Реферат: Гамма – каротаж. Физические основы метода

Министерство Образования РФ

Уфимский ГосударственныйНефтяной Технический Университет

Кафедра геофизики

Курсовая работа

На тему “Гамма – каротаж.Физические основы метода”.

Выполнил: Адиятов А.Н.

Проверил: Бурков В.Г.

Уфа 2002

Геофизик — это субъект, способный с бодрой силой духа выворачиватьбесконечные ряды непостижимых формул, выведенных с микроскопической точностью,исходя из неопределенных предположений, основанных на спорных данных,полученных из неубедительных экспериментов, выполненных с неконтролируемойаппаратурой лицами подозрительной надежности и сомнительных умственныхспособностей. И все это — с открыто признаваемой целью раздражать и путатьхимерическую группу фанатиков, известных под именем геологов, которые, в своюочередь, являются паразитическим наслоением, окружающим честно и тяжелоработающих буровиков.

Journalof Petroleum Technology.

1957Ядерные методы исследования скважин

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

Методы изучения естественнойрадиоактивности горных пород в скважинах.

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

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

В результатегамма-каротажа записывается непрерывная кривая, или диаграмма, интенсивностигамма-излучения. Величина <img src="/cache/referats/5511/image001.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

На диаграммахгамма-каротажа выявляются пласты с разной степенью радиоактивности. Максимумамивыделяются породы и руды, содержащие уран, радий, торий, калий-40 и другиерадиоактивные элементы, а также граниты, глины; минимумами — песчаные икарбонатные породы.

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

1. Естественная радиоактивность горныхпород.

Среди других радиометрических методов исследования скважиннаиболее распространенным является метод естественной радиоактивности горныхпород или, как его чаще называют, гамма – метод. В его основе лежит изучениезакономерностей изменения естественной радиоактивности горных пород,обусловленной присутствием главным образом урана и тория с продуктами распада,а также радиоактивного изотопа калия К40. остальные радиоактивныеэлементы (Rb87,Zr96, La138, Sm147и т.д.) имеют стольбольшие периоды полураспада, что при существующей распространенности в земнойкоре заметного вклада в суммарную радиоактивность внести не могут.

Радиоактивностью основных минералов, входящих в состав осадочныхгорных пород, колеблется в весьма широких пределах – от сотых долей донескольких тысяч пг-экв Ra/г.Все эти минералы порадиоактивности могут быть разбиты на четыре группы.

Соотношение вкладарадиоактивных элементов в общую гамма-активность пород различно. Основной вкладв гамма-активность известняков и особенно доломитов дают Ra(соответственно 64% и 75%), вклад Ra, Th, K в радиоактивность песчаниковпримерно одинаков (Ra 23-26%, Th 40%, K 35%). В связи с этим спектрестественного гамма-излучения терригенных и карбонатных пород различен.

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

-) кварц

-) доломит

-) ангидрит

-) гипс

-) кальцит

-) сидерит

-) каменная соль.

Вторая группа минералов со средней радиоактивностью представленаотдельными 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, инекоторые другие минералы.

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

В гамма – методе исследования скважин о величине естественнойрадиоактивности горных пород судят по интенсивности Ig

ихестественного g-излучения, регистрируемой радиометром,движущимся по стволу скважины.

Гамма – излучение включает также и так называемое фоновоеизлучение (фон). Фоновое излучение вызвано загрязнениемрадиоактивными веществами материалов, из которых изготовлен глубинный прибор, икосмическим излучением. Влияние космического излучения резко снижается сглубиной и на глубине нескольких десятков метров на результатах измерений ужене сказывается.

2. Гамма – каротаж.

Измерение интенсивности Ig

естественного g-излучения пород вдоль ствола скважины называетсягамма – каротажем (ГК).

Рис.Схема зонда гамма-каротажа.

1 — точка записирезультатов измерений.

2 — детекторгамма-излучения.

Условно считают, что эффективный радиусдействия 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, недостигнув индикатора. Увеличение dсиз-за размыва стенки скважины и образования каверн (обычно в глинистых породах)сопровождается уменьшением показаний гамма – каротажа. Цементное кольцо вбольшинстве случаев также влияет на величину регистрируемого g

-излучения,уменьшая ее. Для определения g-активности пласта при количественнойинтерпретации данные гамма – каротажа приводят к стандартным условиям.

Интенсивность радиоактивного излученияпород в скважине измеряют при помощи индикатора g

-излучения,расположенного в глубинном приборе. Регистрация осуществляется в процессевзаимодействия гамма – излучения с атомами и молекулами вещества, наполняющегоиндикатор. В качестве индикатора используют счетчики Гейгера – Мюллера илиболее 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 газомпод низким давлением (»

0.01 ат). Часть гамма – квантов, проходя черезкамеру, не взаимодействует на своем пути с молекулами газа, что снижаетэффективность счетчика. Другие гамма – кванты вызывают ионизацию несколькихмолекул газа.

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

2.2 Сцентилляционный счетчик.

