ГИС — геофизические исследования скважин

 

Методы геофизических наблюдений в скважинах и способы интер­претации полученных данных образовали особую область исследова­ний. Существенной отличительной особенностью ГИС является то, что измерения производятся не на земной поверхности, а в скважине, т. е. по вертикальным профилям.

Бурение скважин дает возможность геологам получать непосред­ственную информацию о стратиграфии, фациальном составе, литоло­гии, тектоническом строении и многих других особенностях изучаемой территории. Анализируя скважинные данные мы узнаем о непрерыв­ном распределении петрофизических свойств горных пород и их стра­тиграфической приуроченности к определенным отражающим горизон­там. При изучении геологических разрезов скважин современная гео­логическая служба располагает большим числом различных методов исследования, основанных на изучении петрофизических характерис-шк пород.

Изучение разреза нижних структурных этажей, в том случае, если они не выходят на дневную поверхность и к ним приурочены важные полезные ископаемые, проводится при помощи бурения опорных и па­раметрических скважин.

Бурение опорных скважин проводится с целью вскрыть типичные разрезы крупных регионов или структурно-фациальных зон, парамет­рических— обычно для геологической интерпретации геофизических материалов.

При обработке материалов из опорных и параметрических скважин решаются многие задачи, важнейшими среди которых являются:

-177-

 

1. Изучение вещественного состава, условий залегания и мощнос­ти пород, вскрытых скважиной.

2. Выделение в разрезе стратиграфических подразделений и уста­новление их возраста.

3. Корреляция выделенных стратиграфических подразделений со вскрытыми соседними скважинами или обнажающимися на поверхнос­ти в смежных регионах.

4. Установление необходимых для интерпретации физических свойств разреза, выделение каротажных реперов и привязка отражаю­щих сейсмических горизонтов к разрезу.

Геофизические методы исследования скважин (каротаж) — один из разделов прикладной геофизики. Изучение геологических разрезов сква­жин — наиболее важное направление. При этом используются элект­рические, магнитные, радиоактивные, термические, акустические, ме­ханические, геохимические и другие свойства горных пород. Примене­ние их основано на изучении естественных и искусственных физичес­ких (полей различной природы. Интенсивность того или иного поля оп­ределяется разными факторами, в первую очередь физическими свой­ствами горных пород — электрическим удельным сопротивлением, ди­электрической и магнитной проницаемостью, электрохимической актив­ностью, радиоактивностью и т. д.

При геофизических исследованиях горные породы и полезные ис­копаемые изучаются в разрезах скважин. Скважина представляет со­бой вертикальную или наклонную цилиндрическую горную выработку, длина которой значительно больше ее диаметра. Она состоит из трех основных частей: устья — ее верх, забоя — ее дно и ствола — вся ци­линдрическая часть от устья до забоя.

Все методы каротажа представляют собой измерение значений ка­ких-либо физических свойств пород, слагающих стенки скважин, спе­циальным устройством (зондом). Результатом каротажа являются ди­аграммы, по длинной оси которых последовательно отмечают в опре­деленном масштабе (обычно 1:500 и 1:200) глубины скважины (от ус­тья до забоя), а по короткой оси — значения измеряемых парамет­ров.

Вскрывая толщи горных пород, скважина нарушает их естественное залегание. В результате частично изменяются физико-химические ус­ловия окружающей среды и петрофизическая характеристика пород, прилегающих к стенке скважины. Изменяются также первоначальные геостатическое давление и температура.

Горные породы обладают различными механическими свойствами; Плотные сцементированные породы при разбуривании вблизи стенки

скважины не разрушаются; рыхлые, хрупкие, трещинноватые породы, наоборот, размываются промывочной жидкостью, вследствие чего об­разуются каверны, т. е. увеличивается диаметр ствола скважины.

-178-

Вскрытие пород при бурении производится при давлении, превы­шающем пластовое, поэтому пористые породы забиваются промывоч­ной жидкостью и на их поверхности образуется глинистая корка. Таким образом образуется зона проникновения фильтрата промывочной жид­кости и в этой зоне физические свойства пород изменяются. Это явля­ется препятствием для установления истинных параметров породы.

Чтобы устранить это влияние на показания геофизических методов, созданы специальные устройства, позволяющие увеличить глубинность метода {в радиальном направлении), и разработаны специальные спо­собы интерпретации.

Наиболее полная информация о глубинах залегания границ слоев и особенностях их литологического состава получается при сочетании следующих видов каротажа: электрического (измерение кажущегося электрического удельного сопротивления — КС, потенциал- и градиент-зондами и потенциалов естественной, собственной поляризации — ПС), радиоактивного (измерение естественного гамма-излучения — ГК, ин­тенсивности вызванной радиоактивности гамма-излучения радиацион­ного захвата нейтронов — НГК), метода кавернометрии — KB (измере­ние диаметра скважины). В некоторых случаях важное значение приоб­ретают индукционный, акустический и другие виды каротажа. В обса­женных скважинах возможно использование только радиоактивных ме­тодов.

Первая задача, решаемая с помощью каротажа, — это определе­ние литологического состава и глубин залегания кровли и подошвы слоя в скважинах. Наиболее важны для определения литологического со­става слоев по каротажным диаграммам не абсолютные значения тех или иных параметров, зарегистрированных на диаграмме, а их соотно­шения (рис. 25).

Глубины залегания границ слоев горных пород, пройденных сква­жиной,.могут быть достоверно установлены лишь по комплексу каро­тажных диаграмм. Несмотря на нередко встречающуюся резкую смену слоев с весьма различными физическими свойствами в разрезе, на диаграммах этот переход обычно отражается постепенным изменени­ем регистрируемой величины.

Другой важной областью использования геологической интерпрета­ции каротажа является корреляция разрезов. При этом решаются раз­личные задачи: сопоставляются согласно залегающие толщи пород, ка­ротажные диаграммы которых мало меняются от скважины к скважине; устанавливаются фациальные замещения; выявляются угловые несог­ласия и разрывные нарушения, осложняющие нормальную стратигра-

 

-179-

 

 

Рис. 25. Схематическая характеристика основных типов осадочных горных пород на наиболее часто используемых диаграммах каротажа

(Практическая стратиграфия).

Условные обозначения: 1 — каменные и калийные соли; 2 — ангидриты- 3 — известняки

доломиты; 4 — глинистые известняки и доломиты; 5 — глинистые породы; 6 — алеврито-песчаные породы; d_H — номинальный диаметр скважины

 

фическую последовательность отложений. Достоверная корреляция разрезов скважин, особенно если они вскрывают континентальные или разнофациальные отложения, возможна лишь при контроле материа­лов геофизических исследований данными палеонтологического, ми-нералого-литологического и геохимического изучения керна, шлама и проб, отобранных боковым грунтоносом.

В основу корреляции разрезов скважин по данным каротажа, как и при корреляции обнажений, положены выделение и прослеживание маркирующих пластов. Нередко удается разделить на пачки с разными значениями сопротивления или радиоактивности визуально однообраз­ную толщу. Последующие детальные литолого-минералогические ис­следования обычно подтверждают такое расчленение и объясняют его природу.

Маркирующие пласты должны обладать выдержанной в разных раз­резах конфигурацией диаграмм, резко отличной от таковой вмещаю­щих образований.

 

-180-

В качестве маркирующих горизонтов в терригенных толщах обычно используют прослои известняков, доломитов, мергелей, пеплов, туфов, песчаников и ангидритов, в карбонатных — слои глин или алевритово-глинистые пачки, глинистые известняки, мергели и плотные известня­ки, реже ангидриты, в соленосных — слои ангидритов, доломитов, пач­ки тонкого переслаивания разных, преимущественно несоляных пород. Нередко маркирующими являются не отдельные слои, а их пачки.

 

8.10.1.Электрический каротаж

 

Электрокаротаж является наиболее широко распространенным ме­тодом геофизического исследования скважин. Суть его состоит в не­прерывном измерении по необсаженному стволу скважины естествен­ных (спонтанных) потенциалов (ПС¹⁵⁵), т. е. потенциалов, возникающих главным образом при взаимодействии промывочной жидкости и плас­товых вод, и кажущегося удельного сопротивления горных пород (КС), обусловленного преимущественно удельным сопротивлением поровых вод и отчасти сопротивлением самой породы.

По происхождению изучаемого поля методы электрометрии сква­жин делятся на две большие группы — естественного и искусственного электромагнитного поля, а по частоте (т. е. изменении его во време­ни} — на методы постоянного, квазипостоянного и переменного поля. Рассмотрим только некоторые из них.

 

Методы потенциалов собственной поляризации горных пород (ПС¹⁵⁶)

 

В группу методов входят обычный метод потенциалов ПС, метод градиента, метод селективных зондов, метод квазистатических потен­циалов, метод специальных зондов, метод электродных потенциалов (МЭП) и метод гальванических пар. Методы потенциалов собствен­ной поляризации горных пород основаны на изучении естественного стационарного электрического поля в скважинах, образование кото­рого связано с физико-химическими процессами, протекающими на поверхностях раздела скважин, — породы и между пластами различ­ной литологии. На поверхностях раздела образуются двойные элект­рические слои, различные потенциалы которых создают определен­ные величины напряженности электрического поля между горными породами и скважиной.

 

¹⁵⁵  В геофизической литературе иногда обозначается сокращением СП. Со­кращение ПС распространено в геологической литературе.

¹⁵⁶  Единицы измерения мВ.

-181 -

Потенциалы собственной поляризации породы обусловлены сле­дующими физико-химическими процессами:

1) диффузией солей из пластовых вод в промывочную жидкость или наоборот, а также адсорбцией ионов на поверхности минеральных час­тиц горной породы;

2) фильтрацией вод из промывочной жидкости в породы и пласто­вых вод в скважину;

3) окислительно-восстановительными реакциями, происходящими в породах и на контакте их с промывочной жидкостью и металлами.

Способность горных пород поляризоваться под действием указан­ных физико-химических процессов называется естественной электро­химической активностью. В результате этих процессов возникают диф­фузионно-адсорбционные U_da, фильтрационные U_ф и окислительно-восстановительные U_oe потенциалы.

Величина и знак потенциалов U_da, U_ф и U_og определяется соотноше­ниями минерализации пластовых вод и фильтрата промывочной жидко­сти, минеральным составом и структурой горных пород и другими фак­торами. Измерение потенциалов естественного электрического поля дает возможность получать информацию о литологии разреза скважин и коллекторских свойств пород, о наличии в них полезных ископаемых.

 

Обычный метод потенциалов (ПС)

 

Простейший и наиболее распространенный метод замера величины U в скважине заключается в следующем. Имеется два измерительных электрода М и N. Электрод М помещают в скважину и перемещают вдоль оси, электрод N располагают неподвижно на поверхности вблизи устья скважины (рис. 26). Электроды М и N в совокупности представляют со­бой простейший одноэлектродный зонд. Между электродами М и N вклю­чается измерительный прибор, например гальванометр. Регистрируется разность потенциалов ΔU, возникающая между электродами М и N:

ΔU=U_M-U_N

где U_M и U_N — разность потенциалов естественного электрического поля в точках М и N.

 

Методы кажущегося сопротивления (КС¹⁵⁷)

 

В группу методов кажущегося сопротивления (КС) входят метод обыч­ных зондов КС, боковое электрическое зондирование (БЭЗ), метод спе­циальных зондов КС, микрозондирование (МКЗ) и резистивиметрия (Р).

¹⁵⁷ Единицы измерения Ом-м.

-182-

 

 

Рис. 26. Обычный метод потенциалов (ПС) Условные обозначения: РП — регистрирующий прибор; КП — компенсатор поляризации; Б — батарея; П — по­тенциометр: М и N — электроды

 

Самым распространенным из методов каро­тажа является каротаж сопротивлений, ос­нованный на изучении электрического сопро­тивления горных пород.

 

Физические основы методов кажущегося сопротивления

 

Методы кажущегося сопротивления основаны на изучении распре­деления искусственного стационарного и квазистационарного электри­ческих полей в горных породах. Обычно кажущееся удельное сопро­тивление среды определяется по наблюденным значениям U, разности потенциалов ΔU или напряженности электрического поля Е, созданно­го источником тока силой / с помощью питающих электродов А и В.

В случае, если среда однородна и изотропна, то величина сопро­тивления есть ее истинное удельное сопротивление, а в случае нео­днородной среды — кажущееся удельное сопротивление.

Электрическое удельное сопротивление — свойство горных пород, на изучении которого основаны способы документации геологических разрезов скважин методами кажущегося и эффективного сопротивле­ний, сопротивления заземления, регистрации тока и индукции.

Среда, в которой измеряется сопротивление горных пород: неодно­родна. Поэтому регистрируемое в скважине кажущееся удельное со­противление горных пород, вычисляемое по приведенной ниже фор­муле, в общем случае не равно истинному удельному сопротивлению исследуемой среды.

S_k=K ΔU/I,

где Sк— кажущееся удельное сопротивление горных пород, ΔU — раз­ность потенциалов между измерительными электродами потенциал- и градиент-зондов¹⁵⁸, I — сила тока, питающего зонд, К—коэффициент зонда.

 

158 Потенциал-зонд (ПЗ), или зонд с большим расстоянием между парными электродами АВ или MN, применяется для выделения относительно мощных платов, градиент-зонд (ГЗ), или зонд с малым расстоянием между парными элек­тродами АВ или MN, для выделения тонких слоев (соответственно уменьшает­ся радиус исследования).

 

-183-

Рис. 27. Методы кажущегося сопротивления (КС) Условные обозначения: А, В, М и N — электроды

 

 

Чтобы измерить электрическое сопро­тивление в скважине, между электродами А и В пропускают переменный ток низкой частоты. Электрод В опущен в скважину, а А может быть либо на дневной поверхно­сти, либо опущен в ствол скважины. По­тенциал измеряется с помощью электро­дов М и N таким образом, что измерительный электрод N находится в скважине, а другой М — на поверхности (рис. 27).

Сочетание электродов А, В, М и N, расположенных в скважинах на разных расстояниях друг от друга, образуют зонды КС. Существует много вариантов расположения в скважине и на поверхности указанных элек­тродов.

Глубины исследования приблизительно равны удаленному рассто­янию между электродами В и N. Поэтому чем больше это расстояние, тем больше глубина исследования вокруг ствола скважины. Но с уве­личением размера зонда перестают выделяться тонкие прослои. При проведении электрического каротажа электроды опускаются в скважи­ну на кабеле и производится непрерывная регистрация измерений либо на бумаге, либо в цифровом виде на магнитной ленте. Когда зонд про­ходит мимо геологической границы, происходит изменение сопротив­ления, которое отразится некоторым изменением величины регистри­руемого сигнала. Результаты измерений представлены в виде каротаж­ной диаграммы.

 

Методы сопротивления заземления (СЗ)

 

Методы сопротивления заземления (СЗ) включают неэкранирован­ный метод, метод сопротивления экранированного заземления (СЭЗ), метод микрозондов и дивергентный метод.

В группу методов регистрации тока входят обычный токовый метод (ТМ), метод скользящих контактов (МСК) и экранированный токовый метод.

Эффективное удельное сопротивление изучают с помощью метода сопротивления экранированного заземления. Методы сопротивления заземления основаны на изучении изменения потенциала U₃ заземле­ния А, перемещаемого по разрезу скважины. Величина U₃ определяет­ся полным сопротивлением заземления R_A и силой тока I, отдаваемой заземлением в окружающее пространство (ствол скважины).

Термины «эффективное сопротивление» и «кажущееся сопротив­ление» близки по смыслу.

 

-184-

Главное их различие состоит в том, что эф­фективное сопротивление всегда прямо пропорционально удельному сопротивлению сред, находящихся вблизи заземления, а кажущееся сопротивление, измеренное обычными зондами, может находиться в непрямой зависимости от сопротивления среды.

Геологическая интерпретация диаграмм кажущегося и эффек­тивного сопротивления

Предварительный разрез исследуемой скважины расчленяют на горизонты различного сопротивления в соответствии с методическими рекомендациями (рис. 28).

На диаграммах выделяют следующие объекты: а₁,; а₂; а₃; а₄; а₅ — пласты низких сопротивлений; b₁; b₂; b₃— мощные пласты сопротив­лений; Ь₄ — пласт высокого сопротивления малой мощности; с — про­водящие пласты.

 

 

 

Рис. 28. Пример интерпретации диаграмм кажущегося и эффективного сопро­тивлений и электропроводности (по В. Н. Дахнову).

! — потенциал-зонд; II — обращенный градиент-зонд;!!!— экранированный зонд; IV— ин­дукционный зонд; пласты: а — пониженного сопротивления, b — высокого сопротивления, с — низкого сопротивления

 

 

-185-

Пласты высокого сопротивления b₁; b₂; b₃ отмечаются на диаграм­мах рельефными аномалиями высоких сопротивлений. Пласты с — пласты весьма низкого сопротивления.

При определении литологии пород основываются на знании элект­рических удельных сопротивлений геологических разностей, слагающих разрез скважин. Если скважины пробурены в песчано-глинистых отло­жениях, пропитанных высоко минерализованными водами, то низкие сопротивления характерны для глин и песков. Высокие сопротивления наблюдаются в нефтеносных и газоносных песках, в песчаниках, в креп­ких породах — сцементированных песчаниках, известняках, доломитах. Очень низкие сопротивления характерны для сульфидов, сильно пири-тизированных пород, антрацитов, полуантрацитов и графитизирован-ных сланцев.

Очень велико значение корреляции каротажных диаграмм между скважинами с целью уточнения стратиграфического разреза района. Посредством корреляции можно изучить характер изменения разреза и фациальные особенности. По данным каротажа нескольких скважин, распределенных по площади, можно коррелировать маркирующие пла­сты, основываясь на повторяемости характерных отрезков диаграмм, а также опираясь на петрофизические характеристики горных пород (по­ристость, вод он асы идейность, нефтегазонасыщенность, содержание гли­нистого материала и др.).

В результате получают исчерпывающую информацию о литолого-фациальной характеристике исследуемого разреза.

 

8.10.2.Радиоактивные методы

 

Радиоактивный каротаж основан на измерении интенсивности ес­тественного радиоактивного излучения осадочных пород (гамма-каро­таж) или на изучении взаимодействия источников радиоактивного из­лучения и горной породы (гамма-гамма-каротаж и нейтронный каро­таж).

Наибольшее значение при интерпретации геологических разрезов получил гамма-каротаж, применяемый как в необсаженных, так и в об­саженных скважинах.

По виду первичного (возмущающего) радиоактивного измерения все радиоактивные методы подразделяются на две большие группы: гам­ма-методы и нейтронные методы. В первую группу входят методы есте­ственного гамма-поля и искусственного стационарного или переменно­го (импульсного) гамма-поля. Нейтронные методы изучают нейтронные поля и по частоте возмущающего поля делятся на методы стационар­ного нейтронного поля и методы переменного (импульсного) нейтрон­ного поля.

 

 

-186-

Кроме основных методов радиометрии скважин, основанных на ре­гистрации интегральной интенсивности гамма-излучения и нейтронно­го излучения, широко используются их спектральные модификации, с помощью которых исследуются не только интенсивность излучения, но и его энергетический спектр — спектрометрия естественного нейтрон­ного и рассеянного гамма-излучения.

Целесообразность применения каждого метода и его модификации вытекает из конкретных решаемых геологических задач и геологичес­ких особенностей месторождения.

 

Гамма-каротаж (ГК¹⁵⁹ или ГМ)

 

Один из распространенных методов исследования скважин. По нему можно наиболее точно определить глубину залегания границ слоев.

Сущность метода и всех его модификаций заключается в изучении естественного гамма-поля по стволу скважины путем регистрации ин­тегральной и дифференциальной интенсивности гамма-излучения, воз­никающего при самопроизвольном распаде радиоактивных элементов в горных породах.

Естественная радиоактивность горных пород в скважине измеряет­ся специальным измерительным прибором — скважинным радиомет­ром, который перемещается по стволу (обычно снизу вверх, как в боль­шинстве методов ГИС), регистрируя изменение радиоактивности гор­ных пород, слагающих разрез скважин.

Естественная радиоактивность горных пород в основном обуслов­лена присутствием в них естественных радиоактивных элементов — урана ²³⁸₉₂U и продукта его распада радия ²²⁶₈₈Ra, тория ²³²₉₀Th и ра­диоактивного изотопа калия ⁴⁰₁₉К. Остальные радиоактивные элемен­ты (рубидий ¹⁸₃₇Rb, самарий ¹⁴⁷₆₂Sm, лантан ¹³⁸₅₇La, лютеций ¹⁷⁶₇₁Lu и др.) характеризуются большими периодами полураспада и малыми концентрациями в горных породах, поэтому вклад в суммарную радио­активность не вносят.

Содержание урана, тория и калия определяется физико-химичес­кой обстановкой, в которой формировались горные породы, а также вторичными процессами выщелачивания и переноса изотопов. Наибо­лее высокой радиоактивностью отмечаются магматические породы, самой низкой — осадочные, промежуточной — метаморфические. Со­держание радиоактивных элементов в магматических породах законо­мерно связано с количеством кремнекислоты (основностью). Наиболее радиоактивные — породы кислого состава, минимальной радиоактив­ностью характеризуются породы ультраосновного состава. Радиоактивность осадочных пород в первую очередь определяется радиоактивно­стью породообразующих минералов.

 

¹⁵⁹ Единицы измерения мкрр/ч.

-187-

Все породообразующие минералы по радиоактивности разбиты на четыре класса:

1) низкой радиоактивности, основные породообразующие минера­лы — кварц, кальцит, доломит, сидерит, ангидрит, гипс, каменная соль;

2) средней радиоактивности, породообразующие минералы — лимонит, магнетит, турмалин, корунд роговая обманка, барит;

3) повышенной радиоактивности, породообразующие минералы — глины, слюды, по­левые шпаты, каменные соли;

4) высокой радиоактивности, породооб­разующие минералы — циркон, ортит, монацит.

Диаграмма или кривая гамма-каротажа характеризует гамма-актив­ность пересеченных скважиной горных пород. Концентрация радиоак­тивных элементов в определенных литологических разностях изменя­ется в нешироком диапазоне, что позволяет по показаниям интенсив­ности гамма-излучения проводить литологическое расчленение разре­зов скважин.

Породы, содержащие промышленное скопление минералов урана и тория, отмечаются на кривой гамма-каротажа очень высокими содер­жаниями. Из осадочных пород, типичных для нефтяных и газовых мес­торождений, наиболее радиоактивны чистые глины. Менее радиоак­тивны песчаные известковистые глины, за ними идут глинистые пески, песчаники, чистые пески и карбонатные породы. Наименьшую радио­активность имеют гидрохимические осадки и большая часть каменных углей. Встречаются песчаные (глауконитовые, монацитовые и полевош­патовые пески) и карбонатные породы, обогащенные радиоактивными веществами.

В комплексе с материалами других методов промысловой геофизи­ки данные исследования скважин гамма-каротажом используются для решения следующих геологических задач: литологическое расчлене­ние разреза; корреляция геологического разреза; выделение полезных ископаемых (урановых, ториевых, марганцевых, железных и свинцовых руд, бокситов, апатитов, фосфоритов, кварцевых глин, зон окварцева-ния и др.); выделение пород— коллекторов; оценка глинистости по­род, остаточной водонасыщенности и проницаемости пород-коллекто­ров. Подсчет запасов урановых и ториевых месторождений основан на данных гамма-метода.

 

Интерпретация диазрамм гамма-метода

 

Интерпретация диаграмм гамма-метода начинается с расчленения разреза и выделения пород различной радиоактивности. Поскольку величина радиоактивности пород осадочного комплекса хорошо кор-

релируется сих глинистостью, то в песчано-глинистом разрезе по диаг­раммам метода естественного гамма-излучения можно выделять плас­ты с различным содержанием глинистого материала.

-188-

Конфигурация кривых гамма-излучения (Iγ) зарегистрированных ра­диометром по стволу скважины, искажается из-за наличия различных помех и с целью исключения их при интерпретации кривых ГК исполь­зуют не абсолютные значения Iγ, а относительные (рис. 29).

 

Нейтронный каротаж

 

Существуют два распространенных скважинных метода, основан­ных на использовании нейтронов: нейтронный гамма-каротаж (НГК¹⁶⁰ или НГМ) и нейтрон-нейтронный каротаж (ННГК). В качестве источника нейтронов часто берут смесь радия и мелкого порошка бериллия. При бомбардировке бериллия α-частицами радия образуются нейтроны со­гласно реакции:

                      Ве⁹₄ + Не⁴₂                            С¹²₆ + N₀¹ + энергия

Число нейтронов, достигших детектора, будет меньше в случае при­сутствия большого количества водорода. Следовательно, уменьшение числа регистрируемых нейтронов указывает на присутствие водорода в породах и можно считать, что оно, в свою очередь, обусловлено не­фтью, водой или газом.

 

Диаграммы нейтронного каротажа

 

Интерпретация диаграмм начинается с расчленения разреза и выде­ления пород с различным водород соде ржа ни ем. Поскольку при работе с зондами большой длины наблюдается обратная связь между интенсив­ностью тепловых нейтронов I_п с водородсодержанием, породы, имею­щие в своем составе большое количество водорода, отмечаются низки­ми значениями на кривой нейтронного каротажа, а породы с малым во­дородсодержанием — высокими показателями (максимумами).

 

Области применения

 

Нейтронный гамма-метод применяют для литологического расчле­нения разреза, выделения пластов-коллекторов и определения их по­ристости, отбивки водонефтяного, газоводяного и газонефтяного кон-тктов, а также для выявления элементов с высоким сечением захвата типовых нейтронов.

 

¹⁶⁰ Единицы измерения усл. ед.

 

-189-

 

 

Рис. 29. Пример расчленения разреза по водосодержанию и глинистости по­род, определения границ пластов и выбора опорных пластов по диаграммам ГМ

и НГМ в комплексе с электрическими методами (по В. М. Дахнову). Условные обозначения: 1 —• песчаник нефтеносный; 2 — глина; 3 — известняк глинистый; 4 — известняк чистый; 5 — точки, соответствующие границам пластов на кривых ГМ и НГМ

 

 

-190-

Литологическое расчленение разреза по кривым нейтронного-каро-тажа основано на различии интенсивности радиационного захвата про­тив пород с разным водородсодержанием.

Хорошие результаты даст комплексирование гамма и нейтронного каротажей на месторождениях каменных солей, которые на обеих кри­вых отмечаются максимальными значениями. Также совместное их ис­пользование позволяет в гидрогеологических скважинах выделить во­доносные горизонты и оценивать их пористость. Большие возможности нейтронный метод имеет при изучении железных, хромитовых, марган­цевых руд и скоплений ртути. Железо, марганец и ртуть характеризуют­ся большим сечением захвата тепловых нейтронов, сопровождающе­гося жестким гамма-излучением.

 

8.10.3. Кавернометрия (KB¹⁶¹)

 

При бурении диаметр долота зависит от конструкции скважины. Если диаметр пробуренной части ствола соответствует диаметру долота или коронки, то его называют номинальным (dH), что обычно бывает в плот­ных непроницаемых породах. Однако в разрезе различной литологии фактический диаметр скважины dc не всегда является таковым и мо­жет быть больше или меньше диаметра долота.

Фактический диаметр скважины изменяется каверномерами. Кри­вая фактического измерения диаметра скважины в масштабе глубин называется кавернограммой.

Кавернометрия — это измерение диаметра скважины. Для сле­жения за меняющейся формой (диаметром) ствола скважины за ру­бежом применяют кавернокаротаж, основанный на принципе дей­ствия эхолота. Вращающийся вокруг своей собственной оси зонд испускает ультразвуковые импульсы, а отраженные волны регистри­руются. У нас в стране прежде были широко распространены типы кавернометров, основанных на преобразовании механических пере­мещений мерных рычагов в электрические сигналы, которые пере­даются по линии связи на поверхность, а затем на регистрирующий прибор.

Увеличение диаметра (d_c/d_H> 1), т. е. образование каверн, харак­терно для глинистых пород и песков, уменьшение (d_c/d_H< 1) характер­но для пород-коллекторов, в которые проникает фильтрат промывоч­ной жидкости.

 

 

¹⁶¹ Единицы измерения см.

 

 

-191 -

 

 

8.10.4.Сейсмометрия скважин

 

Для того чтобы правильно интерпретировать сейсмические разре­зы в первую очередь необходимо точно определить среднюю скорость прохождения продольных и поперечных волн для каждого типа пород. Проблема достоверного определения скоростей напрямую связана с точностью глубинных построений и реальностью геологической интер­претации сейсмических данных.

Схема сейсмокаротажа проста — взрыв вблизи дневной поверхно­сти возбуждает сейсмические волны, которые регистрируются с помо­щью сейсмоприемника, опущенного в скважину. По времени пробега волны от источника до сейсмоприемника после введения необходимых поправок можно вычислить среднюю скорость распространения волны через слои горных пород.

По записям сейсмических волн в скважинах можно определять мес­тоположение геологических границ.

 

8.10.5.Акустический каротаж

 

Акустические методы исследования разрезов скважин основаны на определении упругих свойств горных пород по данным о распростране­нии в них упругих волн. Акустический каротаж заключается в непрерыв­ном измерении по стволу скважины скорости распространения продоль­ных волн через горные породы. Поскольку путь пробега звуковых коле­баний при акустическом каротаже постоянен, измерив время пробега звуковой волны от источника до приемника через горную породу, мож­но вычислить скорость.

 

8.10.6. Использование данных ГИС для расчленения и корреляции  

        разрезов скважин

 

Каротажные методы изучения скважин дают относительно полные сведения о разрезе. Непрерывность записей различных показателей имеет важное преимущество перед отбором керна, который никогда не бывает полным. Поэтому если керн характеризует лишь отдельные ин­тервалы пройденного разреза, то каротажные диаграммы показывают его строение в целом.

Каротажные методы изучения скважин в общем виде дают возмож­ность судить лишь о порядке чередования в разрезе различных типов пород и о мощности отдельных пластов и пачек. Поэтому дальнейшее использование данных каротажа для целей стратиграфии аналогично литологическим методам расчленения и корреляции разрезов. Сопос­тавление по каротажу необходимо увязывать с данными по изучению

керна и что эти сопоставления будут тем достовернее, чем теснее та­кая увязка.

-192-

Каменный материал из скважин необходим и для правильной ин­терпретации самих каротажных диаграмм. Известно, что наиболее до­стоверные данные каротаж дает при бурении скважин в песчано-глини-стых слабоуплотненных породах. При уплотнении горных пород их элек­трокаротажные характеристики (наиболее широко применяемые на практике для расчленения разрезов) становятся менее индивидуали­зированными. В малопористых сцементированных породах отличия этих характеристик нивелируются еще больше, а в карбонатном разрезе гео­физические методы исследования скважин позволяют уверенно выде­лять лишь глинистые разности.

В известной степени эта ограниченность отдельных методов каро­тажа преодолевается их комплексированием, но в общем случае необ­ходимы дополнение и корректировка каротажных данных материала­ми керна, проб, полученных боковыми пробоотборниками, и шлама. Поэтому рекомендуется в пределах каждой изучаемой площади бурить скважину с достаточно полным отбором керна, а также отбирать его из ряда других скважин не только для суждения о коллекторских свойствах продуктивных пластов, но и для определения степени их выдержанно­сти по комплексу литологических и палеонтологических данных. В этом случае каротаж скважин действительно позволяет составить исчерпы­вающее представление о геологическом строении изучаемого района (площади) и дает возможность установить все взаимоотношения по­род в пределах изучаемой локальной структуры.