Гамма – каротаж. Физические основы метода (стр. 1 из 3). Нефть гамма каротаж


каротаж - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Гамма-каротаж

Cтраница 1

Гамма-каротаж широко используют в практике при исследовании геологических разрезов. В гидрогеологии и инженерной геологии его применяют для литологического расчленения и стратиграфической корреляции разрезов, определения глинистости пород, оценки их проницаемости и пористости. Метод можно использовать практически в любых геологических условиях, за исключением районов урановых месторождений.  [1]

Гамма-каротаж, проведенный позднее, показал значительное увеличение интенсивности гамма-активности в пределах столба жидкости с наибольшим значением против высокопроницаемых коллекторов.  [2]

Гамма-каротаж ( ГК) основан на том, что разные горные породы имеют различную степень естественной радиоактивности.  [3]

Гамма-каротаж - вид кабельного каротажа в скважине, при котором измеряется радиоактивность породы; позволяет определить тип породы в скважине.  [4]

Гамма-каротаж основан на изучении, горных пород по данным измерения естественной радиоактивности, возникающей при распаде радиоактивных элементов, рассеянных в горных породах. Наибольшую радиоактивность имеют глинистые породы, наименьшую - пески и известняки. Нейтронный каротаж основан на измерении вторичного гамма-излучения, возникающего в горных породах в результате захвата нейтронов, испускаемых источником, ядрами элементов, составляющих горную породу; он позволяет определить положение газоводяного и газонефтяного разделов по повышенным показаниям против пород, насыщенных газом.  [5]

Гамма-каротаж наиболее часто применяют для литологического расчленения разрезов скважин, так как радиоактивность основных типов осадочных пород определяется их глинистостью. В то же время радиоактивность глинистого материала зависит от его происхождения, что часто приводит к неоднозначной интерпретации результатов измерений. В связи с этим для решения поставленной задачи целесообразно дополнительно привлекать методы ГГК-П, НГК или ННК.  [6]

Гамма-каротаж проводится по всему разрезу во всех скважинах. В рудных скважинах кривая ГК используется для выявления в разрезе радиоактивных пород и руд.  [7]

Гамма-каротаж применяется для изучения литологии пластов, выделения; глинистых пород в разрезе и корреляции разрезов скважин.  [8]

Гамма-каротаж проводится по всему стволу в масштабе 1: 200 и в пределах продуктивного горизонта в масштабе 1: 50 с последующей детализацией аномальных участков.  [9]

Гамма-каротаж, нейтронный гамма-каротаж и гамма-гамма-каротаж возможны как в незакрепленной обсадной колонной скважине, так и в закрепленной скважине, так как гамма-лучи проникают сквозь металл. Поэтому эти методы особенно ценны при исследовании скважин, в которых электрокаротаж не применялся.  [10]

Метод гамма-каротажа с применением радиоактивных изотопов, нанесенных на твердую фазу, является наиболее доказательным при определении местоположения трещин, полученных в результате гидроразрыва.  [11]

Кривая гамма-каротажа ( ГК) характеризует естественную радиоактивность пробуренных пород. В применяемом в настоящее время оборудовании не различают естественные источники радиоактивности: калий, торий и элементы ряда уран-радий. Однако уже создано и проходит опробование оборудование, которое не только определяет излучение количественно, но и исследует его природу.  [13]

Сочетание гамма-каротажа с обычным каротажем дает возможность более полно изучать разрез скважины.  [14]

Применение гамма-каротажа дает возможность производить отбивку пластов.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Гамма – каротаж. Физические основы метода

Курсовая работа :Адиятова А.Н.

Министерство Образования РФ

Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет

Кафедра геофизики

Уфа 2002

Геофизик - это субъект, способный с бодрой силой духа выворачивать бесконечные ряды непостижимых формул, выведенных с микроскопической точностью, исходя из неопределенных предположений, основанных на спорных данных, полученных из неубедительных экспериментов, выполненных с неконтролируемой аппаратурой лицами подозрительной надежности и сомнительных умственных способностей. И все это - с открыто признаваемой целью раздражать и путать химерическую группу фанатиков, известных под именем геологов, которые, в свою очередь, являются паразитическим наслоением, окружающим честно и тяжело работающих буровиков.

Journal of Petroleum Technology. 1957

Ядерные методы исследования скважин

Ядерные исследования скважин подразделяются на методы изучения естественной радиоактивности (гамма-методы) и искусственно вызванной радиоактивности, называемые ядерно-физическими или ядерно-геофизическими (гамма-гамма и нейтронные методы).

Методы изучения естественной радиоактивности горных пород в скважинах.

На изучении естественной радиоактивности горных пород основан гамма-каротаж или гамма-метод (ГМ). Это аналог радиометрии.

Работы проводят с помощью скважинных радиометров разных марок. Электрические сигналы, пропорциональные интенсивности гамма-излучения, передаются с них по кабелю в обычную каротажную станцию, где и осуществляется их автоматическая регистрация.

В результате гамма-каротажа записывается непрерывная кривая, или диаграмма, интенсивности гамма-излучения . Величина измеряется в импульсах за минуту или в микрорентгенах в час (гаммах). Поскольку распад ядер является случайным процессом, то интенсивность гамма-излучения колеблется около среднего уровня, испытывая статистические флуктуации. Для их учета применяются повторные записи с меньшей скоростью проведения наблюдений. Так как гамма-лучи почти полностью поглощаются слоем породы толщиной 1 - 2 м, а до 30 % ядерной энергии не пропускается обсадными трубами, то скважинный радиометр может фиксировать гамма-излучение пород, расположенных в радиусе, не превышающем 0,5 м от оси скважины. Увеличение диаметра скважины и наличие воды или бурового раствора в ней еще больше снижают радиус обследования.

На диаграммах гамма-каротажа выявляются пласты с разной степенью радиоактивности. Максимумами выделяются породы и руды, содержащие уран, радий, торий, калий-40 и другие радиоактивные элементы, а также граниты, глины; минимумами - песчаные и карбонатные породы.

Спектрометрия естественного гамма-излучения, т.е. определение энергии гамма-лучей, служит для выделения в разрезах скважин пород и руд, содержащих определенные элементы, например, калий, торий, уран, фосфор и др.

1. Естественная радиоактивность горных пород.

Среди других радиометрических методов исследования скважин наиболее распространенным является метод естественной радиоактивности горных пород или, как его чаще называют, гамма – метод. В его основе лежит изучение закономерностей изменения естественной радиоактивности горных пород, обусловленной присутствием главным образом урана и тория с продуктами распада, а также радиоактивного изотопа калия К40 . остальные радиоактивные элементы (Rb87 , Zr96 , La138 , Sm147 и т.д.) имеют столь большие периоды полураспада, что при существующей распространенности в земной коре заметного вклада в суммарную радиоактивность внести не могут.

Радиоактивностью основных минералов, входящих в состав осадочных горных пород, колеблется в весьма широких пределах – от сотых долей до нескольких тысяч пг-экв Ra/г. Все эти минералы по радиоактивности могут быть разбиты на четыре группы.

Соотношение вклада радиоактивных элементов в общую гамма-активность пород различно. Основной вклад вгамма-активность известняков и особенно доломитов даютRa (соответственно 64% и 75%),вклад Ra, Th, K в радиоактивность песчаников примерно одинаков (Ra 23-26%, Th 40%, K 35%).В связи с этим спектр естественного гамма-излучения терригенных и карбонатных пород различен.

В первую группу, характеризующуюся низкой радиоактивностью, входят основные составляющие осадочных горных пород минералы :

-) кварц

-) доломит

-) ангидрит

-) гипс

-) кальцит

-) сидерит

-) каменная соль.

Вторая группа минералов со средней радиоактивностью представлена отдельными минеральными разностями типа :

-) лимонит

-) магнетит

-)турмалин

-) корунд

-) барит

-) олигоклаз

-) роговая обманка и др.

К третьей группе минералов относятся :

-) глины

-) слюды

-) полевые шпаты

-) калийные соли, характеризующиеся повышенной радиоактивностью, и некоторые другие минералы.

В четвертую группу входят акцессорные минералы, радиоактивность которых более чем в 1000 раз превышает радиоактивность минералов первой группы.

В гамма – методе исследования скважин о величине естественной радиоактивности горных пород судят по интенсивности I g их естественного g-излучения, регистрируемой радиометром, движущимся по стволу скважины.

Гамма – излучение включает также и так называемое фоновое излучение (фон) . Фоновое излучение вызвано загрязнением радиоактивными веществами материалов, из которых изготовлен глубинный прибор, и космическим излучением. Влияние космического излучения резко снижается с глубиной и на глубине нескольких десятков метров на результатах измерений уже не сказывается.

