Аппаратура и методика каротажа

Аппаратура ГК имеет, в принципе, такое же устройство, как и полевые радиометры. Отличия заключаются в том, что, во-первых, в каротажных радиометрах детектор у-квантов с источником его питания и блоками первичной обработки сигнала подсоединяется к измерительному пульту через каротажный кабель, имеющий длину до нескольких

километров и, во-вторых, в том, что в измерительном пульте предусмотрен вывод сигнала на регистратор для непрерывной записи его в функции глубины скважины.

Запись показаний производится в единицах мощности экспозиционной дозы излучения (МЭД), выраженных в А/кг (единица СИ) или в мкР/час (внесистемная единица); 1 пА/кг = 13 мкР/час.

В качестве детекторов у-квантов используются, главным образом, сцинтилляционные счетчики, причем для повышения их термостойкости кристалл-сцинтиллятор вместе с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) помещают в сосуд Дьюара (пример тому - двухканальный радиометр сцинтилляционный термостойкий ДРСТ-2). Как правило, каротажные радиометры являются двухканальными и, кроме канала ГК, содержат еще один канал, предназначенный для одновременной записи еще одной диаграммы - НТК, ГТК или ГНК.

Современные каротажные радиометры обеспечивают возможность не только определения интегральной интенсивности I_у, но и возможность спектрометрии, т.е. определения энергии поступающих на детектор γ-квантов, что позволяет определить, с каким ЕРЭ связана радиоактивность горной породы. Для этого один канал радиометра настраивают на энергию основной линии γ -излучения Ra²²⁶ - 1,76 МэВ, другой - на основную линию Th²³² - 2,6 МэВ и третий - на энергию у-излучения K⁴⁰ - 1,46 МэВ.

При выполнении ГК важным моментом является соблюдение оптимальной скорости движения скважинного снаряда. Поскольку все радиометры обладают определенной постоянной времени интегрирующейся ячейки, то скорость каротажа должна быть такой, чтобы при движении детектора против пласта минимальной интересующей исследователя мощности h показания радиометра успели достичь максимальных значений /™. При более высокой скорости, как это показано на рис. 12.1, аномалия ГК получается меньшей интенсивности и растянутой по глубине. Оптимальную скорость каротажа вычисляют, исходя из мощности пластов h в метрах и постоянной времени τ_я в секундах по формуле

(12.1)

В общем случае скорость ГК не должна превышать 360-400 м/час.

Интерпретация результатов

Качественная интерпретация диаграмм ГК заключается в литологическом расчленении разреза, которое основано на различии горных пород по их радиоактивности. В общем случае однозначное определение пород по одним лишь диаграммам ГК невозможно и решать эту задачу следует при комплексном использовании диаграмм всех видов каротажа (КС, ПС, НТК, АК и др.).

Наиболее эффективен ГК при поисках и разведке руд ЕРЭ, например, урановых руд или калийных солей.

При количественной интерпретации диаграмм ГК получают исходные данные (мощность рудных интервалов и содержание радионуклида) для подсчета запасов радиоактивных руд. При этом ГК дает более достоверные результаты, чем опробование керна за счет своей большей представительности.

Количественная интерпретация диаграмм ГК основывается на зависимости площади аномалии S от мощности радиоактивного интервала h и содержания в нем радиоактивного элемента q, выражаемой уравнением:

S = K_o·qh, (12.2)

где К_о - коэффициент пропорциональности, определяющий интенсивность у-излучения пласта насыщенной мощности при единичном содержании в нем радиоактивного элемента. Величина К_о зависит от типа и размеров детектора, а также от плотности и г_эф руды. Поскольку учесть все эти факторы аналитически весьма сложно, то величину К_о определяют экспериментально по измерениям на моделях пластов с известным содержанием радионуклида. Например, для урановых руд гидрогенного типа и счетчика МС-13 K₀=115 мкР/час на 0,01% U.

Определение мощности. Для определения мощности рудного интервала используют способ 1/2 I_γ^max , 4/5 I_γ^max заданной интенсивности и др. Выбор способа зависит от мощности рудного подсечения, равномерности оруденения и некоторых других факторов.

Для примера на рис. 12.2 показан способ 1/2 I_γ^max, который при­меняют при условии насыщенной по γ-излучению мощности рудных тел (h≥0,6 м) и при равномерном оруденении. Амплитуду аномалии I_γ^max от­считывают от уровня γ -фона вмещающих пород с учетом разности показаний над пере­крывающими и под­стилающими породами.

Другие способы определения h рас­сматриваются в специальной литературе.

Определение содержаний. Определение содержания для всех видов аномалий производится по формуле:

(12.3)

где h - мощность интервала, м.

Значение площади S в см-мкР/час определяется по замкнутому контуру, ограниченному кривой ГК, осью глубин и контактами пласта, как это показано на рис. 12.2.

Введение поправок. При определении содержаний ЕРЭ необходимо учитывать, что какая-то часть γ -излучения поглощается в буровом растворе и обсадных трубах (если они есть).

Поправка на поглощение в буровом растворе П_{б р} и обсадных трубах

П_тр определяется по одной и той же номограмме (рис. 12.3), на которой нанесено 2 кривых: одна - для раствора (воды), другая - для железа (обсадных труб). Исправленная площадь рассчитывается по формуле:

где П_бр и П_тр - доли излучения в процентах, поглощенные, соответственно, буровым раствором и трубами. Эти величины снимаются с номограммы рис. 12.3 по разности в диаметрах скважины и скважинного прибора ГК и по толщине обсадной трубы.

При определении по ПС содержания U необходимо вводить еще поправку на состояние радиоактивного равновесия между ураном и радием, поскольку сам уран γ -квантов практически не дает, а все γ -излучение идет от радия и продуктов его распада. Состояние радиоактивного равновесия определяют по содержанию в руде U и Ra, которые находят по лабораторным анализам керна. В равновесной руде содержание Ra в 3,4-10' раз меньше, чем U. Соответственно, в неравновесной руде . С поправкой на состояние радиоактивного равновесия содержание U:

(12.6)

В скважинах нефтяных и газовых месторождений по диаграммам ПС определяют глинистость коллекторов. На диаграммах ПС проводят одну линию, соответствующую глинам, другую - соответствующую чистым кварцевым пескам. Величину отклонения I_у от этих линий на исследуемом пласте полагают линейно связанной с глинистостью коллектора С_гп.

По мнению других источников,

где а и в - постоянные, величину которых определяют для каждого месторождения на основе лабораторного анализа керна.

Гамма-гамма-каротаж

Гамма-гамма-каротаж (ГТК) заключается в облучении горных пород γ -квантами искусственного источника и измерении рассеянного γ -излучения.

Аппаратура ГТК устроена так же, как и аппаратура ГК, но скважинный снаряд дополняется источником у-квантов. Расстояние между центрами детектора и источника называется длиной зонда. Чтобы прямое у-излучение источника не попадало на детектор, между ними помещают свинцовый экран (рис. 12.4). Поскольку рассеянное излучение имеет более низкую энергию, чем прямое, то для уменьшения его поглощения в буровом растворе детектор γ -квантов так же, как и источник, прижимают к стенке скважины. Для уменьшения влияния кавернозности скважин и детектор, и источник могут быть размещены в небольшом выносном блоке, прижимаемом к стенке скважины и способном заходить в каверны.

Поскольку объектом измерения в ГТК является γ -излучение, провзаимодействовавшее с веществом горной породы, то для дальнейшего рассмотрения этой темы необходимо вспомнить процессы взаимодействия γ -излучения с веществом.