ГГК. Физические основы метода. Модификация ГГК. Область применения

Взаимодействие гамма – излучений с веществом г.п.

1. Фотоэффект– в процессе взаимодействия гамма – квант поглощается одним из атомных электронов, находящихся обычно на внутренних орбитах атома. Этот электрон оказывается в возбужденном состоянии и покидает атом. Его место занимает электрон с внешней орбитой. Его избыточная энергия излучается в виде характеристик рентгеновского излучения.

Энергия этого излучения строго специфична для конкретного атома.

По ее величине можно определить на атоме какого вещества произошёл фотоэффект.

2. Комптон – эффект – характерен, когда энергия гамма – кванта значительно превышает энергию связи электрона в атоме, при этом гамма- квант передает часть своей энергии электрону и рассеивается.

3. Эффект образования пар – в сильном электростатическом поле ядра или атомного электрона гамма – квант превращается в электронно-пазитронную пару.

Это пороговая реакция, ее порок – удвоенная энергия электрона (2* 0,511 МэВ).

Если энергия гамма – квантов, которые облучают г.п. менее 100 кэВ, то преобладающим взаимодействием является фотоэлектрическое поглощение и в меньшей степени Комптон – эффект.

Если энергия гамма – квантов больше n* 100 кэВ, то преобладают комптонные взаимодействия.

Зависимость интенсивности рассеянности гамма – излучения от плотности пород носит инверсионный характер: на начальном этапе гамма излучения возрастает с увеличением плотности (доинверсионная область) , а затем пройдя область инверсии начинает убывать. (заинверсионная область). Рис. на стр. 33.

Увеличение мощности гамма – кванта и уменьшение длины зонда область инверсии вправо.

19. Рентгеноридиометрический каротаж. (РНК).

РНК основан на изучении энергетических характеристик характер. рентгеновского излучения, возбуждающиеся в г.п. при их облучении гамма – квантами.

Энергия излучения определяется атомами того вещества, на котором произошла реакция, а интенсивность характеристических излучения – концентрация этих атомов в опробуемой породе.

Для учета «эффекта матрицы» можно использовать метод спектральных отношений, когда интерпретируют отношение интенсивн. излучений в 2 –х энергетических интервалах, один из которых соответствует характеристическим излуч. опред. эл. , а другую – спектру однократно рассеянного гамма – излучения. ni=Ii\Is

РНК точно опробования руд с помощью РРК может быть выше, чем точность лабораторных анализов.

Нейтронный каротаж. (НК)

НК основан на исследовании характеристик гамма или нейтронного излучения, возникших в результате облучения г.п. быстрыми нейтронами. ( Еn больше 100 эВ).

В зависимости от характера и вида регистрации излучений различают : ННК, НГК, НАК.

Взаимодействие нейтронов с г.п. и рудами.

Взаимодействие приводит к рассеиванию и замедлению нейтронов и их поглощению.

Процесс замедления нейтронов протекает очень быстро, тепловые нейтроны до поглощения живут н*100 м/с.

Нейтроны из за отсутствия заряда обладают большой проникающей способностью и взаимодействие непосредственно с ядрами элементов, минуя их электронный оболочки.

Не имеющий заряд нейтрон беспрепятственно проникает сквозь электронную оболочку атомов и непосредственно взаимодействуют с их ядрами.

Реакции:

1. Упругое рассеивание – характерно для нейтронов любых энергий, при этом часть энергии нейтрона передается ядру атома, но оно не возбуждается. Это приводит к замещению и потери энергии нейтронов.

Наилучший замедлитель – ядра атомов водорода, масса которых соизмерима с массой нейтрона.

2. Неупругое рассеивание – обычно сопровождается испусканием гамма – излучений, энергия которого определяется типом атомов, с которым произошло неупругое соударение. Анализ спектрального состава гамма – излучений неупругого рассеивания нейтронов позволяет определить вещественный состав пород. Обычно определяют содержание в породе( углерод, кислород, кремний, кальций). Гамма=1,5…4,6 МэВ.

3. Поглощение нейтронов– может сопровождаться различными излучениями, из которых наибольшее значение имеет радиационный захват тепловых нейтронов, сопровождающие излучением жестких гамма – квантов.

Вероятность радиационного захвата определяется содержанием в породах веществ, обладающих аномально- высоким сечением захвата тепловых нейтронов. ( хлор, марганец и др.)

21. Нейтрон – нейтронный каротаж. ( ННК).

В зависимости от энергии регистрации нейтронов различают ННК по надтепловым нейтронам(ННКнт)и ННК по тепловым нейтронам (ННК-т)

ННК прежде всего применяется для определения содержания водорода в г.п., который оценивается объемной влажностью – отношение содержания водорода в породе к его содержанию в воде. W H2O=W нефти=1

Водород может содержаться не только во внутри поровом пространстве, но и в ее твердой фазе (скелет).

Особенно много водорода в гипсах и глинах.

Зависимость показаний ННК от водородосодержания носит инверсионный характер.

На показания ННКт влияет хлор содержание, которое не влияет на показания ННК нт.

В геологии раб заинтерисованной области где Inn=f(ln w) линейна в пределах 40% для пресных вод.

В инженерной геологии работают в доинверсионной области, где зависимость Inn=f(w)-линейна

НГК.

Регистрируется в гамма – излучениях радиационного захвата. Для коллекторов, заполненных водой низкой минерализации, зависимость … фор стр 39

При интерпретации данных НГК необходимо учитывать естественную радиоактивность, по – этому аппаратура НГК всегда двух канальная ( НГК+ГК).

ННК и НГК широко используются для определения пористости коллекторов.

Спектрометрический НГК – это (НГК-С). Изучение спектра ( энергии) гамма – излучения радиационного захвата позволяет определить элементы, на которых произошла эта реакция.

НГК-с позволяет опробовать породы на содержание в них железа, никеля, хрома.

23.Имульсно – нейтронный каротаж. (ИНК).

Основан на исследовании характеристик нейтронов и гамма – квантов возникших в результате облучения пород импульсным источником быстрых нейтронов.

ИНК реализуется в двух модификациях: ИННК и ИНГК.

При проведении ИННК(т) появляется возможность определения важнейшего информационного параметра среднего времени жизни тепловых нейтронов. Поскольку среднее время жизни тепловых нейтронов определяется водородосодержанием и наличием в породах веществ с аномальным сечением захвата тепловых нейтронов, то метод широко применим в нефтяной геофизике для определения положения газожидкостных и водонефтяных контактов.

ИГН используется при реализации с/о каротажа.

24. Резистивиметрия - измерение удельного электрического сопротив­ления (УЭС) скважиной жидкости (р_с).

Скорость фильтрации подземного потока может быть определена по изменению концентрации электролита введённого в скважинную жид­кость. Измерения УЭС скважинной жидкости проводят скважинным рези- стивиметром, который по своему устройству идентичен трёхэлектродному зонду КС малого размера. Исследования выполняют в следующей после­довательности:

- регистрируют УЭС скважинной жидкости в так называемом "есте­ственном" режиме - р₀;

- осолоняют скважинную жидкость и сразу же измеряют её УЭС - рь

- через нарастающие интервалы времени осуществляют измерения УЭС скважинной жидкости — р,„ фиксируя при этом время проведения ка­ждого измерения.

Результаты исследований, сведённые на одной каротажной диаграм­ме, представлены на рис. 10.

Скорость фильтрации подземного потока Уф ([ Кф] = м/сут) рассчиты­вается по формуле:

У _ i,am_c ^]-с₀

Ф m_c (/_n — ) C_n — C₀

?

где t/_c - диаметр скважины, м; /и_с - отношение скорости движения воды через сква­жину к скорости её движе­ния в породах; Со - природ­ная минерализация пласто­вых вод, г/л; Ci — минерали­зация скважинной жидкости сразу после засоления (в момент времени ?i), г/л; С„ - минерализация скважинной жидкости в момент времени t„, г/л.

Для совершенной сква­жины, вскрывшей однород­ный по проницаемости во­доносный пласт, т_с = 2. На­блюдаемое на практике ухудшение проницаемости прискважинной части кол­лектора, вызывает уменьшение /и_с, вплоть до близких к нулю значений. Гравийная обсыпка фильтра, напротив, увеличивает т_с вплоть до 4.

Минерализация скважинной жидкости определяется по представлен­ным на рис. 11 зависимостям.

В результате вычислений, для каждого обрабатываемого интервала получается набор значений Кф„ характеризующих соответствующую ему скорость фильтрации. В качестве итогового значения скорости фильтрации принимается величина Уф. _ср, получаемая в результате осреднения значений Рф, определённых для всего временного интервала наблюдений.

