ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

та, содержащих изотопы радия, и выделяются по расхождению временных замеров ГК, записанных в открытом стволе и в колонне (рис. 1.20). Однако такой прием не всегда эффективен. Так, при бурении боковых и горизонтальных стволов на нефтяных месторождениях, длительно разрабатываемых с поддержанием пластового давления, наличие промытых зон возможно уже при проведении замера в открытом стволе.

Рис. 1.20. Выделение интервалов, промытых нагнетаемыми водами (по данным СГК)

61

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Вэтом случае только по СГК (по наличию урановой составляющей) можно отделить зоны коллекторов, промытых закачиваемыми водами, от глинистых пород (по повышенному значению ториевой составляющей и подчиненному содержанию урана и калия).

Таким образом, использование СГК при изучении разрезов нефтяных скважин повышает полноту исследований и точность определения коллекторских свойств пластов, способствует решению многих геологических задач – корреляции разрезов по содержанию U, Th и K, выделению нефтематеринских пород, интервалов развития битумов, ВНК и т.д.

Гамма-гамма-плотностной каротаж (ГГК) – исследо-

вания, основанные на регистрации плотности потока гаммаизлучения, рассеянного горной породой при ее облучении стационарным ампульным источником гамма-квантов (60Со и др.).

Взависимости от энергии гамма-излучения при взаимодействии гамма-квантов с атомами элементов, составляющих горную породу, могут возникать в основном два процесса: эффект Комптона – рассеяние гамма-квантов на электронах, фотоэлектрический эффект (поглощение). Многократное комптоновское рассеяние приводит к последовательному снижению энергии гамма-квантов и переходу к процессу фотоэлектрического поглощения (рис. 1.21).

Взависимости от энергии регистрируемого гамма-излу- чения различают плотностную (ГГМ-П) и селективную (ГГМ-С) модификации метода. При ГГМ-П регистрируют относительно жесткое гамма-излучение (0,15 МэВ) для определения плотности горных пород, при ГГМ-С – более мягкое для определения среднего атомного номера (литологического состава).

Для исследования нефтяных и газовых скважин, как правило, применяются двухзондовые измерительные установки, экранированные от скважины, с азимутальной коллимацией излучения источника и регистрируемого излучения (рис. 1.22).

62

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 1.21. Виды взаимодействия гамма-квантов с веществом:

а– фотоэффект, б – комптоновское рассеяние,

в– образование электрон-позитронных пар

Рис. 1.22. Конструкция прибора ГГК

Между интенсивностью рассеянного гамма-излучения и плотностью горных пород существует обратная зависимость: чем больше плотность, тем меньше регистрируемое гамма-излу- чение. На кривой ГГК минимальные показания соответствуют плотным породам – ангидритам, известнякам, максимумами вы-

63

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

деляются наименее плотные породы – глины, высокопористые разности пород (рис. 1.25). Измеряемая величина – скорость счета (интегральная или в энергетических окнах).

Основные расчетные величины – объемная плотность пород δп (г/см3), позволяющая перейти к определению пористости kп по формуле

kп = (δм – δп) / (δм – δж),

где δм – минеральная плотность; δж – плотность жидкости. Определение коэффициента пористости по данным ГГК

практически не зависит от глинистости пород, так как ее плотность не сильно отличается от таковой основных породообразующих минералов, но зависит от минеральной плотности поро-

ды (табл. 1.6).

Таблица 1.6

Минеральная плотность основных типов осадочных пород (по Дортман, 1992)

ГГК находит широкое применение при расчленении разрезов скважин, уточнении литологии, выделении коллекторов

иопределении их пористости в открытом стволе скважин.

Вспектральной модификации литоплотностного каротажа (ЛПК) при записи в скважине выбираются два окна, соответствующие областям энергий фотоэффекта и Комптон-эффекта, и по

64

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

зарегистрированным спектрам определяют (по соотношению количества импульсов в окнах (Np/Nc)) индекс фотоэлектрического поглощения (Pe), прямо пропорционального сечению фотоэффекта на электрон и среднему атомному номеру исследуемой среды (Z) Pe, и параметры объемной плотности породы (ГГКп). Суть технологии иллюстрирует рис. 1.23.

