Методы специальных зондов кажущегося сопротивления. Радиоактивные методы исследования скважин

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЯМАЛЬСКИЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ ИНСТИТУТ(ФИЛИАЛ)

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

По дисциплине: «Промысловая геофизика»

Тема: «Методы специальных зондов кажущегося сопротивления. Радиоактивные методы исследования скважин.»

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент 4 курса 

группы НРГ-08

Кульгишие З.З.

 

Проверил:

Ефремов А.А.

 

 

 

 

 

 

Новый Уренгой – 2012

 

ОГЛаВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1. Метод кажущихся сопротивлений. 3

1.1. Зонды для работ методом КС 3

1.2. Методика и техника метода КС 5

1.3.Интерпретация и область применения метода КС 6

ГЛАВА 2. ГАММА-КАРОТАЖ. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА 8

2.1. Аппаратура и методика каротажа 8

2.2. Интерпретация результатов 9

2.3. Гамма-гамма-каротаж 11

2.4. Процессы взаимодействия γ-излучения с веществом 12

2.5. Плотностной  гамма-гамма-каротаж 14

2.6. Селективный гамма-гамма-каротаж 16

2.7. Рентген-радиометрический каротаж 16

 

 

ГЛАВА 1. Метод кажущихся сопротивлений.

Скважинные исследования методом кажущихся сопротивлений (каротаж КС) основаны на расчленении  пород, окружающих скважину, по их удельному  электрическому сопротивлению (УЭС).

1.1.Зонды для работ методом КС.

Простейшим зондом для  измерения силы тока, проходящего  в буровом растворе и окружающих скважину породах, служит одноэлектродный  зонд. В этом виде исследований, называемом токовым каротажом, один электрод заземлен неподвижно, вблизи устья скважины, а второй - закреплен на кабеле (рис. 7.5, а). В результате перемещения зонда по скважине регистрируется кривая изменения силы тока.

Рис. 1. Различные зонды для электрического каротажа скважин: А, В -

Чаще всего при работах  методом КС используются трехэлектродные зонды, в которых три электрода располагаются в скважине (четвертый электрод заземляется на поверхности, вблизи от скважины). Трехэлектродный зонд, состоящий из одного питающего А и двух приемных M и N электродов, называется однополюсным. Трехэлектродный зонд, состоящий из одного приемного M и двух питающих А и В электродов, называется двухполюсным. В обоих случаях расчет КС ведется по формуле метода сопротивления 

, где  - коэффициент, зависящий от расстояния между электродами в зонде; ( - разность потенциалов между приемными электродами M и N; - сила тока в питающей цепи АВ).

В трехэлектродном зонде

или

, где AM, AN, MN, MB, NB - расстояния в метрах между соответствующими электродами.

Название зонда складывается из обозначения электродов, расположенных  в скважине сверху вниз и расстояний между ними. Например, в зонде А2М0,05N сверху расположен питающий электрод А, далее в двух метрах - приемный электрод M, а в пяти сантиметрах от последнего - электрод N. Различают потенциал- и градиент-зонды (рис. 7.5). В потенциал-зонде расстояние между приемными MN или питающими АВ (их называют парными) электродами превышает расстояние от непарного электрода А или M до ближайшего парного. Точка записи, к которой относится измеренное кажущееся сопротивление, располагается посередине АМ (точка О). В градиент-зонде расстояние между парными электродами в пять-десять раз меньше расстояния до непарного. Точка записи находится посередине MN. Если парные электроды располагаются выше непарного, то зонд называется кровельным (или обращенным), а если под питающим, то подошвенным (или последовательным). Расстояние AM у потенциал-зонда и АО (или МО) у градиент-зонда называется размером зонда. Обычно размер зонда меняется от 0,5 до 3 м. Радиус обследования пород вокруг скважины примерно равен размеру зонда.

Иногда используются более  сложные 5 - 7-электродные зонды. Благодаря  различной комбинации питающих и  приемных электродов с помощью этих зондов создаются направленные фокусированные электрические поля, что позволяет  точнее отбить границы пластов и  определить их сопротивление. Такие  зонды используются при боковом  каротаже. Для выявления тонких пластов  применяются микрозонды.

1.2. Методика и техника метода КС.

 Как отмечалось выше, при исследованиях методом КС  может регистрироваться либо  сила тока (токовый каротаж), либо  разность потенциалов. В результате  токового каротажа (в сухих скважинах  он называется методом скользящих  контактов, или МСК) получают токовые диаграммы, характеризующие изменение силы тока по стволу скважины.

