6. Импульсный спектрометрический нейтронный гамма-каротаж ингк-с (литокаротаж)

Облучение горных пород происходит импульсами быстрых нейтронов (14 МэВ). В результате взаимодействия нейтронов с веществом (неупругое рассеяние и радиационный захват) ядра среды излучают гамма кванты, с характерным энергетическим распределением.

Регистрируя данное излучение возможно проводить оценку концентраций ядер-излучателей. Для регистрации гамма излучения используются сцинтилляционные детекторы (LaBr, BGO).

В процессе интерпретации энергетические гамма-спектры представляются в виде суммы спектров элементарных, и коэффициенты такого разложения интерпретируются как относительные концентрации элементов. Дополнительные метрологические и методические подходы позволяют провести оценку абсолютных концентраций элементов горной породы, к которым относятся: Al, Ba, C, Ca, Cl, Cu, Fe, Gd, H, K, Mg, Mn, Na, Ni, O, S, Si, Ti. Результатами обработки данных являются: концентрации химических элементов, Сорг.вес, %, сухие веса минералов, свойства матрицы, макроскопическое сечение, плотность. Конкретный набор параметров зависит от прибора и системы обработки данных.

2. Оценка глинистости коллекторов с помощью метода гамма-каротажа гк

Повышенная радиоактивность глинистых пород объясняется:

• их высокой удельной поверхностью и способностью к адсорбции радиоактивных элементов

• длительностью накопления пелитового материала, обеспечивающего повышение содержания урана и тория в осадке

• повышенным содержанием калия (в глинах количество калия возрастает благодаря селективной сорбции ионов калия глинами)

• повышенным содержанием органических остатков в глинах (согласно А.Е. Ферсману содержание радия, а следовательно, и радиоактивность животных и растительных организмов во много раз превышает содержание радия в окружающей среде).

На Рисунок 41 показано, в каком виде различные глинистые минералы находятся в поровом пространстве породы. Каждый тип глинистых минералов по-разному влияет на проницаемость. Это связано, прежде всего с положением глинистых минералов в коллекторе и их сорбционными свойствами, и структурой. Каолинит обладает минимальным поверхностным зарядом и образует вермикулитоподобные сростки, которые обладают меньшей поверхностью. За счет этого он оказывает минимальное влияние на проницаемость пород. Хлорит обычно образует крустификационный цемент по поверхности песчаных зерен, поэтому он обладает достаточно большой поверхностью, на которой сорбируются молекулы воды и катионы, в результате чего значительно уменьшается эффективная пористость коллектора, и, как следствие, уменьшается проницаемость. Максимальной поверхностью обладают гидрослюды (иллит), которые к тому же и характеризуются наибольшим из трех рассматриваемых минералов зарядом на поверхности. В результате гидрослюды больше других минералов уменьшают проницаемость пород.

		Каолинит в виде дискретных частиц
		Хлорит, выстилаю-щий поры
		Иллит, закупори-вающий поры

Рисунок 41. Заполнение песчаных зерен глинистыми минералами [15 с дополнениями]

Радиоактивность коллекторов определяется радиоактивностью твердой, жидкой и газовой фаз коллектора и их объемным содержанием:

• Радиоактивность породообразующих минералов скелетной составляющей твердой фазы (матрицы) коллекторов, чаще всего невысокая. Исключением являются породы, насыщенные органическим веществом (например, породы баженовской, доманиковой свит); фосфориты, которые обогащены ураном; породы с повышенным содержанием радиоактивных элементов (циркон, сфен, аппатит и т.п.), в которых наблюдаются значительные концентрации тория и урана; калий-содержащие минералы: сильвин (KCl) и микроклин (ортоклаз).

• Радиоактивность пластовых вод обычно низкая, за исключением вод, обогащенных солями радия и калия.

• Радиоактивность нефтей имеет порядок радиоактивности пластовых вод, а для углеводородных газов она исчезающее мала.

Сопоставление радиоактивности осадочных горных пород приведена на Рисунок 42.

Рисунок 42. Радиоактивность горных пород: ⁴⁰₁₉К, ²³⁸₉₂U, ²³⁵₉₂U, ²³²₉₀Th

В большинстве случаев возрастание радиоактивности коллекторов наблюдается с повышением глинистости. Глинистость межзернового терригенного коллектора характеризуется долей минерального скелета породы, которая представлена глинистыми минералами и по гранулометрическому составу относится к фракции с размерами зерен <0.01 мм.

Количественно глинистость характеризуется массовым содержанием С_ГЛ (массовая глинистость) в твердой фазе породы, выраженным в процентах или долях единицы:

(6.7)

Где m_<0.01 – масса фракции с диаметром зерен <0.01 мм,

m_ТВ – масса твердой фазы породы, включая фракцию с диаметром зерен <0.01 мм

При интерпретации стандартного комплекса ГИС содержание глинистой компоненты определяется по данным гамма-каротажа. Зависимость радиоактивности от глинистости (Рисунок 43) была получена В. В. Ларионовым для кварцевых песчано-глинистых пород и имеет вид:

(6.8)

где – показания гамма-метода, выраженные в единицах двойного разностного параметра, С_{ГЛ.МАКС} – максимальная глинистость пласта глин.

(6.9)

где I_ГК, I_ГК.МИН, I_{ГК.МАКС} – показания ГК против изучаемого интервала разреза, минимальные в чистом карбонатном пласте или чистом кварцевом песчанике и максимальные в выдержанном глинистом пласте (обозначены как GKмин и GKмакс на Рисунок 44).

М.М. Эланский [8], используя зависимость В.В. Ларионова, предложил рассчитывать массовую глинистость через двойной разностный параметр ГК:

(6.10)

Примеры (в зависимости от С_{ГЛ.МАКС}) приведены на Рисунок 45. Однако после нахождения Сгл остается проблема перехода к объемной глинистости К_ГЛ, так как для этого необходимо знание Кп. М.М. Эланский [8] предложил для рассеянной глинистости (наиболее значимой для коллекторов) с целью перехода от массовых долей к объемным использовать параметр Кп.ск – пористость скелета – доля объемного пространства породы между зернами скелета. Тогда при равенстве минеральных плотностей частиц скелетной и глинистой фракции можно записать следующее выражение

(6.11)

Рисунок 43 Зависимость двойного разностного параметра гамма-каротажа от отношения текущей массовой глинистости к максимальной массовой глинистости.

Рисунок 44. Определение минимальных показаний ГК в карбонатном пласте и максимальных в глинистом пласте для расчета двойного разностного параметра

Рисунок 45. Зависимость массового коэффициента глинистости от двойного разностного параметра по ГК в зависимости от максимальной глинистости в пластах глин

Если учесть соотношение между открытой пористостью, объемной глинистостью и пористостью скелета, имеющее место для терригенных отложений с глинистым цементом (Кп.ск=Кп+Кгл), то получим:

(6.12)