§ 50. Метод индикации радиоактивными изотопами

Как отмечалось выше (§ 39), методы меченых атомов в за­висимости от применяемой модификации могут быть отнесены к группе гамма-методов и к группе нейтронных методов. Метод индикации радиоактивными изотопами (ММА-И) относится к группе гамма-методов.

Сущность метода индикации радиоактивными изотопами (метода изотопов) состоит в том, что в скважину закачивают жидкость, активированную изотопами радиоактивных элемен­тов, а затем измеряют созданную таким образом искусственную радиоактивность этих пород. Сравнивая кривые гамма-метода до и после введения изотопа в скважину, решают тс или иные геологические и технические задачи.

В качестве радиоактивных изотопов используют элементы, дающие жесткое гамма-излучение, растворяющиеся в при­меняемой жидкости, характеризующиеся относительно не­большими периодами полураспада и обладающие необходи­мыми адсорбционными свойствами. Применение короткоживу- щих радиоактивных изотопов диктуется соображениями техники безопасности и необходимостью быстрейшего восстановления в скважине естественного гамма-поля. Чаще всего используют следующие радиоактивные изотопы: ⁵⁹Ре, ^9ъ2г, ^!3|1, ^5,Сг, крат­кая техническая характеристика которых приведена в табл. 2.

Необходимое количество исходного изотопа рассчитывают по формуле

Уш = Урвр 1а«,

где и я_р — соответственно количество и удельная активность

активированной промывочной жидкости; а_п — удельная актив­ность изотопа.

Удельная активность растворов изменяется в пределах (0,74—12,6) 10¹⁰ расп./(с/м³) в зависимости от применяемого изотопа и технического состояния скважины (закрепленная или незакрепленная).

Существуют два способа введения в скважину активирован­ной жидкости: 1) разовой закачки; 2) бурение скважины на ак­тивированной промывочной жидкости.

В способе разовой закачки перед введением активированной жидкости скважину тщательно промывают, проводят так назы­ваемый контрольный замер ГМ, который отражает естественное гамма-поле скважины. После этого с помощью специального устройства вводят (инжекция) активированную жидкость в скважину и создают некоторое добавочное давление на столб жидкости, чтобы фильтрат активированной жидкости проник в горные породы исследуемого разреза. Затем снимают давле­ние в скважине, тщательно промывают ее ствол и регистрируют по стволу интенсивность гамма-излучения /_{уи ре}г , которая уже представляет собой сумму интенсивностей естественного гамма- излучения 1_у и гамма-излучения, привнесенного в горные по­роды радиоактивными изотопами 1_уИ:

^уи Per ⁼ ^уи “Ь ^у*

Различие интенсивностей гамма-квантов, зарегистрирован­ных против определенных пластов, на кривых вторичного и пер­вичного замеров гамма-излучения отражает количество радио­активных изотопов, сорбированных из активированной жидко­сти горными породами и вошедших вместе с его фильтратом в поровое пространство этих пород. По полученным данным можно решать геологические и технические задачи.

Однако иногда из-за малой удельной поверхности грубозер­нистые песчаники могут не отметиться как поглощающие пла­сты вследствие малого количества адсорбированных изотопов. В таких случаях применяется методика непрерывных замеров, которая заключается в проведении измерений непосредственно в процессе закачки активированной жидкости в пласт. При этом, кроме контрольной диаграммы 1_У, регистрируются не­сколько повторных кривых 1_Уи. Первые кривые отмечают пере­мещение активированной жидкости по стволу, последующие — процесс ее проникновения в поглощающие пласты.

Измерительная аппаратура и методика проведения замеров в методе индикации радиоактивными изотопами не отличаются от применяющихся в гамма-методе.

При бурении скважины с применением активированной про­мывочной жидкости создаются наилучшие условия для проник­новения ее фильтрата в пласты, поскольку против них нет гли­нистой корки, которая препятствует проникновению фильтрата в способе разовой закачки. В этом случае проницаемые уча-

Рис. 102. Пример выделения проницаемых пластов по кривым /у и, зарегистрированным ММА-И в скважине, пробуренной на активи­рованном растворе.

