Комплекс геофизических исследований скважин Самотлорского месторо (стр. 18 из 33)

Измерение радиоактивности производится с помощью радиометров, которые состоят из скважинного прибора и наземного пульта, соединенных между собой геофизическим кабелем.

Важнейшим элементом радиометров являются детекторы излучения. В качестве детекторов излучения в скважинной аппаратуре применяют газонаполненные (газоразрядные) или сцинтилляционные счетчики.

Гамма-гамма каротаж

Метод гамма-гамма-каротаж (ГГК) основан на измерении интенсивности J_γγ гамма-излучения, рассеянного породой при ее облучении потоком гамма-квантов.

Для исследований используют установку, включающую детектор и источник гамма-квантов с расположенным между ними экраном (фильтром) из стали и свинца, предохраняющим детектор от прямого гамма-излучения источника. Расстояние между источником и центром детектора называется размером зонда и в зависимости от целей исследований изменяется в пределах 30 - 40 см.

Интенсивность излучения, регистрируемого при ГГК, зависит от плотности и вещественного состава горных пород и в основном определяется процессами комптоновского рассеяния и фотоэлектрического поглощения гамма-квантов породой. Испускаемые источником гамма-кванты большой энергии претерпевают на пути своего движения несколько актов рассеяния, значительно уменьшают свою энергию и поглощаются в результате фотоэффекта. Как следствие, около источника устанавливается некоторое их распределение (облако), обусловленное свойствами окружающей среды, ее способностью рассеивать и поглощать гамма-кванты. В результате по мере удаления от источника поток рассеянных гамма-квантов около детектора, расположенного от источника на довольно значительном расстоянии (в среднем 20 см), быстро убывает, особенно с увеличением плотности горной породы и концентрации в ней тяжелых элементов.

Относительная роль процессов комптоновского рассеяния и фотоэффекта, кроме перечисленных факторов, зависит от начальной энергии гамма-квантов. В соответствии с этим применяют два варианта ГГК: плотностной и селективный.

Плотностной вариант (ГГК-П). В варианте ГГК-П породы облучаются потоком жестких гамма-квантов с энергией 0,5-2 МэВ; мягкие гамма-кванты с энергией менее 0,2 МэВ поглощаются с помощью фильтра. Величина измеряемого в этом случае рассеянного гамма-излучения с энергией более 0,2 МэВ будет определяться количеством электронов в единице объема среды N_e,

N_e= (z/A) Nδ_п,

где z – заряд ядра; А – атомная масса; N – число Авогадро; δ_п – плотность среды. В горных породах, представленных в основном легкими элементами z/А ≈ 0,5, откуда N_e=cδ_п, где с - некоторая постоянная величина.

ПосколькуN_e≈ δ_п показания ГГК-П будут зависеть лишь от плотности среды: чем больше плотность окружающей среды, тем меньше показания ГГК-П, и наоборот. Длина зонда ГГК-П 20 — 40 см.

Плотностной вариант ГГК - один из основных методов, применяемых для оценки пористости горных пород.

Нейтрон – нейтронный каротаж

На диаграммах ННКТ водородсодержащие пласты выделяются низкими значениями, малопористые пласты — более высокими значениями. Однако на показания ННКТ значительное влияние оказывают элементы, обладающие большим сечением захвата тепловых нейтронов, поэтому ННКТ весьма чувствителен к содержанию хлора и получаемые результаты сильно зависят от минерализации промывочной жидкости и пластовой воды.

Показания ННКН практически не зависят от содержания в окружающей среде элементов с большим сечением захвата тепловых нейтронов, в том числе хлора. Они определяются главным образом замедляющими свойствами среды — водородосодержанием. Следовательно, показания ННКН более тесно связаны с содержанием водорода в породе, чем показания НГК и ННКТ. Однако для ННКН характерна малая глубинность исследования, которая изменяется в зависимости от свойств пород и их водородосодержания от 20 до 40 см, уменьшаясь с ростом водородосодержания. Наименьший радиус исследования характерен для ННКН, так как область распространения надтепловых нейтронов меньше, чем тепловых.

По данным НК через содержание водорода определяется общая пористость пород. При этом учитывается ряд геологических и технических факторов.

За условную единицу измерения при нейтронном каротаже приняты значения I_усл.ед, измеренные в баке с пресной водой. При использовании в качестве эталонной жидкости дизельного топлива в измерения необходимо вводить поправки за счет разницы в водородосодержании нефти и воды. При калибровке приборов НК выполняются измерения потока гамма-излучения или нейтронов на имитаторах пористых пластов (ИПП). Полученные данные используются для построения зависимости I_усл.ед=f(k_п). Погрешность приведенных измерений не должна превышать ±1 % в рабочем (линейном) диапазоне изменения пористости от 3 до 20—30%.

