52. Физ.Основы метода естественной радиоактивности

Радиоактивность – способность неустойчивых изотопов хим. элементов самопроизвольно превращаться в другие, более устойчивые изотопы с испусканием элементарных частиц (α, β, γ, р, n и др.).

Метод исследования геологического разреза скважин, основанный на регистрации излучений, испускаемых естественно радиоактивными элементами г.п. называется метод естественной радиоактивности. Обычно альфа-и бета-лучи, имеющие малый пробег в веществе полностью поглощаются буровым раствором , а индикатора достигают лишь гамма-лучи, этот метод называют также гамма-мотодом и обозначают ГМ.

Скважинный прибор состоит из детектора(гамма-счетчика) и электронной схемы, служащую для питания индикатора, усиления его сигналов и передачи их через кабель на поверхность.(источника нет, только счетчик) (рис из лекций). Радиоактивность г.п.обусловлена в основном присутствием в них U, Th, радиоактивных продуктов их распада и К, ⁴⁰К, остальные радиоактивные элементы присутствуют в очень малых количествах и свой вклад не вносят. Соединение U, Th, K зависит от физ-хим. условий фор-ия осадков, а так же обусловлено вторичными процессами выщелачивания и переноса изотопов. Если не считать урановых и ториевых руд, наибольшей гамма-активностью обладают кислые изверженные породы и глины, фосфориты, марганцевые руды. Наименее активны ультраосновные породы, а среди осадочных-чистые известняки, песчаники, каменные угли и особенно гидрохимические породы(кроме сильвинита KCl). В осадочных-радиоактивность тем больше, чем выше содержание глинистой фракции. Повышенная радиоактивность глинистых пород объясняется тем, что благодаря большой удельной поверхности они в процессе осадконакопления сорбируют большое количество соединений U и Th, а так же в состав входит К. Кроме глин, повышенной радиоактивностью обладают полимиктовые песчаники, в них опред. доля зерен скелетной фракции, предст. калиевыми полевыми шпатами, микроклинами и т.д.

Задачи, решаемые ГМ: определение литологии пород и корреляция разреза скважины; оценка глинистости пород; выделение обводнившихся прослоев в процессе разработки мест-ия.

На показания ГМ влияют: а) поглощение гамма-излучения в скв.,зависящее от диаметра скв.,плотоности бурового раствора, наличия и толщины обсадной колонны и цементного кольца; б) радиоактивность среды, заполняющей ствол скв. Показания ГМ меньше если есть обсадная колонна или если радиоактивность г.п. меньше радиоактивности среды, заполняющей скв., а диаметр скв. растет.

53. Интерпретация диаграмм гм. Определение глинистости.

Радиоактивность – способность неустойчивых изотопов химических элементов самопроизвольно превращаться в другие, более устойчивые изотопы с испусканием элементарных частиц (α, β, γ, р, n и др.). Метод исследования геологического разреза скважин, основанный на регистрации излучений, испускаемых естественно радиоактивными элементами г.п. называется методом естественной радиоактивности.

Соединение U, Th, K зависит от физико-химических. условий формирования осадков, а так же обусловлено вторичными процессами выщелачивания и переноса изотопов. Если не считать урановых и ториевых руд, наибольшей гамма-активностью обладают кислые изверженные породы и глины, фосфориты, марганцевые руды. Наименее активны ультраосновные породы, а среди осадочных-чистые известняки, песчаники, каменные угли и особенно гидрохимические породы (кроме сильвинита KCl). В осадочных-радиоактивность тем больше, чем выше содержание глинистой фракции. Повышенная радиоактивность глинистых пород объясняется тем, что благодаря большой удельной поверхности они в процессе осадконакопления сорбируют большое количество соединений U и Th, а так же в состав входит К. Кроме глин, повышенной радиоактивностью обладают полимиктовые песчаники, в них определенная доля зерен скелетной фракции, представлена калиевыми полевыми шпатами, микроклинами и т.д.

