Комплексування геофізичних досліджень у свердловинах

Найважливішими завданнями, які поставлені перед геофізичними дослідженнями свердловин, є:

1) розчленування розрізів і уточнення літологічного характеру пройдених пластів;

2) виділення колекторів, оцінка їх нафтогазонасичення та кількісне визначення параметрів, які характеризують колектор (пористість, проникність);

3) виділення у розрізі вугільних пластів руд, водоносних горизонтів, солей і оцінка їх кількісної характеристики.

Для успішного вирішення цих завдань використовується певний комплекс геофізичних досліджень, у залежності від геологічного розрізу та конкретного завдання. Найбільш сприятливим для літологічного розчленування є осадовий комплекс порід, коли достатньо мінімального набору методів для достовірної геологічної характеристики розрізу, що включає метод уявного опору (УО), методи природної електричної поляризації (ПС) та гама-активності (ГМ), нейтронний гама-метод (НГМ) та кавернометрія (діаметр свердловини).

Так, для різних літологічних різновидів осадового комплексу можна привести наступні ознаки:

Глини. Характер кривої r_у монотонний, r_уо змінюється від 1 до 10 Ом×м; крива ПС монотонна, максимальні значення додатних потенціалів; збільшені або навіть максимальні значення інтенсивності гама-випромінювання (Іg), якщо у розрізі немає явних радіоактивних елементів (Іg=(0,1434-0,2868) nА/кг); значення вторинного гама-поля (НГМ) найменші (Іng=1,0-1,2) умовних одиниць.

Пісковики. Крива УО може змінюватися у широких межах у залежності від пористості (k_п) і характеру флюїду, який заповнює ці пори, r_уо=(1-1000) Ом×м; величина аномалії ПС залежить від коефіцієнта пористості (k_п), глинистості (k_гл) і бурового розчину. Зі збільшенням k_п аномалія кривої збільшується (від’ємна), а зі збільшенням (k_гл) від’ємна аномалія на кривій ПС зменшується. Діаметр свердловини, у більшості випадків, рівний діаметру бурового долота, але може бути і меншим за рахунок утворення глинистої кірки на стінках свердловини. Як правило, спостерігаються невисокі значення Іg, які збільшуються зі збільшенням глинистості пісковику. Середні значення Іng, головним чином, визначаються характером флюїду, яким насичений пісковик (середнє у випадку насичення прісною водою, нафтою, і високим у випадку насичення високомінералізованою водою, як і для щільних гірських порід).

Вапняки. Крива УО слабо диференційована, r_уо змінюється у широких межах у залежності від тих же факторів, що і для пісковиків. Такий же характер і кривої ПС і залежить від пористості. Інтенсивність гама-випромінювання (ГМ) відносно невисока - Іg=(0,01434-0,02868) nА/кг. Інтенсивність Іng (НГМ) має великі значення -Іng=(3-5) умовних одиниць.

Гідрохімічні осадки. Уявний опір великий; аномалії ПС, як правило, незначні, але вони можуть мати різний характер у залежності від часу заміру після викриття пласта. Гама-інтенсивність дуже низька - Іg=(0,01434-0,02151) nА/кг проти солей NaCl, так і проти КCl, але останні значно більші за рахунок вмісту як Cl, та і ⁴⁰К.

Основними методами геофізичних досліджень нафтових і газових свердловин є електричні методи, які включають методи опору, природних потенціалів, індуктивний та радіоактивні методи. Комплекс ГДС визначається багатьма факторами, зокрема, літологією, пористістю та її видами, глиністю колекторів, співвідношенням мінералізації бурового розчину і пластових вод. В пісково-глинистих розрізах з малопористими пластами і у всіх випадках у карбонатних відкладах комплекс ГДС доповнюється акустичним методом. Висока ефективність у всіх випадках газометрії. На рис. 7.20 і 7.21 наведений приклад ефективності окремих геофізичних методів виділення у розрізі нафтоносних і газоносних колекторів.

Геофізичні методи дослідження свердловин займають провідне місце в комплексі робіт виявлення і промислової оцінки рудних копалин і мінеральної сировини.

Рисунок 7.20 - Приклад кривих електричних і радіоактивних методів

УО – крива опору записана зондом М2.5А0,5В; ПС - крива самочинної поляризації; НГМ-50 – крива нейтронного гама-методу з довжиною зонда 50 см; 1 – глина. 2 – вапняк, 3 – алевроліт, 4 – пісковик водоносний,

5 – пісковик, 6 – пісковик газоносний, ВНК – водо-нафтовий контакт,

ГНК – газонафтовий контакт

Залізні руди. Існує багато типів залізних руд різного мінералогічного складу з різними умовами утворення та іншими особливостями. За переважним рудним мінералом виділяються промислові типи залізних руд: магнетитові, гематитові, гідрогетитові, сидеритові (карбонатні), залізисто-хлоритові (силікатні).

Магнетитові руди, в яких основними рудотвірними мінералами є магнетит і титаномагнетит, характеризуються високою магнітною сприйнятливістю. Тому для вивчення магнетитових руд найбільш ефективний магнітний метод. Магнетитові руди чітко виділяються на кривій магнітної сприйнятливості підвищеними показами. У випадку слабомагнітних залізних руд (гематитових, гідрогетитових, сидеритових та інших) основними є радіоактивні методи досліджень: гама-гама-метод щільнісний, селективний гама-гама-метод та нейтронні методи (ННМ, НГМ).

Застосування ГГМ для виділення залізних руд базується на їх великій (3÷5)·10³ кг/м³ щільності і високому ефективному номері, останнє пов’язано із порівняно високим атомним номером заліза (Z=26). У відповідності з цим залізні руди відмічаються на діаграмах ГГМ-Щ та ГГМ-С зниженими показами. Найкращі результати отримують при малій пористості залізних руд. При високій пористості залізні руди відмічаються гірше.

Рисунок 7.21 - Приклад виділення газоносних колекторів за даними НГМ у комплексі з електрометрією свердловин

1 – газоносний пісковик, 2 – нафтоносний пісковик, 3 - водоносний пісковик,

4 – глини, 5 – піщані глини.

Результати сумісної інтерпретації даних ГГМ-Щ, ГГМ-С; та магнітних методів дозволяють визначити загальний вміст заліза та встановити долю магнітного заліза.

Кольорові метали. Кольорові метали (мідь, свинець, цинк і т.д.) зустрічаються переважно у вигляді сірчистих сполук. Промислові скупчення багатьох кольорових металів представлені сульфідними мінералами. Руди кольорових металів переважно є комплексними. Характерна властивість багатьох руд кольорових металів - їх низький електричний опір, пов’язаний з електронною провідністю. Суцільні добре провідні руди кольорових металів успішно виділяються за допомогою комплексу різних видів електричних методів – реєстрації кривих уявного опору звичайними зондами, вимірювання потенціалу або градієнта ПС, вимірювання методами ковзних контактів (МКК) і електродних потенціалів (МЕП). За отриманими даними можна з високою точністю відбити границі рудних тіл, виділити окремі прошарки та прожилки руд і встановити характер та будову покладу.

Деякі руди кольорових металів не володіють високою електропровідністю. В цих випадках, а також при необхідності відрізнити провідні руди кольорових металів від нерудних добре провідних порід застосовують ГГМ-Щ та ГГМ-С.

Руди кольорових металів здебільшого володіють більш високою (3÷5) 10³кг/м³ щільністю, ніж вміщуючі породи (щільність зазвичай менша 3·10³кг/м³) і відмічаються мінімумами показів на кривій ГГМ-Щ. Особливо чітко виділяються сфалеритові руди, які мають велику щільність (щільність сфалериту (3,5÷4,2) 10³кг/м³).

Застосування ГГМ-С базується на великих атомних номерах металів (особливо свинцю, Z=82) і відповідно, на високому ефективному номері руд цих металів. Тому руди відмічаються зниженими показами на кривій ГГМ-С.

ГГМ-С дозволяє виділити руди навіть із порівняно невеликим вмістом металу і добре відмічає вкраплені та окислені руди.

Для кількісної оцінки міді в руді, а також для виділення бідних мідних руд (з вмістом міді від долей процента і вище) застосовують метод наведеної активності міді у двох модифікаціях.

1) За радіоактивним короткоживучим ізотопом ⁶⁶Сu (період напіврозпаду 5,15 хв.), який утворюється із стабільного ізотопу ⁶⁵Си, що міститься в природній суміші ізотопів міді в кількості 31 %.

2) По радіоактивному довгоживучому ізотопу ⁶⁴Сu (період напіврозпаду 12,8 хв), який утворюється із стабільного ізотопу ⁶³Сu, що міститься в природній суміші ізотопів міді в кількості 69 %.

Для методу наведеної активності по короткоживучого ізотопу час опромінення і спостереження складає 5-20 хв., для методу наведеної активності довгоживучого ізотопу – декілька годин.

Боксити. Боксити-осадова гірська порода, багата вільним глиноземом (52-28 % Al₂О₃). Їх використовують як сировину для отримання металічного алюмінію. В багатьох випадках родовища бокситів характеризуються пластоподібною або лінзоподібною формою рудних тіл. Є різновиди бокситів, які володіють підвищеною радіоактивністю. Проти них на кривій ГМ спостерігаються більш високі покази, ніж проти вміщуючих порід.

Боксити, в яких присутній магнетит і, які у зв’язку з цим мають підвищену магнітну сприйнятливість, відмічаються високими показами на діаграмах магнітного методу. Застосування магнітного методу для виділення бокситів дає особливо добрі результати на родовищах геосинклінального типу.

Найбільш ефективним методом дослідження для бокситів є наведена активність алюмінію. У цьому випадку реєструється випромінювання від радіоактивного ізотопу ²⁸Аl (період напіврозпаду 2,27 хв.), який утворюється із природного алюмінію ²⁷Аl під дією теплових нейтронів.

Метод наведеної активності алюмінію дозволяє виділити боксити всіх різновидів, а також давати кількісну оцінку вмісту алюмінію в руді. Для кількісних визначень необхідно знати коефіцієнт переходу від результатів вимірювання наведеної активності до вмісту Аl. Перехідний коефіцієнт встановлюється дослідним шляхом в результаті вимірювань в свердловинах з відомим вмістом бокситу в руді або на блоках руд з відомим вмістом металу.

Бор. Пошуки бороносних порід у розрізі свердловини базуються на виключно високій здатності бору поглинати теплові нейтрони. В зв’язку з цим на кривій нейтронного методу проти породи, яка вміщує бор, у всіх випадках буде спостерігатися чіткий мінімум (рис. 7.22).

За допомогою нейтронного методу можна наближено визначити вміст бора в породі.

Для виділення в розрізі свердловин інших корисних копалин основними є наступні види ГДС.

1. Для марганцевих руд – НМ-Т і НА.

Застосування НМ-Т для виділення цих руд базується на підвищеній здатності марганцю поглинати теплові нейтрони.

Для наведеної активності марганцю індикаторним є радіоактивний ізотоп ⁵⁶Мп з періодом піврозпаду 2,6 год., який утворюється із стабільного ізотопу марганцю ⁵⁵Мn.

2. Для важких металів (вольфраму, молібдену, олова, сурми, ртуті) – ГГМ-С. Передумовою для його застосування є високий ефективний атомний номер руд, що вміщують важкі елементи.

Рисунок 7.22 - Виділення боровміщуючих порід за даними нейтронно-гама методу (НГМ)

НГМ-40 і НГМ 17,5 – нейтронний гама метод зондами довжиною 40, 17,5,

1 – порфірит, 2 – бороносні зони, 3 – скарни, 4 – вапняки, 5 – діоритові породи, 6 – туфопісковики; бороносним породам відповідають мінімуми на обох кривих

Для виявлення порід, які містять ртуть, також застосовується НМ-Т, так як ртуть володіє підвищеною здатністю поглинати теплові нейтрони; проти порід, що містять ртуть, на кривій НМ-Т спостерігається мінімум.

3. Для берилію – фотонейтронний метод.

4. Для плавикового шпату (флюориту)– метод наведеної активності фтору при неперервному переміщенні установки.

Індикаторним елементом є радіоактивний ізотоп ²⁰F з періодом піврозпаду 10,7 с, який утворюється із стабільного ізотопа ¹⁹F, що входить в склад плавикового шпату, під дією нейтронів.

5. Для калійних солей – ГМ, а для детальних досліджень НГМ і ГГМ-Щ.

Калійні солі виділяються підвищеними показами на кривій ГМ, що пов’язано з радіоактивністю ізотопу калію ⁴⁰К, НГМ і ГГМ–Щ дозволяють визначити тип калійних солей. Карналіт і кізерит, які містять велику кількість кристалізаційної води, відмічаються на кривих НГМ меншими показами в порівнянні з іншими калійними солями (наприклад, сильвінітом). На кривих ГГМ відмічаються низькими показами калійні солі з більш високою щільністю (сильвініт).

6. Для радіоактивних елементів – ГМ.

Якщо уран знаходиться в рівноважному стані із продуктами його розпаду, метод природного гама – випромінювання дає можливість визначити вміст урану.

Ділянки промислового уранового і торієвого скупчень виділяються на діаграмах ГМ різким зростанням інтенсивності İγ. Особливо ефективним є ГМ спектрометричний.