I — известняки к доломиты; 2 — глины; 3 — участки диаграмм, соответствующие проницаемым пластам

стки разреза скважин на кривых / _уи выделяются аномально высокими по­казаниями, в то время как методами КС и СП их обнаружить невозможно (рис. 102). Однако необходимо ис­пользовать промывочную жидкость такой удельной радиоактивности, чтобы гамма-ноле, созданное изото­пами, проникшими в проницаемые пласты, во много раз превышало есте­ственную радиоактивность горных по­род, а это связано с жесткими требо­ваниями к технике безопасности об­служивающего персонала. Кроме того, при бурении скважины с приме­нением активированной жидкости на некоторое время (время распада при­меняемого радиоактивного изотопа) запаздывает информация о естествен­ной радиоактивности горных пород вскрытого разреза. В силу указанных причин данной способ не получил ши­рокого распространения в практике исследования скважин.

Метод индикации радиоактивными изотопами высокоэффек­тивен при изучении разрезов нефтяных н газовых скважин. Он позволяет выделять проницаемые пласты, определять их пори­стость и разделять по водонефтеносностн. Особенно ценен рас­сматриваемый метод тем, что позволяет выделять в разрезах скважин трещиноватые и кавернозные карбонатные коллек­торы, в то время как другие методы промысловой геофизики не дают положительных результатов. Определение пористости кол­лекторов по данным ММА-И основано на том, что количество проникающего в пласт концентрированного водного раствора соляной и серной кислот, активированного не сорбирующимися на поверхности горных пород ионами радиоактивных изотопов ¹³¹/ и ⁵⁹Ре, пропорционально их эффективной пористости.

Для расчленения коллекторов по водонефтеносностн исполь­зуется различие фазовой проницаемости водо- и нефтенасыщен- ных пластов по отношению к активированной жидкости. Так, если в скважину закачивать активированную промывочную воду, то она в значительно большей степени проникнет в водо-

п

Рис. 103. Примеры отбивки ВНК по результатам измерении 1_У » после за­качки в пласт активированной жидкости (а) и активированной жидкости с добавлением мылонафта (б) (по В. В. Ларионову).

/ — нефтсносныЛ песчаник; 2 — водоносный песчаник; ? — глина

т ё# I ..•>

осную часть пласта, чем в нефтеносную, что уверенно отража­ется на кривых ММА-И повышением интенсивности I _у* против водоносной части пласта (рис. 103). Если в скважину закачи­вать активированную нефть, то получается обратная картина.

Эффективность выделения нефтеносных пластов может быть повышена путем применения специальных реагентов, увеличи­вающих или уменьшающих их фазовую проницаемость. В каче­стве такого реагента используют мылонафт, который в резуль­тате обменной реакции пластовой воды с Са²⁺ и А^²⁺ образует в водоносном пласте хлопьевидный осадок, закрывающий поры, и активированная жидкость больше проникает в нефтеносный пласт. В этом случае нефтеносные пласты будут отмечаться по­вышенными показаниями 1_ун (см. рис. 103). На этом и осно­вана отбивка водонефтяных контактов методом ММА-И.

Большой практический интерес представляет ММА-И для изучения направления и скорости движения подземных вод и вод, нагнетаемых в пласт, при разработке нефтяных и газовых месторождений. В пусковую скважину вводят радиоактивный изотоп, а в контрольных скважинах наблюдают за изменением гамма-активности или отбирают пробы жидкости для радиоак­тивного анализа в лаборатории. По скважинам, в которых об­наружили закачиваемый изотоп, судят о направлении движения подземных или нагнетаемых вод, а по времени обнаружения и расстоянию между скважинами определяют скорость их дви­жения.

Аналогичным способом можно контролировать движение нефти в процессе эксплуатации нефтяного месторождения, ис­пользуя в качестве индикатора радиоактивный изотоп углерода “С или трития ³Т.

Метод индикации радиоактивными изотопами используется для изучения технического состояния скважин, контроля гид­равлического разрыва пластов, уточнения глубин перфорации

колонн. Эффективность метода может быть резко повышена при использовании мощных скважинных генераторов нейтронов, когда появляется возможность безопасного получения радиоак­тивных изотопов непосредственно в скважине, и при внедрении гамма-спектроскопии.