2. Гамма – каротаж.

Измерение интенсивности I g естественного g-излучения пород вдоль ствола скважины называется гамма – каротажем (ГК) .

Условно считают, что эффективный радиус действия установки гамма – каротажа (радиус сферы, из которой исходит 90% излучений, воспринимаемых индикатором) соответствует приблизительно 30 см; излучение от более удаленных участков породы поглощается окружающей средой, не достигнув индикатора. Увеличение dс из-за размыва стенки скважины и образования каверн (обычно в глинистых породах) сопровождается уменьшением показаний гамма – каротажа. Цементное кольцо в большинстве случаев также влияет на величину регистрируемого g-излучения, уменьшая ее. Для определения g-активности пласта при количественной интерпретации данные гамма – каротажа приводят к стандартным условиям.

Интенсивность радиоактивного излучения пород в скважине измеряют при помощи индикатора g-излучения, расположенного в глубинном приборе. Регистрация осуществляется в процессе взаимодействия гамма – излучения с атомами и молекулами вещества, наполняющего индикатор. В качестве индикатора используют счетчики Гейгера – Мюллера или более эффективные, лучше расчленяющие разрез сцинтилляционные счетчики.

2.1 Счетчик Гейгера – Мюллера.

В этом счетчике один из электродов (анод) под напряжением 800 – 1000 В помещен в камеру, заполненную ионизирующим газом под низким давлением (» 0.01 ат). Часть гамма – квантов, проходя через камеру, не взаимодействует на своем пути с молекулами газа, что снижает эффективность счетчика. Другие гамма – кванты вызывают ионизацию нескольких молекул газа.

Каждый зарегистрированный счетчиком гамма – квант вызывает в цепи питания счетчика импульс тока.

2.2 Сцентилляционный счетчик.

Индикатором гамма – излучения является прозрачный кристалл, молекулы которого обладают свойством сцентилляции – испускания фотонов света при воздействии гамма – квантов. Фотоны отмечаются фотоумножителем и вызывают поток электронов к аноду (ток).

Большим преимуществом сцентиллятора является высокая эфективность счета (регистрируется до 50 – 60% гамма – квантов, проходящих через кристалл) по сравнению с другими типами счетчиков, эффективность которых 1 – 5%. Это позволяет уменьшить длину счетчиков с 90 до 10 см, улучшить вертикальное расчленение и обеспечить малую статическую флуктуацию.

2.4 Статистические флуктуации.

Радиоактивный распад непостоянен во времени, поэтому для получения стабильных значений радиоактивности берется значение показаний за достаточно продолжительный промежуток времени. Так как этот период не может быть весьма большим, то измеренная радиоактивность не является постоянной даже в том случае, если глубинный прибор находится в скважине без движения. Наблюдаемые изменения радиоактивности в этом случае называются ее статистическими флуктуациями.

Статистическая флуктуация на диаграмме не должна превышать несколько сантиметров, в противном случае из-за искажения диаграммы не могут быть коррелируемыми. Регулировка амплитуды флуктуации осуществляется подбором постоянной времени интегрирующей ячейки.

2.5 Постоянная времени интегрирующей ячейки.

Регулируемые элементы интегрирующей ячейки позволяют изменить ее постоянную времени от 1 до 6 сек. Выбор того или иного значения постоянной времени, с которой будут проводиться исследования в скважине, исходит из двух противоречивых положений : большая длительность постоянной времени уменьшает статистические флуктуации, но вызывает отставание в записи регистрируемой величины и требует снижения скорости замера для уменьшения искажения кривой.

3. Кривые гамма - каротажа.

Полученная в результате замера кривая, характеризующая интенсивность g-излучения пластов вдоль ствола скважины, называется гамма – каротажной кривой.

Конфигурация получаемой кривой изменения величины I g зависит от целого ряда факторов, связанных с особенностями исследуемого разреза, конструкции скважины и методики производства измерений (радиоактивность горных пород, пройденных скважиной, радиоактивности бурового раствора, диаметра скважины и наличия обсадной колонны).

mirznanii.com

каротаж - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Гамма-каротаж

Cтраница 2

Кривая гамма-каротажа ( ГК) характеризует естественную радиоактивность пробуренных пород. В применяемом в настоящее время оборудовании не различают естественные источники радиоактивности: калий, торий и элементы ряда уран-радий. Однако уже создано и проходит опробование оборудование, которое не только определяет излучение количественно, но и исследует его природу.  [17]

Кривая гамма-каротажа ( ГК) характеризует естественную радиоактивность пробуренных пород. В применяемом в настоящее время оборудовании не различают естественные источники радиоактивности: калий, торий и элементы ряда уран-радий. Однако уже создано и проходит опробование оборудование, которое не только определяет излучение количественно, по и исследует его природу.  [18]

Метод гамма-каротажа выполняется по такой же схеме. При его осуществлении вместо ультразвукового генератора применяются радиоизотопы.  [19]

Показания гамма-каротажа приблизительно пропорциональны гамма-активности пород. Однако при одинаковой активности породы с большей плотностью отмечаются на кривой ГК меньшими величинами из-за более интенсивного поглощения ими гамма-лучей.  [20]

При гамма-каротаже измеряют относительную естественную радиоактивность пород, пересеченных скважиной, а при нейтронном гамма-каротаже определяют интенсивность вторичного гамма-излучения, вызванного действием нейтронов на породу.  [21]

При гамма-каротаже ( ГК) изучают естественную радиоактивность горных пород по данным измерений интенсивности естественного гамма-излучения вдоль ствола скважины. Радиоактивность осадочных горных-пород обусловлена присутствием в них радиоактивных элементов - урана, тория, актиния, продуктов их распада, а также изотопа калия40 К.  [22]

При гамма-каротаже измеряют природную радиоактивность пород. Последняя зависит главным образом от содержания в породах радиоактивных элементов уран-ториево-го ряда и радиоактивного калия. Содержание других радиоактивных элементов ( самария, лантана, рения и др.) в породах ничтожно мало и составляет от общей естественной радиоактивности менее 1 %, при интерпретации результатов гамма-каротажа для рассматриваемых целей радиоактивностью этих элементов можно пренебречь. Естественные радиоактивные элементы при распаде испускают а -, 0 - и у-излучение. Однако для инженерной геологии и гидрогеологии представляет интерес у-излучение этих элементов, анализ которого и положен в основу гамма-каротажа.  [23]

Успешно проводили гамма-каротаж, нейтронный гамма-каротаж, акустический и индукционный каротажи.  [24]

Вначале выполняют гамма-каротаж для определения нормальной радиоактивности пластов в скважине как базы для сравнения, затем доставляют небольшое количество радиоактивного материала в скважину в зону предполагаемого поглощения. После этого проводят еще один гамма-каротаж и сравнивают с предшествующим. Точку прекращения циркуляции устанавливают по снижению показателей радиоактивности на новой диаграмме в месте, где радиоактивный материал поглотился пластом.  [25]

Нейтронный и гамма-каротаж, позволяющие уточнить строение пласта и его физические свойства.  [26]

Регистрация диаграмм гамма-каротажа ведется индикаторами-счетчиками гамма-активности. При перемещении индикатора с бесконечно малой скоростью вдоль оси скважины пласты повышенной гамма-активности выделяются симметричной аномалией.  [27]

В процессе гамма-каротажа измеряют естественную радиоактивность горных пород, зависящую преимущественно от содержания в них радиоактивных изотопов у ран-радиевого, ториевого и актиниевого рядов, а также калия-40. В спектрометрическом варианте определяют содержание урана, тория, радона и калия или соотношение активностей соответствующих изотопов, различающихся энергией гамма-излучения.  [28]

На диаграммах гамма-каротажа мергели занимают промежуточное положение между известняками и глинами. В среднем естественная радиоактивность мергелей выше по сравнению с чистыми известняками и песчаниками, но ниже, чем естественная радиоактивность глин, глинистых алевролитов и аргиллитов.  [29]

На диаграммах гамма-каротажа низкие значения естественного гамма-излучения соответствуют чистым от примесей глин известнякам и доломитам. Исключение составляют некоторые горизонты в отложениях каменноугольной и девонской систем Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, где отдельные пласты карбонатных пород отмечаются повышенными показаниями на диаграммах гамма-каротажа вследствие обогащения их минералами с повышенной радиоактивностью.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Гамма-гамма-каротаж

Введение:

ГГКП основан на измерении жесткой составляющей рассеян­ного гамма-излучения, применяется для измерения плотности горных пород в разрезах скважин.

