образом становится возможным оценивать плотность пород. Для основных породообразующих

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

элементов ζЕ = ζ. Однако, для водорода ζЕ = 2,0ζ, а для воды ζЕ = 1,1ζ. В целом, возникающая за счет этого погрешность невелика и поддается учету при интерпретации.

Селективный ГГК-С предназначен для изучения вещественного состава пород и руд, их литологии. Энергия гамма-квантов, регистрируемых при ГГК-С, лежит в области преобладания фото-эффекта. В этой области среднеквадратичное расстояние (Lγ), пролетаемое гаммаквантом до его поглощения, зависит от атомных номеров (Z) элементов, слагающих породу, а не от плотности породы. Атомный номер характеризует литологию породы, поэтому ГГК-С называют литологическим каротажем. Чтобы обеспечить работу в режиме фото-эффекта, в ГГК-С применяют источники относительно мягкого излучения 75Se или 170Tm. Их энергии лежат в диапазоне от десятков до сотен КэВ. Метод используют при поисках сурьмы, свинца, ртути, железа, каменных углей и горючих сланцев. На нефтегазовых месторождениях его применяют для оценки степени кальцитизации отложений./

Рентгенорадиометрический каротаж (РРК)

Метод ГИС, основанный на возбуждении и регистрации характеристического рентгеновского излучения элементов, входящих в состав горных пород. Породы облучают гамма-квантами сравнительно низких энергий, щдля которых велика вероятность фотоэффекта. Возникающее при их поглощении характеристическое излучение регистрируют спектрометрической аппаратурой. Максимумы на диаграммах, соответствующие содержанию отдельных элементов, используютдля идентификации этих элементов и оценки их содержания. Чем выше атомный номер элемента, темвыше вероятность поглощения гамма-квантов, поэтому с помощью РРК в первую очередь, выделяют и оценивают содержание минералов, содержащих тяжелые элементы. Излучение интенсивно поглощается породой – глубинность (радиус действия) метода составляет несколько мм. Основное достоинство - возможность аналитических определенийрудных элементов непосредственно в скв. Для оконтуривания рудных зон, опробования и определения подсчетных параметров при разведке и эксплуатации м-ий свинца, ртути , вольфрама, висмута, золота и др. На нефтегазовых м –иях не применяют.

Нейтронный каротаж

Метод, основан на облучении пород стационарным потоком быстрых нейтронов и ре-

гистрации вторичного излучения надтепловых, тепловых нейтронов (Inn) или гамма-

квантов (Iny) радиационного захвата (ГИРЗ). Существует также спектрометрическая модификация НК, основанная на изучении спектра ГИРЗ.

Зонды НК.

Все скважинные приборы НК устроены аналогично

150

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Внизу прибора располагается хвостовик 1 с ампульным источником быстрых нейтронов 2. Хвостовик имеет экран-замедлитель нейтронов из водородсодержащего вещества3 (парафин) и экран-поглотитель гамма-квантов 4 (свинец). Эти экраны исключают прямое облучение источником одного детектора излучения нейтронов или гамма-квантов 5. При перевозке и хранении хвостовик с источником помещают в защитный контейнер, изготовленный из водородсодержащего вещества в смеси с нейтронопоглощающими веществами (борная кислота и др.). Прибор также содержит детектор гамма-квантов естественного происхождения 6 (ГК), который расположен так, чтобы на него не влияло гамма-излучение ГИРЗ, и электронную схему 7. За длину зонда принимают расстояние между серединами источника и детектора, за точку записи

– середину этого расстояния. Наибольшее распространение получили многозондовые приборы (обычно двухзондовые), позволяющие снизить влияние скважины на результаты измерения.

Физические основы НК.

Источник испускает быстрые нейтроны (>100кэВ) с энергиями, распределенными в основном между 3,0 и 5,0 МэВ. В однородной среде ля таких нейтронов наиболее вероятно неупругое рассеяние. Ядро атома оказывается в возбужденном состоянии, которое снимается за время порядка 10-14с, испуская каскад гамма-квантов (гамма-излучение неупругого рассеяния – ГИНР). После нескольких актов рассеяния энергия нейтрона снижается. Средняя скорость нейтрона и вероятность неупругого рассеяния резко падают, и наиболее вероятной реакцией становится реакция упругого рассеяния. Благодаря этому нейтрон продолжает терять энергию до приобретения им тепловой энергии, т.е. соизмеримой с энергией теплового движения атомов и молекул (0,025эВ при t=20°C). Поэтому нейтроны с энергией<0,5эВ называют тепловыми, с

