважин. Краткая характеристика главных особенностей применения метода естественной радиоактивности. Схематические диаграммы, полученные ядерными методами в разрезе осадочных пород. Спектрометрия естественного гамма-излучения.

    реферат [629,5 K], добавлен 10.12.2013

  • Способы возбуждения полей гамма-квантов с получением конкретных свойств среды: плотности и эффективного номера. Взаимодействие гамма-квантов с веществом. Плотностная модификация Гамма-Гамма каротажа. Селективная модификация Гамма-Гамма каротажа.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 05.02.2008

  • Методы ядерной геофизики, их широкое применение для поисков, разведки и разработки разнообразных полезных ископаемых. Рассеяние излучения с изменением длины волны (эффект Комптона). Плотностной гамма-гамма-каротаж в практике геологоразведочных работ.

    курсовая работа [9,2 M], добавлен 25.03.2015

  • Содержание радиоактивных элементов в различных горных породах. Методы исследования разреза скважин. Исследование гамма-методом. Радиоактивность горных пород. Кумулятивная перфорация. Бескорпусные перфораторы. Определение пористости акустическим методом.

    контрольная работа [3,7 M], добавлен 04.01.2009

  • История открытия и развития гамма-гамма методов. Область применения ГГК-П и решаемые задачи. Границы угольных пластов, определяемые по правилу полумаксимума аномалии. Аппаратура для скважинных измерений. Конструкции измерительных установок ГГК-П.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 14.05.2015

  • Понятие и содержание ядерной геофизики, ее структура и предмет исследования, признаки. Методы радиометрии: гамма-съемка и эманационная съемка. Измерение естественной и искусственной радиации. Концентрация, доза и мощность гамма-излучения горных пород.

    презентация [621,4 K], добавлен 30.10.2013

  • Геофизические методы изучения геологического разреза скважин, основанные на измерении характеристик полей ионизирующих излучений, происходящих в ядрах атомов эдлементов. Аппаратура измерения гамма-излучения: газоразрядные и сцинтилляционные счетчики.

    презентация [4,7 M], добавлен 24.11.2013

  • Физические свойства горных пород и петрофизические характеристики Мыльджинского месторождения. Геологическая интерпретация геофизических данных. Физико-геологические основы и спектрометрическая аппаратура литолого-плотностного гамма-гамма-каротажа.

    дипломная работа [4,0 M], добавлен 22.03.2014

  • Виды нейтронных методов. Процессы рассеяния и поглощения. Нейтронные свойства горных пород. Импульсный нейтронный каротаж. Пространственно-временное распределение тепловых нейтронов. Интерпретационные параметры. Нейтронный активационный гамма-каротаж.

    презентация [1,0 M], добавлен 28.10.2013

  • Обязательность электрического каротажа для любой категории скважин. Методы потенциалов самопроизвольной поляризации горных пород, их основание на изучении естественных электрохимических процессов. Боковой, индукционный, ядерно-магнитный каротаж.

    реферат [1,7 M], добавлен 27.12.2016

  • Цели и задачи геофизических исследований газовых скважин. Классификация основных методов исследования по виду и по назначению: акустический, электрический и радиоактивный каротаж скважин; кавернометрия. Схематическое изображение акустического зонда.

    реферат [2,0 M], добавлен 21.02.2013

  • Физическое свойства горных пород и флюидов. Геофизические измерения в скважинах. Процедуры интерпретации данных. Методы определения литологии, пористости. Электрические методы и определение насыщения пород флюидами. Комплексная интерпретация данных.

    презентация [6,4 M], добавлен 26.02.2015

  • Основные стадии процесса добычи полезного ископаемого. Предел прочности горных пород при растяжении, методы и схемы определения, количественная оценка. Деформация твердого тела. Методы определения хрупкости горных пород. Хрупкое разрушение материала.

    реферат [303,3 K], добавлен 14.02.2014

  • Типовые геофизические комплексы для исследования скважин и выделения угольных пластов. Методы радиоактивного и нейтронного каротажа, электрометрии. Каротаж на основе сейсмоакустических полей. Задачи ГИС при поиске и разведке угольных месторождений.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.12.2016

  • Промышленная классификация месторождений полезных ископаемых. Приёмы оконтуривания тел полезных ископаемых. Управление качеством руды. Методы подсчёта запасов месторождений полезных ископаемых. Оценка точности подсчета запасов, формы учета их движения.

    реферат [25,0 K], добавлен 19.12.2011

  • Краткие физико-географические сведения о Федоровском месторождении, история его освоения, геологическое строение и физические свойства горных пород. Анализ путей совершенствования геофизических методов геоинформационных систем для горизонтальных скважин.

    дипломная работа [2,7 M], добавлен 07.09.2010

  • Изучение механических свойств пород и явлений, происходящих в породах в процессе разработки месторождений полезных ископаемых. Классификация минералов по химическому составу и генезису. Кристаллическая решетка минералов. Структура и текстура горных пород.

    презентация [1,6 M], добавлен 24.10.2014

  • Методы геофизической разведки. Сущность электрической, или электромагнитной разведки полезных ископаемых. Методы сопротивлений, индукционные методы. Скважинная и магнитная электроразведка. Методики полевой магнитной съемки. Аэро- и гидромагнитная съёмка.

    презентация [2,0 M], добавлен 21.02.2015

  • Пути изучения недр. Геофизические методы исследования земной коры. Научно-прикладной раздел геофизики. Бурение ручными способами. Долото для отбора горных пород (керна). Сближение и совместное использование и геологической, и геофизической информации.

    контрольная работа [27,3 K], добавлен 28.11.2008

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.