Ест рад q ={кг-эквRa/м³}

При разработке н и г месторождений обнаружено резкое увеличение радиактивных продуктивных пластов при их обводненности – радиогеохимический эффект.

В результате регистрируют суммарную интенсивность.

В необсаженных скв. при перемещении прибора регистрируется интенсивность γ-излучения. I_{γ рег}= I_{γ п}+I_{γ раст-ра}+I_{γ гк}+I_{γ фона.}

В обсаженных скв. I_{γ рег}= I_{γ п}+I_{γ раст-ра}+ I_{γ цем}+I_{γ колонна}+I_{γ фона}. В случае, если d_c=const и условия обсадки в интервале регистрации диаграмм не меняются, можно записать, что I_{γ рег}= I_{γ п}+const.

Теор. кривые γ-метода – симметричные кривые против пласта.

Особенности факт кривой: изрезанность, связанная со статистическими флуктуациями; асимметричная форма, связанная с влиянием инерционности изм аппаратуры, т.е. наличием интегрирующей ячейки, с помощью которой осуществляется осреднение импульсов в ед времени. Кровля – начала спада кривой, подошва – подъема.

Схема интерпретации диаграмм ГМ:

1. Регистрируемую интенсивность необходимо привести к условиям пласта бесконечной толщины. Δ I_γ^∞= Δ I_{γ рег}/ν_γ, где ν_γ- коэф-т снижения амплитуды. ν_γ=f(vt, h_пл), опред по палетке.

I_γ^∞= (I_{γ р}- I_{γ вм})/ ν_γ+ I_{γ вм}.

2. Полученная интенсивность Δ I_γ^∞ приводится к стандартным скв.условиям с помощью поправочных коэф-тов η (η_dc, η_гк, η_к, η_ц). Для этого требуется знание d_c, h_гк, сво-ва гл раствора, I_{γ фона,} h_{колонны}

I_γ^ст=( I_{γ р} - I_{γ ф})* η+ I_{γ ф}.

3. Вычисляем относительную амплитуду интенсивности излучения – эталонируем диаграмму

Δ I_γ=( I_{γ р}- I_γmin)/( I_γmax- I_γmin), где I_γmax, I_γmin – показания в опорных пластах

4. Определяем С_гл по палетке, зная С_гл в опорных пластах

I_{γ р} I_γ^∞ I_γ^ст  Δ I_γС_гл (К_гл).

Определение глинистости пород – физ предпосылкой для определения в терригенном разрезе явл-ся связь q_п=q_гл*K_гл (тер. кол-р.) q_п=q_но*K_но (карб разрез).

q_п – весовая концентрация рад. элементов в породе.

q_гл и q_но – в глинах и в нерастворимом остатке.

К_гл – объемная глинистость, К_но- объемное содержание нерастворимого остатка.

К_γ= q_пδ_п – объемная концентрация.

I_{γ р}=С* К_γ/μ (μ-коэф-т поглощения γ-кванта породой) => I_{γ р}=С* q_пδ_п /μ=С’q_п (δ_п ≈μ )

I_{γ р}=С(F_пq_п+ F_cq_р+ F_гкq_гк)+ I_{γ ф}, где F- геометрический фактор.

На практике, при определении глинистости мы не пользуемся зависимостями q_п=f(C_гл) и I_γ=f(K_гл), т.к. в производственных условиях не удается часто осуществить качественное эталонирование приборов ГМ, т.е. невозможно выразить I_γ в единицах q_п, поэтому при количественной интерпретации пользуются параметром ΔI_γ, с помощью которого осуществляется эталонирование диаграммы ГМ. Это способ 2 опорных пластов.

Δ I_γ=( I_{γ пл}- I_{γ мин})/( I_{γ мах}- I_{γ мин}).

Мах показания – в глинах, опорные пласты с мин показанием – ангидриты, чистые известняки, доломиты.

Оценку глинистости производят из зависимости: 0<Δ I_γ<1

Особенно информативен ГМ для изучения глинистости пород в скважинах, заполненных соляным раствором, в обсаженных скважинах, пробуренных на РНО, когда метод СП не информативен.