В качестве источника гамма-излучения при ГГКП исполь­зуют изотоп цезия (137 Сб) с периодом полураспада 26 лет и энергией у-квантов 0,662 МэВ. Для регистрации излучения при­меняются в основном сцинтилляционные детекторы. Источник и индикатор расположены на одной стороне исследуемого объ­екта (см. рис. 64, б). Индикатор заключен в стальную гильзу, поглощающую мягкую компоненту (до 200 кэВ) гамма-излуче­ния, которая не достигает индикатора. В этом случае регистри­руется жесткая компонента рассеянного гамма-излучения. Рас­стояние между серединой источника и серединой индикатора называют длиной зонда Ь. Оптимальная длина зонда 30—50 см. Для указанных расстояний зависимости логарифма интенсив­ности гамма-излучения I от плотности 6 в основном линейны ^/ = /(6). В породах с малой плотностью при небольшой длине зонда линейность нарушается. Для снижения влияния скважины на показания ГГКП источник и индикатор прижимаются к стенке скважины и экранируются от нее свинцом. Однако на­личие между прибором и стенкой скважины промежуточного слоя (ПЖ, воздуха, глинистой корки, железной колонны) при­водит к изменению средней плотности исследуемой среды. Гли­нистая корка и неровности стенки скважины вызывают увели­чение показаний ГГКП.

Из расчетов следует, что увеличение толщины промежуточ­ного слоя между прибором и пластом всего на 1 см изменяет кажущуюся плотность пород по ГГКП на 0,12—0,3 г/см3 , что снижает точность определения плотности пород, несмотря на наличие прижимного устройства. Сильное влияние промежуточ­ной среды объясняется малой глубинностью ГГКП; при длине зонда /, = 30 см 90% регистрируемого излучения поступает от слоя пород толщиной 10—12 см, а при /,= 12-М5 см — от слоя пород толщиной всего 6—7 см. Минерализация промывочной жидкости и пластовой воды мало сказывается на показаниях ГГКП.

Физические основы метода

Гамма-гамма-каротаж (ГГК) основан на измерении характери­стик рассеянного гамма-излучения, возникающего при облуче­нии горных пород внешним источником гамма-излучения. Глав­ными во взаимодействии гамма-излучения с веществом явля­ются образования электрон-позитронных пар, фотоэффект и комптон-эффект.

Электрон-позитронные пары образуются при взаи­модействии у-квантов очень высокой энергии (более 5—10 МэВ) с ядром атома. При этом у-квант исчезает, и в электрическом поле ядер образуются пары электрон-позитрон.

При фотоэффекте происходит поглощение у-кванта од­ним из электронов атома, причем энергия у-кванта преобразу­ется в кинетическую энергию электрона, вылетающего за пре­делы атома (гамма-квант передает всю свою энергию одному из электронов внутренней оболочки). Вероятность фотоэффекта резко увеличивается с увеличением 1 и уменьшением энергии излучения. В веществах, содержащих элементы с 2<20, для гамма-излучения с £>200 кэВ влияние фотоэффекта мало.

При комптон-эффекте в отличие от фотоэффекта у- квант не исчезает, а лишь передает часть энергии одному из электронов атома (становится менее жестким) и меняет направ­ление движения (рассеивается). Этот вид взаимодействия яв­ляется основным в среде, содержащей легкие (2<20) эле­менты, для излучений с энергией 0,5—1 МэВ. В процессе рас­сеяния энергия кванта уменьшается до величины, при которой он поглощается в результате фотоэффекта. Для квантов с на­чальной энергией £ = 0,5-М МэВ число актов рассеяния до по­глощения в горной породе составляет в среднем 6—8. Интен­сивность комптоновского рассеяния пропорциональна числу электронов в единице объема вещества, и поэтому вероятность этого процесса пропорциональна атомному номеру вещества.

Вероятность комптоновского взаимодействия испускаемых источником ^-квантов пропорциональна числу электронов Ые в единице объема вещества (электронной плотности), которое связано с объемной плотностью (плотностью вещества б) соот­ношением

ие =ык гыАу , (1У.З)

или

N, = N6 2ЗД/М, (1У.4)

где Л^а=6,02- 1023 моль-1 —число Авогадро; 1 — атомный номер элемента, входящего в состав вещества; А — атомная масса; М — молекулярная масса; щ — число атомов с атомным номе­ром в молекуле.

Для элементов, составляющих горные породы ^<20), от­ношения 1!А и достаточно постоянны и близки к 0,5. В соответствии с этим величина гамма-излучения определяется в основном

электронной (кажущейся) плотностью среды, окру­жающей прибор, пропорциональной объемной плотности, и не зависит от изменений ее вещественного состава.

В действительности кажущаяся плотность бп .к, зависящая от числа электронов в единице объема пород, отличается от ис­тинной плотности породы 6п на

Абп - т5—г/А)/0,5]. 100. (1У.5)

Погрешности Дбп для разных пород различны и могут до­стигать 3 %.

В методе ГГК различают две основные модификации: плот- ностной гамма-гамма-каротаж (ГГКП) и селективный гамма- гамма-каротаж (ГГКС).

Процессы взаимодействия γ-излучения с веществом

Существуют 3 основных процесса, которые носят названия фотопоглощения, комптоновского рассеяния и образования пар.

Фотопоглощение (фотоэффект) заключается в поглощении γ-кванта атомом вещества, его энергия уходит на отрыв от атома электрона и сообщение последнему импульса энергии. Атом остается возбужденным и переходит в нормальное состояние, испуская фотон рентгеновского излучения.

Фотоэффект наблюдается при самых малых энергиях γ-квантов. Вероятность поглощения τф, при фотоэффекте сложным образом зависит от энергии γ-кванта Еγ и химического состава вещества.

Комптоновское рассеяние - это неупругое рассеяние γ-квантов на электронах вещества, в результате которого γ-квант теряет часть своей энергии и меняет направление движения. Наблюдается комптон-эффект при более высоких энергиях, условно можно считать Еγ > 0,5 МэВ.

Вероятность комптон-эффекта τγ зависит от сечения комптоновского рассеяния σк, которое, в свою очередь, является функцией энергии и атомного номера элемента, и от числа электронов в единице объема вещества пe.

Рис. 5.2. Виды взаимодействия гамма-квантов с веществом:

Фотоэффект (а), комптоновское рассеяние (б), образование пар (в),

ядерный фотоэффект (в)

Образование пар - происходит при взаимодействии γ-кванта с полем ядра атома, γ-квант прекращает свое существование, вместо него образуется пара: электрон и позитрон. Вероятность этого процесса невелика, во-первых, потому, что ядро занимает лишь небольшую часть объема всего атома и, во-вторых, потому, что энергия γ-кванта должна быть достаточной для этой реакции (Eγ > 1,02 МэВ).

Процесс образования пар в ядерно-геофизических методах пока не используют.

Ядерный фотоэффект заключается в поглощении γ-кванта ядром атома, после чего ядро становится возбужденным и переходит в нормальное состояние через испускание нейтрона. Нейтрон имеет тепловую энергию. Эта реакция пороговая - энергия γ-кванта должна быть больше энергии связи нейтрона в ядре, а она зависит от массы последнего.

Все рассмотренные процессы в горных породах при облучении их γ-квантами искусственного источника происходят не по отдельности, а совместно. Быстрые γ-кванты исчезают в результате образования пар и замедляются в результате комптоновского рассеяния, рассеянные поглощаются в результате фотоэффекта. Преобладание того или иного процесса зависит от энергии γ-квантов и свойств горной породы - ее плотности и эффективного номера.

В зависимости от того, какой из процессов подвергается исследованию, в ГГК выделяют 2 основные разновидности метода: плотностной и селективный γ-γ-каротаж.

Для узкого пучка гамма – квантов суммарное сечение взаимодействия с веществом:

J = J0 exp ( - μ∑ * r) [1.1]

где, μ∑ = τфмакр + τэпмакр + σкмакр

μ∑ - имеет смысл линейного коэффициента ослабления. Для перехода к 4π пространству, введём множитель в формулу 2.1:

J =(1/4πr2 ) J0 exp ( - μ∑ * r) [1.2]

Из приведённых в главе формул микроскопических сечений взаимодействия можно сделать вывод, о том, что только сечения Комптон – эффекта однозначно зависит от плотности среды. Действительно, отношение Z / Am для породообразующих минералов стабилен и равен 0,5, для водорода = 1, для тяжёлых элементов >0,5, но малое их содержание вносит погрешность, на мой взгляд, меньший, чем погрешность измерений, и ими мы пренебрегаем. Другими словами, сечение Комптон – эффекта пропорционально плотности среды через некоторую const.

Эффект Комптоновского рассеяния имеет смысл некогерентного (рис 3). В среде также возможно упругое (когерентное) рассеяние. Но когерентное рассеяние начинает происходить при энергиях гамма – кванта менее приблизительно 50 кэВ, а гамма – кванты с такой энергией фильтруются.