Вопрос 25. Кавернометрия и профилеметрия.

Кавернометрия- измерение диаметра скважины кавернометром. Диаметр определяется литологией и физическим состоянием пород вскрытых скважиной, а также режимом бурения. Для глин и трещиноватых интервалов хар-но наличие каверн. Отклонение фактического размера диаметра скважины от номинального вызвано главным образом физико-химическим воздействием на стенки скважины промывочной жидкости, а также механическим влиянием бурильного инструмента. Изменение диаметра скважины, при прочих равных условиях, зависит от литологии пород, вскрываемых скважиной.

Профилеметрия – определение профиля сечения скважины или обсадной колонны. Обеспечивается измерением 8 и более радиусов скважины. Основное назначение профилеметрии — выделение желобов на стенках бурящейся скважины. На процессе желобообразования сказываются различные факторы: литологический состав пород, угол наклона и интенсивность искривления скважины, свойства промывочной жидкости, технология бурения, число спуско-подъемных операций и др.

Интерпретация профилеграмм сводится к оценке формы и размеров поперечного сечения скважины.

Вопрос 26. Инклинометрия. Типы инклинометров.

Инклинометрия – измерение угла наклона и азимута искривления скважины с помощью инклинометра. Инклинометры бывают непрерывного или дискретного действия. Первые позволяют получить непрерывную информацию о положении ствола скважины. Вторые предназначены для поточечных измерений через определенные интервалы глубин.

Инклинометры бывают:

- магнитные. Определяют направление искривления скважины. Осуществляется относительно направления на магнитный север.

- гироскопические (для рудных). Направление отсчета азимута задается осью гироскопа.

Вопрос 27. Термокаротаж. Аппаратура. Природа температурных аномалий. Решаемые задачи.

Сквожинноя термометрия - измерение температуры скважинной жидкости.

При гидрогеологических исследованиях скважинная термометрия по­зволяет выявлять водоносные и водоупорные комплексы, горизонты и про­слои в разрезах скважин; изучать динамику подземных вод; определять области питания и разгрузки водоносных горизонтов; устанавливать уча­стки перелива из одних горизонтов в другие.

Если в скважине с установившимся темпе­ратурным режимом (что характерно для случая, когда она долго находится в состоянии покоя) имеет место вертикальный нисходящий пере­ток из одного пласта в другой, то напротив ин­тервала подобного водообмена термограмма будет иметь вогнутую форму, если восходящий – выпуклую.. В ситуации неустано­вившегося температурного режима, при интер­претации материалов термометрии, необходи­мо принимать во внимание такие факторы, как температура бурового раствора, режимы буре­ния и откачки и пр.

Возникновение подобной положительной температурной аномалии было обусловлено нагревом слабопроницаемого пла­ста, вызванного проникновением в него более теплого бурового раствора. В данном случае проникновение буро­вого раствора привело к увеличению темпе­ратуры пласта, в том числе и на значитель­ном удалении от ствола скважины.

Для установления мест притока в скважину из пластов-коллекторов, её ствол заполняется жидкостью с контрастной по отношению к пла­стовому флюиду температурой. Отдающий флюид интервал разреза устанавливается по температур­ной аномалии, регистрируемой через некоторое время после искусственно вызываемой интенси­фикации притока путём оттартывания (понижения уровня скважинкой жидкости).

Вопрос 28. Перфорация и торпедирование скважин. Отбор проб и жидкостей в скважинах.

Перфорация – пробитие отверстий в обсадной колонне и цементном камне с целью установки сообщения между отработанным коллектором и стволом скважины. Перфораторы: пулевые, коммулятивные, пескоструйные и др.

Торпедирование – подрыв заряда в скважине с целью устранения аварии и прочего.

Отбор проб в скважинах производится стреляющими и сверлящими грунтоносами.

Вопрос 29. Геолого-технологическое исследование скважин. Газовый каротаж.

Параллельно с бурением осуществляется регистрация набора технологических параметров (до 30 и более) характерных процессу бурения. В числе которых:

- скорость проходки механический каротаж);

- расход промывочной жидкости;

- вес бурильного инструмента;

- физические параметры промывочной жидкости.

Параллельно с ГТИ выполняется газовый каротаж, в процессе которого анализируется содержание газов выносимых из скважины буровым раствором. Компонентный анализ газов позволяет оперативно определить момент вскрытия продуктивных интервалов и оценить характер их насыщения.

