Радиоактивные методы каротажа

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Радиоактивные методы каротажа

Радиоактивный каротаж проводится в двух модификациях ГК-гамма каротаж и НГК-нейтронный гамма каротаж. При ГК измеряют относительную естественную радиоактивность пород, пересеченных скважиной, а при НГК интенсивность вторичного гамма излучения вызванного действием нейтронов на породу.

1.1 Радиоактивность пород

Радиоактивностью называется самопроизвольный или искусственный вызванный распад атомных ядер химических элементов, сопровождающийся радиоактивным излучением. Радиоактивные элементы испускают Ь-,г-, и в лучи. Ь-лучи представляют собой поток положительно заряженных Ь частиц-ядер атома Не⁴. в лучи представляют собой поток отрицательно или положительно заряженных в частиц электронов или позитронов (радий Е изотоп висмута обладает в радиоактивностью. Ь- и в излучение сопровождается испусканием г-лучей, представляющих собой электромагнитное излучение с весьма малой длиной волны. В результате альфа или бета распада возникает новое ядро с дополнительной энергией возбуждения, переход ядра из состояния возбуждения в основное состояние сопровождается освобождением энергии в форме нескольких фотонов (г-кванта), т.е. г лучи испускаются после того как произошел радиоактивный распад. Радиоактивный распад приводит к образованию нового элемента с иными физическими и химическими свойствами. Атомы радона распадаются испуская а-частицы > радий А > испуская а-частицы он превращается в > радий В, который излучая в частицы > радий С и т.д. пока не образуется новый устойчивый элемент, т.е. образуется цепь последовательного превращения одного радиоактивного элемента в другой. Конечным продуктом распада радия является свинец. Скорость распада элементов показала, что за один и тот же промежуток времени распадается одна и та же часть радиоактивного вещества. Скорость радиоактивного распада характеризуется периодом полураспада Т= 0,693/л, где л-постоянная радиоактивного распада для радия Т= 1590 лет эта величина остается неизменной для каждого радиоактивного элемента.

Для оценки радиоактивных веществ принята единица кюри соответствующая количеству радиоактивного вещества, в котором за единицу времени распадается столько атомов, сколько распадается в 1г радия, т.е. 3,7*10¹⁰ атомов секунду м Cu. За единицу эквивалентного содержания радия принимается грамм радия - эквивалента на 1г породы гRa -экв/г или мм гRa -экв/г. Грамм радия эквивалента раве суммарной концентрации радиоактивных веществ, при которой в среднем за секунду в грамме вещества происходит распад 3,7*10¹⁰ атомов, распадающихся в секунду в 1г радия микрорентген/час. Единицей радиоактивности называют количество радона, находящемуся в радиоактивном равновесии с 1 г радия и называется кюри 1Ки- равно 6,51*10^-6 г радона и испускает 3,7*10¹⁰ а-частиц в секунду. Ко всем радиоактивным элементам применяют значения миликюри и микрокюри. Энергия излучения создаваемого радиоактивными веществами выражается в электрон вольтах - эв. Для выявления радиоактивного излучения и определения его интенсивности используют свойство радиоактивного излучения вызывать электрическую ионизацию газа. Испускаемые Ь-,г-, и в лучи, проходя вблизи атома, взаимодействуют с электронами электронной оболочки. В результате взаимодействия электрон вырывается из электронной оболочки и молекула, атом которой потерял электрон, приобретает положительный заряд, а электрон, движущийся самостоятельно отрицательный, соединяясь с какой либо молекулой, последняя становится отрицательным ионом. Такой процесс - образование ионов под действием радиоактивного излучения называется ионизацией газов. Если в камеру, содержащую ионизированный газ поместить два электрода и подать напряжение, то в цепи появится ток, сила которого будет зависеть от величины напряжения и степени ионизации газа. Степень ионизации пропорциональна интенсивности излучения. На этом основании создана установка, названная ионизационной камерой, служащая для определения интенсивности радиоактивного излучения. Интенсивность излучения определяется при помощи счетчик (счетчик Гейгера-Мюллера) действие которого основанного на явлении ионизации газов (камера с тонкой металлической нитью 0,1мм заполнена смесью инертного газа и паров высокомолекулярного соединения под низким давлением 100-200 мм ртутного столба). Между нитью и стенкой камеры создается напряжение 1000в. Нить соединяется с положительным полюсом, при этом заряженная частица попадает в счетчик создает пару ионов, движущихся с огромной скоростью, при этом движении к нити отрицательный ион (электрон) создает новые ионы, устремляющиеся к нити, возникает лавина электронов и в счетчике возникает разряд, создающий импульс тока в цепи, питающей счетчик. Этот ток длится всего 10^-4с. Ь-,г-, и в излучения легко поддаются исследованию при помощи разрядного счетчика благодаря их высокой ионизирующей способности, только при этом необходимо учитывать поглощающую способность стенок счетчика (тяжелый металл медь или свинец толщиной 1-2 мм). Как правило регистрируют г-кванты, а Ь- и в лучи поглощаются стенкой.