Из вышесказанного понятно, что для определения плотности информация, полученная в процессе искажения первичного потока гамма – квантов другими видами взаимодействий, является помехой. Для решения этой задачи рассмотрим вероятности протекания различных видов взаимодействий в зависимости от энергии гамма – квантов.

Взаимодействие с образованием электронно – позитронных пар происходит при энергиях больше 1,022 МэВ. Вероятность фотоэффекта дискретна и растёт с коротковолровой стороны, начиная с энергий около 0,2 МэВ. Сечение Комптон – эффекта в энергетическом окне 0,2 , 1 МэВ практически постоянно, и в этом окне крайне мало вероятны другие взаимодействия. Сделаем вывод, что если снимать информацию с гамма – квантов этого энергетического окна, то она будет характеризовать только плотность среды или горной породы. Информация носит характер ослабления потока гамма – квантов, испускаемых источником, в процессе некогерентного Комптоновского рассеяния на электронах среды. Полевые измерения реализуются в измерении скорости счёта гамма – квантов Jyy [имп /сек], пришедших на детектор, но осреднённому по объёму области, в котором существует поле, где изменение скорости счёта происходит прямо пропорционально изменению плотности среды.

mirznanii.com

Учебное пособие - Гамма каротаж. Физические основы метода

Гамма – каротаж. Физические основы метода

Курсовая работа: Адиятова А.Н.

Министерство Образования РФ

Уфимский Государственный Нефтяной Технический Университет

Кафедра геофизики

Уфа 2002

Геофизик — это субъект, способный с бодрой силой духа выворачивать бесконечные ряды непостижимых формул, выведенных с микроскопической точностью, исходя из неопределенных предположений, основанных на спорных данных, полученных из неубедительных экспериментов, выполненных с неконтролируемой аппаратурой лицами подозрительной надежности и сомнительных умственных способностей. И все это — с открыто признаваемой целью раздражать и путать химерическую группу фанатиков, известных под именем геологов, которые, в свою очередь, являются паразитическим наслоением, окружающим честно и тяжело работающих буровиков.

Journal of Petroleum Technology. 1957

Ядерные методы исследования скважин

Ядерные исследования скважин подразделяются на методы изучения естественной радиоактивности (гамма-методы) и искусственно вызванной радиоактивности, называемые ядерно-физическими или ядерно-геофизическими (гамма-гамма и нейтронные методы).

Методы изучения естественной радиоактивности горных пород в скважинах.

На изучении естественной радиоактивности горных пород основан гамма-каротаж или гамма-метод (ГМ). Это аналог радиометрии.

Работы проводят с помощью скважинных радиометров разных марок. Электрические сигналы, пропорциональные интенсивности гамма-излучения, передаются с них по кабелю в обычную каротажную станцию, где и осуществляется их автоматическая регистрация.

В результате гамма-каротажа записывается непрерывная кривая, или диаграмма, интенсивности гамма-излучения. Величина измеряется в импульсах за минуту или в микрорентгенах в час (гаммах). Поскольку распад ядер является случайным процессом, то интенсивность гамма-излучения колеблется около среднего уровня, испытывая статистические флуктуации. Для их учета применяются повторные записи с меньшей скоростью проведения наблюдений. Так как гамма-лучи почти полностью поглощаются слоем породы толщиной 1 — 2 м, а до 30 % ядерной энергии не пропускается обсадными трубами, то скважинный радиометр может фиксировать гамма-излучение пород, расположенных в радиусе, не превышающем 0,5 м от оси скважины. Увеличение диаметра скважины и наличие воды или бурового раствора в ней еще больше снижают радиус обследования.

На диаграммах гамма-каротажа выявляются пласты с разной степенью радиоактивности. Максимумами выделяются породы и руды, содержащие уран, радий, торий, калий-40 и другие радиоактивные элементы, а также граниты, глины; минимумами — песчаные и карбонатные породы.

Спектрометрия естественного гамма-излучения, т.е. определение энергии гамма-лучей, служит для выделения в разрезах скважин пород и руд, содержащих определенные элементы, например, калий, торий, уран, фосфор и др.

1. Естественная радиоактивность горных пород.

Среди других радиометрических методов исследования скважин наиболее распространенным является метод естественной радиоактивности горных пород или, как его чаще называют, гамма – метод. В его основе лежит изучение закономерностей изменения естественной радиоактивности горных пород, обусловленной присутствием главным образом урана и тория с продуктами распада, а также радиоактивного изотопа калия К40. остальные радиоактивные элементы (Rb87, Zr96, La138, Sm147 и т.д.) имеют столь большие периоды полураспада, что при существующей распространенности в земной коре заметного вклада в суммарную радиоактивность внести не могут.

Радиоактивностью основных минералов, входящих в состав осадочных горных пород, колеблется в весьма широких пределах – от сотых долей до нескольких тысяч пг-экв Ra/г. Все эти минералы по радиоактивности могут быть разбиты на четыре группы.

Соотношение вклада радиоактивных элементов в общую гамма-активность пород различно. Основной вклад вгамма-активность известняков и особенно доломитов даютRa (соответственно 64% и 75%), вклад Ra, Th, K в радиоактивность песчаников примерно одинаков (Ra 23-26%, Th 40%, K 35%).В связи с этим спектр естественного гамма-излучения терригенных и карбонатных пород различен.

В первую группу, характеризующуюся низкой радиоактивностью, входят основные составляющие осадочных горных пород минералы :

-) кварц

-) доломит

-) ангидрит

-) гипс

-) кальцит

-) сидерит

-) каменная соль.

Вторая группа минералов со средней радиоактивностью представлена отдельными минеральными разностями типа :

-) лимонит

-) магнетит

-)турмалин

-) корунд

-) барит

-) олигоклаз

-) роговая обманка и др.

К третьей группе минералов относятся :

-) глины

-) слюды

-) полевые шпаты

-) калийные соли, характеризующиеся повышенной радиоактивностью, и некоторые другие минералы.

В четвертую группу входят акцессорные минералы, радиоактивность которых более чем в 1000 раз превышает радиоактивность минералов первой группы.

В гамма – методе исследования скважин о величине естественной радиоактивности горных пород судят по интенсивности Igих естественного g-излучения, регистрируемой радиометром, движущимся по стволу скважины.

Гамма – излучение включает также и так называемое фоновое излучение (фон). Фоновое излучение вызвано загрязнением радиоактивными веществами материалов, из которых изготовлен глубинный прибор, и космическим излучением. Влияние космического излучения резко снижается с глубиной и на глубине нескольких десятков метров на результатах измерений уже не сказывается.

2. Гамма – каротаж.

Измерение интенсивности Ig естественного g-излучения пород вдоль ствола скважины называется гамма – каротажем (ГК).

Условно считают, что эффективный радиус действия установки гамма – каротажа (радиус сферы, из которой исходит 90% излучений, воспринимаемых индикатором) соответствует приблизительно 30 см; излучение от более удаленных участков породы поглощается окружающей средой, не достигнув индикатора. Увеличение dс из-за размыва стенки скважины и образования каверн (обычно в глинистых породах) сопровождается уменьшением показаний гамма – каротажа. Цементное кольцо в большинстве случаев также влияет на величину регистрируемого g-излучения, уменьшая ее. Для определения g-активности пласта при количественной интерпретации данные гамма – каротажа приводят к стандартным условиям.

Интенсивность радиоактивного излучения пород в скважине измеряют при помощи индикатора g-излучения, расположенного в глубинном приборе. Регистрация осуществляется в процессе взаимодействия гамма – излучения с атомами и молекулами вещества, наполняющего индикатор. В качестве индикатора используют счетчики Гейгера – Мюллера или более эффективные, лучше расчленяющие разрез сцинтилляционные счетчики.

2.1 Счетчик Гейгера – Мюллера.

В этом счетчике один из электродов (анод) под напряжением 800 – 1000 В помещен в камеру, заполненную ионизирующим газом под низким давлением (» 0.01 ат). Часть гамма – квантов, проходя через камеру, не взаимодействует на своем пути с молекулами газа, что снижает эффективность счетчика. Другие гамма – кванты вызывают ионизацию нескольких молекул газа.

Каждый зарегистрированный счетчиком гамма – квант вызывает в цепи питания счетчика импульс тока.

2.2 Сцентилляционный счетчик.

Индикатором гамма – излучения является прозрачный кристалл, молекулы которого обладают свойством сцентилляции – испускания фотонов света при воздействии гамма – квантов. Фотоны отмечаются фотоумножителем и вызывают поток электронов к аноду (ток).