Нейтронный каротаж проводится при помощи скважинного прибора, содержащего источник нейтронов и расположенный на некотором расстоянии от него детектор гамма-излучения или нейтронов (см. рис..). Это расстояние, отсчитанное до середины детектора, называют длиной зонда.

Рис. Схема измерительных установок нейтронного каротажа: γ – детектор гамма – излучения; n – детектор нейтронов; N – источник нейтронов; L – длина зонда; 1- стальной экран; 2 – свинцовый экран; 3 – парафин (или другой материал с высоким водородосодержанием); 4 – точка записи результатов измерений.

Источником нейтронов является помещенная в ампулу смесь порошкообразного бериллия с радиоактивным элементом, обычно полонием. Нейтроны образуются в результате взаимодействия ядер атомов бериллия ₄⁹Ве с альфа-частицами, испускаемыми полонием.

Форма кривых НК определяется следующими факторами: характером распределения по стволу скважины потока излучения, регистрируемого приборами; электрической инерционностью аппаратуры, возрастающей с увеличением постоянной времени интегрирующей ячейки τ и скорости перемещения прибора по скважине.

Рис. Кривые радиоактивного каротажа против одиночных пластов. Шифр кривых ντ.

При ντ =0 (точечные замеры, нет искажающего влияния интегрирующей ячейки) кривая симметрична относительно середины пласта.

При ντ>0 кривая становится асимметричной относительно середины пласта, растягиваясь в направлении движения прибора (снизу вверх). Амплитуда кривой против пласта начинает снижаться при большей мощности пласта. С увеличением параметра ντотмеченные искажения кривой выражаются все более резко. Границы пласта отбиваются по началу крутого подъема и началу крутого спада кривой.

Акустический каротаж

Акустическим каротажем называют методы определения упругих свойств горных пород, слагающих разрезы скважин, по наблюдениям за распространением в них упругих волн.

В отличие от сейсмического каротажа, в котором для получения средней скорости распространения упругих колебаний в мощных пластах (от 20 м и более) используют частоты порядка 20 - 100 Гц, при акустическом каротаже определяют интервальную или пластовую скорость для маломощных пластов (от 0,5 м и более) с использованием частот порядка 5 - 100 кГц.

Чтобы получить представление опринципе скважинных измерений при акустическом каротаже, рассмотрим распространение упругих волн от сферического излучателя И в скважине постоянного диаметра, заполненной глинистым раствором и пересекающей пласт неограниченной мощности. Приемник П упругих колебаний находится на расстоянии Lот излучателя на оси скважины. Наблюдается следующая картина. При возбуждении упругих колебаний от излучателя И по глинистому раствору распространяется продольная упругая волна Р₁ со сферическим фронтом распространения и скоростью υ₁ Достигнув стенки скважины, прямая волна Р₁образует вторичные волны - отраженную продольную Р₁₁и проходящие - продольную Р₁₂и обменную поперечную Р₁S₂волны. У проходящих вторичных волн скорость распространения продольной волны υ_р2, больше, чем поперечной υ_s2( υ_p2 > υ_s2). Фронт прямой продольной волны Р₁образует со стенкой скважины критический угол i(sini = υ_p2/ υ_p2 ) в результате чего проходящие волны становятся перпендикулярными к границе раздела скважина - плавт (случай преломления, называемый полным внутренним отражением) и начинает распространяться вдоль стенки скважины. Скользя вдоль стенки скважины проходящие волны Р₁₂и Р₁S₂излучают энергию в скважину в виде головных продольных Р₁₂₁ и поперечных Р₁S₂P₁волн, а также волн типа Лэмба - Стоунли (L- St) (распространяющихся в жидкости, заполняющей скважину, и в горной породе в прискважинном слое).

Следовательно, от излучателя И к приемнику в условиях скважины распространяются головная продольная волна Р₁₂₁головная поперечная волна P₁S₂P₁, волна Лэмба - Стоунли (L- St) и прямая продольная волна Р₁(отраженная волна Р₁₁обычно не доходит до приемника из-за малой ее энергии) со следующим соотношением скоростей: υ_p2 > υ_s2 >υ_L-St> υ_p1. В реальных условиях волновая картина имеет более сложный вид.

2.5. Метрологическое обеспечение проектируемых работ