Технические характеристики

Комплект поставки

· Два скважинных прибора

· Поверочная метрологическая установка

· Комплект эксплуатационной документации

В качестве регистрирующей системы может использоваться автоматический каротажный компьютеризированный регистратор данных типа «ГЕКТОР».

Аппаратура обеспечена пакетом обрабатывающих программ для регистрации и автоматической интерпретации результатов измерений.

РАДИОАКТИВНЫЙ КАРОТАЖ

В настоящее время широко применяется РК трех видов:

1. ГК, основан на измерении по стволу скважины гамма-излучения, вызванного естественной радиоактивностью горных пород.

2. ГГК, исследует особенности прохождения через породы гамма-излучения от источника гамма квантов, опускаемого в скважину вместе с прибором.

3. НК, базируется на исследовании поля медленных нейтронов и гамма квантов, создаваемого источником быстрых нейтронов, находящихся в приборе.

Особенности РК:

- относительно малая глубинность исследований (90% излучения поступает в детектор от слоя пород толщиной 10-30 см);

- возможность исследования скважины, крепленных обсадной колонной, практически не препятствующей прохождению нейтронов и гамма-излучения;

- зависимость результатов в первую очередь от элементного состава пород, малая роль их структурных особенностей – размера, извилистости и сообщаемости поровых каналов, распределения отдельных элементов в исследуемой части пласта.

Гамма-гамма каротаж

где e – основание натурального логарифма; μ₀ – массовый коэффициент поглощения гамма-излучения; σ – плотность вещества.

Причиной ослабления потока гамма-излучения является взаимодействие гамма квантов с электронами и ядрами атомов вещества. Вероятность взаимодействия определяется величиной μ₀, зависящей от заряда Z и атомного номера A атомов, а так же от энергии излучения E. Кроме того, вероятность взаимодействия пропорциональна плотности вещества σ.

При проведении ГГК в скважину опускается измерительная установка, состоящая из источника и детектора гамма-излучения, разделенных свинцовым экраном. Экраном поглощаются те гамма кванты, которые распространяются по прямой линии от источника до детектора. Гамма кванты, проникающие в породу, рассеиваются на электронах, входящих в состав атомов пород, часть из них после нескольких актов рассеяния попадает в детектор и регистрируется. Чем больше плотность породы, тем меньше гамма квантов приходит в детектор.

Если не принимать специальных мер, большая часть гамма-излучения будет проходить по стволу скважины, а не по породе. Поэтому источник и детектор обычно прижимаются к стенке скважины и экранируются от скважины свинцом. Для улучшения параметров измерительной установки, в некоторых приборах излучение источника и регистрируемое излучение коллинируются, т.е. направляются в породу (или из породы к детектору) под заданными углами с помощью свинцовых экранов с соответствующим образом расположенными окнами, заполненными легкими веществами (например, полиэтиленом).

В качестве источника гамма-излучения в приборах ГГК у нас и за рубежом чаще всего используется радиоактивный изотоп цезия (¹³⁷Cs) с периодом полураспада 26 лет и энергией гамма квантов 0,662 МэВ. Активность применяемых источников (0,5-2)·10¹⁰ расп/с, т.е. 50-200 мг·экв·радия.

Расстояние серединой источника и серединой индикатора в приборе, называют длиной зонда L (полная длина зонда). В коллинированных системах вводится также длина зонда L₁, равная расстоянию между ближайшими сторонами коллимационных окон источника и в применяемых детекторах лежит в пределах 30-50 см.

Зависимость логарифма зарегистрированной интенсивности J гамма-излучения от плотности среды lg J=f(δ) для указанных L линейны. Линейность нарушается для зондов небольшой длины в породах с малой плотностью.

