Файл: В. Н. Косков геофизические исследования.pdf

46 индикаторов мала, поскольку в такой среде продвижение нейтронов за- медляется и они поглощаются в основном вблизи источника. В результате породы с высоким водородосодержанием на диаграммах НГК отличаются низкими показами. В малопористых породах с низким водородосодержа- нием плотность нейтронов вблизи индикатора увеличивается, что вызыва- ет повышение интенсивности радиационного захвата, а следовательно и показаний НГК.
На результаты НГК значительное влияние оказывают также элементы, обладающие аномально высокой способностью захвата тепловых нейтро- нов: хлор, бор, литий, кадмий, ко- бальт и др. Из них наиболее широ- ко распространен в осадочной толще хлор.
По нейтронным свойствам осадочные горные породы можно разделить на две группы – породы с высоким водородосодержанием и с низким. К первой группе пород относятся глины, характеризующи- еся высокой влагоемкостью (пори- стостью) и содержащие значитель- ное количество минералов с хими- чески связанной водой (водные алюмосиликаты), гипсы, отличаю- щиеся малой пористостью, но со- держащие химически связанную воду, а также некоторые очень по- ристые и проницаемые песчаники и карбонатные породы, насыщенные в естественных условиях жидко- стью. При измерениях большими зондами (L
3

40 см) на диаграммах
НГК эти породы отмечаются низ- кими показаниями (рис. 10, 11).
Во вторую группу пород входят малопористые разности – плотные известняки и доломиты, сцементированные песчаники и алевролиты, а также гидрохимические образования (ангидриты, каменная соль). На диа- граммах НГК, зарегистрированных большими зондами, эти породы выде- ляются высокими показаниями. Для таких осадочных пород, как пески, песчаники, пористые карбонаты, показания НГК зависят от их глинистости и содержания в них водорода (насыщенности водой, нефтью или газом).
Рис. 11. Данные радиоактивного каротажа для различных пород: 1 – глина; 2 – из- вестняк плотный; 3 – песчаник; 4 – извест- няк глинистый; 5 – аргиллит; 6 – алевролит

47
Нефть и вода содержат почти одинаковое количество водорода, по- этому нефтеносные и водоносные пласты с малым содержанием хлора имеют приблизительно одинаковые значения НГК. В то время как газо- носные пласты характеризуются более высокими значениями.
Нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым (ННК-Т) и надтепло-
вым нейтронам (ННК-Н). На диаграммах ННК-Т водородосодержащие пласты выделяются, так же, как и на диаграммах НГК, низкими значения- ми радиоактивности, малопористые пласты – более высокими значениями.
На показания ННК-Т значительно влияют некоторые критические элементы, обладающие большим сечением захвата тепловых нейтронов, например, хлор, поэтому результаты исследования сильно зависят от ми- нерализации промывочной жидкости и пластовой воды. Показания же
ННК-Н практически не зависят от содержания в окружающей среде эле- ментов с большим сечением захвата тепловых нейтронов, в том числе и хлора. Они определяются главным образом замедляющими свойствами среды – водородосодержанием. Следовательно, показания ННК-Н более тесно связаны с содержанием водорода в породе, чем показания НГК и
ННК-Т. Преимущество методов ННК-Т и ННК-Н перед НГК в том, что на результаты, полученные этими методами, не влияют на естественное

-из- лучения и

-излучения источников нейтронов. Длина зондов при ННК-Т и
ННК-Н выбирается равной 0,4–0,5 м. Для нейтрон-нейтронного каротажа характерна малая глубина исследования, которая в зависимости от свойств пород и их водородосодержания изменяется от 20 до 30 см, уменьшаясь с ростом водородосодержания
НК в комплексе с ГК и другими методами ГИС дают возможность выделять в разрезе глины, плотные породы и участки повышенной пори- стости. Если поры чистой породы заполнены пресной водой или нефтью,
НК характеризует емкость этих пор. В сочетании с ГГК нейтронные мето- ды используются для выявления газонасыщенности зон (характерное вли- яние газа на показания ГГК и НК улучшает выделение газоносных пород).
В эксплуатационных скважинах методы НК применяются для определения местоположения газожидкостного и водонефтяного контактов. При иссле- довании нефтяных и газовых скважин наиболее широко используется НГК; при низкой минерализации пластовых вод и промывочной жидкости целе- сообразно применение ННК-Т.
Импульсный нейтронный каротаж (ИНК) и его применение.Сущ- ность импульсного нейтронного каротажа заключается в изучении неста- ционарных нейтронных полей и

-полей, создаваемых генератором нейтронов, работающим в импульсном режиме с частотой следования им- пульсов от 10 до 500 Гц, при котором происходит облучение пластов, вскрываемых скважиной, импульсами нейтронов длительностью

t
д
, сле-

48 дующими друг за другом через определенный промежуток времени t. По- сле истечения времени t
з задержки включается наземная измерительная аппаратура и на протяжении времени

t (окно временного анализатора) измеряется плотность нейтронов или продуктов их взаимодействия с ве- ществом. Изменяя время включения измерительной аппаратуры (время за- держки t
з
) и измеряя при этом плотность нейтронов на протяжении време- ни

t, изучают процессы взаимодействия их с веществом, характерные для данного времени жизни нейтронов.
При помощи импульсных нейтронных методов изучают зависимости плотности тепловых нейтронов n
t
(или интенсивности вторичного

-излу- чения I
нгк от времени) и закономерности взаимодействия нейтронов с ве- ществом в заданный момент времени с регистрацией элементарных частиц в течение времени t
з
. Различают импульсный нейтрон-нейтронный каро-
таж (ИННК) и импульсный нейтронный гамма-каротаж (ИНГК).
В практике исследования нефтегазовых скважин в настоящее время используются зонды длиной 35–40 см. Наличие зоны проникновения фильтрата глинистого раствора эквивалентно увеличению диаметра сква- жины. В проницаемых пластах глубина проникновения фильтрата раствора обычно не превышает радиус исследования, и в течение первого периода после крепления скважины показания ИНК обусловлены в основном толь- ко влиянием зоны проникновения. При качественной интерпретации диа- граммы ИНК руководствуются следующим: малопористые неглинистые пласты, нефтеносные и газоносные коллекторы характеризуются макси- мальными значениями плотности тепловых нейтронов n
t
и

-излучений
I
нгк
; глинистые пласты, высокопористые коллекторы, насыщенные мине- рализованной водой, и другие – минимальными показаниями.
При изучении нефтяных и газовых месторождений главной задачей является выделение в разрезе нефтегазоносных пластов и определение во- донефтяного (ВНК) и газожидкостного (ГЖК) контактов. ИНК широко применяется при исследовании действующих, обсаженных колоннами скважин для прослеживания водонефтяного и газожидкостного контактов, установления нефтенасыщенных зон и интервалов, не отдающих нефть, выявления перетоков нефти и газа между пластами, прослеживания про- движения фронта воды, сопоставления разреза и границ ВНК скважин, крепленных колонной и открытых.
Другие радиоактивные методы. Кроме основных методов радио- метрии скважин, основанных на регистрации интегральной интенсивности

-излучения или нейтронного излучения, используются их спектральные модификации – спектрометрия естественного, нейтронного и рассеянного

-излучения. Метод меченных атомов (ММА) основан на вводе радиоак-

49 тивных изотопов в жидкость, закачиваемую в скважину, с последующим замером искусственно созданной радиоактивности в пластах горных по- род. Среди стационарных методов НК используются спектрометрический нейтронный гамма-каротаж (НГК-С), метод наведенной активности
(МНА), импульсный нейтронный гамма-каротаж неупругого рассеяния нейтронов (ИНГКМР), ИНГК наведенной активности, импульсный нейтрон-нейтронный каротаж резонансного поглощения тепловых нейтро- нов (ИННКП-Т).
2.3. Акустические и другие неэлектрические методы исследования
скважин
Акустический каротаж (АК) основан на изучении характеристик упругих волн ультразвукового и звукового диапазона в горных породах.
При АК в скважине возбуждаются упругие колебания, которые распро- страняются в ней и в окружающих породах и воспринимаются приемника- ми, расположенными в той же скважине.
В естественном залегании горные породы практически являются упругими телами. Если в элементарном объеме некоторой упругой среды в течение короткого времени действует внешняя возбуждающаяся сила, в среде возникают напряжения, вызывающие относительное перемещение частиц. Это ведет к возникновению двух типов деформации: деформации объема (растяжения, сжатия) и деформации формы (сдвига). Процесс по- следовательного распространения деформации называется упругой сей- смической волной, которая распространяясь во все стороны захватывает все более удаленные области. Поверхность, отделяющая в данный момент времени область среды, в которой уже возникло колебание частиц, от той, где колебания еще не наблюдаются, называется фронтом волны.
Линии, нормальные к волновым поверхностям, носят название лучей.
В однородной среде лучи прямолинейны, а в неоднородной имеют криво- линейную форму. Распространение фронта волны изучается при помощи известного в геометрической сейсмике принципа Гюйгенса-Френеля, со- гласно которому каждая точка фронта рассматривается как источник эле- ментарных волн, а понятие луча связывается с направлением переноса энергии волны. Различают два типа волн – продольные Р и поперечные S.
Продольная волна позволяет получить информацию только деформа- ции объема. Распространение продольной волны представляет собой пере- мещение зон растяжения и сжатия; частицы среды совершают колебания около своего первоначального положения в направлении, совпадающем с направлением распространения волны. Поперечная волна связана с дефор- мацией формы; распространение ее сводится к скольжению слоев среды относительно друг друга; частицы среды совершают колебания около сво-

50 его первоначального положения в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Поперечные волны могут существо- вать только в твердых телах.
Если упругая волна достигает границы раздела двух сред с различны- ми упругими свойствами, то часть энергии волны отражается – образуется отраженная волна, а часть проходит через границу – проходящая волна.
Отраженная волна возникает в том случае, если волновое сопротивление
(произведение плотности на скорость) одной среды больше, чем другой.
Волна, проходящая через границу раздела, изменяет свое направление – луч преломляется. Из законов геометрической сейсмики следует, что sin

/ sin

= V
1
/ V
2
, где

– угол падения;

– угол преломления; V
1
и V
2
– скорости распространения волны в средах I и II. При V
2

V
1
луч прохо- дящей волны удаляется от границы раздела, при V
2

V
1
приближается к ней и, начиная с некоторого критического угла падения i, удовлетворяю- щего условию sin i = V
1
/ V
2
, скользит вдоль границы раздела, а угол пре- ломления становится равным 90

Начиная с критических точек, фронт проходящей волны двигается вдоль границы с постоянной скоростью V
2
, в то время как скорость движе- ния фронта падающей волны по границе становится меньше V
2
и продол- жает уменьшаться, стремясь, по мере увеличения угла падения, к значению истинной скорости в покрывающем слое, т.е. к V
1
. Фронт падающей волны продолжает возбуждать отраженную, но уже не вызывает проходящей волны. Наоборот, фронт проходящей волны, достигая последующих точек границы раньше, чем фронт падающей, порождает новую, так называемую преломленную (головную) волну.
Акустический каротаж в основном сводится к определению скорости распространения упругих колебаний в пересеченных скважиной породах
(АК по скорости); могут также определяться поглощающие свойства гор- ных пород (АК по затуханию). Скорость распространения упругих волн в горных породах зависит от их минералогического состава, пористости и формы порового пространства, и, следовательно, тесно связана с их лито- логическими и петрографическими свойствами. Поглощающие свойства горных пород зависят от их геологического характера. Среди горных по- род наибольшей способностью ослаблять упругие колебания обладают га- зоносные, трещинные и кавернозные породы. Сильное влияние на затуха- ние других колебаний оказывают глинистые породы. Основным зондом, применяемым в АК, является трехэлементный, который состоит из воз- буждающего упругий импульс излучателя И и двух, расположенных на не- котором расстоянии от него приемников П
1
и П
2
, воспринимающих коле- бания. Расстояние между приемниками П
1
и П
2
является характерной ве-

51 личиной – базой S; длине зонда L
3
соответствует расстояние от излучателя до ближайшего приемника.
В используемой при АК ультразвуковой установке излучатель посы- лает импульсы колебаний, состоящие из трех-четырех периодов (6–8 фаз) с колокольной формой огибающей. В некоторый момент времени t
0
частица приходит в движение. Первое отклонение ее от положения равновесия называют вступлением волны. Величину максимального отклонения назы- вают амплитудами фаз волны, промежуток времени, разделяющий два со- седних максимума или минимума, – видимым периодом волны Т. Преоб- ладающей частотой волны является f = 1/Т. Акустический каротаж по ско- рости основан на изучении скорости распространения упругих волн в гор- ных породах, вскрываемых скважинами путем измерения интервального времени

t =(t
2
– t
1
)/S [мкс/м].
Часть пути от излучателя до приемника возбужденная волна проходит по промывочной жидкости и глинистой корке. Эти отрезки пути одинако- вы для каждого из приемников, вычитаются из времени вступления t
2
и t
1
, что обеспечивает исключение влияния скважины при измерениях трехэлектродным зондом. Влияние скважины возможно лишь в том слу- чае, когда в интервале между приемниками резко изменяется диаметр скважины.
Разность путей, проходимых волной от излучателя до первого и вто- рого приемников, равняется длине отрезка П
1
П
2
, т.е. базе зонда S. Из этого следует, что скорость распространения упругой волны V
п
= S/(t
2
– t
1
) или время пробега на единицу длины в трехэлементном зонде

t = 1/V
п
=
= (t
2
– t
1
)/S.
Скорость распространения упругой волны в пласте V
п
, определяемая при акустическом каротаже, называется пластовой, или интервальной, а

t – интервальным временем пробега продольной волны.
Акустический каротаж по затуханию основан на изучении характери- стик затухания упругих волн в породах, вскрываемых скважиной. Энергия упругой волны и амплитуда колебаний, наблюдаемых в той или иной точ- ке, зависят от многих факторов – мощности излучателя, расстояния от него до данной точки и характера горных пород. В однородной среде при рас- пространении волны со сферическим фронтом количество энергии, прихо- дящейся на единицу объема, уменьшается пропорционально квадрату рас- стояния от рассматриваемой точки до излучателя; амплитуда колебаний уменьшается обратно пропорционально этому расстоянию.
При акустическом каротаже измеряется скорость распространения упругих волн в породе в интервале базы зонда. Породы, залегающие за пределами базы, не влияют на измеряемые величины. Мощный пласт (h
