Нейтронный каротаж и его модификации ( НК )

1. Гамма-каротаж - основан на измерении естественного гамма-излучения горных пород, возникающего при самопроизвольном распаде радиоактивных элементов (в основном U, Th и K⁴⁰). Измеряемая величина – скорость счета в импульсах в минуту (имп/мин). Основная расчетная величина – мощность экспозиционной дозы в микрорентгенах в час (МЭД, мкР/ч).

Гамма-каротаж применяют для решения следующих задач: выделения в разрезах скважин местоположения полезных ископаемых, отличающихся пониженной или повышенной гамма-активностью; литологического расчленения и корреляции разрезов осадочных пород; выделения коллекторов; оценки глинистости пород; массовых поисков радиоактивного сырья. В обсаженных скважинах ГК применяют для выявления радиогеохимических аномалий, образующихся в процессе вытеснения нефти водой. С использованием ГК решают технологическую задачу – увязку по глубине данных всех видов ГИС в открытом и обсаженном стволе.

Гамма-каротаж выполняют во всех без исключения необсаженных и обсаженных скважинах, заполненных любой промывочной жидкостью.

Измерительная установка ГК состоит из детекторов гамма-квантов и электронной схемы. Точкой записи является середина детектора. Зонд (модуль) применяют в качестве самостоятельного прибора или включают в состав комплексных приборов, реализующих несколько методов ГИС.

Спектральный гамма каротаж (СГК)- основан на регистрации гамма-излучения естественно-радиоактивных элементов в скважине, анализе его энергетического спектра и определении массового содержания радиоактивных элементов (U, Th и K⁴⁰ ). Для определения массового содержания естественных радиоактивных элементов используют три окна и измеряют три интенсивности в области спектра для Th – 2.62 MэВ, U – 1.76 МэВ, К – 1.46 МэВ.

Данные СГК используются для: – корреляции разреза; -определения минерального состава глин и условий их образования; - определения глинистости и битуминозности пород; - выделения проницаемых коллекторов; - выделения интервалов обводненных коллекторов по радиогеохимическим аномалиям (РГХА). Основой геологической интерпретации данных СГК является различие в содержании тория (Th), урана (U) и калия (K) в горных породах, а также закономерности их распределения, включая характер изменения их соотношений в зависимости от условий осадконакопления.

Определение минерального состава глин. Глинами называются осадочные горные породы, в основном состоящие из пелитовых (менее 0.01 мм) частиц глинистых минералов, обладающих повышенной адсорбционной способностью радиоактивных элементов. Для определения минерального состава глин по данным СГК используются

кросс-плоты, основанные на различном содержании Th и K в породах. В разрезах глинистых отложений палеозоя Пермского Прикамья в основном распространены четыре минералогических типа глин: гидрослюдистый, каолинитовый, каолинито-гидрослюдистый и монтмориллонитовый. Минералогический состав глин обусловлен условиями осадконакопления. В более континентальной обстановке происходит образование глин преимущественно каолинитового типа. В своем составе они содержат большое количество растительных остатков, глины этого типа высокорадиоактивны. В условиях Пермского Прикамья они отлагались в визейское время. Глины монтмо-риллонитового и гидрослюдистого типа образуются в условиях моря. Привнос радиоактивных элементов в них менее значителен, чем в глины каолинитового типа, поэтому естественная радиоактивность этих глин более низкая. Данный тип глин распространен в карбонатных разрезах среднего и нижнего карбона.

Оценка глинистости пород по данным СГК основана на более тесной и близкой к линейной связи тория с глинистостью пород.

По повышенным значениям Th и увеличенному диаметру скважины четко отбиваются границы циклов, что позволяет достоверно провести стратиграфиче-скую разбивку и корреляцию разреза. Повышенные содержания урана в ра-даевском и бобриковском горизонтах связаны с углефикацией аргиллитов и наличием окисленной нефти в зонах ВНК.

Битуминозные известняки по СГК однозначно выделяются повышенными значениями U. Оценка зон радиогеохимических аномалий (РГХА) проведена в скв. 358 Падунской пл. (рис.). В карбонатных отложениях башкирского яруса в инт. 1208.0-1220.0 м отмечается аномалия РГХА (урановая составляющая), связанная с промывкой нефтеводонасыщенных пластов.

РГХА возникают в очаге нагнетания при закачке сточных и пластовых вод в результате выпадения в ближней зоне коллектора небольшого количества радиокальцита или радиобарита, содержащих изотопы радия, и выделя-ются по расхождению временных замеров ГК, записанных в открытом стволе и в колонне. Однако такой прием не всегда эффективен. Так, при бурении боковых и горизонтальных стволов на нефтяных месторождениях, длительно разрабатываемых с поддержанием пластового давления, наличие промытых зон возможно уже при проведении замера в открытом стволе. В этом случае только по СГК (по наличию урановой составляющей) можно отделить зоны коллекторов, промытых закачиваемыми водами от глинистых пород (по повышенному значению ториевой составляющей и подчиненному содержанию урана и калия).

Таким образом, использование СГК при изучении разрезов нефтяных скважин повышает полноту исследований и точность определения коллекторских свойств пластов, способствует решению многих геологических задач – корреляции разрезов по содержанию U, Th и K, выделению нефтематеринских пород, интервалов развития битумов, ВНК и т. д. Для повышения эффективности СГК необходимо надежное петрофизическое обеспечение с привязкой к конкретным геолого-геохимическим условиям формирования осадочных горных пород.

4. Гамма-гамма плотностной каротаж (ГГК) - основан на облучении горных пород источником гамма-квантов (СО⁶⁰ , Сs¹³⁴ ). В зависимости от способности окружающей среды рассеивать и поглощать гамма-кванты устанавливают соответствие между полем вторичного гамма-излучения и плотностью среды. Поэтому этот каротаж называют плотностным и используют для изучения плотности и пористости пород. Установка гамма гамма каротажа представляет собой индикатор гамма лучей, находящийся на некотором расстоянии от источника гамма излучения. Между индикатором и источником помещается экран – фильтр, защищающий индикатор от прямого гамма излучения. Расстояние между источником и индикатором называется длиной зонда. Ослабление гамма квантов зависит от рассеивающих и поглощающих свойств среды, т. е. от ее плотности и пористости. Чем выше плотность породы, тем ниже показания ГГК. Пористые проницаемые пласты и пропластки отмечаются наиболее высокими показаниями. Метод имеет небольшую глубинность исследования (20-40 см) и проводится в комплексе с электрическими и акустическими методами.

5. Нейтронный каротаж и его модификации – основан на облучении горных пород нейтронами и регистрации плотности потока замедленных (тепловых) нейтронов (ННК) или вторичного гамма излучения (НГК). В скважинном приборе НК, кроме индикатора, в нижней части корпуса находится источник нейтронов. Расстояние от источника до индикатора называют длиной зонда. В современных приборах РК применяют двухзондовые устаноки: малый (30 см) и большой зонд (60 см), что позволяет уменьшит влияние скважины и со соотношению зондов определить водородосодержание (пористость) пластов. Взаимодействие нейтронов с ядрами элементов проявляется в виде процессов упругого и неупругого рассеяния и захвата нейтронов ядрами элементов окружающей среды. Основные определения характеризующие нейтронные характеристики сред приведены на рис……: - длина пробега нейтрона включает длину замедления Lз (м) и длину диффузии Lд. Средняя длина замедления Lз (м) нейтронов определяется способностью ядер рассеивать нейтроны и равна расстоянию, на котором энергия нейтронов уменьшается от быстрой до тепловой. Длина диффузии Lд определяется способностью горной породы поглощать

тепловые нейтроны и пропорциональна времени жизни тепловых нейтронов; - время жизни тепловых нейтронов (мкс) – время жизни нейтрона, замедленного до тепловых скоростей, до захвата его ядром; - сечение поглощения тепловых нейтронов _з (м²) – эффективная площадь поперечного сечения атомного ядра, попав в которое нейтрон захватывается ядром. Нейтрон электрически нейтрален, он не взаимодействует с электрическими зарядами атома, скорость его движения, а значит, энергия, изменяется только в результате столкновений с ядрами атома. Вылетев из источника нейтронов (энергия порядка 1…15 МэВ), нейтроны сталкиваются с ядрами атомов, изменяя при этом направление движения. В результате столкновений нейтроны рассеиваются, т.е. теряют часть своей энергии, и замедляются до тепловых скоростей (энергия порядка 0.01…1 эВ). Ослабленные до тепловой энергии нейтроны перемещаются в породе путем диффузии до тех пор, пока не захватываются ядрами атомов. Определяющим фактором при замедлении (рассеянии) нейтронов является содержание в окружающей среде водорода, а при захвате

тепловых нейтронов – содержание хлора. При столкновении и захвате нейтронов ядра атомов переходят в возбужденное состояние. Возращение ядра в нормальное состояние сопровождается гамма-излучением, которое и регистрируется в методах НГК.

Методы НК относятся к основным исследованиям, проводятся во всех скважинах и применяется при решении следующих задач: литостратиграфического расчленение разрезов; - корреляция по литологии и физическим свойствам пород по всему исследованному разрезу с установлением однородных и неоднородных по строению и свойствам пород; - предварительным выделением проницаемых пластов и покрышек (установление их толщин, строения по однородности);

В обсаженных скважинах, при контроле за разработкой, широко применяется импульсный нейтрон-нейтронный каротаж с применением импульсного генератора нейтронов. Преимущество этого метода заключается в возможности определения времени жизни нейтронов, что позволяет определить насыщение пластов с выделением контактов пластовых флюидов (ВНК, ГВК, ГНК).Развиваются спектрометрические методы: СНГК- Сl, С/О, которые исследуя спектры излучения, увеличивают возможности определения насыщения пластов.

Вопрос 9. Акустические методы исследования скважин (АК)