Одиночный пласт низкого сопротивления

Определение границ пластов

Конфигурация кривых кажущихся сопротивлений зависит, при прочих равных условиях, от типа зонда и соотношения его размера с мощностью пласта. В соответствии с этим различаются и правила определения границ пластов по кривым КС, полученным с каким-либо конкретным зондом.

Одиночный пласт высокого сопротивления

Кровля пласта отме­чается по максимуму кривой, подошва — по минимуму.

Против тонкого пласта обращенным градиент-зондом регистрируется сравнительно симметричная пика. Границы пласта отмечаются по наиболее крутому подъему и спаду кривой кажущегося сопротивления. Над пластом на расстоянии, равном размеру зонда, находится экранный максимум. Между экранным максимумом и кровлей пласта на кривой КС наблюдается зона наиболее пониженных сопротивлений (экранный минимум) (рис. 7, б).

Кривые, полученные последовательным (подошвенным) градиент-зон­дом, являются зеркальным отображением кривых обращенного градиент зонда относительно плоскости, проходящей через середину пласта. Подошва мощного пласта высокого сопротивления на кривой последовательного градиент-зонда отмечается по максимуму, кровля пласта — по минимуму аномалии. Правила определения границ тонкого пласта на кривых последовательного градиент-зонда подобны таковым для обращенного зонда; зона наибольших искажений кажущихся сопротивлений (экранные максимум и минимум) на кривой последовательного градиент-зонда располагается под пластом.

Потенциал-зонд в одиночных однородных пластах позволяет получить кривые кажущегося сопротивления, симметричные относительно середины паста. Кривые кажущегося сопротивления последовательного и обращенного потенциал-зондов по форме не различаются, если расстояние между электродами М и N (А и В) больше мощности пласта. Против мощного пласта высокого сопротивления на кривой потенциал-зонда наблюдается симметричная аномалия.

 

Рис. 7. Примеры определения границ однородных пластов высокого удельного сопротивления

а — кривая обращенного градиент-зонда в мощном пласте (Н — мощность пласта); б — то же, в тонком пласте; в — кривая потенциал-зонда в мощном пласте; г — то же, в тонком пласте.

 

Границы мощного пласта отмечаются следующим образом: кровля — по началу наиболее интенсивного подъема кривой; подошва — по концу самого интенсивного ее спада (рис. 7, в).

Против тонкого пласта высокого сопротивления наблюдается симмет­ричный минимум кривой кажущегося сопротивления потенциал-зонда с весьма небольшими максимумами над кровлей и под подошвой, от каждой на расстоянии 1/2 AM (рис. 7, г).

 

Наклонный пласт

Определение границ наклонных пластов с помощью градиент- и потенциал-зондов производят по тем же правилам, если угол падения пласта не превышает 30°. Формы кривых кажущегося сопротивления в этом случае существенно не отличаются от кривых для горизонталь­ных пластов. Однако, определив границы по обычным правилам, получают представление о видимой мощности пласта.

Для определения истинной мощности пласта h используют формулу:

(9)

где h в —видимая мощность пласта; а — угол падения пласта.

Если угол падения пласта превышает 30°, опреде­ление его истинной мощности усложняется. Методика разработана только для определения истинной мощ­ности пластов бесконечно высокого сопротивления и может быть использована для приближенного опреде­ления мощности пластов высокого удельного сопротивления. В этом случае как для потенциал-зондов, так и для градиент-зондов В. Н. Дахнов рекомендует формулу

где h_C — мощность пласта, полученная при определении границ пластов обычными приемами; к — поправочный коэффициент (учитывающий по­правку, вносимую в значение видимой мощности за счет искажения кривых кажущегося сопротивления, рис. 10); а — угол падения пласта; d_c — диа­метр скважины.

 

Микрозондирование

В последнее время широкое применение нашли зонды особой конструкции — микрозонды. С помощью микрозондов также измеряется кажущееся сопротивление горных пород. Однако в отличие от измерений с обычными зондами измерение кажущегося сопротивления производят зондами весьма небольших (до 5 см) размеров. Зонды с помощью пружин (рессор) плотно прижимают к стенке скважины. Электроды устанавливают на изолирующей пластине (башмаке), которая отделяет зонд от бурового раствора, тем самым, уменьшая влияние последнего (рис. 16а). Благодаря этим особенностям конструкции микрозонд позволяет детально изучать разрезы, сложен­ные пластами как большой, так и малой мощности, выде­лять в разрезе коллекторы, детально изучать их строение и оценивать пористость.

