Файл: В. Н. Косков геофизические исследования.pdf

39 щая прибор, неоднородна (прослои по- род разного сопротивления, промывоч- ная жидкость с сопротивлением, отли- чающимся от сопротивления окружаю- щей среды, наличие зоны проникнове- ния), то замеренная величина электро- проводности характеризует кажущуюся проводимость

к аналогично кажуще- муся удельного сопротивлению

к
Удельная электрическая проводимость выражается в сименсах на метр (См/м).
Сименс-проводимость проводника, имеющего сопротивление в 1 Ом.
Кривая кажущейся удельной про- водимости, регистрируемая ИК, прак- тически линейно отражает изменение проводимости среды. Она соответствует перевернутой кривой кажущихся со- противлений в практически гиперболи- ческом масштабе сопротивлений. Бла- годаря этому усиливается дифференци- ация кривой против пород, имеющих низкое удельное сопротивление, и про- исходит сглаживание ее против пород с высоким удельным сопротивлением
(рис. 8). При повышающем проникновении влияние зоны проникновения на результаты ИК невелико. Понижающее проникновение оказывает влия- ние, начиная уже с проникновения промывочной жидкости на глубину, превышающую три диаметра скважины (D

3 d
с
).
Индукционный каротаж в отличие от других методов сопротивления не требует непосредственного контакта измерительной установки с про- мывочной жидкостью, что дает возможность применять его в тех случаях, когда используются непроводящие промывочные жидкости (приготовлен- ные на нефтяной основе), а также в сухих скважинах.
Благоприятные результаты получают при исследовании разрезов низ- кого и среднего сопротивлений и при наличии повышенного проникнове- ния фильтрата бурового раствора в пласт. По диаграммам ИК можно более точно определить удельное сопротивление низкоомных водоносных кол- лекторов и положение ВНК. Применение соленой промывочной жидкости и высокое удельное сопротивление пород ограничивают использование
ИК.
Рис. 8. Расчленение разреза по диа- грамме индукционного каротажа:
1–3 – пласты соответственно высоко- го, среднего и низкого удельного со- противления (точки на кривой ИК соответствуют границам пластов)

40
Метод потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС). Вокруг скважины, заполненной глинистым раствором или водой, самопроизволь- но возникают электрические поля, названные самопроизвольной или соб- ственной поляризацией (естественные потенциалы). Происхождение таких потенциалов в скважине обусловлено диффузионно-адсорбционными, фильтрационными и окислительно-восстановительными процессами, воз- никающими на границах пластов, различающихся по своим литологиче- ским свойствам, и на контакте промывочной жидкости в скважине и пла- стов, поры которых заполнены водой той или иной минерализации.
Измерение естественных потенциалов сводится к замеру разности по- тенциалов между электродом М, перемещаемым по скважине, заполненной промывочной жидкостью (глинистым раствором, водой), и электродом N, находящимся на поверхности вблизи устья скважины. Разность потенциа- лов между перемещаемым электродом М и неподвижным N указывает на изменение электрического потенциала вдоль скважины. Причиной этого является наличие в скважине и около нее самопроизвольно возникающего электрического поля.
Регистрируемая кривая естествен- ных потенциалов (кривая ПС) показы- вает изменение величины потенциала электрического поля у электрода М с глубиной. Точка записи разности по- тенциалов

U относится к электроду М
(рис. 9). Разность потенциалов измеря- ется в милливольтах (мВ). Измерение кривой ПС производится обычно одно- временно с записью кривой КС стан- дартным градиент- или потенциал- зондом. Операция совместной реги- страции кривых получила название стандартного электрического каротажа.
Величину амплитуды аномалий ПС

U
пс отсчитывают от линии глин, назы- ваемой условно нулевой линией. Эта линия, обычно прямая, проходит на диаграмме ПС против мощных пластов глин, в которых амплитуда кривой
ПС близка к величине ЭДС Е
пс
. Границы мощного пласта (h /d
с

