ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 126
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
191
пользованием не проводящих ток пресных промывочных жидкостей и жидкостей на нефтяной основе, а также при малых значениях отношения
ρ
п
/
ρ
с
(например, для выде- ления рудных тел или тонких прослоев аргиллитов, залегающих в карбонатных поро- дах).
Различают низкочастотные (20—60 кГц) и высокочастотные (1—40 мГц) элек- тромагнитные методы. Основное применение в практике нашел низкочастотный метод,
известный под названием индукционного. В принципе, индукционный зонд состоит из двух катушек—генераторной и приемной (рис. 7.13). Генераторная катушка создает первичное электромагнитное поле, приводящее к возникновению в горных породах вихревых токов (токов Фуко). Схематически картина выглядит так,
будто пространство заполняется элементарными токовыми кольцами с центрами на оси скважины — вих- ревыми токами. Ток в каждом
i
-м кольце прямо пропорционален электродвижущей си- ле
E
i
, создаваемой первичным полем в области этого кольца, и обратно пропорциона- лен электрическому сопротивлению
R
горных пород, составляющих кольцо. Восполь- зовавшись законом Ома, можно записать
П
i
i
i
s
l
E
R
E
I
σ
=
=
/
где
l, s
— длина окружности кольца и его сечение соответственно;
σ
П
— удельная элек- тропроводность горных пород.
Вихревые токи порождают вторичное электромагнитное поле, индуцирующее электродвижущую силу
Е
2
. в приемной катушке. Зависимость
Е
2
от
I
i
, и, следователь- но, от
σ
П
приблизительно прямо пропорциональна. Таким образом, сигнал, регистри- руемый измерительным устройством, отражает изменение удельной электропроводно- сти пород по разрезу скважины. Единица удельной электропроводности — сименс на метр (См/м)— величина, обратная ом-метру (Ом-м). На практике обычно используют тысячные доли сименса — миллисименсы (мСм). Зависимость между
ρ
п
и
σ
П
обратно пропорциональная, в связи с чем при малых
ρ
п
(до 50 Ом-м) небольшому значению
ρ
п
Рис.7.13 Схема проведения измерений ин- дукционным методом.
1 — генераторная катушка; 2 — приемная ка- тушка; 3 —
i
-e токовое кольцо; 4 — линия на- пряженности первичного магнитного поля; 5 —
линия напряженности вторичного магнитного поля
Рис.7.14 Пример выделения прослоев глин в известняках высокого сопротивления.
1 — известняки; 2 — глины
192
соответствует большое изменение
σ
П
. Это означает, что в области малых
ρ
п
метод об- ладает большой чувствительностью. Именно поэтому он позволяет, к примеру, выде- лять тонкие прослои глин, залегающие среди мощных пластов высокого сопротивления
(рис.7.14). Регистрируемая в процессе измерений эффективная удельная электропро- водность
σ
ЭФ
зависит от проводимостеи пласта, промывочной жидкости, зоны проник- новения вмещающих пород, диаметра скважины, мощности пласта, размера и конст- рукции зонда и отличается от истинной удельной электропроводности пласта
σ
П
. Од- нако методика интерпретации позволяет в благоприятных случаях учесть влияние ме- шающих факторов и определить значения
σ
П
1 2 3 4 5 6
7.3
Ядерно-физические методы
Ядерно-физические методы ГИС основаны на изучении естественных н искусст- венных полей радиоактивных излучений в скважине. Существуют интегральные мето- ды, при которых регистрируется общая интенсивность излучения, и их спектральные модификации, с помощью которых исследуют энергетические спектры излучений и оценивают содержание в горных породах отдельных элементов (см. гл.5).
7.3.1
Методы естественной гамма-активности
Методы естественной гамма-активности — интегральный (ГМ) и спектральный
(ГМ-С) — изучают естественную радиоактивность пород, вскрытых скважиной. Есте- ственная радиоактивность обусловлена, в основном, присутствием урана
238
U и продук- тов его распада, радия Ra, тория Th и радиоактивного изотопа калия
40
К. Остальные ра- диоактивные элементы имеют большие периоды полураспада и низкие концентрации.
Как отмечалось в гл. 5, среди магматических пород наиболее высокой радиоактивно- стью обладают кислые и средние. Радиоактивность метаморфических пород, как пра- вило, высока за счет значительного содержания в них
40
К. Радиоактивность осадочных пород колеблется в широких пределах. Пониженной радиоактивностью отличаются хемогенные отложения (ангидрит, гипс, галит), чистые пески, песчаник, известняк и доломит. Максимальной радиоактивностью обладают глины, глинистые и битуминоз- ные сланцы, фосфориты, а также калийные соли. Поэтому интегральный гамма-метод
(ГМ) применяют для идентификации этих отложений. Радиоактивность других терри- генных пород характеризует степень их глинистости, а карбонатных — содержание мелкодисперсного материала (нерастворимого остатка).
В отдельных случаях ГМ не может дать правильного представления о литологии пород, обладающих повышенной радиоактивностью. Например, чистые песчаники, в том числе коллекторы нефти или газа, могут быть приняты за глинистые или за- глинизированные разности, если они обогащены монацитовыми, карнатитовыми, глау- конитовыми и другими ураноносными или ториеносными минералами. Иногда радио- активность горных пород повышается за счет насыщения их ураносодержащими вода- ми, органическими или фосфатными веществами. В этих случаях литологическая ха- рактеристика определяется спектральным гамма-методом (ГМ-С), позволяющим диф- ференцированно оценить содержание урана, тория и калия. Повышенное содержание урана в карбонатах указывает на
наличие радиоактивных пластовых вод, органики или фосфатных веществ, повышенное содержание тория и калия — на глинистость карбо- натов. В энергетическом спектре излучения песчаников, содержащих радиоактивные минералы, как правило, превалирует ториевая составляющая.
Регистрируемые в зависимости от глубины диаграммы гамма-методов (как и всех вообще радиоактивных методов) осложнены флуктуациями, обусловленными стати- стическим характером излучения (рис. 7.15). Для снижения влияния флуктуации изме- рительный тракт аппаратуры содержит накопители импульсов, позволяющие усред- нить их число за определенный промежуток времени. Однако наличие накопителей,
являющихся инерционными элементами, приводит к искажению диаграмм — их не- симметричности относительно центра пласта — и занижению показаний в пластах ма- лой и средней мощности. Искажения тем больше, чем больше скорость подъема сква-
193
жинного прибора и время накапливания.
Радиус исследований как ГМ, так и ГМ-
С не превышает 50 см. Поэтому радиоактив- ность ближней зоны, скважинной жидкости,
цемента и т. д. оказывает на них существенное влияние. Методика интерпретации предусмат- ривает внесение поправок за влияние этих зон,
а также параметров накопителя, скорости движения прибора и т. д.
ГМ применяют для решения следующих задач: расчленения и корреляции осадочных толщ по степени их глинистости; выделения некоторых полезных ископаемых (урановых,
марганцевых, свинцовых руд, бокситов, апа- титов, фосфоритов и т. д.); выделения коллек- торов нефти, газа и пресных вод, залегающих среди глинистых вмещающих пород; оценки коллекторских свойств, зависящих от глини- стости пород. ГМ-С применяют для корреля- ции «немых» толщ, а также для детального литологического расчленения осадочных пород в тех случаях, когда их радиоактив- ность не связана с глинистостью.
7.3.2
Гамма-гамма методы (ГГМ)
ГГМ основаны на измерении интенсивности искусственного гамма-излучения,
рассеянного горной породой (см. гл. 5). В качестве источников гамма-квантов исполь- зуют радиоактивные изотопы, энергия излучения которых лежит в диапазоне 20 кЭВ —
1,33 МэВ. Как известно, в этом диапазоне наиболее вероятны два вида взаимодействия гамма-квантов с веществом: комптоновское рассеяние и поглощение в результате фо- тоэффекта, причем при энергиях больше 0,5 МэВ
фотоэффект практически не происходит. Число рассеянных гамма-квантов
I
γγ
в ГГМ зависит, в ос- новном, от плотности горной породы
σ
, а их по- глощение — от ее эффективного атомного номера
Z
эф
и в меньшей степени от плотности.
Блок-схема скважинного прибора ГГМ при- ведена на рис. 7.16. Гамма-кванты 6 и 7 вылетают из источника 2 через специальное коллимационное отверстие в свинцовом или стальном экране 1, по- падают в породу и, рассеиваясь ею, изменяют на- правление. Некоторые из них (6) через второе кол- лимационное отверстие в экране попадают в детек- тор 3. При энергиях выше 0,5 МэВ их число обу- словлено, в основном, плотностью породы, при низких энергиях существенную роль играет погло- щение гамма-квантов за счет фотоэффекта. Ме- шающее влияние промывочной жидкости устраня- ют за счет прижатия прибора к стенке скважины прижимным устройством 8.
Существуют две модификации ГГМ — плот- ностная ГСМ-П и селективная ГГМ-С. В методе
ГГМ-П энергетические диапазоны излучаемого и регистрируемого гамма-излучения лежат в области комптон-эффекта. В результате интенсивность вто-
Рис.7.15 Диаграммы ГМ.
а—диаграмма содержания радиоактивных элементов в горной породе; б — фактиче- ская диаграмма ГМ
Рис.7.16 Блок-схема скважинно- го прибора ГГМ.
1 — экран; 2 — источник; 3 — де- тектор; 4 — блок электроники; 5 —
кабель; 6—7 — рассеянные гамма- кванты; 8 —прижимное устройство
194
ричного гамма-излучения обусловлена плотностью вещества и мало зависит от атомно- го номера (химического состава). Метод ГГМ-С основан на регистрации мягкой (низ- коэнергетической) части вторичного гамма-излучения, интенсивность которого обу- словлена, в первую очередь, атомным номером вещества, т.е. его химическим составом.
Для реализации ГГМ-С применяют источники низких энергий, например, тулий, ис- пускающий кванты энергий 52 и 84 кэВ, или специальные пороговые устройства, по- зволяющие регистрировать только мягкие гамма-кванты. Влияние плотности устраня- ют применением двухзондовых устройств или учитывают за счет комплексного приме- нения ГГМ-С и ГГМ-П.
Зависимости интенсивности регистрируемого излучения от плотности и атомного номера вещества имеют инверсионный характер, т.е. с ростом плотности или эффек- тивного атомного номера
(Z
эф
)
интенсивность вторичного излучения уменьшается из- за поглощения веществом части рассеянных гамма-квантов (фотоэффект).
ГГМ обладают малой глубинностью, в связи с чем на их показания большое влияние оказывают глинистая корка и каверны. По этой же причине их нельзя приме- нять для определения параметров горных пород в обсаженных скважинах. ГГМ-П
применяют для литологического расчленения разрезов скважин. В благоприятных ус- ловиях он позволяет идентифицировать угольные пласты и оценивать их зольность.
Также его используют для выделения хромитовых руд среди змеевиков и серпентини- тов, колчеданных, марганцевых и железных руд, бокситов, флюоритов, полиметалли- ческих руд и калийных солей.
В нефтегазовых скважинах ГГМ-П применяют для оценки пористости горных пород при известном литологическом составе. Коэффициент пористости
k
П
и плот- ность
σ
связаны следующим соотношением
Ж
П
СК
П
k
k
σ
σ
σ
+
−
=
)
1
(
где
σ
СК
, σ
Ж
— плотность скелета горной породы и насыщающей ее жидкости соответ- ственно. Данные ГГМ-П используют, кроме того, для изучения технического состояния обсаженных скважин, в первую очередь — для контроля доброкачественности колонны и цементного камня.
ГГМ-С применяют для выделения рудных пластов и оценки их продуктивности. В
нефтегазовых скважинах ГГМ-С совместно с ГГМ-П позволяет детализировать литоло- гию разреза по степени содержания в горных породах кальция, обладающего большим атомным номером. При этом выделяют известняки, доломиты, чистые и кальцитизиро- ванные терригенные разности.
7.3.3
Гамма-нейтронный метод (ГНМ)
ГНМ основан на измерении интенсивности тепловых нейтронов, которые возни- кают, если энергия бомбардирующих гамма-квантов превышает энергию связи нейтро- нов в ядре. Наименьшей энергией связи в горных породах обладают ядра бериллия
(1,666 МэВ) и дейтерия (2,226 МэВ). На практике ГНМ применяют для поисков место- рождений бериллия. Существует принципиальная возможность определения положе- ния водонефтяного контакта, основанная на том, что дейтерия в нефти примерно в 1,5
раза больше, чем в воде. Однако характерный для ГНМ малый радиус исследования и наличие в коллекторах зон проникновения пока затрудняют применение этого метода на практике.
7.3.4
Стационарные нейтронные методы ГИС
Стационарные нейтронные методы ГИС заключаются в облучении породы ста- ционарными потоками быстрых нейтронов (энергия больше 0,5 МэВ) и регистрации плотности нейтронов, замедлившихся до надтепловых или тепловых энергий или гам- ма-квантов, возникающих при захвате тепловых нейтронов ядрами атомов (радиацион- ный захват). Для получения нейтронов обычно используют реакции поглощения альфа- частиц ядрами некоторых элементов. В промыслово-геофизической практике чаще все-