В связи с небольшими размерами зондов метод микро­зондов имеет малую глубину исследования. Например, при изучении пород-коллекторов практически определяют удельное сопротивление части пласта, видоизмененной проникновением фильтрата бурового раствора. Поэтому по данным микрозондов нельзя получить представление об удельном сопротивлении коллекторов за зоной про­никновения, а следовательно, и о характере насыщен­ности пласта (нефть, газ, вода).

С микрозондом обычно записывают две кривые кажу­щегося сопротивления — кривые микропотенциал- и ми­кроградиент-зондов. Наличие двух кривых позволяет учесть влияние глинистой корочки на величину кажуще­гося сопротивления и более четко выявить коллекторы. Обязательными условиями использования кривых микро­зондов для количественной интерпретации, например, для определения пористости пород, являются необхо­димость одновременной регистрации обеих кривых микро­зонда с помощью специального трехколлекторного пуль­сатора, а также тщательное экспериментальное определение величины коэффициентов микрозондов.

К недостаткам метода кажущихся сопротивлений следует отнести невозможность получения надежных результатов при исследовании сква­жин, заполненных очень соленым буровым раствором (за исключением микрозондирования), а также невозможность использования метода при изучении скважин, заполненных нефтью или раствором на нефтяной основе. Область применения метода: расчленение разрезов скважин по вели­чинам удельного и кажущегося сопротивлений пород; выделение реперов для корреляции разрезов; изучение литологического состава пород разреза; выделение полезных ископаемых в разрезах скважин; определение коэф­фициентов водонасыщенности, нефтенасыщенности, пористости и проницае­мости по данным удельных сопротивлений; в модификации микрозондов — детальное расчленение разрезов скважин, изучение коллекторов и определе­ние их пористости.

МЕТОД ЭКРАНИРОВАННОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКОЙ

ТОКА (БОКОВОЙ КАРОТАЖ)

 

Применение метода экранированного заземления с автоматической фокусировкой тока, так же как и метода КС, основано на изучении удельного сопротивления горных пород. В одной из модификаций метода измери­тельная установка (зонд) состоит из семи электродов: трех однополярных токовых (А₀, А₁и А₂) и двух пар измерительных (M₁, N₁ и M₂, N₂), смонтированных симметрично (рис. 17). Через центральный элек­трод А₀зонда, а также через электроды А ₁и A ₂, называемые фокуси­рующими, пропускают электрический ток. Сила тока, текущего через них, регулируется в процессе записи так, чтобы обеспечить равенство потенциалов электродов А₀, А₁ и А 2 независимо от удельного сопротивления пород, окружающих зонд. С этой целью специаль­ная электронная аппаратура в процессе записи автоматически поддерживает нулевую разность потенциалов между каждой парой элек тродов M₁, N₁ и M₂, N₂

Поскольку потенциалы электродов А₀, А₁ и А 2 равны, ток не может проходить между ними, что эквивалентно замещению скважины на этом участке изолятором. Ток, эмиссируемый централь­ным электродом А₀ растекается в породу фоку­сированным пучком по радиусу скважины. Такое устройство в значительной степени исключает влияние бурового раствора (скважины) при за­писи кривых, делает эти кривые более дифферен­цированными, уменьшает влияние мощности пласта.

При исследовании измеряют разность потен­циалов между одним из электродов М₁ или N₁ и удаленным электродом N. Кажущееся сопро­тивление определяют по формуле (8), где I = I₀, т. е. равен силе тока, теку­щего через центральный электрод А₀. Форма аномалий симметричная, гра­ница пластов отмечается весьма четко по участкам наиболее крутого на­клона кривых.

Метод экранированного заземления с фокусирующими электродами обладает значительным преимуществом перед обычным методом кажущихся сопротивлений, так как позволяет более точно определить сопротивление пластов высокого удельного сопротивления, пересеченных скважиной с сильно минерализованным буровым раствором.

