Гамма-каротаж
Гамма-активность терригенных пород, имеющих кварцевый скелет, связана с удельной поверхностью породы (рис. 129). Наибольшая удельная поверхность — у пелитовых частиц (глинистых), меньшая — у алевритов и еще меньшая — у псаммитовов. Чем больше в породе глинистых частиц, независимо от их минерального состава, тем выше, при прочих равных условиях, удельная поверхность и гамма-активность породы.
При интерпретации данных ГК в песчано-глинистом разрезе исходят из двухкомпонентной модели. Соответственно общая естественная радиоактивность qγ глинистого песчаника при условии низкой радиоактивности насыщающих флюидов определяется выражением
где qγм и qγгл —удельные радиоактивности соответственно минерального скелета породы и глинистого материала.
По аналогии с (XI.5) для показаний, снятых с диаграмм ГК, можно записать
где Iγ, Iγм, Iγгл —интенсивности естественной радиоактивности соответственно изучаемого пласта, минерального скелета (песчаной фракции) породы и глины по показаниям ГК. При интерпретации диаграмм гамма-каротажа обычно используется двойной разностный параметр Jγ [см. (IV.2)]. Решая совместно уравнения (XI.6) и (IV.2), получим Jγ=kгл.
Из отношений (XI.6) и (IV.2) следует, что при отсутствии в разрезе радиоактивных минералов и постоянстве удельных радиоактивностей qγм и qγгл связь Jγ=fkгл имеет линейный характер и оценка kгл по Jγ в песчано-глинистом разрезе является реальной задачей. Однако наличие в разрезе чистых глин — явление редкое, поэтому, рассчитывая kгл по (IV.2), допускают систематическую ошибку в сторону завышения глинистости. Во избежание этого среднюю kгл. ср рекомендуется определять по кернам, а объемную глинистость колектора вычислять по формуле
При отсутствии керновых данных величину kгл. ср принимают равной 0,7 (в природных условиях kгл глинистых пластов изменяется в пределах 0,6—0,8).
Для определения общей естественной радиоактивности песчано-алеврито-глинистой породы применяют более сложное выражение, чем (XI.5)
где Ci — объемное содержание i-й фракции.
На рис. 129 приведены гистограммы изменения удельной радиоактивности различных фракций от их диаметра, полученные по данным лабораторных измерений. При этом установлено существенное различие гамма-активности песчаной и алевритовой фракций, составляющих скелетную часть пород, при достаточно постоянной гамма-активности глинистого компонента. Это послужило основанием для отнесения модели гамма-активности песчано-алеврито-глинистой породы к трехкомпонентной.
Соответственно естественная гамма-активность песчано-алеврито-глинистых пород
где Спес и Сал — объемное содержание соответственно песчаного и алевритового материала. При этом в общем случае наиболее высокая гамма-активность соответствует глинистой фракции, а минимальная — песчаной. Алевритовая фракция характеризуется промежуточной гамма-активностью.
При составлении зависимостей (XI.6) — (XI.9) допускалось, что значения δм(1—kп)/δп для исследуемых и опорных пластов близки друг другу, следовательно, выражение (IV.2) может быть записано в виде
Подставляя выражение (XI.9) в (XI.10), получим зависимости двойного разностного параметра от компонентного состава породы:
Решение уравнений (XI.11) и (XI.12) осуществляется графически и представляется в виде треугольной номограммы в поле координат kгл, Jγгл (рис. 130). Вершинами треугольной диаграммы являются: чистые песчаники с kгл=0, Jγгл=0; чистые глины с kгл=100%, Jγгл=1; чистые алевриты с kгл=0, Jγал —двойной разностный параметр гамма-активности алевритовой фракции, который определяется в лаборатории экспериментально. Стороны треугольника составляют прямые, описывающие связь Jγ = f(kгл) для двухкомпонентных пород: песчаник— глина, глина — алеврит, алеврит — песчаник.
Полученную треугольную номограмму калибруют в единицах содержания алевритовой Сал и песчаной Спес фракций. Точки, соответствующие песчано-алеврито-глинистым породам, располагаются внутри треугольной диаграммы в соответствии с их фракционным составом. Зная фракционный состав опорных пластов, можно от лабораторного масштаба Jгл.лаб перейти к скважинному Jγскв. Так, на рис. 130 в качестве опорного пласта с минимальной гамма-активностью выбран пласт чистого песчаника, а в качестве пласта с максимальной радиоактивностью—глины с kгл = 70% и Спес = 30%.