Искусственная радиоактивность возникает при воздействии нейтронов n⁰ на атомы веществ. Нейтроны, как известно не обладают зарядом, не производят ионизации среды, при взаимодействии с электрическими зарядами электронов и ядер при движении нейтронов не происходит, что объясняет высокую проникающую способность нейтронов. Но они взаимодействуют сталкиваясь с атомными ядрами, причем если ядро, легкое то оно, получив кинетическую энергию от нейтрона при столкновении начинает двигаться, а нейтрон замедлит движение и отклонится от траектории. Источником нейтронов служит смесь радиоактивных элементов - соли радия или полония с порошком бериллия, помещенная в стеклянную ампулу. ў-частица Не⁴ действуя на ядро Ве превращает его в ядро углерода С¹² при этом испускает нейтрон -n_0. Нейтрон имеет массу близкую к массе протона и его массовое число равно 1 с зарядом равным нулю.

Ве₄⁹ + Не₂⁴ = С₆¹² +n₀^/

Обнаружить нейтроны и определить их плотность можно по взаимодействию с окружающей средой 1) по г-излучению, возникающему при захвате нейтронов ядрами атомов, 2) по наблюдению интенсивности излучения радиоактивных веществ, 3) по излучению Ь-частиц некоторыми элементами (бора лития) при захвате тепловых нейтронов ( при движении нейтрон сталкивается до 150 раз с ядрами, при этом он теряет часть энергии и превращается в тепловой нейтрон пока не захватится протоном).

1.2 Гамма-каротаж

нейтронный каротаж скважина радиоактивный

Определение изменения интенсивности естественного гамма излучения пород вдоль ствола скважины называется гамма каротажем. Все вещества, встречаемые в природе в т.ч. и горные породы, содержат некоторое количество радиоактивных элементов с чрезвычайно маленькой концентрацией. Относительное измерение интенсивности г-излучения пород в скважине проводится в скважине при помощи индикатора г-излучения в глубинном приборе, которое регистрируется в виде кривой на диаграмме. а и в-излучения в виду их малой проникающей способности оказываются поглощенными прежде чем они достигнут индикатора глубинного прибора (рис.1).

Радиоактивные элементы в породах могут возникать благодаря разрушению магматических пород, в ряде пород присутствуют окисные соединения урана, тория (уранинит, торбернит, кариотит), и за счет выпадения из растворов соединений урана, калиевых солей. Каждая порода обладает определенной радиоактивностью. Естественная радиоактивность оценивается единицей кюри, эквивалентным содержание радия или мощностью дозы гамма излучения.

Рис. 1 Блок схема аппаратуры радиоактивного каротажа для одновременной записи кривых ГК и НГК І - Глубинный прибор НГГК, 1- счетчик ГК, 2-счетчик НГК, 3-экран, 4-источник

За единицу радиоактивности на практике принимают величину в 10¹² раз меньшей грамм эквивалента, обозначаемой г-экв*10-¹² радия на 1г породы. По радиоактивности породы разделяются на следующие группы:

- Породы с очень высокой радиоактивностью (бентонит, вулканический пепел),

- Породы с высокой радиоактивностью (глубоководные тонкодисперсные глины, калийные соли),

- Породы средней радиоактивности (мелководные, континентальные, глины мергели, известняковые и песчанистые глины),

- Породы с низкой радиоактивностью (пески, песчаники, известняки, доломиты,

- Породы с очень низкой радиоактивностью (гипсы, каменная соль, ископаемые угли, гидрохимические осадки-ангидриты).