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

Большим преимуществом сцентиллятораявляется 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 до10 см, улучшить вертикальное расчленение и обеспечить малую статическуюфлуктуацию.

2.4 Статистические флуктуации.

Радиоактивный распад непостоянен вовремени, поэтому для получения стабильных значений радиоактивности беретсязначение показаний за достаточно продолжительный промежуток времени. Так какэтот период не может быть весьма большим, то измеренная радиоактивность неявляется постоянной даже в том случае, если глубинный прибор находится вскважине без движения. Наблюдаемые изменения радиоактивности в этом случаеназываются ее статистическими флуктуациями.

Статистическая флуктуация на диаграмме недолжна превышать несколько сантиметров, в противном случае из-за искажениядиаграммы не могут быть коррелируемыми. Регулировка амплитуды флуктуацииосуществляется подбором постоянной времени интегрирующей ячейки.

2.5 Постоянная времени интегрирующейячейки.

Регулируемые элементыинтегрирующей ячейки позволяют изменить ее постоянную времени от 1 до 6 сек.Выбор того или иного значения постоянной времени, с которой будут проводитьсяисследования в скважине, исходит из двух противоречивых положений: большая длительностьпостоянной времени уменьшает статистические флуктуации, но вызывает отставаниев записи регистрируемой величины и требует снижения скорости замера дляуменьшения 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 изменениявеличины Ig

зависитот целого ряда факторов, связанных с особенностями исследуемого разреза,конструкции скважины и методики производства измерений (радиоактивность горныхпород, пройденных скважиной, радиоактивности бурового раствора, диаметраскважины и наличия обсадной колонны).

Точное аналитическое рассмотрение влияния навеличину Ig

всей совокупности этих факторовпредставляет собой весьма сложную задачу, до настоящего времени полностью нерешенную. Однако влияние каждого из этих факторов в отдельности изученодостаточно подробно.

Благодаря статистическим флуктуациямкривая радиоактивного каротажа имеет отклонения, не связанные с изменениемфизических свойств пластов (погрешности измерений). Погрешность, связанная сфлуктуацией, тем больше, чем меньше импульсов, испускаемых в еденицу времени(скорость счета). В общем случае интенсивность g

-излученияпластов, вскрываемых скважиной, приблизительно пропорциональна g-активностипород. Однако при одинаковой g-активности породы с большей плотностьюотмечается меньшими показаниями ГК из-за более интенсивного поглощения g-лучей.Показания гамма – каротажа являются функцией не только радиоактивности иплотности пород, но и условий измерений в скважине (диаметр скважины, плотностьпромывочной жидкости и др.).

Влияние скважины на показания ГКпроявляется в повфшении интенсивности g

-излучения засчет естественной радиоактивности колонн, промывочной жидкости и цемента и вослаблении g-излучения горных пород вследствие поглощения g-лучейколонной, промывочной жидкостью и цементом. В связи с преобладающим значениемвторого процесса влияние скважины сказываются главным образом в поглощении g-лучейгорных пород. Это приводит к тому, что при выходе глубинного скважинногоснаряда из жидкости наблюдается увеличение g-излучения. Пипереходе его из необсаженной части скважины в обсаженную отмечается снижениеинтенсивности естественных g-излучений, что вызывает смещение кривых иуменьшение дифференцированности диаграммы. Такое же явление наблюдается припереходе глубинного прибора из одноколонной части скважины в двухколонную.

4.Количественная оценка радиоактивности горных пород.

Конечной цельюгеофизической интерпретации данных гамма – метода является количественнаяоценка содержания в горных породах радиоактивных элементов.

В принципеоценка по кривым гамма – метода содержания в исследуемых породах радиоактивныхэлементов qпможет быть решена на базе использования одного из двух следующих соотношений :

q = S/Kg

H ; q = I¥g/Kg

где

S– площадь аномалии накривой Ig

против исследуемого пласта;

I¥

g — интенсивность g-излучения,регистрируемая против исследуемого пласта при условии его бесконечно большоймощности;

H– мощность пласта;

Кg

— так называемая g-постоянная прибора, численно равнаяинтенсивности g-излучения, которая фиксируется используемымрадиометром против пласта бесконечной мощности с единичным содержаниемрадиоактивных элементов.

Таким образом, вобоих случаях задача сводится к определению постоянной Кg

радиометра, которым получена кривая Ig, т.е. практически к проблемеэталонирования радиометрической аппаратуры.

Решение этойзадачи весьма сложно, так как величина Кg

зависит от целого ряда трудно учитываемых и, чтосамое главное, непостоянных факторов. Обычно она находится экспериментально.

5 Областьприменения метода.

В комплексе с даннымидругих методов промысловой геофизики результаты гамма – метода исследованияскважин используются для литологического расчленения разрезов скважин, для ихкорреляции и для выделения в них полезных ископаемых. В осадочных отложенияхони являются наиболее надежным геофизическим критерием степени глинистостигорных пород.

5.1 Выделениеполезных ископаемых.

Среди полезныхископаемых, однозначно выделяемых по данным гамма – метода, в первую очередьследует назвать радиоактивные руды (уран, радий и торий), а также калийныесоли.

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

Во многихслучаях по кривым гамма – метода в разрезе скважин уверенно выделяютсяскопления фосфоритов, марганца, свинца и других редких цветных металлов. Науказанных кривых все эти полезные ископаемые отмечаются аномально повышеннымиинтенсивностями Ig

5.2 Расчленение.

В основелитологического расчленения по данным гамма – метода разрезов скавжин лежатзакономерности изменения радиоактивности горных пород.

В скважинахнефтяных, газовых, угольных и других месторождений, приуроченных к осадочнымотложениям, кривые гамма – метода отражают в первую очередь степень глинистостигорных пород и наличие в разрезе низкоактивных пород гидрохимическогопроисхождения. Как правило, повышенными интенсивностями Ig

на кривых отмечаются наиболее глинистыеразности осадочных горных пород. Минимальными интенсивностями Ig характеризуются хемогенные осадки (галиты, гипсы, ангидриты) и чистыенеглинистые разности песков, песчаников, известняков и доломитов. Вхемогенно-карбонатной толще пород это позволяет выделить среди известняков идоломитов ангидриты и каменные соли, не отличающиеся от пород толщи по величинеэлектрического сопротивления и по нейтронным свойствам, а также высокоактивныекалийные соли и глинистые разности. В песчано – глинистой части разреза скважинсреди непроницаемых глинистых отложений, характеризующихся повышеннойрадиоактивностью, пониженными интенсивностями Igна кривых гамма – метода уверенно выделяются пласты чистых неглинистых песков ипесчаников – возможных коллекторов нефти. Особенно возрастает роль гамма –метода для выделения коллекторов в случае, когда исследуемые скважины заполненыбуровым раствором, удельное электрическое сопротивление которого близко ксопротивлению пластовых вод. В этих условиях кривые метода ПС слабодифференцированы и данные гамма – метода становятся основным исходнымматериалом для выделения проницаемых разностей – коллекторов. Кроме того, гамма– метод дает возможность расчленять геологические разрезы старых обсаженныхскважин, привязывать к глубинам соединительные муфты и пласты, пройденныескважиной, и тем самым повысить точность перфораций.

Гамма – методприменяется также для выделения пород пониженной радиоактивности, напримеркаменных углей.

В случае высокихстабильных значений радиоактивности против глин и низких показанийрадиоактивности в песках некоторые авторы приводят количественную интерпретациюкривых гамма – метода для определения глинистости коллекторов. Для этогопроводят 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 Аи В – постоянные, определяемые по керну для каждой площади.

5.3.Корреляция.

В основеиспользования данных гамма – метода для корреляции разрезов скважин лежитхорошая выдержанность радиоактивности отдельных литологических разностей породв пределах больших площадей и территорий. По сравнению с другими методамииспользование данных гамма – метода для корреляции характеризуются следующимипреимуществами.

1.

Независимость регистрируемой интенсивностиIgот минерализации пластовых вод и буровогораствора.

2.

Независимость величины Igот нефтенасыщенности горных пород.

Этопозволяет осуществлять по данным гамма – метода корреляцию пластов без учетатехнологии проводки скважины и изменения по площади минерализации пластовыхвод, а также без учета положения рассматриваемых скважин по отношениюводонефтеносности. Мало сказывается на величине регистрируемой интенсивности Ig

и изменение таких непостоянных по площадипараметров горных пород, как их пористость и структура порового пространства вкарбонатных отложениях. Все это вместе взятое приводит к тому, что результатыгамма – метода являются наиболее надежным материалом для межплощадной ирегиональной корреляции.

5.4Оценка глинистости.

Основнаяценность гамма – метода при исследовании осадочных горных пород заключается ввозможности количественных определений по его данным глинистости Сглгорных пород или содержания в карбонатных породах нерастворимого остатка Спо– параметров, знание которых необходимо при оценке коллекторских свойств горныхпород, а также при количественной интерпретации данных других методовпромысловой геофизики.

Воснове количественных определений лежит корреляционная связь радиоактивности qпгорных пород с содержанием в них глинистого материала Сгли нерастворимого остатка Спо, характеризующихсяповышенной радиоактивностью.

6.Заключение.

Во всех горных породаххотя бы в небольших количествах присутствуют радиоактивные изотопы, содержаниекоторых в разных породах различно, поэтому посредством регистрациирадиоактивных излучений в скважине можно судить о характере горных пород.

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

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

В результате гамма — каротажа записывается непрерывная кривая, или диаграмма, интенсивностигамма-излучения. Величина <img src="/cache/referats/5511/image001.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

На диаграммах гамма — каротажа выявляются пласты с разной степенью радиоактивности. Максимумамивыделяются породы и руды, содержащие уран, радий, торий, калий-40 и другиерадиоактивные элементы, а также граниты, глины; минимумами — песчаные икарбонатные породы.

Списокиспользованной литературы.

1.

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

2.

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

3.

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

4.

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

еще рефераты

Еще работы по геологии

Реферат по геологии