Индукционный каротаж

Индукционный каротаж (ИК) - один из наиболее важных методов электрического каротажа. При ИК удельную электри­ческую проводимость горных пород, пересеченных стволом скважины, изучают с помощью специальной установки - зонда, принимающего сигналы, индуцированные вихревыми токами окружающей среды. Основные преимущества ИК — это относи­тельно большая глубинность исследований при незначительном влиянии вмещающих пород, отсутствие гальванического кон­такта установки со средой, вследствие чего становится возмож­ным исследование пустых и заполненных непроводящей промы­вочной жидкостью скважин, измерение КС с большой точно­стью в породах с малым значением удельных сопротивлений (менее 10 Ом∙м).

Индукционный каротаж целесообразно применять в сква­жинах, заполненных промывочной жидкостью с неочень низ­ким значением удельного сопротивления (0,3 Ом∙м < ρ_с) и с ρ_к пластов не более 100 Ом∙м. Метод ИК к изменению КС в пластах свыше 100 Ом∙м менее чувствителен. Индукционный каротаж в комплексе с другими фокусированными методами с различной глубинностью исследований успешно решает за­дачи изучения разрезов по методу сопротивлений.

Рассмотренные выше методы элек­трического каротажа, где удельное электрическое сопротивле­ние исследовалось и измерялось посредством регистрации раз­ности потенциалов ΔU между измерительными электродами, на­ходящимися непосредственно в электрическом поле токовых электродов. В индукционном каротаже кажущееся сопротивле­ние горных пород измеряется путем регистрации индуцирован­ной полем вихревых токов ЭДС (ΔU), рождаемых магнитным полем генераторной катушки. Принимается, что вторичное маг­нитное поле находится в фазе с током в генераторной цепи. Величина ЭДС (ΔU) в измерительной цепи характеризует элек­тропроводность окружающей среды.

Установка индукционного каротажа (зонд) в принципе пред­ставляет собой две индукционные катушки — генераторную и измерительную, расположенные по оси скважины на некотором расстоянии друг от друга (рис.4ж). Величина I называется длиной зонда. Точка О по середине длины зонда служит точкой записи, и измеренная величина относится по глубине к этой точке.

В практике индукционного каротажа для увеличения глу­бины исследования и уменьшения влияния вмещающих пластов, т. е. улучшения вертикальной и горизонтальной характеристик и снижения помех, в аппаратуре ИК применяют многокатушеч­ные установки- четырех-, пяти-, шестикатушечные зонды и более.

Наиболее перспективная модификация ИК - это высокоча­стотное индукционное каротажное изопараметрическое зонди­рование (ВИКИЗ), зондовое устройство которого состоит из пяти трехэлементных геометрически подобных зондов. Каждый зонд выполнен из одной генераторной и двух измерительных катушек, которые размещены снизу вверх. Процесс зондирова­ния осуществляется измерением с помощью пяти зондов раз­личной длины, каждый из которых работает поочередно. Время работы одного канала (зонда) 20 мс с интервалом между кана­лами 100 мс. Это позволяет проводить исследования одновре­менно с пятью зондами различного радиуса измерения в про­цессе движения прибора по стволу скважины со скоростью до 2000 м/ч.

Гамма-каротаж

При гамма-каротаже измеряется естественное γ- излучение горных пород. Возникающие в породах в результате распада радиоактив­ных элементов γ- лучи имеют энергию 1,5 МэВ и обладают большой проникающей способностью; они проходят слой по­роды, промывочной жидкости, стенки скважинного прибора и достигают регистрирующего детектора.

Рис. 7. Установки радиоак­тивного каротажа.

а - ГК; б - ГГК; в - НГК; г - ННК; фильтры: 1 - стальной, 2 - свинцовый; 3 -парафино­вый; 1 - точки записи; 2 - детек­тор γ-излучения; 3 - источник γ-излучения; 4 - детектор нейтро­нов; 5 - источник нейтронов;

Поглощающая способность среды по отношению к γ- квантам зависит от толщины и плотности вещества. Интенсивность у γ- излучения в практике при радиоактивном каротаже измеряется скважинными приборами, в которых в качестве индикаторов установлены разрядные или сцинтилляционные счетчики γ- квантов.