Наименование породы	Радиоактивность, мм гRa -экв/г.
Кислые магматические породы	10-25 и более
Ультраосновные	1,7-7,0
Глубоководные глины	15-60
Континентальные глины, песчанистые глины	2-30
Пески, песчаники	1-15
Ангидрит	0,5
Соль каменная	0,5-10
Доломиты	0,5-10
Известняки	0,5-12
глинистые песчаники	2-20
Калийные соли	10-45
Глины, глинистые сланцы	4-30

Увеличение глинистости и дисперсности породы приводит к увеличению радиоактивности. На гамма-кривых глины отмечаются максимумами, а остальные породы минимумами. На радиоактивность влияет наличие радиоактивных вод. Наличие вод хлор-кальциевого состава способствует выщелачиванию радия и его изотопов из породы. Кривая ГК - кривая г-интенсивности по своей форме напоминает кривую ПС. Гамма каротаж можно проводить в обсаженных колоннами скважинах, что является его преимуществом. На его показания не влияют минерализация пластовых вод и раствора, наличие блуждающих или теллурических токов. Применение кривой ПС и ГК дает хорошие результаты. Мощность дозы гамма излучения определяется в рентгенах, в мили- или микрорентгенах в час. Единица микрорентген в час называется гаммой- г.

Величина оптимальной (максимальной в пластах с высокой и минимальной в спластах с низкой радиоактивностью) интенсивности естественного г-излучения регистрируемого прибором данной конструкции находится в сложной зависимости от содержания радиоактивных веществ в породе q_{г п} и в растворе q _гр, от коэффициента поглощения гамма излучения в породе и растворе м_п и м_р, диаметра скважины (зависит наиболее, так при диаметре 30-50 см интенсивность измеряемого излучения снижается примерно на 30% от его значения при диаметре менее 30 см.), мощности пласта, постоянной времени интегрирующей ячейки прибора, скорости регистрации диаграмм, а при наличии обсаженных колонн от коэффициента поглощения в колонне и цемента. Интенсивность радиоактивного излучения зависит от степени радиоактивности подземных вод, насыщающих пласты, большими значениями радиоактивности характеризуются глубинные высокоминерализованные воды, что объясняется хлоркальциевым типом вод, способствующим выщелачиванию радия и его изотопов из породы. В сульфатных водах количество радиоактивных веществ уменьшается вследствие сокристаллизации с р/элементов с сернокислыми солями бария и стронция. Поэтому при интерпретации кривых ГК важно знать литологические особенности разреза и радиоактивность пород и вод, насыщающих эти породы для внесения поправок.

1.3 Нефтегеологическая интерпретация диаграмм интенсивности естественного гама-излучения

Нефтегеологическая основана на прямой связи измеренной интенсивности Iг гамма излучения от естественной радиоактивности пород.

1. Исключительно высокой радиоактивностью свыше 100 мкр/ч выделяются породы, содержащие промышленные скопления минералов урана и тория.

2. В разрезах скважин, не содержащих пород с высокой радиоактивнстью (осадочных породах) повышенной радиоактивностью отмечаются:

а) глины среди песков, песчаников, карбонатных пород и гидрохимических осадков,

б) глинистые известняки доломиты и мергели среди чистых разностей известняков и доломитов, глинистые пески и песчаники среди чистых отсортированных песков, песчано-глинистые породы среди ангидритов и гипсов.

в) глубоководные битуминозные глины среди среди перечисленных выше пород

г) калийные соли.

Так как многие породы имеют близкие значения радиоактивности, иногда трудно расчленить разрез только по гамма каротажной кривой. Для этих целей используются другие методы, наиболее часто нейтронный и электрический каротажи. Часто кривые ГК повторяют кривую ПС, поэтому наиболее часто комплексируют метод ГК, НГК и ПС-потенциал самопроизвольной поляризации дополняющие друг друга.

1.4 Нейтронные виды каротажа Нейтронные свойства пород

Нейтронные виды каротажа основаны на нейтронных свойствах горных пород-способности пород в той или иной степени рассевать и поглощать нейтроны. Источники нейтронов используемые при исследовании излучают нейтроны высокой энергии 10 Мэв со скоростью порядка 15 тыс.км/с, которые проходя через буровой раствор, колонну попадают в породы. В результате повторяющихся столкновений нейтронов с ядрами элементов составляющих породу, нейтроны быстро теряют энергию (0,025 электрон вольт), замедляются до скоростей 2200 м/сек и, равным скоростям и энергиям теплового движения молекул и становятся медленными тепловыми. Замедление нейтронов происходит вследствие передачи ядру части кинетической энергии присущей нейтрону. Взаимодействие медленных нейтронов с элементами породы сводится к процессу захвата и процессу их рассеивания, т.е. определяется поглощающими и замедляющими свойствами (по отношению к нейтронному потоку) пород. Эти процессы рассеивания и захвата характеризуются эффективным сечением рассеивания у_р и эффективным сечением захвата у_з и величиной поглощения. Количественно способность пород к замедлению нейтронов оценивается величиной длина замедления

L= = л_р

Где L - длина замедления, л_р- средняя длина свободного пробега нейтрона от одной соударения до другого, - число соударений необходимых для замедления нейтрона, Ь_р коэффициент учитывающий неизотропность углового распределения нейтронов при рассеянии.