4) отме- чаются в точках, соответствующих половине амплитуды отклонения кри- вой ПС; границы тонких пластов смещены относительно половинной ам- плитуды отклонения кривой ПС к максимальному отклонению.
Рис. 9. Схема измерения ПС: 1 – гли- на; 2 – песчаник; 3 – регистрирующий прибор

41
Изучать песчано-глинистый разрез наиболее целесообразно по кривой
ПС. Пески, песчаники, алевриты и алевролиты легко отличаются от глин.
Песчано-алевритовые пласты на диаграммах ПС отмечаются минимумами потенциала. С увеличением в песчаном пласте количества глинистого ма- териала возрастает коэффициент диффузионно-адсорбционного потенциа- ла, а следовательно, уменьшается отклонение кривой ПС против него.
Наибольшей адсорбционной активностью (наибольшей дисперсностью) обладают глинистый и лимонитовый цементы породы, значительно мень- шей – карбонатный и наименьшей – силикатный. Против нефтегазоносных чистых песчано-алевритовых пластов отрицательная аномалия ПС обычно такая же, как и против водоносных. Против глинистых коллекторов она несколько меньше.
В карбонатном разрезе отрицательными аномалиями на кривой ПС чаще всего отмечаются чистые (неглинистые) карбонатные пласты (из- вестняки, доломиты), как крупно- и среднезернистые, так и мелкозерни- стые, в том числе малопористые и плотные. Кривая ПС для карбонатных пластв (мергели, глинистые известняки и доломиты), содержащих глини- стый материал, сосредоточенный в порах или в рассеянном виде, по всей толще породы незначительно отклоняется от кривой ПС для глин. Расчле- нение разреза и выделение границ пластов по кривой ПС в высокоомном разрезе затруднительно.
Прочие электрометоды и комлексы электрических измерений в
скважине. Помимо вышеперечисленных электрометодов в практике каро- тажа скважин используются иногда и методы вызванных потенциалов
(ВП) и диэлектрический каротаж (ДК). Метод ВП предназначен для оцен- ки свойств горных пород и основан на способности пород поляризоваться при прохождении через них электрического тока. Чаще всего метод ВП находит применение для выделения угольных и рудных пластов. Метод
ДК основан на измерении кажущейся диэлектрической проницаемости горных пород

к
, которая численно равна диэлектрической проницаемости такой однородной непроводящей среды, показания которой равны показа- ниям в данной неоднородной среде с конечным сопротивлением.
Для сокращения времени производства геофизических работ приме- няют комплексы электрометодов, когда одновременно за один спуск- подъем осуществляются измерения несколькими различными зондами или методами.
2.2. Радиоактивные методы каротажа
Геофизические методы изучения геологического разреза скважин, ос- нованные на измерении характеристик полей ионизирующих излучений
(естественных и искусственно вызванных), происходящих в ядрах атомов

42 элементов, называют радиоактивным каротажем (РК) [4, 6, 8]. Наиболее широкое распространение получили следующие виды радиоактивного ка- ротажа: гамма-каротаж, позволяющий изучать естественное

-излучение горных пород; гамма-гамма-каротаж и нейтронный каротаж, основанное на эффекте взаимодействия с горной породой источников

-излучения и нейтронов.
Радиоактивностью называется способность неустойчивых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в более устойчивые ядра других элементов, испуская

-

-

-лучи и элементарные частицы (электро- ны, нейтроны, протоны, позитроны и нуклоны). Радиоактивность атомных ядер, находящихся в естественных условиях, получила название есте- ственной радиоактивности, а радиоактивный распад атомных ядер при их бомбардировке элементарными частицами (электронами, протонами, нейтронами,

