5.10 Сурет – гк қисық сызығы. А – тау жыныстардың құрамында радиоактивті элементтері бар диаграмма; б – гк дұрыс диаграммасы.

ГК келесі мәселелерді шешу үшін қолданылады: саздылық дәрежелері бойынша шөгінді қабаттарды корреляциялау мен бөлуде; пайдалы қазба кенорындарын іздеуде (уран, марганец, қорғасын, бокситтер, фосфориттер).

Бақылау сұрақтары:

1. ГК ның шешетін тапсырмалары?

2. Оның негізгі ерекшеліктері?

Сабақ 45

Тәжірибелік жұмыс № 2.2.36

Тақырыбы: Гамма – гамма әдістер (ГГК)

Жоспар:

1) Гамма – гамма әдістер

Таужыныстардағы шашыранды жасанды гамма – сәулелердің қарқындылығын өлшеуге негізделген. Гамма кванттар көзі ретінде сәулелену энергиясы 20 кэВ – 1,3МэВ аралығындағы радиоактивті изотоптар қолданылады. Осы аралықта бізге гамма кванттардың заттармен әрекеттесуінің 2 түрі белгілі: фотоэффект нәтижесінде комптондық шашырауы мен жұтылуы болады 0,5 МэВ жоғары энергия кезінде фотоэффект болмайды. ГГК-дағы шашыранды гамма кванттар I_γγ саны негізінен таужыныстардың тығыздығына σ, ал олардың жұтылуы – оның тиімді атом ретіне Ζ_эф және тығыздықтың төменгі дәрежесіне тәуелді. ГГК ұңғымалық аспабының блок сұлбасы 4.2 суретте келтірілген.

6 және 7 гамма – кванттар 2 сәуле көзінен шығып 1 қорғасын немесе болат экрандағы арнайы коллимациялық тесік арқылы жынысқа түседі және онымен шағылып бағытын өзгертеді. Жуу сұйықтығының әсерін аспапты ұңғыма қабырғасына қосатын қондырғы 8 арқылы болдырмауға болады.

ГГК 2 түрі бар: тығыздықты ГГК-П және селективті ГГК-С. ГГК-П әдісінде тіркелетін гамма – сәулелену және энергиясы комптон эффектісіне жатады. Екінші гамма – сәулелену қарқындылығы заттың тығыздығына және атом номеріне (химиялық құрамы) аз байланысты.

ГГК – зонд ұзындығы (өлшеу тереңдігі) аз, сондықтан олардың көрсеткіштеріне каверна (ойық) мен сазды қабыршақ көп әсер етеді. Осы себеп бойынша тау жыныстардың параметрлерін анықтау үшін шегенделген ұңғымаларда қолданылмайды.

ГГК-П ұңғыма қимасын литологиялық бөлу үшін қолданылады. Мұнай және газ ұңғымаларында ГГК-П литологиялық құрамы белгілі кезде тау жыныстарының кеуектілігін бағалау үшін қолданылады. Кеуектілік коэффициенті К_П және тығыздығы σ келесі қатынасқа байланысты:

.

мұндағы σ_ск ,σ_ж – таужыныстардың қаңқасын және оны толтырып тұрған сұйықтық.

ГГК-П мәліметтері бұдан басқа шегенделген ұңғыманың техникалық жағдайын анықтау үшін де қолданылады.

5.11 Сурет – ггк ұңғымалық аспабының блок сұлбасы. 1-экран; 2-сәуле көзі; 3- детектор; 4-электронды блок; 5-кабель; 6,7-шағылған гамма кванттар; 8-қысатын қондырғы

Бақылау сұрақтары:

1. ГГК өз ішінде қандай әдістерге бөлінеді?

2. ГГК ұңғымалық аспабының блок сұлбасы.

Сабақ 46

Тәжірибелік жұмыс № 2.2.37

Тақырыбы: Стационарлы нейтрондық әдістер

Жоспар:

1) Стационарлы нейтрондық әдіс дегеніміз не?