В горных породах замедление нейтронов происходит вследствие их соударений с ядрами водорода. Водород и хлор являются наиболее интенсивными замедлителями нейтронов, поэтому малые длины замедления характерны для пород с высоким водородосодержанием-высокопористые нефте- и водонасыщенные коллекторы содержащие минералы с кристаллизационной водой (гипс, глауконит, галлуазит, каолинит, монтмориллонит). Движение медленного нейтрона продолжается до тех пор, пока он не захватится ядром породы при очередном столкновении. Столкновение с ядрами других элементов вызывает рассеивание нейтронов. Одновременно с замедлением и рассеиванием нейтроны поглощаются средой. Для энергии нейтронов, излучаемых источниками, используемыми при нейтронных методах, этот процесс сопровождается ядерной реакцией:

1) Захват нейтрона с выбросом Ь (альфа)- частицы

₅Ве¹⁰+₀n¹= ₃Li⁷+₂He⁴

2) Захват нейтрона с излучением протона или

3) 3) захват нейтрона с гамма-излучением.

Вероятность захвата тепловых нейтронов обратно пропорциональна их скорости, а вероятность рассеивания от скорости не зависит. Средняя скорость тепловых нейтронов принимается равной 2400 м/с.

Поглощающие свойства горных пород выражают величиной поглощающей нейтронной активности Аn_.п

Аn_.п.= У N_i у_{з т}.

где N_i-число ядер i-того элемента, составляющего породу в см^3, у_{з т}- сечение захвата этого элемента. Или величиной среднего времени жизни нейтрона ф

ф = =

где х-скорость нейтрона.

Нейтронные константы минералов и горных пород приведены в справочниках. Из таблиц видно, что различные породы значительно отличаются по нейтронным свойствам, что позволяет использовать нейтронные методы для расчленения разрезов нефтяных и газовых месторождений.



1.5 Нейтронный гамма каротаж и нейтрон-нейтронный каротаж

Нейтронный гамма каротаж (НГК) основан на измерении вторичного г-излучения, возникающего в горных породах в результате взаимодействия нейтронов, испускаемых источником с ядрами элементов пород. Для производства НГК в скважину спускают такой же снаряд, как и при ГК. Источником нейтронов служит смесь полония и бериллия. Расстояние от источника до середины индикатора (счетчика) называется длиной радиоактивного зонда (40-45 см большой зонд) и измеряется в сантиметрах. г-лучи испускаемые полонием проникают в ядра бериллия и выбивают из них нейтроны. Нейтроны со скоростью 10-15 тыс. км/с и энергией 10 Мэв проникают через стальную обсадную колонну и цементное кольцо в породу, в результате столкновения нейтронов с ядрами элементов, составляющих породу они теряют свою энергию становятся медленными (тепловыми) с энергией 0,025 электрон вольт и скоростью 2400 м/с вследствие передачи ядру части кинетической энергии присущей нейтрону. Процесс передачи нейтронов породе состоит из двух процессов- процесса рассеивании я и захвата. Эти процессы характеризуются эффективным сечением рассеивания у_р и эффективным сечением захвата у_з¹. Вероятность захвата тепловых нейтронов обратно пропорциональна их скорости, а вероятность рассеивания от скорости не зависит. В породе замедление нейтронов происходит благодаря столкновению с ядрами водорода, что вызывает их рассеивание. Движение нейтрона происходит до тех пор, пока он не будет захвачен с ядром породы.

В среде содержащий водород и хлор медленные нейтроны им весьма малые пробеги не диффундируют далеко от точки, где они стали тепловыми. Это приводит к тому что при движении прибора, регистрируемого вторичное г-излучение вдоль скважины показания индикатора изменяются в зависимости от содержания Н₂ и Cl в окружающих породах. Получаемая при этом кривая характеризует изменение общей интенсивности вторичного г-излучения с глубиной и называется кривой нейтронного-гамма каротажа и складывается из интенсивности г-лучей вторичного г-излучения I₁ возникающего в результате взаимодействия нейтронов на породу, I₂- интенсивности рассеянного г-излучения возникающего в результате облучения стенок скважины г-лучами, I₃- интенсивность г-излучения обусловленная естественной радиоактивностью пород. На величину вторичного г-излучения влияют коэффициента поглощения нейтронного потока слоем вещества, от содержания водорода и хлора в породе, от химического состава породы.

По нейтронным свойствам все породы можно разделить на две группы: содержащие водород и не содержащие водород. К первой группе относятся глины водонасыщенные, имеющие большую пористость и содержащие значительное количество минералов с химически связанной водой (водные алюмосиликаты, гипс), некоторые пористые и проницаемые песчаники и карбонатные породы, насыщенные жидкостью. При больших размерах зонда эти породы отмечаются минимумами на диаграммах НГК.

Ко второй группе относятся малопористые крепкие породы (плотные известняки, доломиты) сцементированные песчаники и алевролиты, гидрохимические осадки при больших зондах эти породы отмечаются максимумами на НГК. Другие породы- пески, песчаники, пористые карбонатные отмечаются промежуточными значениями и зависят от глинистости и насыщенности флюидами. По мере уменьшения длины зонда кривая НГК становится менее дифференцированной и при определенном сочетании пород превращается в прямую линию. Зонд, при котором наблюдается это явление, называется нулевым зондом. При дальнейшем уменьшении длины зонды кривая снова становится дифференцированной, но при этом происходит обращенный эффект- первая группа пород отмечается на кривых НГК максимумами, а вторая минимумами. Это объясняется тем, что при значительном содержании водорода вторичное г-излучение при работе с длинным зондом поглощается прежде чем оно достигнет индикатора. Разрез скважин в нефтеносных и газоносных районах при НГК исследуют чаще всего стандартными зондами, длина которых (расстояние от источника до индикатора) составляет 0,6-0,8 м. Параметры источника (интенсивность) и измерительной аппаратуры могут меняться, тогда результаты измерений нейтронов нейтронным методом представляются в относительных, условных или в эталонных единицах - у.е. При использовании у.е. в разрезе скважины выбирается опорная порода выдержанного состава достаточно большой мощности при которой при принятом параметре хф (скорость и время жизни нейтрона) регистрация кривых I_n интенсивность счета нейтронов достигает предельного значения для среды неограниченной мощности. Этим условия удовлетворяют плотные ангидриты, изверженные породы, глины образующие каверны. Принимая интенсивность I_{n оп} счета нейтронов за единицу интенсивность счета I_n в другом пласте оценивается величиной отношения I_n = I_n/ I_{n оп}. Для удобства записи интенсивность счета нейтронов записывается целым числом. При применении эталонных единиц измерительный прибор перед спуском в скважину помещается в эталонное устройство, в котором интенсивность счета нейтронов оценивается определенным числом единицу, принимаемым за эталон.

1.6 Другие модификации радиоактивного исследования скважин. Нейтронный кароттаж (НК)

Нейтронный кароттаж заключается в изучении плотности распределения медленных нейтронов, образующихся в скважине вокруг нейтронного источника. Плотность распределения медленных нейтронов зависит от нейтронных свойств среды, а, следовательно, изменяется от типа горных пород, вскрываемых скважиной. Чем больше диффузионная длина, а следовательно и среднее время жизни нейтрона, тем больше ореол распределения вокруг источника.

Наивысший нейтронный ореол наблюдается среди плотных пород, не содержащих водород и хлор (кварцитов, песчаников и др.). С увеличением содержания водорода в породах наблюдается уменьшение плотности нейтронов.

Из осадочных пород наименьшая плотность нейтронов характерна для нефтеносных и водоносных горизонтов, которые отмечаются минимумами на диаграммах нейтронного кароттажа. Гипс, содержащий молекулу воды, отмечается по сравнению с ангидритом значительным минимумом. Исключительно мала плотность нейтронов против каменной соли вследствие аномально большого эффективного сечения захвата у хлора.

Расстояние между источником нейтронов и индикатором также влияет на величину измеряемого эффекта и определяет относительную нейтронную характеристику пород. При удалении индикатора от источника породы, содержащие водород (вода, нефть), выделяются на кароттажных диаграммах минимумами. Это объясняется тем, что в случае обильного содержания водорода скопление нейтронов происходит вблизи самого источника. С увеличением размеров зонда дифференциация разреза по кривой улучшается. При некоторых расстояниях от источника до индикатора, соответствующих размеру нулевого нейтронного зонда, дифференциации за не наблюдается.

Плотность медленных нейтронов измеряют по ионизационному эффекту, вызываемому делением изотопа бора при захвате медленных нейтронов. Для этого в скважину на кароттажном кабеле опускают глубинный прибор, содержащий нейтронный источник и камеру, наполненную ВF₃, Камеру с ВF₃ устанавливают на некотором расстоянии от источника. Для уменьшения воздействия источника на индикатор между ними устанавливают экран, состоящий из кадмия и свинца, сильно поглощающих медленные нейтроны.

Гамма-гамма-кароттаж (ГГК)

Гамма-гамма-кароттаж заключается в изучении эффекта рассеяния г-лучей при облучении пород. Метод основан на наличии тесной связи между интенсивностью рассеянного г-излучения и плотностью горных пород. Известно, что при прохождении г-квантов с энергией от 0,15 до 5 Мэв через вещество, состоящее легких атомов (основной состав горных пород), происходит рассеяние и потеря энергии в результате Комптон-эффекта (упругого соударения г -кванта и электрона). Интенсивность рассеянного г -излучения определяется при этом числом электронов в единице объема вещества, которое однозначно связано с плотностью горной породы. Установлено, что между плотностью горных пород и интенсивностью г-излучения существует обратная зависимость. На кривой ГГК минимальные значения соответствуют плотным породам -- ангидритам, доломитам и известнякам; максимумами выделяются наименее плотные породы--гипсы, глины, каменная соль, высокопористые разности известняков, песчаников и доломитов. Средними или пониженными значениями отмечаются глинистые известняки и песчаники.

Для производства гамма-гамма-кароттажа используют обычную стандартную аппаратуру радиоактивного кароттажа, но вместо источника ней.

Тронов устанавливают источник жесткого гамма-излучения (например Со⁶⁰).

При записи кривой ГГК глубинный прибор перемещают вдоль скважины и регистрируют индикатором рассеянное г -излучение. Интенсивность рассеяния г-излучений зависит от плотности горных пород, конструкции скважины (диаметра, числа колонн), глинистого раствора, энергии источ. г лучей, расстояния между источником и индикатором. Влиянием естественного г -излучения в данном случае из-за его малости пренебрегают. Для уменьшения влияния глинистого раствора счетчик и источник экранируют со стороны глинистого раствора свинцовым экраном. Экран имеет смещенный центр тяжести и всегда устанавливается открытой щелью в сторону образующей, скользящей по наклонной скважине. При этом влияние раствора уменьшается, и кривые ГГК оказываются более дифференцированными.

Размер зондов при гамма-гамма-кароттаже принимается равным 20--30 см.

Для учета влияния диаметра скважины на интенсивность рассеяния г-лучей необходимо располагать данными о величине диаметра скважины, определяемого каверномером.

Диаграммы ГГК регистрируются в масштабе объемной плотности породы д_п по линейной шкале. Максимальная плотность породы всегда располагается слева, и равна плотности скелета д_п =д_ск (Кп=0) а минимальная плотность породы-слева. По результатам ГГК-п определяют не только плотность пород, но и пористость при наличии мономинерального скелета и насыщения пор водой определяется по формуле

Кп= *100%

При сложном составе скелета породы плотность скелета рассчитывают по формуле для полиминеральных частиц *

Где k_i - - объемное содержание и электронная плотность i-того минерала (берется из справочника). Электронная плотность и объемная плотность породы связаны зависимостью

Де =

Где Z-атомный номер, М-относительная атомная масса, для осадочных пород электронная плотность близка объемной и к 1, поэтому регистрируемая величина вторичного гамма излучения I_гг характеризует объемную плотность породы.

Наиболее хорошие результаты ГГК-п дает при литологическом расчленении карбонатно-гидрохимического разреза, компоненты которого соли, известняки, ангидриты имеют существенно отличные значения плотности.

Плотность некоторых горных пород

минерал	Объемная плотность кг/м3*103	Электронная плотность кг/м3*103
кальцит	2,71	2,709
доломит	2,85	2,844
ангидрит	2,95	2,9488
гипс	2,32	2,37
Галит соль	2,18	2,09
каолинит	2,65	2,63
Монториллонит без межпакетной воды	3,36	3,26
гидромусковит	2,78	2,78

Метод изотопов

Метод изотопов основан на изучении г-излучений радиоактивных изотопов, вводимых в растворы, заполняющие скважину. Этот метод используется для выделения в разрезе проницаемых пластов, водонефтяного контакта и изучения технического состояния скважин (высоты подъема цемента-определения мест затрубной циркуляции, поглощения вод и др.).

Метод наведенной активности

В основе метода наведенной активности лежит принцип активационного анализа, широко применяемого в технике.

При методе наведенной радиоактивности разрез скважины облучают нейтронами. В результате такого облучения в породах возникают радиоизотопы с разными периодами полураспада и интенсивностью г -излучений. Зная период полураспада изучаемых химических элементов и интенсивность г-излучений, возможно путем последовательных замеров установить их содержание в породе. Этим создаются предпосылки для определения методом наведенной активности вещественного и литологического состава горных пород.

Показания кривых ГК и НГК зависят не только от свойств горных пород, слагающих, разрез (литолого-петрографический состав, пористость, проницаемость, водогазонефтенасыщенность, минерализация пластовых вод и др.), но и от внешних факторов, зависящих от условий замера, конструкции скважины диаметра, числа колонн, их диаметров, толщины цементного кольца, условий заполнения скважины глинистым раствором и его параметрами, длины зонда, мощности источника нейтронов, числа счетчиков, их устройства и других факторов.

Учет всех этих факторов предусмотрена возможность регулирования режима работы аппаратуры, обеспечивающей соответствие между показаниями приборов и измеряемым эффектом г-излучения. Горизонтальный масштаб записи выбирают таким, чтобы кривые получались дифференцированными, не выходили за пределы ширины каротажной ленты а амплитуда отклонения при переходе от нерадиоактивных пластов к радиоактивным на кривой ГК и при переходе от малопористых пород к пористым (водородсодержащим) на кривой НГК была достаточно большой, в среднем не менее 6 см. Для получения наиболее полных геологических сведений кривую записывают зондом оптимальной длины. Зондом оптимальной длины называется зонд, при котором наблюдается наилучшая дифференциация разреза. Оптимальный размер зонда выбирают исходя из практики работ и геологического разреза и, как правило, его длина 40-60 см для НГК и ГК, при этом радиус исследования составляет 40-50 см.

Эффект измерений при РК обусловлен породами, расположенными в непосредственной близости от индикатора. Естественное г-излучение пород, удаленных от индикатора, поглощается раньше чем оно достигнет индикатора. На показания и искажения кривых ГК и НГК оказывает влияние скорость перемещения индикатора и постоянная времени прибора. Для надежной регистрации пласта на кривой РК необходимо чтобы время нахождения прибора против пласта соответствовало двухкратной величине постоянной времени ф интегрирующей ячейки прибора. Это время равно частному от деления мощности пласта h на скорость перемещения прибора х и допустимая скорость соответствует

х = 1800 h/ф

Допустимые скорости перемещения прибора зависят от мощности пласта - так при мощности пласта 4,0 м и постоянной времени ф= 6 сек скорость составляет 1200м/час., а при мощности пласта 1,0 м-300 м/час. При НГК точка записи не является постоянной геометрической точкой, ее положение изменяется. Условно результаты измерений принято относить к точке, лежащей на середине между счетчиком и источником, либо на расстоянии от источника равном четверти длины зонда.

Нефте-геологическая интерпретация кривых радиоактивных методов:

1. Песчано-глинистый разрез может быть расчленен на глинистые и песчаные пласты по одной кривой ГК. Глины будут отмечаться отклонением кривой вправо (увеличение интенсивности радиоактивного излучения), а пески и песчаники влево- уменьшение интенсивности радиоактивного излучения.

2. Глинистые пласты содержат больше водорода, чем песчаные, и на кривой НГК отмечаются смещением кривой влево по сравнению с положением этой же кривой против песчаных пород.

3. Повышенными интенсивностями радиационного гамма излучения I nг отмечаются плотные известняки, доломиты, песчаники ангидриты, многие магматические породы в обсаженных колоннах и сухих скважинах-газовые пласты.

4. Повышенной интенсивностью I nг радиационного гамма излучения и пониженными значениями интенсивности по тепловым нейтронам I nг_т отмечаются породы, содержащие высокоминерализованные воды по хлору, хлориды и руды, содержащие марганец, кадмий, ртуть и др.

5. Пониженными интенсивностями излучения I nг, по тепловым и надтепловым нейтронам отмечаются высокопористые водонасыщенные породы, глины, глинистые сланцы, гипсы, породы обогащенные глинистым материалом, образующие крупные каверны и содержащие бор и литий.

6. По кривой ГК карбонатный разрез можно расчленить на глинистые и неглинистые породы. Глинистые карбонатные породы на кривой ГК отмечаются повышенными значениями естественной радиоактивности, а неглинистые минимумами на кривой ГК (смещением влево кривой). Карбонатные породы с повышенной радиоактивностью выделяются по кривой ГК как реперы.

7. По кривой НГК карбонатный разрез можно расчленить на пористые водородсодержащие породы по минимальным значениям НГК и плотные сцементированные породы, отмечаемые максимумом на кривой НГК. Для качественной оценки литологии осадочных пород можно руководствоваться следующими сведениями.

Сведения для оценки литологии пород по ГК и НГК

породы	Значения ГК	Значения НГК
гипс	низкие	Очень низкие
ангидрит	низкие	высокие
Каменная соль	низкие	Очень высокие
сильвин	Очень высокие	Очень высокие
Известняк и доломит плотный	низкие	высокие
Известняк и доломит глинистый	средние	низкие
Известняк и доломит битуминоз.	средние	Средние (низкие)
Известняк и доломит пористый Поры заполнены нефтью Поры заполнены водой-рассолом Поры заполнены газом	Низкие _»_ Низкие низкие	Средние (низкие) -«- Высокие высокие
Песчаник и алевролит плотный Песчаник алевролит глинистый	Низкие средние	Низкие низкие
Песчаник пористый с водой	низкие	Высокие (средние)
Песчаник пористый с нефтью	низкие	низкие
Песчаник пористый с газом	низкие	Высокие
мергель	Средние	Средние (низкие)
глина	Очень высокие	Средние низкие
Битуминозн. глины	Очень высокие	средние

2. Нефтеносный и водоносные с малой минерализацией пласты на кривых ГК и НГК отмечаются практически одинаково, как коллектор, пористый, неглинистый, водородсодержащий, поэтому разделить их очень сложно. Для этого привлекают данные КС и ПС. Если же пласт насыщен высокоминерализованной водой с содержанием хлора более 10% по весу воды, тогда показания НГК против водоносной части пласта по сравнению с нефтеносной будут на 15-20% повышенными. Эту особенность используют для установления положения водонефтяного контакта и прослеживания его перемещения в процессе разработки в однородных нефтеносных пластах с хорошими коллекторскими свойствами. При необсаженной колонне эту границу установить трудно в виду соизмеримости глубины проникновения пресного раствора в пласт и радиуса исследования при НГК = 0,4-0,5м. Определение положения ВНК возможно методом наведенной радиоактивности.

3. Газоносные пласты по сравнению с водоносными и нефтяными содержат меньше водорода вследствие относительно малой плотности газа. Поэтому показания НГК против газоносных пластов оказываются завышенными по сравнению с показаниями против водоносных и нефтеносных пластов. В однородных проницаемых пластах установить контакт ГВК или ГНК можно по более высоким показаниям против газоносной части пласта. Разделить газоносную и нефтеносную часть пласта по кривой НГК можно тогда, когда по геологическим или геофизическим данным известны основные литологические и коллекторские свойства пласта, при их отсутствии затруднительно отличить газоносный пласт от малопористого.

4. По данным радиоактивного каротажа можно определить пористость пород. Определение пористости основано на том, что интенсивность вторичного г-излучения (число г квантов проходящих через единицу поверхности индикатора в каждый данный момент времени) на данном расстоянии от источника зависит от содержания водорода в горных породах. При этом допускается, что в породах отсутствует кристаллизационная вода, и поры заполнены нефтью или водой не содержащей хлора. Если в одной из скважин отобрать и исследовать керн, а затем провести РК, то можно установить зависимость между пористостью пород и амплитудой отклонения кривой НГК для данного района. Полученная зависимость затем применяется для других скважин района для определения пористости. Наличие пласта гипса или ангидрита создает наиболее благоприятные условия оценки пористости по кривой НГК. Как известно в гипсах содержится 21% воды от полного веса породы. Пересчитав это значение на объем с учетом удельных весов гипса и воды (2,35 и 1,0) получим содержание воды в гипсе равное 50%. Таким образом, гипс эквивалентен породам имеющим пористость близкую к 50%. Разница отклонения кривой НГК против гипсов и ангидритов соответствует насыщению пор породы жидкостью, объем которой равен 50%.от общего объема породы. Эти сведения используют для построения градуировочной шкалы пригодной для определения пористости коллекторов насыщенных водой или нефтью. Более точные сведения о пористости пород по НГК получаются при привязке измерений к опорному горизонту. По соотношению Iп /Iоп строят номограмму зависимости 1- , 100% от коэффициента пористости Кп %. Если опорным пластом служит пласт глин, то по оси ординат откладывают 1- , где I оп.пл (d)- интенсивность вторичного г-излучения, против опорного плотного пласта при заданном диаметре скважины, I оп.гл- интенсивность вторичного г-излучения, против опорного глинистого пласта.

По кривым НГК можно ориентировочно определить и проницаемость пласта. Изменение кривых радиоактивности от скважины к скважине свидетельствует об изменении естественной радиоактивности пластов по площади. Выявить поглощающие проницаемые пласты можно путем закачки активированной жидкости содержащей радиоактивные короткоживущие изотопы - (цинк, цирконий, радон). В м³ раствора должно содержатся 0,5-1,0 миликюри радиоактивных веществ. Проведение ГК до закачки и после определяют пласты, поглощающие эту жидкость.

Размещено на Allbest.ru

...