Тема 3.9. Радиоактивные методы исследования скважин. Гамма-каротаж. План:

1. Методы изучения естественной радиоактивности горных пород в скважинах. Общие сведения.

2. Методика проведения гамма-каротажа

Радиоактивные методы исследования скважин основываются на измерениях в скважинах естественного или искусственно вызванного радиоактивного излучения горных пород.В зависимости от типа измеряемого излучения и от способа его создания радиоактивные методы делятся на группы гамма- и нейтронных методов. В первую группу входят методы, основанные на измерениях естественного (метод естественной радиоактивности пород) или искусственно вызванного (методы изотопов, рассеянного гамма-излучения) гамма-излучения горных пород. Ко второй группе относятся методы, основанные на измерениях в скважинах плотности тепловых или надтепловых нейтронов или интенсивности гамма-излучения (нейтронный гамма-метод, метод наведенной активности), возникающих в горных породах за счет их облучения нейтронами.

1. Методы изучения естественной радиоактивности горных пород в скважинах. Общие сведения.

На изучении естественной радиоактивности горных пород основан гамма-каротаж или гамма-метод (ГМ). Это аналог радиометрии.

Работы проводят с помощью скважинных радиометров разных марок. Электрические сигналы, пропорциональные интенсивности гамма-излучения, передаются с них по кабелю в обычную каротажную станцию, где и осуществляется их автоматическая регистрация.

В зависимости от типа измеряемого излучения и от способа его создания радиоактивные методы делятся на группы гамма- и нейтронных методов. В первую группу входят методы, основанные на измерениях естественного (метод естественной радиоактивности пород) или искусственно вызванного (методы изотопов, рассеянного гамма-излучения) гамма-излучения горных пород. Ко второй группе относятся методы, основанные на измерениях в скважинах плотности тепловых или надтепловых нейтронов или интенсивности гамма-излучения (нейтронный гамма-метод, метод наведенной активности), возникающих в горных породах за счет их облучения нейтронами. В нефтяной геологии наибольшее применение имеют метод естественной радиоактивности горных пород, нейтронный гамма-метод и метод изотопов. Вследствие относительно большой проникающей способности нейтронов и гаммаквантов радиометрические исследования могут проводиться как в необсаженных, так и в обсаженных стальными колоннами скважинах независимо от наличия в них бурового раствора и от физических свойств последнего — плотности, минерализации, электрической проводимости и т. п. Для измерения радиоактивного излучения в скважину на каротажном кабеле 1 (рис. 20) опускают индикатор гамма-квантов или медленных нейтронов 2 (разрядные или люминесцентные счетчики), заключенный в герметичную стальную гильзу 3.

Рис. 23. Схемы радиоактивных методов исследования скважин.

а — методов естественного гамма-излучения и изотопов; б — нейтронных методов и метода рассеянного гамма-излучения. 1 — кабель; 2 — индикаторы гамма-излучения; 2' — индикаторы плотности медленных нейтронов, или (в методе ГГМ) гамма-излучения; 3 — гильза глубинного прибора; 4 — каскад предварительного усиления цепи индикатора; 5 —генератор высокого напряжения; 6 —усилительно-формирующий каскад; 7 —интегрирующая ячейка; 8 —регистрирующее устройство; 9—блок питания; 10 - источник нейтронов, или гамма-лучей; 11 —свинцовый фильтр.

При прохождении гамма-квантов или нейтронов через индикатор на его выходе возникают электрические импульсы, которые усиливаются и по кабелю подаются на поверхность. После дополнительного усиления и стандартизации эти им пульсы в интегрирующей ячейке преобразуются в постоянный ток, сила которого пропорциональна частоте поступления импульсов, и регистрируются прибором 8. Показания прибора обычно выражаются в единицах скорости счета (число импульсов в минуту) и находятся в прямой зависимости от интенсивности I исследуемого излучения. В тех случаях, когда зависимость отклоняется от линейной, говорят о нелинейности аппаратуры. Для стандартной радиометрической аппаратуры типа НГГК заметная нелинейность наблюдается при имп/мин. Явление нелинейности учитывается с помощью графиков зависимости , предварительно составляемых для каждого комплекта радиометрической аппаратуры. При измерениях нейтронными методами и методом рассеянного гамма-излучения в глубинном приборе на некотором удалении от индикатора, называемом размером зонда L, устанавливают источник быстрых нейтронов, или (в методе рассеянного гамма-излучения) источник гамма-квантов (рис. 20, 10). Для экранировки индикатора от прямого попадания гамма-квантов источника между индикатором и источником устанавливают свинцовый фильтр 11. Общее питание электронной схемы, спуско-подъемные операции и непрерывную регистрацию импульсов осуществляют с помощью стандартной измерительной аппаратуры и оборудования промыслово-геофизических партий.

В результате гамма-каротажа записывается непрерывная кривая, или диаграмма, интенсивности гамма-излучения ( ). Величина измеряется в импульсах за минуту или в микрорентгенах в час (гаммах). Поскольку распад ядер является случайным процессом, то интенсивность гамма-излучения колеблется около среднего уровня. Для их учета применяются повторные записи с меньшей скоростью проведения наблюдений. Так как гамма-лучи почти полностью поглощаются слоем породы толщиной 1 - 2 м, а до 30 % ядерной энергии не пропускается обсадными трубами, то скважинный радиометр может фиксировать гамма-излучение пород, расположенных в радиусе, не превышающем 0,5 м от оси скважины. Увеличение диаметра скважины и наличие воды или бурового раствора в ней еще больше снижают радиус обследования.

На диаграммах гамма-каротажа выявляются пласты с разной степенью радиоактивности. Максимумами выделяются породы, содержащие уран, радий, торий, калий-40 и другие радиоактивные элементы, а также глины; минимумами - песчаные и карбонатные породы.

Спектрометрия естественного гамма-излучения, т.е. определение энергии гамма-лучей, служит для выделения в разрезах скважин пород и руд, содержащих определенные элементы, например, калий, торий, уран, фосфор и др.