Вопрос 30. Геофизические исследования скважин в процессе их бурения.

При строительстве скважин обязательно инклинометрия, без которой невозможна привязка пластопересечений к конкретному пространству.

Геофизическое сопровождение строительства горизонтальных скважин исключительно важно, поскольку в продуктивной части разреза коридор проводящей скважины не превышает первых метров.

Существует 2 типа информационной обеспеченности:

- инклинометрический контроль;

- литологический контроль.

Вопрос 31. Геофизическое исследование горизонтальных скважин.

Проблемы связаны с доставкой скважинных приборов в горизонтальные участки ствола, поскольку они туда не доходят под действием своего веса. К забою скважины приборы могут доставляться с помощью бурильных труб. Для этого они закрепляются в нижней части труб и проталкиваются к забою по мере наращивания бурового инструмента.

Регистрация данных может осуществляться внутри прибора на встроенную память. Возможна связь с поверхностью по встроенному кабелю. Разработанные системы позволяют осуществить геофизизические исследования в процессе бурения. Для этого несколько скважинных зондов специально проектируются, закрепляются вблизи бурового инструмента. Такой подход позволяет исследовать разрез практически сразу после его вскрытия и сэкономить время, но набор методов ограничен.

Вопрос 32. Комплексирование методов ГИС. Общие положения.

Основные задачи ГИС:

- литологическое расчленение и корреляция разрезов;

- выявление в разрезах скважин полезных ископаемых и их опробование;

- определение природы аномальных наземных геофизических полей;

- исследование гидрогеологических и инженерно геологических параметров разрезов;

- исследование технического состояния скважин;

- исследование околоскважинного пространства с целью выявления полезных ископаемых и их геометризации.

Для успешного решения этих задач необходимо применение комплекса методов. Для решения стандартных задач в типичных геолого-геофизических условиях разработаны типовые комплексы, которые, как правило, содержат избыточное кол-во методов. Для решения задач в конкретных условиях на основе типовых формируются оптимальные (рациональные), которые призваны гарантированно решить задачи при минимальных затратах на их реализацию.

Вопрос 33. ГИС на рудных месторождениях. Месторождения сульфидных руд. Железорудные месторождения.

Расчленение и корреляция разрезов по данным КС, ГК, реже ГГК. Для изверженных и метаморфических пород, для которых их УЭС не является характеристическим параметром, место КС занимает КМВ.

Сульфидные: σ↑↑, ρ↓↓. Для выделения сульфидных руд эффективны МСК(метод скользящих контактов), МЭП.

При опробовании сульфидов на содержание рудной компоненты применяют РРК(рентген-радиометрический каротаж), НГК-С. Вкрапленность сульфидов может быть выявлена каротажем ВП.

На этапе разведки месторождений широкое применение находят методы скваженной геофизики, которые позволяют опоисковывать около и межскважинные пространства с целью выявления неподсеченных скважиной рудных объектов. Широко применяется РВП(радиоволновое просвечивание), СМ(скважинный магнит), ВП-С, методы заряда.

Fe руды. Основу сырьевой базы составляет КМА. КМВ – основной метод расчленения продольных частей разреза и опробования железистых кварцитов. На результат опробования железистых кварцитов влияет высокая проводимость прожилков магнетита и анизотропность железистых кварцитов. В последнее время возобновился практический интерес к богатым рудам Fe мартитового, сидеритового состава, для которых не характерна связь между содержанием Fe и «каппа».

Опробование богатых руд Fe осуществляется ядерными методами: ГГК(ГГК-П, ГГК-С), НГК-С.

Вопрос 34. ГИС на месторождениях твердых горючих полезных ископаемых.

Физические свойства углей зависят от степени метаморфизма (бурый – каменный – антрацит). Но в целом для них характерны низкие: плотность, теплопроводность, теплоемкость; пониженная естественная радиоактивность, повышенное водородосодержание.

Для каменных углей хар-но высокое УЭС, для антрацита низкое УЭС.

Корреляция пластов углей в основном осуществляется по данным ГИС, применяется также сейсмическое просвечивание. Опробование пластов углей (в основном на зольность) осуществляется ядерными методами, прежде всего ГГК-с, поскольку Zэф. Связано с зольностью. Из-за низкого выхода керна по продуктивному интервалу разреза, роль геофизических методов чрезвычайно высока.