Большим преимуществом сцентиллятора является высокая эфективность счета (регистрируется до 50 – 60% гамма – квантов, проходящих через кристалл) по сравнению с другими типами счетчиков, эффективность которых 1 – 5%. Это позволяет уменьшить длину счетчиков с 90 до 10 см, улучшить вертикальное расчленение и обеспечить малую статическую флуктуацию.

2.4 Статистические флуктуации.

Радиоактивный распад непостоянен во времени, поэтому для получения стабильных значений радиоактивности берется значение показаний за достаточно продолжительный промежуток времени. Так как этот период не может быть весьма большим, то измеренная радиоактивность не является постоянной даже в том случае, если глубинный прибор находится в скважине без движения. Наблюдаемые изменения радиоактивности в этом случае называются ее статистическими флуктуациями.

Статистическая флуктуация на диаграмме не должна превышать несколько сантиметров, в противном случае из-за искажения диаграммы не могут быть коррелируемыми. Регулировка амплитуды флуктуации осуществляется подбором постоянной времени интегрирующей ячейки.

2.5 Постоянная времени интегрирующей ячейки.

Регулируемые элементы интегрирующей ячейки позволяют изменить ее постоянную времени от 1 до 6 сек. Выбор того или иного значения постоянной времени, с которой будут проводиться исследования в скважине, исходит из двух противоречивых положений: большая длительность постоянной времени уменьшает статистические флуктуации, но вызывает отставание в записи регистрируемой величины и требует снижения скорости замера для уменьшения искажения кривой.

3. Кривые гамма — каротажа.

Полученная в результате замера кривая, характеризующая интенсивность g-излучения пластов вдоль ствола скважины, называется гамма – каротажной кривой.

Конфигурация получаемой кривой изменения величины Igзависит от целого ряда факторов, связанных с особенностями исследуемого разреза, конструкции скважины и методики производства измерений (радиоактивность горных пород, пройденных скважиной, радиоактивности бурового раствора, диаметра скважины и наличия обсадной колонны).

Точное аналитическое рассмотрение влияния на величину Ig всей совокупности этих факторов представляет собой весьма сложную задачу, до настоящего времени полностью не решенную. Однако влияние каждого из этих факторов в отдельности изучено достаточно подробно.

Благодаря статистическим флуктуациям кривая радиоактивного каротажа имеет отклонения, не связанные с изменением физических свойств пластов (погрешности измерений). Погрешность, связанная с флуктуацией, тем больше, чем меньше импульсов, испускаемых в еденицу времени (скорость счета). В общем случае интенсивность g-излучения пластов, вскрываемых скважиной, приблизительно пропорциональна g-активности пород. Однако при одинаковой g-активности породы с большей плотностью отмечается меньшими показаниями ГК из-за более интенсивного поглощения g-лучей. Показания гамма – каротажа являются функцией не только радиоактивности и плотности пород, но и условий измерений в скважине (диаметр скважины, плотность промывочной жидкости и др.).

Влияние скважины на показания ГК проявляется в повфшении интенсивности g-излучения за счет естественной радиоактивности колонн, промывочной жидкости и цемента и в ослаблении g-излучения горных пород вследствие поглощения g-лучей колонной, промывочной жидкостью и цементом. В связи с преобладающим значением второго процесса влияние скважины сказываются главным образом в поглощении g-лучей горных пород. Это приводит к тому, что при выходе глубинного скважинного снаряда из жидкости наблюдается увеличение g-излучения. Пи переходе его из необсаженной части скважины в обсаженную отмечается снижение интенсивности естественных g-излучений, что вызывает смещение кривых и уменьшение дифференцированности диаграммы. Такое же явление наблюдается при переходе глубинного прибора из одноколонной части скважины в двухколонную.

4. Количественная оценка радиоактивности горных пород.

Конечной целью геофизической интерпретации данных гамма – метода является количественная оценка содержания в горных породах радиоактивных элементов.

В принципе оценка по кривым гамма – метода содержания в исследуемых породах радиоактивных элементов qп может быть решена на базе использования одного из двух следующих соотношений :

q = S/KgH; q = I¥g/Kg

где

S – площадь аномалии на кривой Ig против исследуемого пласта;

I¥g — интенсивность g-излучения, регистрируемая против исследуемого пласта при условии его бесконечно большой мощности;

H – мощность пласта;

Кg — так называемая g-постоянная прибора, численно равная интенсивности g-излучения, которая фиксируется используемым радиометром против пласта бесконечной мощности с единичным содержанием радиоактивных элементов.

Таким образом, в обоих случаях задача сводится к определению постоянной Кgрадиометра, которым получена кривая Ig, т.е. практически к проблеме эталонирования радиометрической аппаратуры.

Решение этой задачи весьма сложно, так как величина Кgзависит от целого ряда трудно учитываемых и, что самое главное, непостоянных факторов. Обычно она находится экспериментально.

5 Область применения метода.

В комплексе с данными других методов промысловой геофизики результаты гамма – метода исследования скважин используются для литологического расчленения разрезов скважин, для их корреляции и для выделения в них полезных ископаемых. В осадочных отложениях они являются наиболее надежным геофизическим критерием степени глинистости горных пород.

5.1 Выделение полезных ископаемых.

Среди полезных ископаемых, однозначно выделяемых по данным гамма – метода, в первую очередь следует назвать радиоактивные руды (уран, радий и торий), а также калийные соли.

В скважинах, бурящихся с целью поисков и разведки месторождений радиоактивных руд, гамма – метод является основным геофизическим методом исследования, на основании данных которого осуществляется не только выделение в разрезе рудных пластов и пропластков, но и количественная оценка содержания в этих рудах радиоактивных элементов. Эти данные широко используются при подсчете месторождений радиоактивных руд.

Во многих случаях по кривым гамма – метода в разрезе скважин уверенно выделяются скопления фосфоритов, марганца, свинца и других редких цветных металлов. На указанных кривых все эти полезные ископаемые отмечаются аномально повышенными интенсивностями Ig .

5.2 Расчленение.

В основе литологического расчленения по данным гамма – метода разрезов скавжин лежат закономерности изменения радиоактивности горных пород.

В скважинах нефтяных, газовых, угольных и других месторождений, приуроченных к осадочным отложениям, кривые гамма – метода отражают в первую очередь степень глинистости горных пород и наличие в разрезе низкоактивных пород гидрохимического происхождения. Как правило, повышенными интенсивностями Ig на кривых отмечаются наиболее глинистые разности осадочных горных пород. Минимальными интенсивностями Ig характеризуются хемогенные осадки (галиты, гипсы, ангидриты) и чистые неглинистые разности песков, песчаников, известняков и доломитов. В хемогенно-карбонатной толще пород это позволяет выделить среди известняков и доломитов ангидриты и каменные соли, не отличающиеся от пород толщи по величине электрического сопротивления и по нейтронным свойствам, а также высокоактивные калийные соли и глинистые разности. В песчано – глинистой части разреза скважин среди непроницаемых глинистых отложений, характеризующихся повышенной радиоактивностью, пониженными интенсивностями Ig на кривых гамма – метода уверенно выделяются пласты чистых неглинистых песков и песчаников – возможных коллекторов нефти. Особенно возрастает роль гамма – метода для выделения коллекторов в случае, когда исследуемые скважины заполнены буровым раствором, удельное электрическое сопротивление которого близко к сопротивлению пластовых вод. В этих условиях кривые метода ПС слабо дифференцированы и данные гамма – метода становятся основным исходным материалом для выделения проницаемых разностей – коллекторов. Кроме того, гамма – метод дает возможность расчленять геологические разрезы старых обсаженных скважин, привязывать к глубинам соединительные муфты и пласты, пройденные скважиной, и тем самым повысить точность перфораций.

Гамма – метод применяется также для выделения пород пониженной радиоактивности, например каменных углей.

В случае высоких стабильных значений радиоактивности против глин и низких показаний радиоактивности в песках некоторые авторы приводят количественную интерпретацию кривых гамма – метода для определения глинистости коллекторов. Для этого проводят линию, соответствующую чистым (неглинистым) отложениям, и линию глин. Величина отклонения кривой принимается линейно связанной с глинистостью c. Некоторые исследователи применяют следующую зависимость :

lg c= A Ig,диагр+ В,

где А и В – постоянные, определяемые по керну для каждой площади.

--PAGE_BREAK--5.3.Корреляция.

В основе использования данных гамма – метода для корреляции разрезов скважин лежит хорошая выдержанность радиоактивности отдельных литологических разностей пород в пределах больших площадей и территорий. По сравнению с другими методами использование данных гамма – метода для корреляции характеризуются следующими преимуществами.

Независимость регистрируемой интенсивности Ig от минерализации пластовых вод и бурового раствора.

Независимость величины Ig от нефтенасыщенности горных пород.

Это позволяет осуществлять по данным гамма – метода корреляцию пластов без учета технологии проводки скважины и изменения по площади минерализации пластовых вод, а также без учета положения рассматриваемых скважин по отношению водонефтеносности. Мало сказывается на величине регистрируемой интенсивности Ig и изменение таких непостоянных по площади параметров горных пород, как их пористость и структура порового пространства в карбонатных отложениях. Все это вместе взятое приводит к тому, что результаты гамма – метода являются наиболее надежным материалом для межплощадной и региональной корреляции.

5.4 Оценка глинистости.

Основная ценность гамма – метода при исследовании осадочных горных пород заключается в возможности количественных определений по его данным глинистости Сгл горных пород или содержания в карбонатных породах нерастворимого остатка Спо – параметров, знание которых необходимо при оценке коллекторских свойств горных пород, а также при количественной интерпретации данных других методов промысловой геофизики.

В основе количественных определений лежит корреляционная связь радиоактивности qп горных пород с содержанием в них глинистого материала Сгл и нерастворимого остатка Спо, характеризующихся повышенной радиоактивностью.

6. Заключение.

Во всех горных породах хотя бы в небольших количествах присутствуют радиоактивные изотопы, содержание которых в разных породах различно, поэтому посредством регистрации радиоактивных излучений в скважине можно судить о характере горных пород.

Гамма-каротаж основан на измерении естественной гамма — активности горных пород.При гамма — каротаже регистрируются гамма — лучи в скважине.

Гамма – излучение представляет собой высокочастотное электромагнитное излучение, возникающее в результате ядерных процессов, и рассматривается как поток дискретных частиц (гамма — квантов).

Работы проводят с помощью скважинных радиометров разных марок. Электрические сигналы, пропорциональные интенсивности гамма-излучения, передаются с них по кабелю в обычную каротажную станцию, где и осуществляется их автоматическая регистрация.

В результате гамма — каротажа записывается непрерывная кривая, или диаграмма, интенсивности гамма-излучения. Поскольку распад ядер является случайным процессом, то интенсивность гамма-излучения колеблется около среднего уровня, испытывая статистические флуктуации. Для их учета применяются повторные записи с меньшей скоростью проведения наблюдений. Так как гамма — лучи почти полностью поглощаются слоем породы толщиной 1 — 2 м, а до 30 % ядерной энергии не пропускается обсадными трубами, то скважинный радиометр может фиксировать гамма-излучение пород, расположенных в радиусе, не превышающем 0,5 м от оси скважины. Увеличение диаметра скважины и наличие воды или бурового раствора в ней еще больше снижают радиус обследования.

На диаграммах гамма — каротажа выявляются пласты с разной степенью радиоактивности. Максимумами выделяются породы и руды, содержащие уран, радий, торий, калий-40 и другие радиоактивные элементы, а также граниты, глины; минимумами — песчаные и карбонатные породы.

Список литературы.

С.С. Итенберг, Т.Д. Дахкильгов “Геофизические исследования в скважинах”, Москва, «Недра», 1982 г.

Н.А. Перьков “Интерпретация результатов каротажа скважин”, Москва, «Гостоптехиздат», 1963 г.

Р. Дебранд “Теория и интерпретация результатов геофизических методов исследования скважин”, Москва, «Недра», 1972 г.

В.В Ларионов “Радиометрия скважин”, Москва, «Недра», 1969

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.ed.vseved.ru/

www.ronl.ru

Гамма-гамма-каротаж

Процессы взаимодействия γ-излучения с веществом Существуют 3 основных процесса, которые носят названия фотопоглощения, комптоновского рассеяния и образования пар. Фотопоглощение (фотоэффект) заключается в поглощении γ-кванта атомом вещества, его энергия уходит на отрыв от атома электрона и сообщение последнему импульса энергии. Атом остается возбужденным и переходит в нормальное состояние, испуская фотон рентгеновского излучения. Фотоэффект наблюдается при самых малых энергиях γ-квантов. Вероятность поглощения  τф, при фотоэффекте   сложным   образом   зависит   от   энергии   γ-кванта    Еγ    и химического состава вещества. Комптоновское рассеяние - это неупругое рассеяние γ-квантов на электронах вещества, в результате которого γ-квант теряет часть своей энергии и меняет направление движения. Наблюдается комптон-эффект при более высоких энергиях, условно можно считать Еγ > 0,5 МэВ. Вероятность комптон-эффекта τγ зависит от сечения комптоновского рассеяния σк, которое, в свою очередь, является функцией энергии и атомного номера элемента, и от числа электронов в единице объема вещества пe.

Рис. 5.2. Виды взаимодействия гамма-квантов с веществом: Фотоэффект (а), комптоновское рассеяние (б), образование пар (в), ядерный  фотоэффект (в)   Образование пар - происходит при взаимодействии γ-кванта с полем ядра атома, γ-квант прекращает свое существование, вместо него образуется пара: электрон и позитрон. Вероятность   этого   процесса   невелика,   во-первых,   потому,   что  ядро занимает лишь небольшую часть объема всего атома и, во-вторых, потому, что энергия γ-кванта должна быть достаточной для этой реакции (Eγ > 1,02 МэВ).  Процесс образования  пар в ядерно-геофизических методах пока не используют. Ядерный фотоэффект заключается в поглощении γ-кванта ядром атома, после чего ядро становится возбужденным и переходит в нормальное состояние через испускание нейтрона. Нейтрон имеет тепловую энергию. Эта реакция пороговая - энергия γ-кванта должна быть больше энергии связи нейтрона в ядре, а она зависит от массы последнего. Все рассмотренные процессы в горных породах при облучении их γ-квантами искусственного источника происходят не по отдельности, а совместно. Быстрые γ-кванты исчезают в результате образования пар и замедляются в результате комптоновского рассеяния, рассеянные поглощаются в результате фотоэффекта. Преобладание того или иного процесса зависит от энергии γ-квантов и свойств горной породы - ее плотности и эффективного номера. В зависимости от того, какой из процессов подвергается исследованию, в ГГК выделяют 2 основные разновидности метода: плотностной и селективный γ-γ-каротаж.

Для узкого пучка гамма – квантов суммарное сечение взаимодействия с веществом:

            J = J0 exp ( - μ∑ * r)                              [1.1]

где,  μ∑ = τфмакр + τэпмакр + σкмакр

      μ∑  - имеет смысл линейного коэффициента ослабления. Для перехода к 4π пространству, введём множитель в формулу 2.1:

                          J =(1/4πr2) J0 exp ( - μ∑ * r)          [1.2]

Из приведённых в главе формул микроскопических сечений взаимодействия можно сделать вывод, о том, что только сечения Комптон – эффекта однозначно зависит от плотности среды. Действительно, отношение Z / Am для породообразующих минералов стабилен и равен 0,5, для водорода = 1, для тяжёлых элементов  >0,5, но малое их содержание вносит погрешность, на мой взгляд, меньший, чем погрешность измерений, и ими мы пренебрегаем. Другими словами, сечение Комптон – эффекта пропорционально плотности среды через некоторую const.

Эффект Комптоновского рассеяния имеет смысл некогерентного (рис 3). В среде также возможно упругое (когерентное) рассеяние. Но когерентное рассеяние начинает происходить при энергиях гамма – кванта менее приблизительно 50 кэВ, а гамма – кванты с такой энергией фильтруются.

Из вышесказанного понятно, что для определения плотности информация, полученная в процессе искажения первичного потока гамма – квантов другими видами взаимодействий, является помехой. Для решения этой задачи рассмотрим вероятности протекания различных видов взаимодействий в зависимости от энергии гамма – квантов.

 Взаимодействие с образованием электронно – позитронных пар происходит при энергиях больше 1,022 МэВ. Вероятность фотоэффекта дискретна и растёт с коротковолровой стороны, начиная с энергий около 0,2 МэВ. Сечение Комптон – эффекта в энергетическом окне 0,2 , 1 МэВ практически постоянно, и в этом окне крайне мало вероятны другие взаимодействия. Сделаем вывод, что если снимать информацию с гамма – квантов этого энергетического окна, то она будет характеризовать только плотность среды или горной породы. Информация носит характер ослабления потока гамма – квантов, испускаемых источником, в процессе некогерентного Комптоновского рассеяния на электронах среды. Полевые измерения реализуются в измерении скорости счёта гамма – квантов Jyy [имп /сек], пришедших на детектор, но осреднённому по объёму области, в котором существует поле, где изменение скорости счёта происходит прямо пропорционально изменению плотности среды.

Как было показано в главе 1, рис 3 - б при рассеянии гамма – кванты меняют свою первоначальную траекторию на некоторый угол θ, с вероятностью, зависящей от энергии. В интервале рабочих энергий углы рассеяния лежат в области 2π, причем отражения на угол более 90 становятся вероятнее с снижением энергии, таким образом накапливаются. Распределение плотности гамма – квантов зависит от двух параметров  - плотности и расстояния от источника.

 Существует окно значений, в котором изменения ρ * r не ведёт к изменению плотности гамма – квантов, эту область называют инверсионной. Она образуется из – за возврата гамма – квантов. Она представляет в однородной, изотропной среде область, ограниченную сферами, радиусы которых зависят от плотности изменяются с её изменением, т. е. эта область сужается в среде с большей плотностью и наоборот. Совершенно понятно, что данные, полученные из инверсионной области для данной модификации некондиционны. Поэтому перед проведением каротажа плотностей необходимо априори иметь представление об величинах плотностей в разрезе для корректного выбора типоразмера зонда. При бурении скважин стенки скважины и около скважинное пространство испытывают различные измерения, обусловленные размывами, обрушениями, сальниками, проникновением бурового раствора, воздействием ПРИ.  Это главная и безусловная помеха. Данные, полученные из доинверсионной области будут характеризовать плотность близ стеночного пространства, с искажённой плотностью. Поэтому, для повышения глубинности снятия информации используются заинверсионные зонды. Зонды и аппаратура

 Для плотностной модификации ГГК применяют  зонды различного аппаратно – технологического решения, но объединённые одной характеристикой – длинной зонда, т. е. расстоянием между приёмником и источником.

От длины зонда зависит относительная интенсивность регистрируемых гамма – квантов, рис 4. Из этих графиков видно, что по мере роста длинны зонда при одинаковых значениях плотности, различия в скорости счета то же увеличивается. Т. о. разрешающая способность растёт по мере увеличения длинны зонда.

Для экранированного от скважины прибора относительная дифференциация, за которую принято отношение показаний I против пласта с плотностью 2 или 2,325 г/см3  к значению J0  в пласте с плотностью 2,65 г/см3, растет с увеличением длины зонда z. Из сопоставления I / I0 и I2 /  I0 следует, что зависимость Ln(I / I0) = f(ρ) близка к линейной при z> 20 см

Наиболее важный вывод — уменьшение влияния глинистой корки с увеличением длины зонда z. При увеличении z от 35 до 100 см влияние промежуточ­ной среды уменьшается примерно в 2 раза, но еще остается достаточно большим (0,04—0,06 г/см3 на 1 см глинистой корки), что не позволяет отказаться от учета этого фактора и соответствующей корректировки результатов ПГГК.

Геометрическая глубинность R, увеличивается с уменьшением плот­ности ρ, и ростом длины зонда z, в среднем составляет около 7—12 см.

Таким образом, информация при ПГГК усредняется по достаточно

большому объему горных пород. Однако по сравнению с данными, полученными из керна, наши данные более представительны и кондиционны, т.к. получены при глубинных условиях. 

Аппаратура для скважинных измерений. 

Для исследования нефтяных и газовых скважин, как правило, применяются двухзондовые измерительные установки, экранированные от скважины, с азимутальной коллимацией излучения источника и регистрируемого излучения (рис. 5, а—в). Для измерения плотности углей и углевмещающих пород  в скважинах малого диаметра (dc<130 мм) используется центрированная двухзондовая измерительная установка ПГГК без ази­мутальной коллимации излучения (рис. 7, г). Для качественного расчленения пород по плотности на месторождениях твердых полезных ископаемых используются однозондовые измерительные установки ПГГК без коллимации излучения (рис. 7, д), длина зонда которых выбирается в зависимости от объекта исследования (30—40 см для угольных и 20—30 см для рудных скважин).

Рис.1.2. Конструкции измерительных установок ПГГК:

а — прибор СГП2-АГАТ; б — модуль ПГГК аппаратуры МАРК-1;  в — ПГГК фирмы „Шлюмберже", г — КУРА-3, д — КУРА-2. 1 — источник гамма-квантов; 2 — детектор ближнего зонда; 3 — де­тектор дальнего зонда; 4 — прижимное устройство; 5 — центрирующее устройство.                              

  Совместная обработка показаний двух зондов ПГГК в процессе каротажа позволяет ослабить влияние промежуточной среды (глинистой корки, локальных каверн) на результаты измерения плотности горных пород. Параметры зондов (длина зонда, углы коллимации излучения, пороги энергетической дискриминации) выбираются из условия разных глубинности и чувствительности зондов к изменению плотности пород и параметров промежуточной среды. Форма кривой и обработка результатов

Для более надежной оценки плотности пород методом ГГКП применяется двухзондовая установка. При этом измере­ние интенсивности гамма-излучения производится двумя зон­дами различной длины и одновременно записывается каверно- грамма. Использование такой установки базируется на том, что результаты измерений большим зондом меньше зависят от тол­щины промежуточного слоя между прибором и стенкой сква­жины, чем данные, полученные зондом меньших размеров. По результатам измерений двумя зондами большой и малой длины получают различные значения кажущейся плотности соответст­венно 6к1 и 6К2. Эти значения уменьшены за влияние промежу­точного слоя на величины 61 и 62. Если допустить, что это влия­ние для зонда малого размера в п раз больше, чем для боль­шого зонда, т. е. п = 62/61, то соответственно при малом зонде 6к1 = 6—гъ§2\ 8к2 = 8—62. Решая полученные уравнения, опреде­ляем

( 6 = (п8К2-6К1)/(Л-1).       (1У.6)

Графическое решение уравнения (1У.6) осуществляется пу­тем построения следующих зависимостей показаний ГГК по значениям большого /б и малого /м зондов: /б=/ (/м)> или /б//м=/(/м), или /б//м = /(/б). Для двух первых зависимостей та­кие графики изображены на рис. 66. Линия А на графике соеди­няет точки, соответствующие точкам отсутствия промежуточного слоя. Смещение точки вправо от линии А указывает на то, что плотность промежуточного слоя меньше плотности пласта. Сме­щение точки влево от линии А отвечает случаю, когда проме­жуточный слой имеет большую плотность, чем пласт, что имеет место при использовании ПЖ, утяжеленной баритом, и малой плотности пород.

При ГГКП прибор калибруется в рабочем диапазоне изме­нения плотности 2,1—2,7 г/см3 на имитаторах пластов — метро­логических образцах плотности (МОБ). Метрологические об­разцы плотности могут быть изготовлены из различных мате­риалов. Основной блок изготовлен из алюминия с 8 = 2,7 г/см3. Из-за меньшей величины 2/Л алюминия по сравнению с извест­няком ему соответствуют такие же значения относительного потока излучения, как и в пласте известняка с 8 = 2,58 г/см3, поры которого заполнены водой. Этому блоку приписывается эквивалентная плотность 6Эк = 2,58 г/см3.

а 6

Рис. 66. Основные зависимости для двухзондовых приборов ГГКП: а — РГП-2; б —/^=/(/м), РКС-1. Результаты поверки на метрологических образ­цах с плотностью в кг/см3: 1 — 2,58, 2 — 2,09. Шифр прямых — б в см3 (по Ю. А. Гулину)

В комплект метрологических образцов входят также имита­торы глинистой корки, изготовленные из резины, толщиной 1 — 2 см с плотностью 1,4 г/см3.

Поверка аппаратуры РГП-2 производится с помощью па­летки (см. рис. 66), по ординате которой отсчитывают С7б//М, по абсциссе — /м//м1. Уравнение палетки имеет вид

С/б//м = (6) + 0,6/м//м1,      (1У.7)

где /7(б)—функция только плотности пород, не зависящая от промежуточного слоя; С — отношение /М1//бь получаемое на мет­рологических образцах плотности, изготовленных из алюминия без имитатора глинистой корки.

При поверке аппаратуры на имитаторах допустимо среднее колебание измерений не более ±0,03 г/см3. Результаты поверки одного из приборов РГП-2 нанесены на рис. 66.

Поступающая от каналов двух зондов информация о значе­ниях /б и /м преобразуется в кривую ^(б) по алгоритму

(б) = / (С/б//м-0,6/м//м1),     (1У.8)

где / — отклонение кривой на 1 усл. ед. (обычно 10 см).

При одновременной регистрации двумя зондами с помощью аналогового счетно-решающего устройства, расположенного на поверхности, автоматически исключается влияние промежуточ­ного слоя между прибором и стенкой скважины. Счетно-решаю­щее устройство по показаниям большого зонда определяет неис­правленное значение плотности породы и по показаниям обоих зондов устанавливает поправку за влияние промежуточного слоя. Запись диаграмм осуществ­ляется в условных единицах плотности или непосредственно в значениях плотности б.