Рис. 1.23. Схематические спектры рассеянного гамма-излучения в средах с постоянной плотностью и различными значениями Zэфф; 1 – среда с низким Zэфф, 2 – средним, 3 – высоким;

P– область преимущественно фотоэлектрического поглощения,

С– комптоновского рассеяния

Обработка данных ЛПК при определении литологического состава разреза ведется по палетке – кросс-плот (рис. 1.24). В исследуемый комплекс ЛПК входят данные ГГКп и Pe, кроме них в обработке данных используются: пористость по ННКт, объемная глинистость, интервальное время P-волны (DTP), расхождение диаметров по данным кавернометрии (ДС) и прижимной лапы ЛПК. Путем нелинейного решения системы уравнений определяются компоненты вскрытого скважиной разреза (путем минимизации расхождений до заданных значений точностей теоретических кривых с фактическими, определяемых погрешностью используемых в обработке методов). Определяется ог-

65

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

раниченное количество компонент: для терригенной части разреза – глина (тип минерала), кварц, уголь, кальцит, вода, вода связанная, нефть; для карбонатного – кварц, кальцит, аргиллит, вода, вода связанная, нефть. Необходимо учитывать, что при наличии каверн в область исследования включается промывочная жидкость, то есть в кавернах, даже с учетом ввода поправки на прижим зондов, данные по плотности и Pe могут искажаться.

Рис. 1.24. Палетка (кросс-плот) для определения литологического состава пород по индексу фотоэлектрического поглощения (Pe)

и объемной плотности

Метод СГК в комплексе с ЛПК позволяет более точно оценить глинистость пласта, тип и содержание глинистых минералов и наиболее достоверно расчленить разрез на литологические разности (см. рис. 1.25).

Нейтронный каротаж (НК) основан на облучении пород нейтронами от стационарного ампульного источника (или генератора нейтронов) и измерении плотностей потоков надтепловых

66

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 1.25. Определение литологического состава пород по ГГК–ЛПК–СГК

67

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

(рис. 1.26). Измеряемая величина – скорость счета в импульсах в минуту (имп./мин); расчетная величина – водородосодержание пород в стандартных условиях в процентах.

Рис. 1.26. Схема измерения при нейтронном каротаже

Процесс рассеяния заключается в том, что нейтрон при столкновении с ядром передает ему часть своей энергии и отклоняется от первоначального направления движения. Никакого излучения при этом не возникает (рис. 1.27). В результате последовательных соударений нейтрон теряет свою энергию и переходит из высших уровней энергии (более 0,1 МэВ) к низшим (менее 0,025 эВ). Потеря энергии нейтроном при упругом соударении его с ядром зависит от соотношения их масс. Чем тяжелее ядро мишени, тем меньше потеря энергии нейтрона; чем ближе между собой массы нейтрона и ядра, тем потеря энергии больше. При столкновении с ядрами водорода нейтрон может полностью потерять свою энергию и превратиться в тепловой,

68

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рис. 1.27. Схема взаимодействия нейтронов с горными породами по методу НК

что может привести к захвату нейтрона ядром. При захвате нейтрона его энергия добавляется к энергии ядра и происходит выделение избыточной энергии в виде гамма-излучения радиационного захвата. Ядра атомов различных элементов характеризуются различными энергиями радиационного захвата и различным сечением захвата (поглощением), что может использоваться для их распознавания (табл. 1.7).

При исследовании зондами, длина которых более 40 см, плотность нейтронов в среде с большим водородосодержанием в зоне размещения индикаторов мала, поскольку в такой среде нейтроны замедляются и поглощаются в основном вблизи источника. В результате породы с высоким водородосодержанием отмечаются на диаграммах НК низкими показаниями.

В малопористых породах с низким водородосодержанием плотность нейтронов вблизи индикатора увеличивается, что вызывает повышение показаний НК. На результаты НК значительное влияние оказывают также элементы, обладающие аномально высокой способностью захвата тепловых нейтронов: хлор, бор и др. (см. табл. 1.7).

Переход от скорости счета к геофизическим характеристикам пород (плотность пород, пористость, насыщенность, вещественный состав) осуществляют с использованием зависимостей между показаниями скважинных приборов и указанными

69

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

характеристиками, или параметрами, установленными на моделях пород, пересеченных скважиной, или методами математического моделирования.

Методика определения пористости по НK основана на том, что пористость связана с логарифмом отклонения кривой НK ∆Jnγ = f (kп), поэтому можно построить график зависимости пористости от показания нейтронного каротажа (рис. 1.28).

70