2) Заттардың станцианорлық нейтрондардың ағынымен әрекеттесуіне байланысты түрлері

ҰГЗ стационарлы нейтрондық әдістері жылдам нейтрондар ағынымен (0,5 МэВ энергиядан жоғары) және тығыз нейтрондарды, жылу немесе жылу асты энергияға дейін баяулатып немесе ядро атомдарымен (радиациалық қармау) жылу нейтрондарын қармау кезінде пайда болатын гамма-кванттарды тіркеу. Нейтрондарды алу үшін, әдетте кейбір элементтердің ядросымен альфа бөлшектердің жұтылу реакциясын қолданады. Кәсіпшілік геофизика тәжірибесінде ампуладағы плутонийді сәуле көзі, ал берилийді нысына ретінде жиі қолданады. Бұл жерде нейтрондардың орташа энергиясы 2,7 МэВ. Ал 0,025-0,02 эВ энергиялы нейтрондар жылулық деп есептелінеді. Біршама жоғары энергиялы нейтрондар – жүз электрон вольтқа дейін жылу асты болады. Нейтрон жылдамдығын баяулатуға қабілетті элементтердің ядро массалары, нейтрон массасына жуық болуы керек. Сондықтан баялаулатқыш сутегі, ал жоғары баяулатқыш көміртек пен берилий болады. Жылу нейтрондарына тез жұтқыш элементтері, яғни хлор, бор, кадмий, литий, темір, марганец қатысты. Жылу нейтронының кеңістікте таралуы баяулатқыштар концентрациясына және оның жұтқыш элементтерінің концентрациясына тәуелді. Дәл осы факторлардан, гамма-кванттардың кеңістікте таралуы радиациялық қармауға тәуелді. Бірақ бұл тәуелдіктер әр түрлі. Мысалға: хлор концентрациясының жоғарлауы жылу нейтрондардың тығыздығының төмендеуіне әкеледі және кванттардың радияциялық қармау санын өсіреді; жұтылу акті бірнеше гамма кванттардың сәулеленуімен бірге жүреді. Бұндайда әрбір элемент өзінің гамма-кванттық сәулеленуімен бірге жүреді. Әрбір элемент өзінің гамма-кванттар энергия спектрімен сипатталады. Бұл қиманы құрайтын химиялық элементтерді ажыратуға мүмкіндік береді. Жоғарыда айтылған жыныстардың нейтрондық қасиетін баяулату ұзындығымен және жылу нейтрондарының орташа өмір сүру уақыты немесе диффузия ұзындығы сипаттайды. Айта кетсек, бұл қасиеттер гамма сәулеленудің энергиялық спектрі, яғни радиациялық қармау, олардың химиялық байланысына емес, тек айтылған элементтер концентрациясына ғана тәуелді. Осылай заттардың станцианорлық нейтрондардың ағынымен әрекеттесуіне байланысты төрт әдісті бөледі: жылу асты нейтрон- нейтрондық каротаж (ННК-НТ); жылулық нейтрон- нейтрондық каротаж (ННК-Т); Нейтронды гамма каротаж (НГК) және спектриялды нейтронды гамма каротаж (НГК-С). Осылардың біреуі іске қосылғанда, олардан жылдам нейтрондар сәулесі шығарады, сәйкесінше жылу асты нейтрондары, жылу нейтрондары, екінші гамма кванттар тіркеледі.

Барлық төрт әдіс үшін ұңғымалық аспаптың блок сұлбасы бірдей (5.1 сурет). Аспап 1 жылдам нейтрондар көзінен және 2 парафин экраннан тұрады. Парафин тікелей нейтрондар ағынын (тау жыныстары арқылы келмейтін) жылулық энергиясына дейін тез баяулатуға әкелетін құрамында сутегі бар зат болып табылады. Парафинде туындайтын радиациялық қармаудың гамма сәулеленуі 3 қорғасын экранымен әлсірейді. Одан әрі де жылу асты нейтрондарға, жылу нейтрондарға немесе гамма кванттарға байланысты түрлерін тіркейтін 4 детектор орналасқан. Аспаптың жоғары бөлігінде табиғи гамма сәулеленуді тіркейтін 5 детектор орналасқан. Сәуле көзінен алшақтау 5 детектордың орналасуы ортаның нейтрондық қасиетімен бірге бір уақытта оның табиғи радиоактивтілігін анықтауға мүмкіндік береді.

Қуыстары мұнай, су немесе газбен қанныққан шөгінді тау жыныстарының құрамындағы сутегіні бағалау, айтылған ортада сутегі атомдарының көлемдік концентрациясы оның қалыпты жағдайда тұщы су концентрациясына тең. Бұл көрсеткіш тау жыныстарында эквиваленттік ылғалдылық ω деп аталады. Тұщы су үшін ω_в=1 , мұнай үшін ω_н≈ω_в=1 тең. Жыныстар құрамында химиялық сумен байланысы жоқ, таза сумен (ω_вп) немесе мұнайлы сумен (ω_нп) қаныққан ω_нп≈ ω_вп=К_п, ω_в= К_п жыныстардың сутектік индексі олардың кеуектілігіне тең. Газ үшін кеуектілігі бойынша, мұнай суға қаныққанға қарағанда

ω_г< ω_в ≈ ω_ж сондықтан, нейтрон әдістерінің диаграммаларында газға қаныққан қабаттар жоғары амплитудалармен көрсетіледі.

5.12 сурет – Нейтрондық каротаж аспабының блок-сұлбасы. 1-жылдам нейтрондар көзі; 2-парафинді экран; 3-қорғасын экран; 4-нейтрондар детекторы; 5-гамма-кванттар детекторы; 6-есептеуіш (электроника) блогы; 7-нейтрондар детекторы мен сәуле көзі арасындағы L ұзындық.

5.13 сурет – I_пн=ƒ(ω) тәуелділіг

Кеуектілік кеңістігі минерализацияланған сумен толған болса, сутектілік өзгерісі құрамындағы хлордың өзгеруімен бірге жүреді. Нәтижесінде тіркелетін сәулелену қарқындылығы мен ННК-Т және НГК үшін кеуектілік коэффициенті арасындағы тәуелділік өзгереді, НГК қатысты оның графигі құрамындағы хлордың өсуіне байланысты таңбасын өзгертуі мүмкін (5.3-сурет).

Бұл судың минерализациясы 100г/л кезінде су-мұнай жапсарын анықтауға болады, мұнайлы бөлігіне қарағанда, қабаттың сулы бөлігінде хлор көп. Бірақта өту аймағы үлкен (ұңғыма диаметрінен 2 есе) болса, су-мұнай жапсарын анықтау мүмкін емес. Осындай жағдайларда барлық нейтронды әдістер тек кеуектілікті анықтау үшін қолданылады.

Нейтронды әдістер келесі мәселелерді шешуге мүмкіндік береді: қиманы литологиялық бөлу; жыныстың кеуектілігін анықтау; сұйықтықпен газ жапсарларының орынын анықтау.

5.14 сурет – Iпγ = f(ω) тәуелділік графигі. Қисықтар шифрі- судың минерализациясы (хлор концентрациясы), г/л

НГК әдісі кеуектілікті және сутектілікті бағалау үшін қолданылады. Табиғи радиоактивтіліктілікпен шақырылған гамма-кванттарды, тіркелген жалпы санынан қысқарту үшін НГК әдісін ГК-мен бірге кешенді түрде жүргізу керек.

Бақылау сұрақтары:

1) Стационарлы нейтрондық әдіс дегеніміз не?

2) Заттардың станцианорлық нейтрондардың ағынымен әрекеттесуіне байланысты түрлері қандай?

3) Нейтрондық каротаж аспабының блок-сұлбасы?

Сабақ 47

Тәжірибелік жұмыс № 2.2.38

Тақырыбы: Импульсті нейтронды әдістер

Жоспар:

1) Импульсті нейтронды әдістер

Импульсті нейтронды әдістер кезінде тау жыныстарын қысқа уақыт ішінде (ұзақтығыΔτ=1-200мкс) жылдам нейтрондар ағынымен сәулеге келесі уақыт аралығы τ арқылы түсіреді. Импульсті нейтронды гамма каротаж (ИНГК) және импульсті нейтрон-нейтрондық каротаж (ИННК) түрлері бар. Сәулеленудің импульсті режиміне иондарды кернеулігі жоғары магниттік өріске дейін жеткізетін, көлемі кіші ұңғымалық үдеткіштерді қолданумен қол жеткізуге болады. Арнайы нысананы атқылау барысында, олар энергиясы 14,1 мэВ жылдам нейтрондарын соғады. Стационарлық сәуле көздерін қолдануға қарағанда, мұндай жоғарғы энергия 60-70 см-ге дейін тереңдікті зерттеуді қамтамасыз етеді. Бұдан да басқа импульсті сәуле көзін тоқпен қоректендіруден ажыратқан кезде сәулелендірілмейді және қауіпсіз. Тіркелетін сәулелену қарқындылығында уақыт үшін баяулатқыш (102-мкс-қа дейін) тау жыныстардың құрамындағы сутегі, ал уақыт үшін диффузия (102-104 мкс) жұтылу концентрациясы болып табылады. Ұңғымадағы жылу нейтрондарының өмір сүру уақыты жыныстарға қарағанда төмен, ал минерализацияланған сумен қаныққан қабатта мұнайға қаныққанға қарағанда төмен.

Су-мұнай жапсарларының орынын анықтау импульсті нейтронды әдістер үшін тұздар концентрациясы 30г/л жоғары кезінде мүмкін ИНК әдістері стационарлы әдістердегідей мәселелерді шешеді, бірақ мұнда тиімділігі жоғары. ИНК кемшіліктері деп аспабының күрделілігі мен каротаж жүргізу жылдамдығының төмендігін айтуға болады.

Бақылау сұрақтары:

1. Импульсті нейтронды әдістерді ата

2. Олардың ерекшеліктері?

Сабақ 48-49

Тақырып 2.3: Акустикалық каротаж.

Жоспар:

1. Сынған толқындардағы акустикалық каротаж.

2. Шағылған толқындардағы акустикалық каротаж.

3.Сәуле таратқыштар мен қабылдағыштар.

Сынған толқындардағы акустикалық каротаж.

АК қарапайым өлшеу зондысы - дыбыстық (2-20 кГц) немесе ультрадыбыстық (20-60 кГц) жиілік диапазондарының серпінді толқындардың И сәуле таратқышынан және өзіндік тербеліс жиілігі сәулелену жиілігінен 2-5 есе асатын кең жолақты П қабылдағыштан тұрады.

АК өткіу үшін аса күрделі үш элементті (ИПП, ИИП), кешенделген (ИППИ, ИИПП) және көп элементті (ИПП...П) өлшеу зондыларын қолданады, олар бірнеше екі элементті зондтардан тұрады және жуу сұйықтығы сипаттамаларын өлшеу нәтижелеріне әсерін және ұңғыма бағанындағы зондтың орналасуын ескеруге мүмкіндік береді

Төмен жылдамдықты қималарды зерттеу үшін аспаптарды, көлденең толқынның итервалды уақытының мәнін, сұйықтықтағы серпінді толқынның итервалды уақытына қарағанда көбірек тіркеуге мүмкіндік беретін, дипольдық сәуле таратқыштары мен қабылдағыштары бар өлшеу зондыларымен қосымша жабдықтайды.

Ұңғыма аспаптарын ортаға дәл келтіреді.

АК өлшеу зондыларына қойылатын талаптар:

сынған бойлық және Лэмба толқындарын өлшеу диапазоны t - 120-660 мкс/м, көлденең - 170-660 мкс/м, , Стоунли -600-1550 мкс/м;

өлшеу зонд ұзындығы бойынша нәтижелі сөну коэффициентін өлшеудің диапазоны - 0-30 (40) дБ/м;

• нәтижелі сөну кезінде амплитудаларды өлшеудің диапазоны аспаптың статикалық қалпында - 0-40 дБ/м — 0-78 дБ/м және аспаптың ұңғымада қозғалуы кезінде - 0-66 дБ/м;

• рұқсат етілген негізгі салыстырмалы олқылықтардың шегі t және  -шамаларының ±1-3 и ±12,5 % сәйкес;

• кернеудің ±10 %, қысымның 1МПа, темпиратураның 20 °С –қа тең стандарттық мәнінен 10 °С-қа өзгеруінен пайда болған t, А, , шамаларының қосымша олқылықтары 0,3; 0,01 және 0,1 сәйкес негізгі олқылықтар мәнінен аспау керек.

Аспап қабылдағыштарынан синалдарды санмен берудің ұзындығы – 8 мс дейін; дискретизация қадамы — 2-5 мкс.

Бастапқы және мерзімді калибрлеуді талаптарға және аспапқа берілетін пайдалану құжаттамасына сәйкес орындайды.

Калибрлеудің негізгі құралы болып акустикалық тербелістердің (түзушімен бойлай кесілген болат құбырлардың бөлігі немесе бірнеше бөлігі) аттестатталған толқынтыстары бар базалық байқау қондырғысы болып табылады.

Далалық калибрлеу жүргізілмейді. Оларды соңғы өлшеулер алмастырады.

Шағылысқан толқындардағы акустикалық каротаж

АК-сканерінің өлшеу түрлендіргіші ұңғыма аспабы осінің бойымен айналатын серпінді тербелістердің қатар қолданылатын сәуле таратушы – қабылдағыш болып табылады.

Түрлендіргішке қойылатын талаптар:

диапазондағы меншікті тербелістердің жиілігі 250-1000 кГц;

• сыртқы (сәуле таратушы) қабаттың формасы ұңғыма қабырғасының жоғарғы бөлігінде даметрі 3мм аспайтын дөңгелекте серпінді сигналдың бағытталуын қамтамасыз ету керек;

• азимуттық бағдарды анықтау немесе азимуттық кемшіліктері +0,5° жоғары емес ұңғыма бағанының апсидальдық жазықтыққа қалыпты бекіту қондырғысының болуы, ашық бағанда және ±2° жағалай орналасқан ұңғымада. Бастапқы мәліметтерді өңдегеннен кейін барлаудың басы солтүстікке бағытталумен анықталу керек;

• айналымдар саны – секундына үшеуден кем емес;

• сканирлеу нүктесінің саны – бір айналымда 512 кем емес;

ұңғыма диаметрін өлшеудің кемшіліктері - ±0,5 мм көп емес;

өлшеу олқылығы ±40 м/с жоғары емес ұңғыманы толтыратын сұйықтықтағы серпінді тоқын жылдамдығын анықтауға арналған И-П қосымша қысқа зондысының болуы;

Калибрлеуді орындау аспапты пайдалану құжатымен анықталады. Ұңғыманың диаметрін шағылысқан толқынның таралу уақытын оның жуу сұйықтығында (ұңғыма аспабының диаметрін ескере отырып) таралу жылдамдығына көбейту арқылы анықтайды.

Бақылау сұрақтары .

1. Акустикалық каротаждың негізгі әдістерін атап шығыңыз?

2. АК әдістері арқылы ұңғымалардың қималарын зерттеу кезінде қандай зондтар қолданылады?

3. Ұңғыма аспаптарына калибрлеу қалай жүргізіледі?

4. Ұңғыма аспаптарына қандай техникалық талаптар қойылады?

Сабақ 50

Тәжірибелік жұмыс № 2.3.39

Тақырыбы: Акустикалық каротаж

Жоспар:

1)Ұңғымаларды зерттеудің акустикалық әдісі

2) Тау жынысының акустикалық қасиетін анықтайтын факторлар

3) Басты толқындардағы акустикалық каротаж

Акустикалық әдіс – ультрадыбыс (20кГц-2 Мгц) және дыбыс (3-20кГц) диапазондарында ұңғымадағы серпімді толқындар өрістерінің параметрлерінің өзгерісіне негізделген. Мұндайда толқындық әдістер мүмкіншілігі толқындар ұзындығынан тәуелді, яғни тербелістер диапазонының жиілігіне. Акустикалық әдістерде басты толқындардың таралуы негізгі болады.

Тау жыныстардың акустикалық параметрлері олардың физико-механикалық қасиетіне, кеуектілігіне, кеуектілік кеңістігінің құрылысына және оның қанығу сипатына байланысты. Шегенделген ұңғымада тіркелген акустикалық сигналдар шегенделген жағдайына және көбіне цемент –жыныс және цемент-құбыр байланыстарының сапасына байланысты.

Бұлардың бәрі акустикалық әдісті қолданумен мұнай-газды геофизикалық мәселелерді шешудің ауқымының кеңдігін білдіреді.

Тау жыныстардың акустикалық қасиетін анықтайтын факторлар

Қатты біртекті ортада екі тәуелсіз толқындар таралады – бойлық Р және көлденең S. Сәйкесінше жылдамдығын бағалау төмендегі формуламен анықталады:

(5.7)

мұндағы λ, μ – Ламе тұрақтысы; σ – тығыздық. Ламе тұрақтысы бойлық толқындар жылдамдығына қарағанда көлденең жылдамдық әр кезде жоғары. Тау жыныстарында орташа V_p/ V_s = 1,73. Ортаның негізгі сипатын, оның тығыздық қасиетін анықтауға мүмкіндік беретін серпімді тұрақтылар: Юнг модулі Е, Пуассон коэффиценті σ, жылжу модулі G мен жанжақты сығу модулі К_с болып табылады. Орташа уақытқа ΔТР және ΔTS сәйкес VP және VS анықтау, сонымен бірге ортаның ішкі нүктесі үшін олардың келеседей серпімді тұрақтыларды есептеуге болады:

(5.7) теңдеуінен байқағандай тығыздықтың өсуімен акустикалық жылдамдық төмендеуі керек. Бірақ та ортаның қаттылығымен шартталатын λ және μ тұрақтылары, жыныс тығыздалған кезде тез жоғарлайды. Сондықтан тығыздықтың артуы мен акустикалық жылдамдық жоғарлайды.

Жыныстардың коллекторлық қасиетін сипаттайтын параметрлер ішінде, негізгі P және S толқындардың кинематикалық және динамикалық сипатына кеуектілік К_п және жарықтақтық К_тр коэффиценті әсер етеді. Көптеген тау жыныстары үшін К_п өсуімен VP және VS төмендейді, орташа уақыт ΔТР және ΔTS және жұтылу коэффиценті αP және αS сәйкесінше жоғарлайды. Кеуектілік бойлық толқын жылдамдығы арасындағы нақты тәуелділік түйір аралық (межзерновых) кекуектілікпен цементтелген жыныстар үшін. Ол орташа уақыт теңдеуімен өрнектеледі.

(5.8)

мұндағы, ΔТ_ск , ΔТ_ж – жыныстар қаңқасындағы бойлық толқын үшін орташа уақыт және кеуектілікті толтырып тұрған сұйықтық.

Басты толқындардағы акустикалық каротаж

Басты толқындардағы акустикалық каротажды іске асыру үшін, ұңғымаға сәулендіргіш И1 және екі қабылдағыштан П1 және П2 тұратын аспап түсіріледі. И1 сәулендіргіш пен қабылдағыш арасында акустикалық изолятор орналасқан. Сәулелендігіштен бірінші қабылдағышқа дейінгі ара қашықтық акустикалық зонд ұзындығы, ал қабылдағыштар арасындағы ұзындық оның базасы деп аталады. Ұңғымадағы сұйықта сәулелендіргіш жиілік спектрі 3-50 кГц-ке тең серпімді тербелістер импульсін тудырады. Сұйықтықта туындаған бойлық толқын Р0 фронтын сфералық деп есептеуге болады.