При отсутствии в разрезе чистых песчаных пород в качестве опорного пласта с минимальной радиоактивностью целесообразно выбирать мощные пачки известняков, характеризующиеся низкой и достаточно постоянной гамма-активностью. Однако в этом случае следует учитывать различие гамма-активности известняков и песчаных фракций терригенных пород.
Таким образом, имея номограмму (см. рис. 130), составленную для определенного комплекса терригенных отложений, по величине двойного разностного параметра Jγ можно установить компонентный состав породы.
Погрешность при этом достигает 35—40 % и определяется в основном вариациями радиоактивных фракций, неучетом параметра δм(1 — kп)/δп в опорных и исследуемых пластах и неточным заданием компонентного состава опорных пластов. При использовании двойного разностного параметра Jγ нет необходимости в соблюдении условий равенства плотности и поглощающих свойств отдельных фракций, если отношения δм(1 — kп)/δп для опорных и исследуемых пластов равны.
В общем случае при содержании в скелете алевритовой фракции (трехкомпонентный состав породы) зависимость между Jγ и kгл приобретает нелинейный характер и определение kгл по гамма-каротажу малоэффективно. Оценить содержание песчаной и алевритовой фракций в этом случае принципиально возможно, если величина kгл оценивается по другим геофизическим методам и известно значение Jγгл. Перспективным направлением для оценки kгл в песчано-алеврито-глинистом пласте является метод регистрации содержания U, К и Th в разрезе скважины с помощью спектрального гамма-каротажа (см. § 11).
Применение ГК для определения глинистости полимиктовых пород малоэффективно из-за различного содержания в этих породах полевого шпата, в химический состав которого входит калий.
Карбонатные отложения характеризуются обычно низкой радиоактивностью скелета (исключения возможны в зонах вторичной доломитизации и трещиноватости). Показания ГК в этих породах определяются только содержанием глинистого материала, и между Jγ и kгл существует линейная зависимость, что создает предпосылки для оценки kгл по Jγ согласно выражению (IV.2).
При оценке глинистости по Jγ следует учитывать возможную погрешность из-за различия плотностей исследуемого и опорных пластов, изменений диаметра скважины по радиусу, несоответствия степени радиоактивности глин в исследуемом пласте и степени радиоактивности в опорном (глинистом) пласте.
Для повышения точности и обеспечения единой методики интерпретации диаграмм ГК результаты измерений в работах ВНИГИК [14] приводятся к единым стандартным условиям, в качестве которых принимаются: плотность пласта δп = 2,7 г/см3; dc= 190 мм; плотность ПЖ δс=1,2 г/см3; прибор прижат
к стенке скважины; радиоактивность ПЖ исключена. При этом результат измерения, приведенный к единым условиям, будет
где р1 и р2 — поправочные коэффициенты для перехода соответственно от значений фактических параметров к стандартным (рис. 131).
При использовании (XI. 13) наибольшие трудности заключаются в приведении к стандартным условиям показания Imах(гл). В этом случае исключение влияния излучения ПЖ на Iγmах(гл) достигается только при одинаковом диаметре скважины против исследуемого и опорных пластов (Iγ и Iγmах(гл)). При увеличении диаметра скважины в опорном глинистом пласте необходимо приводить /vm,n к диаметру против пласта глин с последующим вычетом приведенного значения из Iγmах(гл). После этого показания Iγmах(гл) должны быть приведены к диаметру против исследуемого и опорного пластов (Iγ и Iγmin). Однако и после внесения всех исправлений нет гарантии, что выбранный опорный пласт глин Iγmах(гл) является чистым глинистым и степень естественной радиоактивности глинистого материала в исследуемых пластах и опорном одинакова. Отсутствие надежного способа определения истинных значений Iγmах(гл) приводит к недостаточной достоверности методики использования двойного разностного параметра для оценки глинистости пород.
На показания нейтронного каротажа большое влияние оказывает минеральная глинистость, характеризующаяся содержанием глинистых минералов с химически связанной водой независимо от фракционного состава. Минеральная глинистость на показаниях ГГКП практически не сказывается. Это дает возможность находить объем минеральной глинистости по разнице значений пористости, определяемой по НК и ГГКП. Решение этой задачи удобно выполнять графическим способом (см. рис. 143,б).