Основным недостатком описанных измерительных установок является искажение результатов, возникающие при наличии между прибором и стенкой скважины промежуточной среды, например глинистой корки или слоя ПЖ в кавернозной части ствола, т.к. плотность промежуточной среды намного меньше плотности пород, измеряемые по ГГКП значения плотности занижаются. Погрешность возрастает с уменьшением длины зонда L. Сильное влияние промежуточной среды объясняется малой глубинностью ГГК. Так, при длине зонда L=30 см 90% регистрируемого излучения поступает от слоя пород толщиной 10-12 см, а при L=12÷15 см – от слоя всего 6-7 см.

При плотности ГГКП за основной нормируемый показатель прибора принята погрешность измерения плотности пород σ в рабочем диапазоне ее изменения (от 2,1 до 2,7 г/см³) на имитаторах пластов – базовых метрологичес­ких образцах плотности (МОБ).

За условную единицу при ГГКП принимаются регистрируемые значения по каналам большого и малого зондов на метрологическом образце из алюминия.

В методе ГГК различают: плотностной ГГК-П и селективный ГГК-С.

При ГГК-П измеряется жесткая составляющая рассеянного гамма-излучения. В качестве источника используется изотоп кобальта.

На кривой ГГК-П минимальные показания соответствуют плотным породам – ангидритам, крепким доломитам и известнякам; максимумами выделяются наименее плотные породы – гипсы, глины, каменная соль, высокопористые разности известняков, песчаников, доломитов. Средними или пониженными значениями отмечаются глинистые известняки и песчаники.

где J_ГГК, J_{ГГК min}и J_{ГГК max} – показания ГГК-П соответственно против исследуемого пласта, против пласта с максимальной плотностью для данного разреза, против каверны с достаточно большим радиусом, когда с учетом радиуса исследования методом ГГК-П возможно допущение, что J_{ГГК max} обусловлено плотностью промывочной жидкости δ_с.

ГГКС – основан на измерении мягкой составляющей гамма-излучения. При применении его используются источники, излучающие гамма кванты малой энергии (менее 200 кэВ). Индикатор помещается в алюминиевую или плексиглазовую гильзу, рассчитанные на регистрацию мягкой компоненты. Величина вторичного гамма-излучения мягкой компоненты зависит не только от плотности окружающей среды, но и от изменения вещественного состава и способности окружающей среды поглощать гамма кванты (фотоэффект).

ГГКС применяют для выявления в разрезе угольных и рудных пластов, определения их мощности, строения и содержания полезного ископаемого.

Нейтронный каротаж

Нейтроны характеризуются энергией E (МэВ или эВ). Энергия связана со скоростью нейтрона v. Различают быстрые, медленные и т.д. активность источников определяют по выходу нейтронов в 1 с. В промысловой геофизической практике применяют источники с выходом (5÷10)·10⁶ нейтр/с.

При облучении вещества потоком нейтронов последние, пролетая вблизи ядер атомов, взаимодействуют с ядрами. Основными видами взаимодействия является упругое рассеяние нейтрона на ядре с потерей части энергии (т.е. замедление нейтрона) и захват (поглощение) нейтрона ядром. Некоторые ядра при захвате нейтрона становятся радиоактивными, в этих случаях взаимодействие называют активацией. Вероятность взаимодействия нейтронов с ядрами атомов разных элементов неодинакова и выражается через сечение данного процесса (рассеяние, захвата, активации).

Атомы и молекулы вещества, находятся в тепловом движении. Скорости их приблизительно соответствуют энергии 0,1 эВ. Поэтому нейтроны, замедлившиеся до таких энергий, участвуют в тепловом движении ядер, т.е. по-прежнему сталкиваются с ними, но энергии в среднем не теряют и не приобретают. Этот процесс называется диффузией, а нейтроны с такой энергией – тепловыми нейтронами. В области тепловых энергий становится большой вероятность захвата нейтронов. В конечном счете все нейтроны захватываются ядрами атомов. Среднее расстояние по прямой, которое проходит нейтрон до места замедления, до места захвата, называется диффузионной длиной.

Диффузионные длины обычно значительно меньше длины замедления. Среднее время между замедлением и захватом называется средним временем жизни тепловых нейтронов.

Область применения НК.

НК часто называют каротажем пористости. Поглощающие свойства пород зависят от содержания в них сильных поглотителей нейтронов – чаще всего хлора. На месторождениях с высокой минерализацией ПВ водоносные пласты содержат хлора больше, чем нефтяные, что создает предпосылки для их разделения по этому признаку.

Нейтрон-нейтронный каротаж по надтепловым нейтронам (ННКН).

Метод основан на измерении по стволу скважины потока нейтронов, замедлившихся до энергии несколько выше тепловой, порядка единиц эВ. Для регистрации медленных нейтронов применяются сцинтилляционные детекторы или пропорциональные счетчики нейтронов, экранированные тонким слоем кадмия, интенсивно поглощающего тепловые нейтроны и свободно пропускающие медленные нейтроны с энергией больше 0,5 эВ. Длина зонда выбирается так, чтобы она была максимальной для пород длины замедления, т.е. L≥25÷30 см. Однако с увеличением длины зонда скорость счета падает. Поэтому на практике используют зонды длиной 25-50 см. Чем больше водорода в породе, тем меньше длина замедления нейтронов, и следовательно, тем менее вероятность, что нейтрон дойдет до детектора.

С увеличением водородосодержания пород (т.е. их пористости) регистрируемые значения уменьшаются.

Недостаток метода ННКН по сравнению с другими методами заключается в сильном влиянии промежуточной среды – глинистой корки или ПЖ в кавернозных участках ствола скважины. Уменьшить это можно с помощью двухзондовой установки ННКН.

Нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым нейтронам (ННКТ).

Длины зондов ННКТ и ННКН приблизительно одинаковы. Физические процессы, происходящие при ННКТ, отличаются от физических процессов при ННКН тем, что получаемые результаты определяются не только параметрами замедления быстрых нейтронов, но и диффузионными параметрами. При отсутствии в породах и ПЖ элементов с большим сечением захвата тепловых нейтронов, например хлора и бора, зависимость значений ННКТ от пористости пород качественно такая же, как значений ННКТ. Содержание в породах, ПВ и ПЖ указанных элементов приводит к искажениям этой зависимости. Для уменьшения влияния диффузионных свойств и ПЖ применяются двух зондовые установки.

Нейтронный гамма каротаж (НГК).

При проведении НГК по стволу скважины измеряется поток гамма-излучения, сопровождающего захват тепловых нейтронов в породах и ПЖ. Этот вид НК получил широкое распространение и до настоящего времени является основным. При измерении пористости метод НГК в ряде случаев дает удовлетворительные результаты. Объясняется это тем, что влияние излучающей способности ядер и плотности пород также является монотонно изменяющейся функцией пористости.

В детектор приходят гамма кванты, возникающие в результате захвата нейтронов в породах, а также в ПЖ, глинистой корке, корпусе прибора, экранах, размещенных в приборе. Присутствие в пластовых водах или породах хлора, имеющего большое сечение захвата и высокую по сравнению с водородом излучающую способность, приводит к повышению (излучению в породах) и снижению (изучению в скважине). Если хлор содержится в ПЖ, возрастает компонента (излучение в стволе скважины). Суммарное влияние хлора зависит от соотношения J_c /J_п (в скважине и породе). Соотношение J_c /J_п определяется конструкцией прибора и может регулироваться для увеличения или уменьшения влияния диффузионных свойств пород. Для проведения НГК применяется измерительная установка ДРСТ.

Применение стационарных нейтронных методов.

Стационарные нейтронные методы в комплексе с гамма каротажем и другими геофизическими методами дают возможность выделять в разрезе глины, плотные породы и участки повышенной пористости. Если поры чистой породы заполнены пресной водой или нефтью, нейтронный каротаж характеризует емкость этих пор. В сочетании с ГГК-П нейтронные методы используются для выявления газонасыщенности зон. В эксплуатационных скважинах стационарные нейтронные методы применяются для определения местоположения газожидкостного и водонефтяного контактов.