Метод экранированного заземления может быть использован в модифи­кации микрометода — микро-СЭЗ, или микробоковой каротаж. С этой целью электроды зонда устанавливают на изолирующей пластине (башмаке), которая, так же как и в микрозонде, прижимается пружиной к стенке скважины. По сравнению с микрозондом, микро-СЭЗ по схеме с автоматической регулировкой экранного тока обеспечивает наилучшее расчленение разреза, более точное определение удельного сопротивления, так как в этом случае на показания меньше влияет изменение толщины глинистой корки. Недоста­ток метода — сложность автоматической аппаратуры.

Область применения метода: детальное расчленение разрезов скважин по величинам кажущегося и удельного сопротивлений пластов; изучение в разрезах скважин литологического состава, пористости и проницаемости пород; выделение нефтеносных, газоносных пород и других полезных иско­паемых; определение водонасыщенности и нефтегазонасыщенности пород.

 

ИНДУКЦИОННЫЙ МЕТОД

По индукционному методу в скважине изучают удельную электропроводность горных пород, — величину, обратную удельному электрическому сопротивлению.

Принципиальная схема индукционного метода включает в себя скважинный снаряд и регистрирующий прибор. Скважинный снаряд-зонд состоит из двух катушек, обладающих большой индуктивностью, высокочастотного генератора и усилителя (рис. 18). Одна из индукционных катушек 2 назы­вается генераторной, другая 3 — измерительной. При пропускании через катушку 2 переменного тока частотой (10—50 Кгц), вырабатываемого генератором 4 вокруг нее создается переменное электромагнитное поле' Это поле, пронизывая горные породы, окружающие скважинный снаряд, индуцирует в них переменные круговые токи i. Э.д.с. круговых токов зависит от электропроводности среды, в которой они возникают. В свою очередь, электромагнитное поле круговых токов индуцирует в измерительной катушке снаряда перемен­ную э. д. с., также пропорциональную электропровод­ности окружающей среды. Индуцированная э.д.с. усиливается усилителем 5 и подается по кабелю 6 на поверхность в регистрирующий прибор 7.

Индукционный метод позволяет получить хорошо расчлененные кривые электропроводности с симметрич­ными и весьма четкими аномалиями. Небольшое влия­ние мощности, а также глубинность исследований дают возможность определить истинное удельное сопро­тивление пластов. В Советском Союзе метод находится в стадии промышленного опробования.

Область применения метода: расчленение разрезов скважин, в том числе сухих и заполненных не про­водящим электрический ток раствором; изучение элект­ропроводности горных пород в разрезах скважин; выделение рудных включений.

ВИКИЗ

Метод высокочастотного индукционного каротажного зондирования предназначен для исследования электрических свойств горных пород в скважинах, бурящихся на нефть и газ. Содержит пять индукционных геометрически подобных зондов (3Ф0.5, 3Ф0.7, 3Ф1, 3Ф1.4, 3Ф2).По материалам ВИКИЗ определяются: коллекторы в скважинах, удельное электрическое сопротивления (УЭС) пластов, радиальные неоднородности в зоне проникновения, контакты нефть-вода, газ-вода, переходные зоны недонасыщения. Отличительная особенность метода является высокая пространственная разрешающая способность, что обеспечивает выделение в разрезе скважины маломощных прослоев. Метод и программный продукт эра-викиз разработан в институте Геофизики СО РАН, г. Новосибирск, 1987г.

 

МЕТОД СОБСТВЕННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ (СП)

По методу СП (или ПС) изучают электрическое поле, которое создается электродвижущими силами, возникающими в скважине под действием раз­личных физико-химических процессов. Главные из них: диффузионно-адсорб­ционные, фильтрационные и окислительно-восстановительные э. д. с. В сква­жинах нефтяных и газовых месторождений преобладают диффузионно-адсорбционные э. д. с.

Диффузионно-адсорбционные э. д. с. возникают на границе пластов в результате диффузии солей, растворенных в пластовой воде и буровом растворе.

Поскольку в водных растворах молекулы солей распадаются на ионы, диффузия сводится к проникновению ионов из раствора большей концентра­ции в раствор меньшей концентрации. Однако подвижность различных ионов в водных растворах неодинакова. Это обстоятельство приводит к тому, что определенные ионы перемещаются в раствор пониженной концентрации быстрее и скапливаются в этом растворе, сообщая ему избыточный электри­ческий заряд. Избыточное количество ионов противоположного знака в рас­творе повышенной концентрации сообщает ему избыточный заряд противо­положного знака. Между двумя растворами возникает электрическое поле.

Это электрическое поле, в свою очередь, действует на ионы, замедляя более подвижные и ускоряя менее подвижные. В результате устанавливается дина­мическое равновесие, характеризующееся для данных растворов и данной породы определенным диффузионно-адсорбционным потенциалом, или диффузионно-адсорбционной э. д. с. При свободном соприкосновении двух раз­веденных растворов какой-либо соли, без наличия горной породы, величина возникающей э. д. с. (которая в этом, частном случае носит название диффу­зионной э. д. с.) может быть определена уравнением Нернста:

(12)

где U и V — подвижности катионов и анионов; r — универсальная газовая постоян­ная (8,3 эрг/град • моль); F — число Фарадея (96 500 кул/моль); п — валентность ионов; Т — абсолютная температура, °К; Сб ^и См — соответственно большая и мень­шая концентрации растворов.

Для раствора хлористого натрия при t = 18° С:

U = 40, F = 60; n = l;

, (13)

где К д— коэффициент диффузионной э.д.с.

Поскольку ион С1 в растворе NaCl имеет большую подвижность, чем ион Na, потенциал раствора пониженной концентрации более низкий.

При контактировании двух растворов различной концентрации через перегородку из горной породы характер диффузии существенно изменяется. Наблюдения показывают, что в первом приближении значение диффузионно-адсорбционной э.д..с.. Еда в этом случае может быть определено по формуле:

(14)

где Еда — коэффициент диффузионно-адсорбционной э.д.с. Или, по отно­шению к скважине:

(14')

где Св — концентрация пластовой воды; С_ф — концентрация фильтрата бурового раствора; Q_B — удельное сопротивление пластовой воды; rф — то же, фильтрата бурового раствора.

Иногда коэффициент К даназывают коэффициентом мембранного потен­циала (Км), или литологическим коэффициентом (К л ), поскольку его вели­чина связана с литологическим составом породы. Величина диффузионно-адсорбционной э.д.с. существенно зависит от содержания тонкодисперсного глинистого материала в горной породе. На рис. 19 представлена схематическая зависимость между коэффициентом К да и содержанием глинистого материала (Сгл) в песчано-глинистых породах.

Пористые горные породы, не содержащие глинистого материала (песча­ники, известняки), имеют К_ДА, весьма близкое к значению Кд при свобод­ном соприкосновении растворов без горной породы. Другими словами, пористые породы без примеси глинистого материала не оказывают существенного влияния на характер диффузии солей. Величина глинистых пород (глинистые пески, алевролиты) и тем более чистых глин существенно отличается от значения не только по величине но и по знаку. Изменение величины и знака диффузионной э. д. с. в тонкодисперсных средах с тонкими капиллярами, например в глинах, объясняется изменением подвижности ионов в этих породах. В весьма тонких капиллярах значительный объем пор заполнен адсорбированными породой ионам. Электрическое поле этих малоподвижных адсорбированных ионов изменяет соотношение подвижностей диффундирующих через такие перегородки ионов. Это приводит к тому, что при соприкосновении через глинистую перегородку растворов NaCl подвижность ионов С1 уменьшается настолько, что менее кон­центрированный раствор заряжается по­ложительно, а более концентрирован­ный — отрицательно. Плотные неглинистые известняки и доломиты имеют значение близкое к значению .

Фильтрационные э. д.с. возникают в скважине при перемеще­нии (фильтрации) жидкости в пласте-коллекторе под действием разности пластового давления и гидростатического давления столба бурового раствора

Возникновение фильтрационных э. д. с. связывают с наличием двойного адсорбционного слоя ионов в порах коллектора. Под действием перепада давлении внешняя обкладка адсорбционного слоя, имеющая обычно положи­тельный потенциал, смещается в направлении падения давления, что при­водит к нарушению электрического равновесия и к возникновению э. д. с. Наличие глинистой корки на стенке скважины значительно уменьшает фильтрацию жидкости, а следовательно, и величину фильтрационных э д с. Поэтому в обычных условиях фильтрационные э. д. с. не имеют существен­ного значения при измерениях СП.

Окислительно-восстановительные э. д. с. возникают в скважинах главным образом при вскрытии руд, каменных углей и антрацитов. При окислении горной породы кислородом, находящимся в буровом растворе, она теряет электроны и заряжается положительно; при восстановительных реакциях -отрицательно. На нефтяных и газовых месторождениях в обычных условиях этот вид э. д. с. не имеет существенного значения при измерениях СП.

Возникновение электрического поля в скважине за счет диффузионно-адсорбционных э д. с. пояснено на рис. 20. Скачок потенциала СП на границе двух сред (максимальная амплитуда аномалии СП) будет равен:

 

где - коэффициент диффузионно-адсорбционной э. д. с. песчаника; - то же, глин; -общий коэффициент э. д. с. СП, связанный с литологией пласта-коллектора и вмещающих пород (знак минус показывает, что за условный нуль кривой СП принят потенциал, наблю­даемый против глин).

В пластах песчаника, содержащих незначительное количество глини­стого материала, -60—70 мв при t = 20° С. При увеличении содержания глинистого материала в породе уменьшается. Из выражения (16) видно, что величина и знак аномалии СП в коллекторе зависят от соотношения минерализации пластовой воды и бурового раствора. В практике против пласта песчаника, залегающего среди глин, наблюдается отрицательная аномалия СП при СВ > Сф и положительная аномалия СП при Св<Сф, т. е. при насыщении пласта более пресными водами. В случае равенства минерализации пласто­вой воды и бурового раствора на кривой СП пласты-коллекторы не выделяются.

 

 

Использование формулы (16) лежит в основе методики определения минерализации пластовых вод Св (или ) по данным СП.

Помимо литологического фактора и соотношения концентраций раство­ров, на величину аномалий СП влияют мощность пласта, диаметр скважины, удельные сопротивления пласта и вмещающих пород и температура.

На рис. 21 изображены расчетные кривые СП, полученные для однород­ной по удельному сопротивлению среды. Из рис. 21 видно, что аномалии СП в однородных пластах имеют симметричную форму, а границы пластов мощностью h >4dc отмечаются по точкам перегиба, находящимся на середине аномалии. В пластах меньшей мощности границы пласта отмечаются по точкам, смещенным к вершине аномалии. При наличии неоднородной по Удельному сопротивлению среды, особенно в пластах высокого удельного сопротивления, влияние мощности пласта на величину аномалии СП значи­тельно возрастает (рис. 22).

В скважинах при регистрации кривой СП измеряют разность потенциа­лов собственной поляризации пород между электродом М, перемещающимся вдоль ствола, и неподвижным электродом N, установленным на поверхности и имеющим постоянный потенциал. Значение потенциала электрода N неиз­вестно. Поэтому в отличие от большинства геофизических методов кривая СП не имеет нулевой линии. Условно за нулевую линию обычно принимают значение СП для наиболее чистых глин, проводя вертикальную прямую через участки кривой с максимальным значением СП (линия глин). За аномалию СП какого-либо пласта принимают максимальное отклонение кривой СП в средней части пласта от линии глин. Величину аномалии опре­деляют в милливольтах (мв).

В практике регистрацию кривой СП часто производят одновременно с кривой КС стандартного зонда (за исключением работы на одножильной каротажной станции ОКС). Кривые КС и СП изображают на одной диаграмме известной под названием диаграммы стандартной элек­трометрии. Эта диаграмма служит одним из основных документов при расчленении и корреляции разрезов скважин.

Область применения метода: выделение в разрезах коллекторов; расчле­нение разрезов скважин; выделение реперов; определение минерализации пластовых вод; определение пористости песчаных коллекторов.

 

МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ (ВП)

В методе потенциалов вызванной поляризации используют свойство горных пород поляризоваться при протекании через них постоянного поля­ризующего электрического тока. В горных породах после выключения поляризующего тока в течение некоторого времени наблюдается убывающее электрическое поле, известное под названием поля вызванных потенциалов.

Природа вызванных потенциалов хорошо не изучена. Однако большин­ство исследователей находят, что:

1) в горных породах, обладающих ионной проводимостью (практически все осадочные породы), вызванные потенциалы возникают за счет электро­кинетических явлений, происходящих на границе электролит — непро­водящая среда под воздействием электрического поля. Некоторые исследова­тели, считают, что возникновение поля связано с деформацией двойного электрического слоя на поверхности минеральных частиц под воздействием поляризующего тока, другие — с образованием микроскопических концентра­ционных элементов за счет изменения чисел переноса ионов в капиллярах разных сечений. Механизм этой поляризации довольно сложен, и обычно ее называют объемной поляризацией, поскольку поляризация захватывает объем породы, обработанный электрическим током; в горных породах, обладающих электронной проводимостью (желез­ные руды, некоторые сорта каменных углей), вызванная поляризация воз­никает в основном за счет электродных процессов, протекающих на границе электролит — проводящая среда;

2) в горных породах со смешанной проводимостью возникают одновре­менно как объемная, так и электродная поляризации.

3) Для измерения вызванных потенциалов обычно используют четырех-электродный зонд (например, АО,04МО,04А5,ОВ). Раздвоенный электрод А и электрод В служат для пропускания электрического тока. Электрод М, покрытый слоем перфорированной резины для устранения помех за счет поляризации самого электрода, и обычный электрод N на поверхности слу­жат для измерения разности потенциалов. Стандартную измерительную аппаратуру, предназначенную для работы на трехжильном кабеле (станция АКС-51, АЭКС-900 и ПКС-400), путем несложных переключений в пуль­саторе легко приспособить для измерения вызванных потенциалов. Схема «станции перестраивается так, чтобы в скважину пропускался прерывистый электрический ток. В промежутках между импульсами тока пульсатор замы­кает цепь MN, и совместно с потенциалами собственной поляризации (СП) прибор Г1регистрирует вызванные потенциалы. Одновременно с этим второй прибор Г2 регистрирует омическую разность потенциалов, наблюдаемую между электродами М и N в момент протекания поляризующего тока (рис. 23).

В скважинных условиях против однородного поляризующегося пласта наблюдают симметричную аномалию вызванных потенциалов (ВП), амплитуда которой зависит от мощности пласта (рис. 24). Для пластов с h>12dc влиянием мощности можно пренебречь.

За меру вызванной поляризации наиболее часто принимают коэффициент вызванной электрохимической активности (или коэффициент поляри­зуемости) породы, который в однородном электрическом поле (лабораторные условия) определяется (17)

Для исключения влияния удельного сопротивления () насыщающей породу жидкости в рассмотрение иногда вводят приведенный коэффициент вызванной электрохимической активности: (18)

где — приведенный коэффициент вызванной электрохимической актив­ности.

Опыт показывает, что в песчано-глинистом разрезе наибольшей вызванной активностью обладают глинистые песчаники и алевролиты. Незаглинизированные пески и песчаники имеют низкую активность (рис. 25, а). Чистые глины также имеют низкую вызванную активность, обусловленную наличием в них высокоминерализованной воды. Против известняков и доломитов наблюдаются обычно высокие потенциалы вызванной поляриза­ции, обусловленные значительным удельным сопротивлением этих пород.

Кривые ВП, отражая содержание глинистого материала в породе, имеют хорошую расчленяющую способность и позволяют получить ряд дополнительных сведений о разрезе. Последнее особенно важно в усло­виях относительно пресных пластовых вод, где метод СП не дает четких результатов.

 

Рис. 25. Зависимость приведенного коэффициента вызванной электрохимической актив­ности А_В1 от содержания глинистого и карбонатного цемента (С_гл + С) девонских песчаников и от коэффициента проницаемости девонских песчаных коллекторов Татарии.

 

В некоторых районах между вызванными потенциалами и проницае­мостью песчаников К_ар наблюдается коррелятивная связь (рис. 25, б), которую можно использовать для приближенного определения коэффициента проницаемости.

Метод потенциалов вызванной по­ляризации используют также для выделения углей при изучении разрезов угольных скважин. Имеется положи­тельный опыт использования метода для выделения в разрезах скважин зон сульфидного оруденения.

Область применения метода: расчленение разрезов скважин; выделение коллекторов и определение их проницаемости; выделение в разрезе камен­ных углей и сульфидных руд.

II. РАДИОАКТИВНЫЕ МЕТОДЫ

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. 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. 26) опускают индикатор гамма-квантов или медленных нейтронов 2 (разрядные или люминесцентные счетчики), заключенный в герметичную стальную гильзу 3.

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. 26, 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.

К настоящему времени отечественной промышленностью серийно выпу­щена следующая радиометрическая аппаратура:

1) двухканальные приборы типа НГГК-53, НГГК-55, НГГК-57 иНГТК-60 для исследования нефтяных и газовых скважин, позволяющие проводить одновременную запись кривых ГМ и НГМ; внешний диаметр скважинного прибора du = 102 мм;

2) одноканальные приборы типа РАРК и РК-ЛС-60 для исследования скважин малого диаметра; dп = 60 мм;

3) малогабаритная разборная аппаратура типа КРТ («Рица») применяющаяся главным образом при радиометрических поисках и разведке место рождений урана; dn = 45 мм.

Процесс радиоактивного распада во времени носит статистический характер, вследствие чего все кривые радиометрии скважин искажены из-за флуктуационных отклонений , не связанных с изменением радиоактивных свойств горных пород. Практически это выражается в изрезанности кривых По абсолютной величине флуктуационные отклонения не превышают двух-трех значений и при правильном выборе режима измерений легко учитываются путем осреднения радиометриче­ских кривых (кривых РМ) (рис. 27). ДЛя обеспечения необходимой статистической точ­ности радиометрических исследований скорость измерений в скважине в случае применения раз­рядных счетчиков не должна превышать 300 м/ч. Измерения на люминесцентных счетчиках могут проводиться с большей скоростью. Уменьшения изрезанности радиометрических кривых добиваются повышением инерцион­ности аппаратуры, характеризуемой постоянной времени интегрирующей

ячейки t. Для этого в стандартной радиометрической аппаратуре предусмо­трена возможность установки t= 6 сек, 12 сек и 18 сек. Однако при увели­чении t конфигурация кривых искажается: аномалии становятся асиммет­ричными и сглаживаются и смещаются по направлению движения прибора тем больше, чем больше скорость измерений v. При больших значениях v и t отдельные пласты малой мощности могут быть совершенно не отмечены на кривых. Интенсивностью, не искаженной инерционностью аппаратуры, на кривых радиометрии скважин отмечаются пласты только такой мощности h, при которой время нахождения прибора против пласта превышает значение 3— 4 t:

Для пластов меньшей мощности аномалии на кривых РМ занижаются. При количественной интерпретации это занижение учитывают путем деле­ния регистрируемой величины аномалии на поправочный коэффи­циент b:

Численные значения b находят по кривым зависимости b = f (h), приведенным на рис. 28.

Границы пластов на кривых РМ вследствие искажающего влияния инерционности аппаратуры отбиваются не по средней части аномалий, а по началу подъема и по началу спада регистрируемой интенсивности (см. рис. 27). Радиус зоны исследования радиоактивными методами не превышает нескольких десятков сантиметров (40—80 см), а методами рассеянного: гамма-излучения — 5—7 см. Вследствие этого на показания радиоактивных методов большое влияние оказывает изменение конструкции скважины и положения в ней прибора.

При проникновении в породы фильтрата бурового раствора влияние радиоактивных свойств естественного флюида, заполняющего поровое про­странство пород (пластовой воды, нефти или газа), резко снижается и заме­няется влиянием радиоактивных свойств фильтрата раствора.

 

МЕТОД ЕСТЕСТВЕННОЙ РАДИОАКТИВНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД, ИЛИ ГАММА-МЕТОД (ГМ)

Метод естественной радиоактивности горных пород, или гамма-метод, основан на изучении содержания в породах, вскрытых скважиной, естест­венно-радиоактивных элементов: