Вступ. Історія розвитку гдс. Вклад вітчизняної науки при створенні теоретичних та технічних основ каротажу

Лекція №1

Вступ. історія розвитку ГДС. Вклад вітчизняної науки при створенні теоретичних та технічних основ каротажу. основні напрямки застосування ГДС при пошуках, розвідці і розробці корисних копалин, їх ефективність. Класифікація методів ГДС за фізичними основами. Поняття про раціональний комплекс методів досліджень свердловин

 

Вступ. Історія розвитку ГДС. Вклад вітчизняної науки при створенні теоретичних та технічних основ каротажу

Геофізичні методи дослідження свердловин – один із розділів прикладної геофізики. Вони застосовуються для розв’язку геологічних і технічних задач, які пов’язані з пошуками, розвідкою та розробкою родовищ корисних копалин.

Першими геофізичними дослідженнями в свердловинах були геотермічні вимірювання, які проведені в 1906 – 1913 рр. Д.В.Голубятніковим на нафтових родовищах Баку.

Широке застосування геофізичних методів дослідження свердловин почалось з впровадження електричного каротажу за методом опору. Даний метод був запропонований та випробуваний в Франції Копродом і Марселем Шлюмберже.

У колишньому Радянському Союзі електричний каротаж за методом опору був використаний в 1929 – 1930 рр. у районах Грозного та Баку. Пізніше даний метод був доповнений методом самочинної поляризації.

У результаті робіт ряду вчених до 1933 р. електричний каротаж отримав широке розповсюдження на нафтопромислах колишнього Радянського Союзу.

У подальшому деякими вченими, зокрема В.А.Шпаком, Г.В.Горшковим, А.М.Курбатовим, В.А.Соколовим, було розроблено і інші методи геофізичних досліджень, а саме:

- гамма-каротаж;

- газовий каротаж;

- механічний каротаж;

- нейтронний каротаж та інші.

Велику роль у розвитку методики інтерпретації даних каротажу відіграв В.Н.Дахнов.

Із зарубіжних вчених, які внесли великий вклад у розвиток методів геофізичних досліджень свердловин, були Г.Долль, Г.Арчі, М.Мартен, М.Уайлі та інші.

Класифікація методів ГДС за фізичними основами. Поняття про раціональний комплекс методів досліджень свердловин

Геофізичні методи ГДС за фізичними основами поділяються на наступні три групи:

– методи електрометрії свердловин (Таблиця 2.1);

– радіоактивні методи (Таблиця 2.2);

– інші неелектричні методи (Таблиця 2.3);

– прострілково-вибухові роботи (перфорація, торпедування, відбір взірців порід, проб пластових флюїдів і випробовування пластів).

Таблиця 2.2 – Класифікація радіоактивних методів

Методи природної гамма-активності	Методи розсіяного гамма-випроміню-вання	Методи штучної гамма-активності	Методи густини нейтронів	Імпульсні нейтронні методи	Інші методи радіо-метрії
Гамма-каротаж (ГК), Спектральний гамма-каротаж (СГК)	Густинний (ГГК-Г), Літологічний (ГГК-Л), Селективний (ГГК-С)	Нейтронний-гамма-каротаж (НГК), Спектрометричний нейтронний-гамма-каротаж (СНГК)	Густини теплових нейтронів (ННК-Т), Густини надтеплових нейтронів (ННК-НТ)	Імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж (ІННК), Імпульсний каротаж гамма-випромінювання розсіяного захоплення (ІНГК), Імпульсний каротаж гамма-випромінювання непружного розсіювання нейтронів (ІННГК)	Каротаж наведеної активності, Каротаж мічених атомів, Гамма-нейтронний каротаж (ГНК), Рентгено-радіометричний каротаж

Раціональний комплекс методів геофізичних досліджень свердловин – це такий комплекс, який включає мінімальну кількість методів ГДС, за допомогою якого можна найбільш точно розв’язати ту чи іншу геолого-геофізичну або технічну задачі.

 

 

Лекція №2

Конструкція свердловини. Категорії свердловин за призначенням. Характеристики об’єктів дослідження в свердловинах. Поняття про зону кольматації, промиту зону, зону проникнення, незатронуту зону

2.1 Конструкція свердловини

Свердловина – циліндрична вертикальна або похила гірська виробітка великої довжини та порівняно малого діаметру.

Устя свердловини – нульова точка відліку її глибини, переважно рівень ротора бурової установки.

Вибій свердловини – нижня точка гірських порід, які пройшла свердловина.

Діаметр свердловини – діаметр круга, який еквівалентний по площині січення свердловини площиною, яка перпендикулярна до її осі. Номінальним діаметром свердловини вважають діаметр долота, яким бурилась свердловина.

Глибина свердловини – відстань від устя до вибою по стовбурі свердловини.

Абсолютна відмітка або альтитуда устя – висота над рівнем моря.

 

Лекція №3

Фізичні основи методів електричного каротажу. Класифікація Градієнт- і потенціал-зондів. Форми кривих для різних умов. Стандартний каротаж. Мікрокаротажне зондування. Фізичні основи, області застосування, апаратура. Резистивіметрія, області застосування. Визначення коефіцієнтів мікрозондів. Нахилометрія свердловин

Мікрокаротажне зондування

З метою визначення електричного опору промивних рідин, які заповнюють свердловину, в промисловій геофізиці, в основному, використовується метод резистивіметрії. Відомості про питомий електричний опір промивних рідин необхідний для інтерпретації даних бокового каротажного зондування, мікрокаротажу, бокового каротажу, бокового мікрокаротажу, індукційного каротажу та каротажу самочинної поляризації.

На практиці в польових умовах, як правило, використовують два типи резистивіметрів: свердловинні та поверхневі.

Визначення питомого електричного опору рідин за допомогою свердловинних резистивіметрів

Свердловинні резистивіметри представляють собою систему електродів, які розміщені на невеликій відстані один від одного та в спеціальному корпусі, який дозволяє виключити вплив гірських порід або обсадної колони на величину опору, що вимірюється. Свердловинний резистивіметр – це трьохелектродний або чотирьохелектродний зонд невеликого розміру (Рис. 8.1). Переважно використовуються резистивіметри з градієнт зондами.

Вимірювання питомого електричного опору рідин за допомогою резистивіметрів здійснюється за такою ж електричною схемою, як і при використанні звичайних зондів, переважно однополюсного зонда. Через струменеві електроди А і В пропускається струм І, різницю потенціалів D U вимірюють між електродами M і N.

Питомий опір промивної рідини визначають за формулою:

,                                                      (8.1)

де K _рез – коефіцієнт резистивіметра, який отримують експериментально у водному розчині електроліту з відомим питомим опором

Заміри резистивіметром можна проводити при спуску та підйомі кабелю. Швидкість запису кривої приблизно рівна 4000 м/год. Опір ізоляції жил кабелю та приладу повинен бути не менше 2 МОм. Масштаб глибин переважно рівний 1:200. Омічний масштаб вибирають таким чином, щоб крива значно відходила від нульової лінії та її відхилення становило не менше 2-3 см.

Визначення питомого електричного опору рідин за допомогою поверхневих резистивіметрів

Окремі проби промивної рідини та водних розчинів електролітів досліджують поверхневими резистивіметрами, які представляють собою ємність із ізоляційного матеріалу з чотирма вмонтованими електродами – A, B, M і N. Електроди можуть бути виготовлені з латуні, свинцю, срібла або платини.

Поверхневий резистивіметр складається з ебонітової коробки, на якій змонтовані гнізда для під’єднання батареї Б, “D U ”, “ I ” – для підключення електродів A і B струму живлення та під’єднання вимірювальних електродів M і N (Рис. 8.2).

Питомий електричний опір рідини або глинистого розчину визначається за формулою:

,                                         (8.2)

де K _рез – коефіцієнт резистивіметра, який рівний»1.5 м.

Оскільки коефіцієнт резистивіметра достатньо малий, то сила струму в ланці електродів A і B встановлюється невеликою. Для підвищення надійності вимірів у струменеву ланку включається опір R _б у декілька тисяч ом.

Для отримання більш точних результатів слід вимірювати D U _MN і D U ₀ два – три рази, а потім брати середню величину. Точність вимірювання даним резистивіметром для розчинів з питомим опором від 0.5 Ом·м до 6 Ом·м складає ±(2-4)%.

У даний час для визначення питомого електричного опору промивних рідин широко використовується переносний електронний резистивіметр, який дозволяє достатньо точно вимірювати розчини з опором від 0.03 до 50 Ом·м.

Області використання резистивіметрії

Резистивіметрія свердловин використовується для визначення питомого електричного опору рідини, яка знаходиться в стовбурі свердловини при бурінні, випробуванні та експлуатації. Відомості про електричний опір промивної рідини використовуються для кількісної інтерпретації даних БКЗ, МК, БК, БМК, ІК і ПС.

Резистивіметрія використовується для встановлення місць припливів і швидкості фільтрації підземних вод, виділення інтервалів поглинання промивної рідини в свердловині, визначення місць порушення обсадних колон і типу флюїду в експлуатаційних нафтових свердловинах.

 

3.7 Визначення коефіцієнта мікрозондів

За формулами, які отримані для звичайних мікрозондів коефіцієнти мікрозондів не можуть бути розрахованими, так як розміри електродів мікроустановок співвимірні з довжиною мікрозондів.

Коефіцієнт мікрозондів визначають тільки експериментальним шляхом. З цією метою мікрозонд розміщують у металічній ванні з електролітом відомого питомого опору таким чином, щоб відстань від башмака з електродами до стінки ванни була не менше 35-40 см. При цьому електродом B служить корпус ванни. Коефіцієнт мікрозонда становить:

.                                                                 (7.1)

Нахилометрія свердловин

При геолого-геофізичному вивченні районів з метою пошуків і розвідки родовищ корисних копалин необхідно знати характер залягання пластів у просторі.

Кути і азимути падіння пластів у свердловині визначають пластовим нахиломіром. Він складається із трьох електродних установок та інклінометра. Електродні установки розміщені під кутом 120º по відношенню одного до іншого таким чином, що їх центри лежать у загальній площині, яка перпендикулярна до осі приладу. У трьох точках за допомогою вимірювальних установок реєструються криві УО, СП або ГК. Електродна установка повинна забезпечувати достатню диференціацію розрізу, тому доцільно використовувати мікроустановки (мікрозонди, мікрозонд з автоматичним фокусуванням струму).

Інклінометр дозволяє визначити кут і азимут викривлення осі свердловини та розміщення в просторі одної із електродних установок відносно магнітного меридіану або площини викривлення свердловини. Оскільки для визначення елементів залягання пластів необхідні відомості про діаметр свердловини, то вимірювання пластовим нахиломіром доповнюються заміром каверноміра.

При перетинанні зондом двох пластів з різними фізичними властивостями на кривій електрометрії відмічається аномалія. У зв’язку з негоризонтальним заляганням пластів електродні установки перетинають площину нашарування на різних глибинах H ₁, H ₂, H ₃. За кривими пластового нахиломіра визначають зміщення Δ H ₂₁ і Δ H ₃₁ глибин H ₁ і H ₂ характерних точок на кривих електрометрії Δ H ₂₁= H ₁- H ₂ і Δ H ₃₁= H ₁- H ₃ (Рис.168). За величинами Δ H ₂₁ і Δ H ₃₁, кутами викривлення та азимуту викривлення свердловини, за кутом орієнтації електродної установки і діаметру свердловини за допомогою номограм або графічним шляхом визначають кут γ і азимут β падіння пласта.

 

 

Лекція №4

Фізична суть Бокового каротажного зондування. апаратура, технологія проведення досліджень. умови ефективного застосування результатів БКЗ та Задачі, які вирішуються

 

Лекція №5

Методи опору заземлення. Фізичні основи методів. Метод заземлення з автоматичним фокусуванням струму. Форми кривих ефективного опору. області застосування та задачі, що вирішуються. Боковий мікрокаротаж.

 

Методи опору заземлення включають: неекранований метод, метод опору екранованого заземлення без і з автоматичним фокусуванням струму, мікрометоди без і з автоматичним фокусуванням струму і дивергентний метод.

 

5.1 Фізичні основи методів

Методи опору заземлення базуються на вивченні вимірювання потенціалу U _заг, який переміщується по розміру свердловинного заземлення А. Величина U _з визначається повним опором заземлення R _а та силою струму І, яке віддається заземленням у навколишнє середовище:

.                                                                (6.1)

Повний опір заземлення пропорційний ефективному питомому опору середовища r _е, яке оточує заземлення:

,                                                             (6.2)

де K _з – коефіцієнт пропорційності, який залежить від розміру і форми заземлення.

Терміни “ефективний” і “уявний” опір близькі за суттю. Головна їх відмінність полягає в тому, що ефективний опір завжди пропорційний питомому опору середовища, яке розміщене поблизу заземлення А, уявний опір може знаходитись не в прямій залежності від опору середовища.

Ефективний опір на основі (6.1) і (6.2) виражається формулою:

.                                                               (6.3)

Величина r _е як і r _к залежить від питомих опорів пласта r _п, вміщуючих порід r _вм, зони проникнення r _зп, промивної рідини r _р, потужності пласта h, діаметру свердловини d, діаметру зони проникнення D, типу та розміру зонда.

Для прикладу розглянемо метод опору екранованого заземлення з автоматичним фокусуванням струму.

Лекція №6

Індукційний каротаж. Фізичні основи. Форми кривих і фактори, що впливають. Області застосування та задачі, які вирішуються. Фізичні основи та області застосування діелектричного каротажу

Індукційні методи, які базуються на вивченні в свердловинах змінного електромагнітного поля високої та низької частоти розроблені достатньо детально. В практиці геофізичних робіт найбільшого поширення отримали низькочастотні індукційні методи з поздовжнім датчиком.

Низькочастотні індукційні методи включають: звичайний індукційні метод з поздовжнім датчиком; індукційний метод з поперечним датчиком; індукційний метод перехідних процесів; частотний індукційний метод та ін.

Фізичні основи

Індукційні методи використовуються для дослідження вторинного електромагнітного поля середовища, електрорушійна сила (е.р.с.) яких прямо пропорційна електропровідності гірських порід. Вторинне електромагнітне поле в навколишньому середовищі виникає за рахунок вихрових струмів, які індуковані котушкою, що живиться від генератора змінного струму, який розміщений в свердловині. В індукційних методах електроди як струменеві не використовуються, та вторинне електромагнітне поле формується в гірських породах за рахунок індукційного зв’язку первинного електромагнітного поля середовища, що оточує зонд.

Відповідно, індукційні методи дозволяють вивчати розрізи сухих свердловин і свердловин, які пробурені з промивною рідиною на нафтовій або іншій основі, яка погано проводить електричний струм, а також свердловин, які заповнені нафтою.

Другою особливістю індукційних методів є характер розподілу вторинних струмів, які індуковані генератором з котушкою в гірських породах. Їх струменеві лінії лежать в площині, яка перпендикулярна до осі генераторної котушки.

Найпростіший зонд індукційних методів складається з двох котушок (генераторної та приймальної), які опущені в свердловину. Відстань між серединами котушок є довжиною індукційного зонда (L _i). Генераторна котушка зонда підключена до генератора змінного струму ультразвукової частоти 20-60 кГц і живиться стабілізованим за частотою та напругою струмом. Приймальна котушка зонда живиться через підсилювач та фазочутливий елемент і підключена за допомогою кабелю до реєструючого пристрою, що розміщений на поверхні. Змінний струм, який протікає в генераторній котушці, створює змінне магнітне поле, яке в свою чергу індукує в середовищі, що оточує зонд, вихрові струми, які формують вторинне змінне магнітне поле такої ж частоти, що й первинне поле.

Електрорушійна сила, що генерується вторинним полем у приймальній котушці, складається з двох складових – активної та реактивної. Свердловинним приладом реєструється сигнал активної складової е.р.с.. У випадку провідності середовища е.р.с. активної складової прямопропорційне її електропровідності. З ростом електропровідності середовища е.р.с. активного сигналу збільшується повільно за більш складним законом. Порушення пропорційності між величиною активного сигналу та електропровідністю середовища пов’язане із взаємодією вихрових струмів. Чим більша частота струму та електропровідність середовища, тим значніша взаємодія вихрових струмів і, відповідно, суттєвіший вплив скін-ефекту на покази індукційного каротажу. Активний сигнал реєструється на поверхні у вигляді кривої, яка відбиває зміну електропровідності порід в свердловині. Точка запису кривої є середина відстані між центрами генераторної та приймальної котушок. Одиницею вимірювання електропровідності порід є См/м – величина, яка обернена питомому опору – Ом·м. Але на практиці в основному використовують мСм/м.

Звичайний індукційний метод з поздовжнім датчиком

Звичайний низькочастотний індукційний метод з поздовжнім датчиком базується на вивченні електромагнітного поля поздовжнього датчика, вісь якого співпадає з віссю свердловини. В даному випадку вихрові струми розміщені в площинах, які перпендикулярні до осі свердловини і не перетинають поверхню розділу горизонтальних шарів. На результати вимірювання простим двохкотушечним зондом з метою вивчення дійсного питомого опору значно впливає свердловина, зона проникнення та вміщуючі породи, а також прямий сигнал від генераторної котушки. Для зменшення цих факторів і виключення прямого сигналу Долль запропонував багатокотушечні фокусуючі зонди.

Зонди звичайного низькочастотного індукційного методу

Багатокотушечний зонд представляє собою систему котушок, які закріплені на одному ізольованому стержні (Рис. 11.1). Генераторна котушка ГК і приймальна котушка ПК є основними (головними), інші котушки називаються фокусуючими Ф в генераторній ФГ і приймальній ФП ланках. Комплексні котушки служать для виключення в приймальній котушці е.р.с. прямого поля, яка індукується генераторною котушкою.

Фокусуючі котушки призначені для зменшення впливу некорисних сигналів шляхом створення в приймальній ланці е.р.с., які викликані вихровими струмами, що циркулюють в свердловині в зоні проникнення та вміщуючих порід.

Фокусуюча дія котушок досягається за допомогою підбору числа їх витків, розміщення та включення їх відносно головних котушок. Число додаткових котушок, їх взаємне розміщення та число витків повинно бути таким, щоб в значній мірі виключати вплив свердловини, зони проникнення та вміщуючих порід, а ефективна електропровідність була як найближче до дійсного значення електропровідності пласта. Компенсаційні та фокусуючі котушки включаються послідовно з головними, але їх витки намотані обернено виткам генераторної та приймальної котушок.

У позначенні зондів перша цифра відповідає числу всіх котушок. Буква Ф означає, що зонд – фокусуючий. Остання цифра відповідає довжині зонда. Наприклад індукційний зонд 5Ф1.2 – п’ятикотушечний, фокусуючий, довжиною 1.2 м.

Ефективність дослідження індукційного каротажу при вивченні розрізів свердловин у значній мірі визначається вибором зонда з оптимальними параметрами. Багатокотушечний зонд повинен забезпечувати вимірювання питомої електропровідності порід у достатньо широкому діапазоні, суттєво знизити вплив свердловини, зони проникнення та вміщуючих порід, володіти значною глибинністю дослідження та відмічати на кривих s _еф малопотужні пласти.

Багатокотушечні зонди діляться на симетричні та несиметричні. Симетричними зондами називають такі, в яких спостерігається симетрія в розміщенні фокусуючих котушок відносно точки запису та рівність похідних моментів котушок для всіх симетрично розміщених фокусуючих пар. До симетричних зондів відносяться п’яти – та шестикотушечні зонди, а до несиметричних – трьох- та чотирьохкотушечні. Розрізняють зонди з внутрішнім фокусуванням (додаткові котушки, розміщені в зонді між головними), зовнішнім фокусуванням (додаткові котушки розміщені поза довжиною зонда) та із змішаним фокусуванням (додаткові котушки розміщені як і всередині, так і поза межами зонда).

Степеню фокусування індукційного зонда називається відношення сигналу в однорідному середовищі Е _бк для багатокотушечного зонда до сигналу для двохкотушечного зонда Е _дк, тобто:

.                                                               (11.1)

Розрізняють зонди з слабким фокусуванням (K _Ф>0.3) і сильним фокусуванням (K _Ф<0.3).

Апаратура індукційного каротажу АІК-М

Апаратура індукційного методу АІК-М призначена для роботи з одножильним кабелем із зондом 6Ф1 (Рис. 11.2). В генераторній котушці зонда від генератора збуджується змінне магнітне поле з частотою 50 кГц. Приймальна котушка фіксує активну складову е.р.с. вторинного магнітного поля. Для компенсації е.р.с. прямого поля, зменшення впливу свердловини та вміщуючих порід у ланці генераторної (ГК) та приймальної (ПК) котушок зонда включені по два фокусуючих електроди (ФГ ₁, ФГ ₂, ФП ₁, ФП ₂). З приймальної ланки зонда виходить сигнал через підсилювач П ₁, поступає на амплітудний маніпулятор АМ. Напруга для амплітудного маніпулятора вибирається генератором низької частоти ГНЧ – 380 Гц. Високочастотний амплітудно маніпульований сигнал подається на фазочутливий детектор ФЧД, де перетворюється на напругу низької частоти, величина якого пропорційна активній складовій низькочастотного сигналу та знаходиться в одній фазі з опорною напругою. Фаза опорної напруги підбирається таким чином, щоб проходило детектування активної компоненти е.р.с. вторинного електромагнітного поля. Після детектування низькочастотного коливання через підсилювач П ₂ подаються на вхід частотно модуляційного перетворювача ЧМП з несучою частотою 14 кГц. Частотно модульований сигнал і напруга низької частоти, яка необхідна для роботи фазочутливого детектора вимірювальної панелі ВП, поступає на вхід суматора СУ і по кабелю подаються на поверхню в блок керування БК, а потім на вимірювальну панель ВП, де сигнали розділяються за несучими частотами, а інформаційні сигнали демодулюються, випрямляються фазочутливим випрямлячем та подаються на реєструючий прилад РП.

Свердловинний     прилад живиться постійним струмом від уніфікованого випрямляча УВК-1. Індукційний зонд, поміщений у склопластиковий кожух, який заповнений кремнійорганічною рідиною та оснащений компенсатором тиску. В нижній частині зонда у герметичному відсіку розміщений конденсатор С, який під’єднаний паралельно до генераторної лінії. За допомогою даного конденсатора лінія настроюється в резонанс із робочою частотою струму, що зменшує струм у живлячій ланці та підвищує стабільність зонда.

Апаратура АІК-М дозволяє вимірювати ефективну електропровідність в діапазоні 1500-2000 мСм/см (0.7-50 Ом·м). При максимальній температурі в свердловині 150 °С і максимальному гідростатичному тиску 10⁸ Па.

 

6.2 Форми кривих і фактори, що впливають

Криві r _еф для всіх зондів звичайного індукційного каротажу навпроти одинарних пластів у випадку рівності електропровідностей вміщуючих порід симетричні відносно середини пласта (Рис. 11.3). Границі пластів при їх середній і великій потужності визначають за серединою аномалії, де її ширина відповідає дійсній потужності пласта h. Для пластів малої потужності ширина аномалії на її середині представляє собою фіктивну потужність h _ф, яка є меншою від дійсної (h _ф< h).

Характерними показами r _еф напроти однорідного пласта кінцевої потужності є екстремальні значення ефективної провідності, напроти середини пласта – максимальні або мінімальні. У випадку неоднорідності пластів покази r _еф напроти його середини осереднюються. Для подальшої обробки індукційного каротажу використовують саме ці оптимальні значення r _еф.

На покази r _еф індукційних зондів впливають:

1) свердловина;

2) явище скін-ефекту;

3) обмежена товщина пласта та вміщуючих порід;

4) зона проникнення фільтрату промивної рідини.

 

Лекція №7

Електрохімічні види досліджень. Природні потенціали в свердловині. Спосіб реєстрації поте­нціалів ПС. Форми кривих ПС. Задачі, які вирішуються за допомогою методу ПС. Метод викликаної поляризації. Фізичні основи. Методика проведення досліджень. Задачі, які вирішується за даними методу ВП

Форми кривих ПС

Як вже було сказано вище, криві СП не мають нульової лінії. На діаграмах кривих СП можуть бути нанесені умовні “нульові” лінії – лінія глин та пісковиків. “Нульова” лінія глин проводиться за максимальними значеннями потенціалу U _СП навпроти потужних однорідних глинистих товщ. Дана умовна лінія займає переважно крайнє праве положення. Лінія пісковиків встановлюється за максимальними від’ємними амплітудами кривої СП і займає, як правило, крайнє ліве розміщення. Від рівня лінії глин знімається амплітуда D U _СП.

Якщо вміщуючі породи характеризуються близькими величинами природної електрохімічної активності, то аномалія кривої U _СП в такому пласті симетрична відносно його середини. При потужності пласта h, яка перевищує три розміри діаметра свердловини d _c, границі пластів складають половину максимального відхилення амплітуди D U _СП  від лінії глин, при h <3 d _c – більше половини максимального відхилення аномалії D U _СП, і тим ближче зміщуються границі пласта до максимуму, чим менше h (Рис.3.4).

Масштаб кривої СП виражається числом мілівольт на 1 сантиметр і повинен бути вибраний таким, щоб амплітуди відхилення кривих знаходились у межах 2-7 см. Якщо максимальні відхилення амплітуд СП не перевищують 2см, слід реєструвати криву СП у меншому масштабі. Переважно використовуються масштаби 5, 10 і 12.5 мВ/см.

Вертикальний масштаб глибин – 1:200 і 1:500; у випадку тонкошаруватого розрізу – 1: 50.

Швидкість запису кривих СП може досягати 3000-4000 м/год.

Лекція № 8

Фізичні основи, методика підготовки та проведення методів магнітометрії свердловин

 

Лекція № 9

Радіоактивні методи дослідження свердловин. Природна радіоактивність гірських порід, характеристики радіоактивності. Гамма-каротаж: призначення, фізичні основи, Лічильники, які використовуються при вимірюванні радіоактивності. Способи еталонування апаратури. Форми кривих. Спектрометрія природного гамма-випромінювання гірських порід. Фізичні основи, принцип вимірювання, області застосування СГК.

Гамма-каротаж

Природна радіоактивність гірських порід у свердловинах вимірюється радіометром. Він рухається у стовбурі свердловини, переважно, знизу вверх, реєструючи зміну радіоактивності гірських порід. При цьому індикатор гамма-випромінювання в загальному випадку реєструє інтенсивність гамма-поля I _g, яка обумовлена радіоактивністю гірських порід, навпроти яких знаходиться радіометр, промивною рідиною, стальною колоною та цементом:

 

,   (8.9)

 

де k ₁, k ₂, k ₃, k ₄ – відповідно ефективності індикатора для спектрів енергій гамма-випромінювання гірської породи, промивної рідини, колони та цементу.

 

Криві ГК

При дослідженні розрізів свердловин гамма-каротажем отримують безперервну криву вимірювання гамма-випромінювання гірських порід у заданих масштабах запису та глибини.

Конфігурації кривих I _g спотворюються із-за наявності інтегруючої комірки у вимірювальній апаратурі. Внаслідок цього криві I _g на діаграмах ГК отримуються асиметричними відносно середини пласта та зсуваються у напрямку руху приладу, а максимальна величина інтенсивності I _{g max} занижується, особливо в пластах обмеженої потужності (рис.94 ст.197Дяк).

Границі пласта підвищеної радіоактивності можна визначити з достатньою для практики точністю за точками, які відповідають початку підйому кривої ГК у підошві пласта і початку її спаду в його покрівлі.

 

Лекція № 10

Методи розсіяного гама-випромінювання. Взаємодія гама-квантів з гірською породою. Фізичні основи густинного та селективного видів гама-гама каротажу. Апаратура. Джерела гама-квантів. Області застосування

Фізичні основи ГГК-Г

Методи розсіяного гамма-випромінювання базуються на вимірюванні інтенсивності штучного гамма-випромінювання, розсіяного породоутворюючими елементами в процесі їх опромінювання потоком гамма-квантів. Інтенсивність цього випромінювання залежить від густини і мінерального складу гірських порід (Рис. 10.3).

Рисунок 10.3 – Загальний вид залежності інтенсивності розсіяного гамма-випромінювання від густини гірської породи

Як відомо, основними процесами взаємодії гамма-квантів з породою є фотоелектричне поглинання, комптонівське розсіювання і утворення електрон-позитронних пар.

В методах розсіяного гамма-випромінювання, в основному, присутнє фотоелектричне поглинання і комптонівське розсіювання гамма-квантів породою. В залежності від енергії опромінених гамма-квантів і мінерального складу гірської породи переважає той чи інший процес взаємодії їх з породою.

При взаємодії з гірською породою жорстких гамма-квантів (Еg>0,5 МеВ) в початковий момент головну роль відіграє комптонівське розсіювання, в результаті якого жорстке гамма-випромінювання, втративши значну частину своєї енергії, переходить в м’яке гамма-випромінювання. Тобто, в подальшому головну роль відіграє фотоелектричне поглинання гамма-квантів. Виходячи з вищевказаного, ймовірність комптонівського розсіювання в кінцевому результаті прямо пропорційно залежить від густини гірської породи, а ймовірність фотоелектричного поглинання – від її мінерального складу і особливо від вмісту тяжких елементів. Завдяки цьому, реєструючи розсіяні гамма-кванти високої енергії, отримують густинну характеристику гірської породи, а сумарна інтенсивність розсіяних гамма-квантів залежить як від густини, так і від мінерального складу породи.

Ймовірність взаємодії жорстких гамма-квантів з гірською породою визначається числом електронів в одиниці об’єму, яке пропорційне густині породи. Таким чином, якщо гірську породу опромінити гамма-квантами енергії не нижче 0.5 МеВ і підібрати енергетичний поріг дискримінації гамма-квантів, які реєструються, то за результатами вимірювань ГГК-Г можна встановити густину цієї породи.

Енергетичний поріг дискримінації підбирається експериментально в залежності від вимірювальної установки (свердловинного приладу), який використовується, і досліджуваного розрізу свердловини.

Тобто, виходячи з вищевказаного, при жорсткому гамма-опроміненні гірських порід сумарна інтенсивність розсіяних гамма-квантів або виділена з неї м’яка частина гамма-випромінювання залежить від їх густини і мінерального складу, тобто літологічних особливостей.

У даному випадку густина гірських порід визначає початковий розподіл гамма-квантів малих енергій в просторі, які утворюються в результаті комптонівського розсіювання з випромінюваного жорсткого гамма-випромінювання. Мінеральний склад гірських порід через фотоелектричне поглинання виявляє вплив на подальший розподіл м’яких гамма-квантів в досліджуваному середовищі і в кінцевому результаті визначає інтенсивність м’якої компоненти розсіяних гамма-квантів, яка реєструється.

Гамма-випромінювання

Густинний гамма-гамма-каротаж дозволяє вирішувати наступні задачі: проводили літологічне розчленування розрізів свердловин; визначати густину гірських порід; визначати пористість гірських порід; встановлювати потужність і будову вугільних пластів, а при сприятливих умовах визначати їх зольність; виділяти хромітові руди, колчеданові руди, марганцеві руди, боксити, флюорити, поліметалічні руди, калійні солі; а також проводити контроль технічного стану свердловини: відбивка цементного каменю та муфт на обсадних колонах, якість щеплення цементного каменю з колоною та породою.

Селективний гамма-гамма-каротаж використовується для виділення в породах і рудах слабо відмінних за густиною накопичень важких елементів. У більшості випадків доцільно використовувати ГГК-С при дослідженні однокомпонентних руд важких металів (свинцю, ртуті, сурми, заліза), а також при вивченні розрізів свердловин вугільних родовищ.

 

Лекція №11

Нейтронні методи дослідження свердловин. Взаємодія нейтронів з речовиною. Фізичні основи нейтронних методів. НГК, ННК-НТ, ННК-Т; задачі, які вирішуються. Джерела нейтронів. Залежності показів нейтронних методів від різних факторів. Багатозондовий нейтронний каротаж. Імпульсний нейтронний каротаж, Фізичні основи; Задачі, які вирішуються

НГК, ННК-НТ, ННК-Т

Нейтронний гамма-каротаж

Суть нейтронного гамма-каротажу полягає в дослідженні штучного гамма-поля, яке утворюється в результаті поглинання теплових нейтронів породоутворюючими елементами.

Інтенсивність гамма-випромінювання радіаційного захоплення, в основному, залежить від числа нейтронів, які поглинаються одиницею об’єму гірської породи, та довжини зонда. Кількість нейтронів, які поглинаються одиницею об’єму породи, пропорційна густині теплових нейтронів, яка залежить від сповільнюючи і поглинаючих властивостей породи. Як згадувалось вище, дані дві властивості визначаються, в основному, водневим вмістом, а також вмістом елементів із високим січенням захоплення нейтронів у навколишньому середовищі.

Нейтронний гамма-каротаж проводиться за допомогою свердловинної установки, яка включає джерело нейтронів і розміщений на відстані довжини зонда L _ng індикатор гамма-випромінювання (Рис. 104).

На величину інтенсивності вторинного гамма-випромінювання суттєво впливає довжина зонда. При малих довжинах із збільшенням об’ємного водневого вмісту w гірських порід інтенсивність зростає, при великих зондах – спадає.