энергией примерно 0,3 – 10эВ – надтепловыми. Приобретение нейтроном тепловой энергии с момента вылета из источника называют процессом замедления. Вероятность упругого рассеяния наибольшая для водорода, в 5 – 10 раз больше, чем у других элементов. Таким образом, водород является аномальным замедлителем нейтронов. Тепловые нейтроны участвуют в тепловом движении атомов и молекул, сталкиваясь с ними , в среднем не теряя энергии (процесс диффузии). В результате нейтроны поглощаются ядром. Процесс поглощения обычно вызывает последующее испускание нескольких гамма-квантов, называемое гамма-излучением радиационного захвата (ГИРЗ). Одной из наибольших вероятностей ГИРЗ обладает хлор, в больших количествах содержащийся в пластовых водах нефтегазовых месторождений.

Разновидности нейтронного каротажа

Используют нейтронный каротаж с регистрацией надтепловых нейтронов (ННК-НТ), Нейтронный каротаж с регистрацией тепловых нейтронов (ННК-Т),

151

Нейтронный каротаж с регистрацией гамма-квантов (НГК).

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Для зонда ННК-НТ количество нейтронов, достигших детектора, определяется способностью воздействовать на процесс замедления нейтронов. Т.к. аномальным замедлителем является водород, то показания зонда однозначно связаны с концентрацией водорода, присутствующего в пластовых водах, нефтях, газах. Влияние химсостава скелета породы, не содержащей кристаллизационной воды не превышает 5-6% от результатов измерений. (пример диаграммы – рис 71).

Показания ННК-Т зависят не только от процесса замедления нейтронов, но и от процесса диффузии тепловых нейтронов. В результате тепловые распространяются на большие расстояния, чем надтепловые. Среднеквадратичная длина пробега тепловых нейтронов, т.е. до его поглощения определяется замедляющими и, в меньшей степени, поглощающими свойствами среды. Таким образом, показания ННК-Т определяются в основном содержанием водорода в породе. Преимущество ННК-НТ при определении содержания водорода в породе состоит в отсутствии влияния поглощающих свойств и минерализации бурового раствора. (пример диаграммы – рис. 71).

Показания НГК зависят от количества гамма-квантов, образовавшихся в результате захвата нейтронов атомами и достигающих детектора. Это количество пропорционально числу поглощенных нейтронов и, соответственно, числу гамма-квантов, возникших при захвате одного нейтрона. Так, при захвате одного теплового нейтрона хлор в осадочных породах отдает в среднем 2,3 гамма-кванта с высокой энергией. В среднем гамма-кванты удаляются на несколько большее расстояние, чем тепловые нейтроны. Кроме хлора аномальными поглотителями тепловых нейтронов являются бот, кадмий, литий, марганец, редкоземельные металлы. Среднеквадратичная длина пробега гамма-квантов, как и тепловых нейтронов, определяется замедляющими и в меньшей степени поглощающими свойствами среды. Поэтому аналогично упомянутым методам НК показания НГК определяются в основном содержанием водорода в породе. С увеличением в породе элементов, аномально поглощающих тепловые нейтроны, показания НГК очевидно растут. ( рис. 71)

Задачи, решаемые НК.

С помощью НК осуществляют литологическое расчленение разреза по содержанию водорода и в меньшей степени - по концентрации поглотителей.

Зависимость показаний НК от содержания водорода обусловливает решение задачи определения коэф. пористости пород kп. Количество водорода в нефти и воде примерно одинаково. Поэтому нефтенасыщенные породы (скелет которых не содержит кристаллизационной воды) при равной пористости характеризуются одинаковыми показаниями. Для снижения влияния условий измерения используют двойной разностный параметр

I = (I∞ - I2)/(I1 – I2), где I∞ - исправленные за скважинные условия показания НК; I1 и I2 – соответственно показания в опорных пластах.

В качестве опорных пластов выбирают пласт, практически не содержащий водорода (плотный пласт), и пласт с большой каверной, максимально насыщенной водородом.

Спомощью параметра I оценивают kп по зависимости вида ln(kп) = f(ΔI).

Спомощью НК определяют положение водонефтяного (ВНК) и газожидкостного (ГЖК) контактов. Определение ВНК основано на том, что при переходе от водонасыщенной породы к нефтенасыщенной наблюдается уменьшение минерализации пластовой жидкости, т.е. содержания хлора, и показания ННК-Т растут, а НГК падают. Эти операции проводят в обсаженных скважинах (зона проникновения расформирована).

Существует еще спектрометрическая модификация НК (СНГК), основанная на изучении энергетического спектра гаммаизлучения радиационного захвата.

Импульсный нейтронный каротаж (ИНК).

Породу облучают нестационарным потоком быстрых нейтронов с помощью импульсных облучателей. Существует интегральная и спектрометрическая аппаратура. Интегральной реги-

152

стрируют процесс спада плотности тепловых нейтронов (ИННК) или гамма-излучение радиа-

СПГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

ционного захвата (ИНГК), спектрометрической аппаратурой регистрируют спектры ГИНР(гамма-излучение неупругого рассеяния) и ГИРЗ (СИНГК). Аппаратура ИНК сложнее, чем НК.

Зонды ИННК и ИНГК.

Источник прибора испускает быстрые нейтроны (импульсы) в течение коротких интервалов времени (Δtи = 100 – 200 мкс) с частотой 10 – 1000 гц, т.е. через каждые 103 – 105 мкс. Наземная аппаратура содержит многоканальный временной анализатор, который при нескольких временны`х задержках (сотни – две-три тысячи мкс) на протяжении времени t (временно’е окно) регистрирует интенсивность тепловых нейтронов (Inn) или гамма-квантов (Iny). Для уменьшения статистической погрешности определенных интенсивностей их усредняют по большому числу импульсов. Длина зонда составляет 30 – 40 см.

Основное применение ИННК и ИНГК – выделение нефтеносных и газоносных пластов. Преимущества ИНК перед НК состоят в большей чувствительности к элементам, хорошо поглощающим тепловые нейтроны и в меньшей зависимости показаний от влияния скважины. Это позволяет, например, в обсаженных скважинах определять ВНК при малой минерализации пластовых вод (от 20 – 30 г/л). На практике оба метода дают примерно одинаковые результаты. Однако показания ИННК несколько тбольше зависят от влияния скважины, а показания ИНГК

–от естественного гамма-излучения.

Взондах СИНГК используют высокочастотный источник быстрых нейтронов (>109 нейтронов/с) с частотой запуска импульсов 10 – 20 кГц, т.е. каждые 50 -100 мкс. Анализ спектров ГИНР и ГИРЗ, проводимй при СИНГК, позволяет определить содержание в породе углерода, кислорода, водорода, кремния, кальция, железа, хлора, серы и др., а также оценить пористость, литологический состав и нефтенасыщенность пород. Независимость результатов оценки нефтенасыщенности пород от степени минерализации пластовых вод – важное преимущество метода. Модификация СИНГК, основанная на изучении в соответствующих энергетических окнах отношения интенсивностей ГИНР углерода к кислороду и предназначенная для определения нефтенасыщенности пород, называется С/О (углродно-кислородным каротажем). Метод применяют в обсаженных скважинах. Аналогично по отношению кальция к кремниюв спектре ГИНР проводят литологическое расчленение геологического разреза, а по отношению водорода к хлору в спектре ГИРЗ – определение ВНК и ГЖК контактов.

Реже на практике используют ядерно-магнитный каротаж (ЯМК), акустический каротаж (АК), термический и магнитный каротаж.

В ЯМК оценивается ИСФ(индекс свободного флюида) и с его помощью определяют процентное содержание ядер водорода, содержащегося в свободном флюиде. С помощью АК осуществляется литологическое расчленение разреза, оценивается пористость коллекторов (по уравнению среднего времени Уайли):

Оценивается тип порового пространства, характер насыщения, проницаемость коллекторов, прочностные свойства пород. Данные АК используют также для интерпретации материалов сейсморазведки (построение геоакустической модели среды). С помощью АК оценивается качество крепления скважины.

Термокаротаж находит применение при контроле разработки месторождений (выделение интервалов притока и поглощения жидкости и газа) и при изучении технического состояния скважины ( при нарушении качества крепления скважины может возникнуть затрубная циркуляция (движение жидкости по стволу скважины за обсадной колонной).

Магнитный каротаж используют для определения магнитной восприимчивости.

153