-частицами и др.) – искусственной радиоактивности. Однако эти названия отражают лишь способ получения радиоактивного изотопа, а радиоактивность в обоих случаях определяется свойствами атомных ядер переходить из одного состояния в другое, более устойчивое, с иными фи- зическими и химическими свой- ствами. Процесс превращения од- ного изотопа химического элемента в другой называется радиоактив-
ным распадом, который обусловлен внутренним состоянием атомного ядра, поэтому на скорость радиоак- тивного распада не влияют темпе- ратура и давление, электрическое и магнитное поля, вид химического соединения данного радиоактивно- го элемента и его агрегатное состо- яние.
Гамма-каротаж (ГК) позволяет проводить измерения интенсивно- сти естественного

-излучения по- род вдоль ствола скважины. Интен- сивность радиоактивного излуче- ния пород в скважине измеряют при помощи индикатора

-излуче- ния, расположенного в глубинном приборе. В качестве индикатора используют счетчики Гейгера –
Мюллера или более эффективные,
Рис. 10. Расчленение разреза по водородо- содержанию пород по диграммам ГК, НГК и электрометрии: 1 – песчаник нефтенос- ный; 2 – глина; 3 – известняк глинистый;
4 – известняк; 5 – алевролит глинистый; 6 – точки, соответствующие границам пластов на кривых ГИС

43 лучше расчленяющие разрез сцинтилляционные счетчики. Полученная в результате замера кривая, характеризующая интенсивность

-излучения пластов вдоль ствола скважины, называется гамма-каротажной кривой
(рис. 10).
Измеряемое при ГК

-излучение включает в себя также и так называ- емое фоновое излучение (фон), которое вызвано загрязнением радиоактив- ными веществами материалов, из которых изготовлен глубинный прибор, и космическим излучением. Фон резко снижается с глубиной и на глубине нескольких десятков метров на результатах измерений уже не сказывается.
Благодаря статистическим флуктуациям – колебаниям интенсивности излучения вокруг некоторой средней величины в одних и тех же услови- ях – кривая ГК имеет отклонения, не связанные с изменением физических свойств пластов. В общем случае интенсивность

-излучения пластов, вскрываемых скважиной, приблизительно пропорциональна

-активности пород. Однако при одинаковой

-активности породы с большей плотно- стью характеризуются более низкими показаниями ГК из-за более интен- сивного поглощения

-лучей
Влияние скважины на показания ГК проявляется в повышении интен- сивности

-излучения за счет естественной радиоактивности колонн, про- мывочной жидкости и цемента и в ослаблении

-излучения горных пород вследствие поглощения

-лучей колонной, промывочной жидкостью и це- ментом. Условно считают, что эффективный радиус действия установки гамма- каротажа (радиус сферы, из которой исходит 90 % излучений, вос- принимаемых индикатором) соответствует приблизительно 30 см; излуче- ние от более удаленных участков породы поглощается окружающей сре- дой, не достигнув индикатора.
ГК широко применяется для изучения литологии пород, выделения глинистых и продуктивных пластов, качественной и количественной оцен- ки их глинистости, а иногда и пористости коллекторов, при корреляции разрезов скважин, в том числе и обсаженных колонной.

44 не достигает индикатора. В этом случае регистрируется жесткий компо- нент рассеянного

-излучения и получаемая кривая ГГК несет информа- цию об изменении объемной плотности окружающей среды.
Между интенсивностью рассеянного

-излучения и плотностью гор- ных пород существует обратная зависимость: чем больше плотность, тем больше рассеяние и тем меньше регистрируемое

-излучение. На кривой
ГГК минимальные показания соответствуют плотным породам – ангидри- там, крепким доломитам и известнякам, максимумами выделяются наиме- нее плотные породы - гипсы, глины, каменная соль, высокопористые раз- ности известняков, песчаников, доломитов. Средние и пониженные значе- ния характерны для глинистых известняков и песчаников (рис. 11).
При учете данных, характеризующих условия измерений в скважине и эффективность регистрации применяемой аппаратуры, возникает возмож- ность перехода от показаний ГГК к объемной плотности пород

п
, а от плотности – к пористости K
п
. По результатам ГГК может быть определена общая пористость, включая объем межзерновых пор, каверн и трещин, независимо от характера сообщаемости и гидропроводности пор коллекто- ра.
Наиболее тесная зависимость между пористостью и плотностью наблюдается в однокомпонентных породах (известняках, доломитах, квар- цевых песчаниках), насыщенных определенным флюидом, что позволяет оценивать их пористость непосредственно по кривой ГГК. Показания ГГК существенно зависят от диаметра скважины, расстояния от стенки прибора
(со стороны индикатора) до стенки скважины, от толщины глинистой кор- ки, плотности промывочной жидкости и других факторов.
Для уменьшения влияния каверн и глинистой корки на показания ГГК используются приборы, которые прижимаются к стенке скважины с кол- лимированными источниками и индикаторами. Это позволяет увеличить радиус исследования зондом ГГК. Зарегистрированные одним зондом дан- ные оказываются вполне достаточными для качественной интерпретации, но не могут быть использованы непосредственно для количественного определения плотности пород.
Оценка плотности пород по кривой ГГК, записанной одним зондом, возможна путем эталонирования диаграммы по двум опорным горизонтам с известными значениями

п
, аналогично эталонированию диаграмм гам- ма- каротажа и нейтронного гамма-каротажа при замене абсолютных зна- чений относительными. Рассчитав линейную зависимость J
ггк
= f(

п
) для опорных пластов, по которым имеются керновые данные, определяют плотность исследуемого пласта

п по величине J
ггк
. ГГК также находит широкое применение при расчленении разрезов скважин, уточнении лито- логии, выделении коллекторов и оценке их пористости.

45
В отличие от многих других методов геофизического исследования скважин ГГК одинаково чувствителен к изменению как малых значений, пористости так и больших. В этом и есть его существенное преимущество.
Данные ГГК широко используются при изучении и контроле технического состояния скважин, оценке качества тампонажных работ, выявлении ин- тервалов притока в скважину флюидов различной плотности и других.
Нейтронный гамма-каротаж и его модификации. Нейтронный гамма- каротаж позволяет изучать характеристики нейтронного и

-излучений, возникающих при облучении горных пород источником нейтронов. Разли- чают стационарные и импульсные нейтронные методы исследования сква- жин.
К числу стационарных методов относятся союственно нейтронный гамма-каротаж (НГК) и нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым
(ННК-Т) и надтепловым (ННК-Н) нейтронам.
Собственно нейтронный гамма-каротаж основан на измерении харак- теристик поля

-излучения, возникающего под действием внешнего источ- ника нейтронов (см. рис.10). Результаты измерений при нейтронном каро- таже представляют в виде кривой изменения вторичного

-излучения или плотности тепловых (надтепловых) нейтронов с глубиной. В скважинном приборе, который используется при нейтронном каротаже, содержатся ис- точник и индикатор

-из-лучения (при НГК) или плотности нейтронов (при
НК-Т и НК-Н). Расстояние между источником нейтронов и индикатором соответствует длине зонда L
3
. Общая величина

-излучения, регистрируе- мая путем НГК, слагается из трех компонентов:
– интенсивности

-излучения I
нгк
, возникающего в результате радиа- ционного захвата ядрами породы (радиационное или вторичное

-излу- чение);
–

-излучения I
ггк источника нейтронов, которое воздействует на ин- дикатор непосредственно или вследствие облучения стенок скважины

- лучами, часть которых рассеивается породой в направлении индикатора
(для ослабления непосредственного

-излучения от нейтронного источни- ка между ним и индикатором устанавливается свинцовый экран);
– естественного

-излучения I
гк
, обусловленного естественной радио- активностью породы. Влияние естественного

-излучения при количе- ственных определениях учитывается по данным гамма-каротажа.
Величина I
нгк является наиболее важной составляющей, которая зна- чительно превышает I
ггк и I
гк
При исследованиях зондами, длина которых L
3
более 40 см, плотность нейтронов в среде с большим водородосодержанием в зоне размещения