 |
Радиоактивные методы. Физические основы методов ГК, НГК, НКТ, ГГК.
|
|
|
|
Радиоактивные методы. Физические основы методов ГК, НГК, НКТ, ГГК.
Радиоактивный каротаж (РК) — исследования, основанные на измерении параметров полей ионизирующих частиц (нейтронов и гамма-квантов) с целью определения ядерно-физических свойств и элементного состава горных пород.
Методы РК подразделяются на методы регистрации естественных излучений горных пород (радиометрия естественных излучений) и методы регистрации излучений, возникающих при облучении горных пород внешними источниками, помещенными в скважинном приборе (радиометрия вторичных излучений).
Из первой группы методов в настоящее время используется метод естественной радиоактивности - гамма-каротаж — ГК.
Методы радиометрии вторичного излучения разделяются на две подгруппы, основанные на облучении горных пород, соответственно, гамма-квантами - гамма-гамма-каротаж — ГГК, и нейтронами - нейтронный каротаж — НК.
Особенностью РК является принципиальная возможность определения с их помощью концентраций отдельных элементов в горных породах. Важным преимуществом большинства ядерных методов является также и то, что они могут применяться как в не обсаженных, так и обсаженных скважинах с цементным камнем. На их показания относительно слабо влияет и характер жидкости в стволе скважины (за исключением методов, направленных на изучение состава этой жидкости).
Недостатками методов РК являются существенное влияние конструкции скважины на результаты измерений и относительно малая глубинность исследования (около 10-40 см).
Физические основы методов:
1. Сущность гамма-каротажа(ГК) заключается в изучении естественной радиоактивности горных пород по стволу скважины путем регистрации интенсивности гамма-излучения, возникающего при самопроизвольном распаде радиоактивных элементов (в основном U, Th и K40). Скорость проведения измерений 200-400 м/час.
|
|
|
2. При нейтронном гамма-каротаже(НГК) в скважине изучают интенсивность радиационного (вторичного) гамма-излучения, создаваемого при облучении горных пород нейтронами.
Для этого в скважинный снаряд на некотором удалении от счетчика гамма-излучения помещают источник нейтронов (радиоактивный элемент-полоний в смеси с солью бериллия). Нейтроны, вылетев из источника рассеивают свою энергию. Нейтроны становятся тепловыми, там где много водорода. Если присутствует хлор, то поглощаются ядрами хлора. В результате ядерной реакции излучается много гамма-квантов, которые поступают на детектор гамма-квантов скважинного прибора. Таким образом, против водонасыщенной части пласта интенсивность гамма-излучения будет высокая, а против нефтенасыщенной части пласта – низкая, против плотных известняков – самая низкая. Т. к. показания зависят от хлоросодержания, метод используется для определения ВНК и оценки нефтенасыщенности пластов.
3. Нейтрон-нейтронный каротажпо тепловым нейтронам(ННКТ) основан на облучении горных пород быстрыми нейтронами от ампульного источника и регистрации нейтронов по разрезу скважины, которые в результате взаимодействия с породообразующими элементами замедлились до тепловой энергии. Регистрируемая интенсивность тепловых нейтронов зависит от замедляющей и поглощающей способности горной породы. Наибольшая потеря энергии нейтрона наблюдается при соударении с ядром, имеющего массу равную единице, т. е. с ядром водорода. Таким образом по данным ННКТ можно определять водородосодержание горных пород, которое для пластов-коллекторов напрямую связано с пористостью. В нефтенасыщенной части пласта показания выше, чем в водонасыщенной, т. к. в воде много хлора, который поглащает нейтроны.
|
|
|
4. Гамма-гамма каротаж(ГГК) — метод исследования разрезов буровых скважин, основанный на измерении рассеянного g-излучения, возникающего при облучении горных пород g-квантами средний энергии (до 1-2 МэВ).
При облучении горных пород g-квантами энергией свыше 0, 2-0, 3 МэВ интенсивность рассеянного g-излучения определяется главным образом плотностью пород (плотностной гамма-гамма-каротаж), при энергии до 0, 15 МэВ — атомным номером элементов горных пород (селективный гамма-гамма-каротаж). При гамма-гамма-каротаже радиоизотопный источник и счётчик (детектор) g-излучения помещают в скважинный снаряд на некотором расстоянии друг от друга, счётчик при этом экранирован свинцово-железным фильтром так, чтобы на него попадало только рассеянное излучение. Измеряется плотность г. п. с точностью до 0, 01 г/см3.
Акустический каротаж(АК). Физические основы, принципиальное устройство скважинных приборов. Решаемые геологические и технические задачи.
Акустический каротаж основан на возбуждении в жидкости, заполняющей скважину, импульса упругих колебаний и регистрации волн, прошедших через горные породы, на заданном расстоянии от излучателя в одной или нескольких точках на оси скважины. Возбуждение и регистрация упругих волн при АК осуществляется с помощью электроакустических преобразователей.
При воздействии на элементарный объем породы с помощью ультразвуковой волны (10-75 кГц) происходит деформация частиц породы и их перемещение. Во всех направлениях от точки приложения возбуждающей силы изменяется первоначальное состояние среды.
Процесс последовательного распространения деформации называется упругой волной. Различают продольные и поперечныеволны. Продольные волны связаны с деформациями объема твердой или жидкой среды, а поперечные с деформациями только твердой среды.
Продольные волны распространяются в 1, 5 -10 раз быстрее поперечных.
| Рис. 3. |
Для измерения параметров распространения упругих колебаний используется акустический зонд. В качестве основного используется трехэлементный зонд, состоящий из двух излучателей и приемника (рис. 3). Каждый из излучателей и приемник образуют двухэлементный зонд. 
|
|
|
Акустический каротаж выполняется как в необсаженных скважинах, заполненных жидкостью, так и в обсаженных скважинах. Радиус исследования пород от оси скважины не превышает 0, 5 - 1 м.
Рис. 4. Схема аппаратуры акустического каротажа:
а - скважинный снаряд; б - кабель; в - наземная аппаратура; 1 - излучатель; 2 - генератор акустических колебаний; 3 - акустический изолятор; 4 - приемники; 5 - электронный усилитель; 6 - блок-баланс; 7 - усилитель; 8 - регистратор; 9 - блок питания
Наиболее простой способ акустических исследований - каротаж скорости, когда автоматически регистрируется кривая изменения времени пробега прямой или головной волны между двумя приемниками. При каротаже по затуханию измеряется амплитуда упругой волны и ослабление сигнала между двумя приемниками.
Скорость распространения упругих волн зависит от упругих модулей пород, их литологического состава, плотности и пористости, а величина затухания - от характера заполнителя пор, текстуры и структуры породы.
На акустических диаграммах высокими значениями скоростей распространения упругих волн выделяются плотные породы - магматические, метаморфические, скальные, осадочные. В рыхлых песках и песчаниках скорость тем ниже, чем больше пористость. Наибольшее затухание (наименьшая амплитуда сигнала) наблюдается в породах, заполненных газом, меньше затухание в породах нефтенасыщенных, еще меньше - у водонасыщенных.
Акустический метод применяется для расчленения разрезов скважин по плотности, пористости, коллекторным свойствам, а также для выявления границ газ - нефть, нефть - вода и определения состава насыщающего породы флюида. Кроме того, по данным этого метода можно судить о техническом состоянии скважин и, в частности, о качестве цементации обсадных колонн.
ГАЗОВЫЙ КАРОТАЖ (а. gas logging, mud logging; н. Gaskernen; ф. carottage а gaz, detection des hydrocarbures gazeux; и. perfilaje de inyeccion) — метод исследования скважин, основанный на определении содержания и состава углеводородных газов и битумов в промывочной жидкости. Впервые предложен советскими учёными В. А. Соколовым и М. В. Абрамовичем в 1933 и опробован Соколовым и М. Н. Бальзамовым в районе г. Грозный в 1934. Промышленное применение в CCCP и за рубежом газовый каротаж получил с начала 40-х гг.
|
|
|
Газовый каротаж применяется для оперативного выделения перспективных на нефть и газ участков в разрезе скважины и прогнозной оценки характера их насыщения; интервалов притока пластового флюида в скважину или поглощения фильтрата промывочной жидкости в пласт с целью предотвращения аварийных ситуаций; измерения параметров режима бурения. Значительно реже газовый каротаж используется при бурении разведочных скважин на уголь, где используется в основном для определения содержания метана в единице горючей массы. При газовом каротаже изучаются суммарный объем и состав углеводородных газов, попадающих в промывочную жидкость в процессе бурения пластов и перемещаемых потоком от забоя к устью скважины. На устье скважины промывочная жидкость дегазируется с извлечением из неё газовоздушной смеси. Затем эта смесь анализируется, в результате чего определяют суммарное объёмное содержание углеводородных газов и состав по содержанию компонентов углеводородных газов. Одновременно измеряются параметры, характеризующие режим бурения, — продолжительность бурения 1 м скважины, расход промывочной жидкости на устье, коэффициент разбавления раствора. Все параметры регистрируются в цифровой или аналоговой форме с учётом углубления забоя за время перемещения жидкости от забоя к устью скважины.
Газовый каротаж проводится с помощью автоматических газокаротажных станций, включающих датчики на устье скважины (дегазатор, датчик глубин, датчик объёмов промывочной жидкости), и комплекса аналитической (суммарный газоанализатор, хроматограф), измерительной и регистрирующей аппаратуры, блока питания и вспомогательного оборудования, смонтированных в автомобиле.
Перспектива развития газового каротажа связана с переходом к комплексным исследованиям за счёт создания автоматизированных геолого-геохимических информационных систем с бортовой мини-ЭВМ, позволяющей изучать геологический разрез, оптимизировать процесс бурения, прогнозировать нефтегазоносные пласты и зоны аномально высоких пластовых давлений до их вскрытия скважиной и др.
|
|
|