Вопрос 35. ГИС на месторождениях нефти и газа.

Задачи:

- Расчленение и корреляция разрезов (КС, ПС, НК).

- Выделение в разрезах коллекторов и определение фильтрационно-ёмкостных свойств(ФЕС).

- Контроль за разработкой месторождений.

- Геофизическое сопровождение строительства скважин.

Для коллекторов характерны повышенная пористость и проницаемость, пониженная глинистость. Большинство способов выделения коллекторов основаны на их повышенной проницаемости.

Для терригенных пород характерен межзерновой тип пористости, для карбонатных трещинный и трещиновато-каверновый.

Признаки терригенного коллектора вскрытого бурением на пресном глинистом растворе:

1. Сужение диаметра скважины за счет образовавшейся глинистой корки.

2. Радиальный градиент УЭС пород (БКЗ, ИК-З, БК-З).

3. Ρ(пмз)>ρ(гмз) (микрозонды).

4. Изменение во времени показаний геофизических методов, обусловленное формированием или расформированием зоны проникновения.

Для выделения в карбонатных разрезах коллекторов используют специальные методики исследования, которые основаны на нагнетании в скважину жидкости с аномальными физическими свойствами и выявление мест проникновения в коллекторы.

Пористость может быть определена по величине параметра пористости Рп=ρвп/ρв.

В основе этого метода лежит закономерное уменьшение УЭС коллектора с увеличением его пористости. Пористость может быть определена если существует корреляционная связь между ней и глиной.

Коэффициент нефтенасыщенности (Кн) определяет долю порового пространства заполненного нефтью, может быть определен по величине УЭС коллектора УЭС закономерно растет с увеличением нефтенасыщенности. Рн=ρнп/ρвп.

Контроль за разработкой месторождений нефти и газа.

1. Контроль за положением водонефтеносных и газожидкостных контактов (ВНК, ГЖК).

2. Контроль состава жидкости притекающей в скважину.

3. Контроль технического состояния скважины.

Контроль положения ВНК осуществляется по данным НК. Эффективно комплексирование ННК+НГК. Совместная интерпретация результатов основана на высоком хлорсодержании пластовых вод, что приводит к повышенному поглощению тепловых нейтронов.

Определение положения ГЖК осуществляется нейтронными методами по разнице водосодержания в газе и жидкости. Профиль притока из пласта в скважину определяется расходометрией.

Контроль технического состояния скважины предполагает:

-Изучение целостности обсадной колонны;

- Толщены стенок;

- Контроль качества цементации;

- Выявление заколонных перетоков флюидов.

Контроль качества цементации осуществляется по данным акустической цементометрии (АКЦ), плотностными ГГК-П. Выявление заколонных перетоков может быть выполнено термометрией или шумометрией. Толщена стенок определяется по результатам электромагнитной дифектоскопии. Для выявления эллипсности обсадной колонны применяется трубная профилеметрия.

Вопрос 36. ГИС при решении гидрогеологических, инженерно-геологических и экологических задач.

Расчленение и корреляция разрезов проводится с помощью КС, ПС, ГК.

Определение пористости коллекторов аналогично месторождения нефти и газа(АК, ГГК-П, НК). Определение проницаемости коллекторов обычно выполняется прямыми методами, в том числе по данным опробования. Определение пористости и проницаемости в основном осуществляется по корреляционным связям между этими параметрами и показателями геофизических методов.

При увеличении глинистости пород закономерно уменьшение их пористости и проницаемости.

Для выявления вертикальных перетоков по стволу скважины применяется расходометрия, термометрия, резистивеметрия. Для определения водонасыщенности горизонтов может быть использована резистивеметрия в эстественном режиме и при наливах или откачках.

Скорость горизонтальной фильтрации через ствол скважины может быть определена по результатам резистивиметрии с засолонением скважинной жидкости.

Определение направления и скорости фильтрации в относительно неглубоко залегающих водоносных горизонтах может быть выполнена МТЗ.

Определение гидравлической взаимосвязи между отдельными горизонтами может быть выполнено с помощью термометрии.

Методы ГИС применяют для определения пористости(ГГК-П), влажности(ННК), глинистости(ГК). Прочностные свойства пород определяют по результатам АК. Зоны разуплотнения могут быть выявлены по результатам межскважинного радиоволнового или акустического просвечивания.