Разрядный счетчик представляет баллон с газом 1, в центре которого протянута металлическая изолированная проволока 4 (рис.8). Боковая поверхность баллона 2 (ме­талл) служит отрицательным электродом (катод). К централь­ной нити подводится высокое напряжение источника 3. Про­ходящий через счетчик γ- квант выбивает из катода электрон, который под действием электрического поля устремляется к центральной нити, сталкиваясь по пути с атомами газа и выбивая из них вторичные электроны. В результате этого про­цесса к нити приходит лавина электронов и в цепи счетчика появляется импульс тока. При этом на нагрузочном сопро­тивлении часть напряжения падает и в счетчике восстанав­ливается первоначальное положение.

Работа сцинтилляционного счетчика (рис.8,б) основана на фотоэлектрическом эффекте, т. е. процессе поглощения γ-кванта атомом вещества, при котором вся энергия кванта передается одному из электронов, вырываемому из электронной оболочки атома. Выбитый электрон обладает большой энергией и обра­зует в прозрачном кристалле световую вспышку, которая, проходя катод 2, диноды 3 и анод 4 фотоэлектронного умно­жителя, преобразуется в импульсы электрического тока. Им­пульсы в скважинном приборе усиливаются и подаются на по­верхность, где и регистрируются в виде кривой, характеризующей интенсивность γ- излучения пластов горных пород вдоль ствола скважины. Такую кривую называют диаграммой гамма-каротажа.

Радиоактивные элементы вначале находились в первичных изверженных породах. Разрушение первичных пород, перенос их частиц и осадконакопление обусловили наличие радиоак­тивных элементов в комплексе осадочных толщ. В результате разного состава и физико-химических условий образования осадков различные осадочные образования имеют неодинако­вую радиоактивность.

На диаграммах ГК глины и глинистые породы обычно отмечаются максимумами, песча­ники, известняки, доломиты и гидрохимические осадки — мини­мумами. Интенсивность радиоактивных излучений пород зави­сит также от радиоактивности насыщающих вод. Диаграммы ГК используются, как правило, для расчленения геологиче­ского разреза.

По энергетическим спектрам естественного γ- излучения можно определять в составе пород наличие тех или иных эле­ментов либо их относительное содержание по стволу скважины. Этот метод называется гамма-спектрометрией. В на­стоящее время гамма-спектрометрия не находит еще широкого применения, однако возможности ее достаточно велики.

. Гамма-гамма-каротаж

При гамма-гамма-каротаже (ГГК) измеряют интенсивность рассеянных γ- квантов, генерируемых в окружающую среду ис­точником γ- излучения.

Установка гамма-гамма-каротажа представляет собой ин­дикатор γ- лучей, находящихся на некотором расстоянии от ис­точника γ-излучения. Между индикатором и источником поме­щается экран-фильтр, защищающий индикатор от прямого γ- облучения. Расстояние между источником и индикатором, так же как и при нейтронных методах, называют длиной зонда. В зависимости от решаемой задачи применяют соответствую­щие модификации аппаратуры. Некоторые приборы центриру­ются или прижимаются к стенке скважины. Наиболее перспек­тивными являются двухзондовые приборы с коллимацией пучка γ- квантов. В качестве источника γ- излучений при ГГК обычно используют радиоактивный изотоп кобальта ₂₇СО⁶⁰ и цезия ₅₅Сз¹³⁴.

Ослабление энергии γ- квантов на интервале источник - среда -индикатор вызвано тремя основными процессами вза­имодействия γ-квантов с атомами элементов, составляющих горные породы.

Гамма-кванты, вышедшие из источника, рассеиваются в по­роде, часть из них достигает индикатора и отмечается им. Интенсивность рас­сеянного (регистрируемого) γ- излучения характеризуется объ­емной плотностью среды.

Эталонировка аппаратуры ГТК осуществляется в несколь­ких средах с известным значением плотности. Кривая лога­рифма отношений сигналов двух зондов ГГК характеризует эффективную плотность породы вблизи стенки скважины, т. е. суммарное значение плотностей зерен твердого скелета и за­полняющего поры флюида.

Метод ГТК в комплексе с другими геофизическими мето­дами успешно решает следующие геологические задачи: литологическое расчленение гидрохимических осад­ков, выделение коллекторов в карбонатных отложениях, выде­ление коллекторов в песчано-глинистых отложениях, определе­ние пористости коллекторов.