Переход от условных единиц к значениям плотности пород осуществляется с помощью гра­фической зависимости б) от б (рис. 67). Используя данную за­висимость, на кривую наносят масштабную шкалу плотности (см. рис. 143,а).

Возможность перехода от плотности породы к ее суммар­ной (общей) пористости выте­кает из зависимости

6п=(1-£п)6м + *пбж.        (1У.9)

Решая (1У.9) относительно кхи имеем

*п = (бм ~бп)/(бм-бж),       (1У.10)

Рис. 67. Значение функции Т7 (6) для перехода от условных еди­ниц к единицам плотности при интерпретации кривых ГГКП, за­регистрированных     прибором РГП-2 (по Ю. А. Гулину)

5 С. С. Итенберг   129

где 8м и -бж — соответственно плотности минералов, составляю­щих породу, и жидкости, заполняющей поровое пространство породы (см. табл. 1).

Метод ГГКП находит широкое применение при расчленении разрезов скважин, уточнении литологии, выделении коллекторов, оценки их пористости, выявлении газоносных пластов (в комп­лексе с другими методами РК, АК и др.). В отличие от мно­гих других геофизических методов ГГКП одинаково чувстви­телен к изменению пористости в областях ее значений, как ма­лых, так и больших. В этом его существенное преимущество.

Данные ГГКП широко используются для изучения и конт­роля технического состояния скважин, оценки качества там- понажных работ, выявления интервалов притока в скважину флюидов различной плотности и др. Применение гамма-гамма-каратажа при разведке угольных месторождений Заключение

Плотностной гамма-гамма-каротаж (ГГК-П) основан на изучении комптоновского рассеяния γ-квантов в горных породах. Поскольку этот эффект наблюдается при достаточно высокой энергии γ-квантов, то в ГГК-П используют источники с энергией Еγ > 0,5 МэВ. Такими источниками являются искусственные изотопы Со60, Сs137 и естественный ЕРЭ - Rа226, который дает целый спектр γ-квантов с энергиями от 0,35 до 1,76 МэВ. Длина зондов от 20 до 50 см.

Область применения. ГГК-П находит применение при исследовании нефтяных и газовых, углеразведочных и рудных скважин.

На  нефтяных   и   газовых   месторождениях  ГГК-П   применяют  для дифференциации   разрезов   скважин   по   плотности   и   для   определения Гористости пород-коллекторов.

Плотность породы в целом о,, определяют по результатам плотностного ГГК. При этом аппаратуру градуируют на эталонных образцах с известной плотностью. Современная аппаратура позволяет получать диаграммы ГГК-П, масштаб которых сразу разбит в единицах плотности. Выражение для Кп получают из уравнения.

ГГК-П применяют также при цементометрии эксплуатационных скважин для определения высоты подъема и наличия пустот в цементном камне, поскольку плотность цементного камня 2,2 г/см3 а жидкости, заполняющей пустоты в нем,  1,0-1,2 г/см3.

На месторождениях ископаемых углей ГГК-П применяют для выделения угольных интервалов. Поскольку        плотность  углей (σу =1,15-1,75) г/см3 намного меньше, чем плотность песчано-глинистых

вмещающих пород (σвм = 2,5-2,7) г/см3, то над угольными интервалами интенсивность рассеянного γ-излучения значительно повышается.

Границы угольных пластов определяют по правилу полумаксимума аномалии.

Рис.1.1. Вероятность различных видов взаимодействия гамма-излучения с веществом

Скважинные приборы ГГК-П с прижимным

 устройством (а) и вы­носным зондом (б):

/ — экран,; 2 — прижимное устройство; 3 — коллимационные отверстия; 4 — детекторы; 5 — источник гамма-квантов; 6 — траектории -у-квантов

Зависимость показаний ГГК-П от

плотности пород (по К. Умиастовскому). Шифр "кривых ~/3, см

Зависимости 1уу (г)//уу (г— = оо) =/(/-) для источника 137Сз в

среде с плотностью 6 = 2,5 г/см3 (по Ю. А. Гулину). Шифр кривых — /3, см

coolreferat.com

гамма-каротаж - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Гамма-гамма-каротаж

Cтраница 1

Гамма-гамма-каротаж - вид кабельного каротажа, при котором определяется пористость породы; называется также нейтронный или плотностный каротаж.  [1]

Гамма-гамма-каротаж ( ГГК) заключается в измерении интенсивности рассеянного гамма-излучения, возникающего при облучении горных пород источником гамма-квантов. Интенсивность этого излучения пропорциональна числу электронов в единице объема вещества, которое пропорционально объемной плотности среды, окружающей прибор. ГГКП эффективен при расчленении разрезов скважин, выделении коллекторов и оценке их пористости. Этот метод широко используется для контроля технического состояния скважин, толщины и плотности цементного камня, толщины и внутреннего диаметра колонны.  [2]

Гамма-гамма-каротаж ( ГТК) основан на измерении интенсивности гамма-излучения, рассеянного породами в процессе их облучения источником гамма-квантов.  [3]

Гамма-гамма-каротаж основан на использовании закономерностей взаимодействия гамма-излучения внешнего источника с окружающими скважину горными породами.  [4]

Гамма-гамма-каротаж ( ГГК) основан на измерении интенсивности гамма-излучения, рассеянного породами в процессе их облучения источником гамма-квантов.  [5]

Гамма-гамма-каротаж ( ГГК) заключается в измерении интенсивности рассеянного гамма-излучения, возникающего при облучении горных пород источником гамма-квантов. Интенсивность этого излучения пропорциональна числу электронов в единице объема вещества, которое пропорционально объемной плотности среды, окружающей прибор. ГТКП эффективен при расчленении разрезов скважин, выделении коллекторов и оценке их пористости. Этот метод широко используется для контроля технического состояния скважин, толщины и плотности цементного камня, толщины и внутреннего диаметра колонны.  [6]

Гамма-гамма-каротаж позволяет определить изменение рассеянного гамма-излучения с глубиной скважины. Радиус исследования пласта при ГГК составляет не более 10 см, так как при гамма-излучении происходит сильное поглощение. Поэтому при ГГК исследуется близлежащая к скважине область пласта, насыщенная фильтратом бурового раствора, которая может иметь остаточную нефтенасыщенность. Минерализация бурового раствора и пластовой воды мало сказывается на показания ГГК.  [7]

Гамма-гамма-каротаж ( ГТК) фиксирует вторичное, рассеянное породами, гамма-излучение в процессе их облучения источником гамма-квантов, находящихся в спускаемом в скважину аппарате. Гамма-каротажи позволяют косвенно определять пористость коллекторов, а также обнаруживать в столбе скважинной жидкости поступление воды.  [8]

Применение гамма-гамма-каротажа ( ГГК) основано на изменении разности плотностей цементного камня и глинистого раствора. Сущность этого метода заключается в измерении рассеянного гамма-излучения от источника, помещенного на некотором расстоянии от индикатора.  [9]

Нейтрон-нейтронный и гамма-гамма-каротаж позволяет давать прямую оценку влажности, общей плотности, плотности скелета, общей пористости и водонасыщенности горных пород в естественном залегании. Сочетание этих методов с опорным бурением и лабораторным опробованием дает возможность установить корреляционные зависимости между различными свойствами и в итоге определить основные классификационные показатели физико-механических свойств исследуемых грунтов.  [10]

Применение метода гамма-гамма-каротажа ( ГГК) основано на измерении разности плотностей цементного камня и глинистого раствора. Сущность метода ГГК заключается в измерении рассеянного гамма-излучения от источника, помещенного на некотором расстоянии от индикаторов. В последние годы широко используется акустический метод контроля качества цементирования скважин. Он основан на том, что часть обсадной колонны, не закрепленная цементным камнем, при испытании акустическим зондом характеризуется колебаниями значительно больших амплитуд по сравнению с высококачественно зацементированной колонной.  [11]

Гамма-каротаж, нейтронный гамма-каротаж и гамма-гамма-каротаж возможны как в незакрепленной обсадной колонной скважине, так и в закрепленной скважине, так как гамма-лучи проникают сквозь металл. Поэтому эти методы особенно ценны при исследовании скважин, в которых электрокаротаж не применялся.  [12]

Величины ро и Ар также определяются методом плотностного гамма-гамма-каротажа.  [13]

Для измерения плотности мерзлых пород в приборе использован гамма-гамма-каротаж. Выходные данные регистрируются в виде картограммы измерений плотности.  [14]

Достаточно надежное расчленение гидрохимического разреза может быть достигнуто методом гамма-гамма-каротажа по плотности ( ГГКп) - Ангидриты, как наиболее плотные породы, отмечаются на этих кривых минимальными значениями, а каменная соль и гипс, как менее плотные - - максимальными величинами.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru