Методика проведения гамма-каротажа

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

Метод естественной радиоактивности горных пород, или гамма-метод, основан на изучении содержания в породах, вскрытых скважиной, естественно-радиоактивных элементов: например, урана, тория, продуктов распада урана и тория (главным образом радия), радиоактивного изотопа калия, актиноурана, рубидия, самария. Количество этих элементов в горных породах невелико (10~²—10~¹³ г на 1 г породы), но для разных пород резко различно. Наибольшее распространение имеют уран, торий (10~⁶ г на 1 г породы) и радиоактивный изотоп калия (10^{-2 г} на 1 г), а также радий (10^-2на 1 г). Содержание в породах актиноурана, самария и рубидия столь мало, что при рассмотрении вопросов радиометрии скважин их отдельно не учитывают.

Интенсивность радиоактивного излучения пород в скважине измеряют при помощи индикатора -излучения, расположенного в глубинном приборе (рис. 1).

Рис. 24. Схема установок радиоактивного каротажа

а — ГК; б — ГГК; в — НГК; г — НК (НК-Н или НК-Т); д — АГК; 1 — стальной экран; 2 — свинцовый экран; 3 — парафин (илн другой материал с высоким водородосодержанием); L₃ — длина зонда; О — точка записи результатов измерений; I — индикатор -излучения; II — источник -излучения; III — индикатор плотности нейтронов,IY — источник нейтронов

Полученная в результате замера кривая, характеризующая интенсивность излучения пластов вдоль ствола скважины, называется гамма-карожной кривой (рис. 112). Гамма-излучение, измеряемое при гамма-каротаже, 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.

Благодаря статистическим флуктуациям кривая радиоактивного каротажа имеет отклонения, не связанные с изменением физических свойств пластов (погрешности измерений). В общем случае интенсивность излучения пластов, вскрываемых скважиной, приблизительно пропорциональна -активности породы.

Однако при одинаковой -активности породы с большей плотностью отмечаются меньшими показаниями ГК из-за более интенсивного поглощения -лучей. Показания гамма-каротажа являются функцией не только радиоак-тивности 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 сказывается главным образом в поглощении -лучей горных пород. Это приводит к тому, что при выходе глубинного скважинного снаряда из жидкости наблюдается увеличение -излучения. При переходе его из необсаженной части скважины в обсаженную отмечается снижение интенсивности естественных -излучений, что вызывает смещение кривых. Такое же явление наблюдается при переходе глубинного прибора из одноко-лонной части скважины в двухколонную.

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 d_c 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 приводятся к стандартным условиям .

Гамма-каротаж находит широкое применение для изучения литологии пород, выделения глинистых пластов, качественной и количественной оценки их глинистости, при корреляции разрезов скважин, в том числе и обсаженных колонной.

Гамма-каротаж проводится во всех случаях, когда кривая ПС является слабодифференцированной (если скважина заполнена соленым раствором, если минерализации пластовой воды и фильтрата глинистого раствора близки между собой — Р_ф Р_в), а также, когда запись кривой ПС невозможна (в пустых скважинах, заполненных непроводящей промывочной жидкостью и при наличии блуждающих токов). Он используется также при работе с радиоактивными изотопами, для выявления радиоактивных (калиевых или урановых) и нерадиоактивных руд, включая угольные пласты.

Суммарное содержание радиоактивных элементов в породе зависит от физико-химических условий ее образования. Как правило, наибольшей радиоактивностью характеризуются магматические породы, причем радиоактивность их повышается от основных к кислым.

Радиоактивность метаморфических пород изучена недостаточно полно, имеются указания на то, что содержание в них урана и тория занимает промежуточное положение между магматическими и осадочными. Минимальной радиоактивностью среди осадочных пород характеризуются хемогенные породы(ангидриты,каменная соль, каменные угли, битумы), чистые кварцевые пески и песчаники и чистые известняки. Максимальную радиоактивность имеют глубоководные глины, глинистые сланцы, аргиллиты, вулканические пеплы, бентонит, глауконитовые, монацитовые и другие ураноносные пески и песчаники, а также калийные соли (рис. 3).

Рис. 25. Радиоактивность главнейших типов осадочных пород (по В. Расселу)

Заглинизированные пески, песчаники, известняки и доломиты характеризуются средней радиоактивностью, увеличивающейся с повышением содержания в них глинистого материала. Практически радиоактивность осадочных пород в большинстве случаев определяется их глинистостью (рис. 24), что позволяет использовать данные гамма-метода для расчленения разреза скважин по степени заглинизированности горных пород и, в благоприятных условиях, для количественной оценки глинистости пород.

Радиоактивность природных вод колеблется от 0,8 • 10~16 до 4-10~5з радий-эквивалента на 1 л. Максимальное содержание радия, например, наблюдается в пластовых водах хлоркальциевого типа, минимальное — в поверхностных водах.

Рис. 26. Зависимость относительной интенсивности естественного гамма-излучения от содержания глинистого материала С_гл осадочных горных пород.

1 — для песчано-глинистых отложений палеозоя Волго-Уральской нефтегазоносной области и центральных районов Европейской части РФ; 2 — для мезозойских, палеогеновых и неогеновых отложений южных районов РФ

Радиоактивность однотипных пород и вод может изменяться в широких пределах. Так, наряду со слабоактивными глинами встречаются разности, радиоактивность которых близка к радиоактивности гранитов. Среди гранитов встречаются как высокоактивные, так и слабоактивные разности

Вопросы для проверки

1. На чем основам гамма-метод?

2. Как измеряют интенсивность радиоактивного излучения пород в скважине?

3. В каких случаях проводят гамма-каротаж?

Тема 3.10. Гамма-гамма-каротаж (ГГК).

План

1. Сущность метода

2. Применение метода ГГК

1. Сущность метода

В методе рассеянного гамма-излучения в скважине измеряют интенсивность рассеянного породами гамма-излучения, поступающего в породы от источника гамма-квантов, установленного в приборе на некотором (40—60 см) расстоянии от индикатора. В качестве источников гамма-излучения используют радиоактивные изотопы некоторых элементов (Со60, Gs134, Sbm, Eu135), характеризующиеся достаточно большим периодом полураспада и соответствующей энергией гамма-излучения. В нефтяной геологии для этой цели обычно применяют радиоактивный изотоп кобальта Со60, эмиссирующий гамма-кванты энергий 1,17 и 1,38 Мэв.

При прохождении через породы ослабляется гамма-излучение источника в результате многократного рассеяния на электронах атомов элементов породы, причем для гамма-квантов энергий порядка 1 Мэв это ослабление определяется в основном плотностью породы бп. Вследствие этого величина регистрируемой в методе ГГМ интенсивности рассеянного гамма-излучения также зависит главным образом от плотности пород, уменьшаясь ее увеличением (рис. 28).

Рис. 27. Зависимость относительной интенсивности рассеянного гамма-излучения плотности горных пород.

1,3 — теоретические кривые (по Е. М. Филиппову и И. Г. Дядькину);

2 — экспериментальная кривая

Так как объемная плотность осадочных горных пород бп при постоянстве их минералогической плотности бт и плотности насыщающей породы жидкости бж находится в прямой зависимости от коэффициента пористости , данные метода рассеянного гамма-излучения могут быть использованы для оценки пористости мономинеральных пород. При этом, однако, необходимо учитывать, что ввиду чрезвычайно малого Радиуса исследований метода ГГМ его показания зависят даже от небольших Изменений условий измерений, особенно от изменения толщины песчаных сальников и глинистой корочки. Методика учета этого влияния до настоящего времени полностью не разработана. Уменьшение влияния скважинных условий на показания метода ГГМ достигается применением глубинных приборов с устройствами, обеспечивающими непрерывный контакт со стенками скважины и экранировку индикаторов от гамма-излучения, поступающего из раствора.

2. Применение метода ГГК

В России метод рассеянного гамма-излучения наиболее широко применяют при исследовании угольных скважин Угольные пласты, характеризующиеся по отношению к вмещающим породам пониженной плотностью и, часто, наличием размыва скважины (каверны), отмечаются на кривых ГГМ резко выраженным повышением интенсивности (рис. 29).

Рис. 28. Пример выделения угольных пластов по данным метода рассеянного гамма-излучения (Челябинский угольный бассейн). 1 — песчаник плотный; 2 — песчаник рыхлый; 3 — аргиллит; 4 — аргиллит с углем; 5 — уголь; 6 — аномалии , соответствующие угольным пластам; I — кривая КС; II — кривая

Если источник гамма-излучения, установленный в приборе, эмиссирует мягкое гамма-излучение «1 Мэв), то регистрируемая интенсивность зависит не только от плотности горных пород, но и от их вещественного состава. Особенно сильное влияние (уменьшение ) в этом случае оказывает присутствие в породах даже небольших количеств тяжелых элементов. Подбирая в качестве источников радиоактивные изотопы разных элементов, можно добиться, чтобы на кривых ГГМ для пород, содержащих тяжелые элементы, наблюдались резко выраженные понижения . Подобная модификация метода рассеянного гамма-излучения, известная под названием селективного гамма-гамма-каротажа, применяется в рудной промышленности для выделения в разрезах скважин промышленных скоплений тяжелых элементов.

Область применения метода: расчленение разреза скважин по плотности горных пород; оценка коэффициента пористости пород; выделение угольных пластов, рудных тел и промышленных скоплений тяжелых элементов или их соединении.

Рис. 29. Аномалии на диаграмме плотностного гамма-гамма-каротажа над пластами пониженной и повышенной (известняк) плотности.

Вопросы

1. Сущность метода ГГК?

2. Цель проведения метода ГГК?

Тема 3.11. Нейтронный гамма-каротаж (НГК).

План:

1. Свойства нейтронов

2. Нейтронный гамма-каротаж (НГК)

3. Влияние скважины на результаты стационарных нейтронных методов

4. Применение нейтронных методов

5. Импульсный нейтронный каротаж

6. Применение импульсных нейтронных методов