Основным видом скважинных электрических наблюдений является измерение КС ( ) по стволу скважины с помощью стандартного зонда с постоянным в данных геологических условиях размером. Это аналог электропрофилирования (ЭП) (см. 8.3.). Стандартный, или оптимальный для изучаемого района зонд обеспечивает наилучшее выделение по кривым КС слоев с разным удельным электрическим сопротивлением. Его вид и размеры зависят от поставленных задач и выбираются опытным путем. Чтобы получить кривую изменения КС по скважине, сила тока на питающих электродах обычно поддерживается постоянной, а измеренная непрерывная кривая разностей потенциалов на приемных электродах при постоянной длине зонда является фактически графиком изменения . Для перевода кривой (в милливольтах) в кривую (в ом \cdot метрах) изменяется лишь масштаб записи с учетом величины коэффициента установки и силы тока.

По диаграммам КС (по вертикали  откладываются точки записи, по горизонтали - ) можно получить лишь общее представление о сопротивлениях пород и об их изменении по стволу скважины Однако для расшифровки диаграмм и интерпретации результатов электроразведки большое значение имеет определение истинного значения сопротивления пород. Его получают с помощью боковых каротажных зондирований (БКЗ) или бокового каротажа (БК). Методика БКЗ сводится к последовательному выполнению работ КС несколькими (5 - 7) однотипными зондами разной длины (например, АО = 0,2; 0,5; 1; 2; 4; 7 м). Проведя измерения зондами разной длины, получаем кажущиеся сопротивления, соответствующие разным радиусам обследования пород вокруг скважины. Для каждого пласта, сопротивление которого необходимо определить, на логарифмических бланках строят кривую БКЗ, т.е. кривую зависимости КС от длины зонда. Кривые БКЗ интерпретируются с помощью специальных теоретических кривых (палеток БКЗ) так же, как это делается при интерпретации ВЭЗ В результате получают истинное сопротивление пород и оценивают глубину проникновения бурового раствора в среду.

1.3. Интерпретация и область применения метода КС.

 При токовом каротаже (в том числе МСК) сила тока, стекающего с помещенного в скважину питающего электрода, зависит от удельного сопротивления окружающих пород. Если питающий электрод расположен против хорошо проводящего пласта, то его сопротивление заземления уменьшается, а сила тока увеличивается. Вблизи высокоомных пород сила тока будет уменьшаться. На диаграммах хорошо выделяются лишь пласты с резко отличающимися от вмещающих пород свойствами, например, руды.

Интерпретация данных КС, как  и в электропрофилировании, начинается с визуального выделения на диаграммах КС аномалий , по которым определяют глубину залегания слоев с разными удельными электрическими сопротивлениями. Форма и характерные особенности кривых КС определяются не только сопротивлением и мощностью слоев, но и диаметром скважины, минерализацией бурового раствора, радиусом его проникновения в породу (последний зависит от пористости пород и разности давлений жидкости в пласте и стволе скважины), а также типом и размерами зонда, с помощью которого получена диаграмма.

Таким образом, с помощью  градиент-зонда легко выявить кровлю или подошву пласта, но трудно определить его мощность и местоположение середины. По графикам КС двух зондов - кровельного и подошвенного - определяются достаточно точно как положение, так и мощность пласта. Пласты малой по сравнению с длиной зонда мощностью как высокого, так и низкого сопротивления отмечаются трудно расшифровываемыми аномалиями. По значениям КС стандартного зонда, а также в результате интерпретации кривых БКЗ можно получить истинные значения сопротивлений окружающих пород и оценить радиус проникновения бурового раствора. Чем больше радиус проникновения бурового раствора, тем больше пористость пород и лучше их коллекторские свойства.

Второй этап интерпретации - корреляция похожих аномалий по кривым КС соседних скважин. Сначала выделяют четкие, характерные, повсеместно наблюдаемые  в изучаемом районе аномалии, приуроченные к какому-нибудь стратиграфическому горизонту большой мощности и  выдержанного простирания. Такие аномалии называются реперами. Затем выделяют промежуточные горизонты и строят геолого-геофизические разрезы.

Метод кажущихся сопротивлений, один из основных методов скважинных геофизических исследований, применяется  для геологической документации скважин, выделения пластов разного  литологического состава, определения  их глубины залегания и мощности, оценки пористости и коллекторских свойств пород, выявления полезных ископаемых, в том числе нефтегазоносных и водоносных пластов.

 

ГЛАВА 2. ГАММА-КАРОТАЖ. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА

Гамма-каротаж (ГК) заключается в  измерении γ-излучения естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ), содержащихся в горных породах, пересеченных скважиной.

Наиболее распространенными ЕРЭ  являются: U (и образующийся из него Ra), Тh и К.  У магматических пород максимальной активностью отличаются кислые породы (в основном, из-за повышенного содержания калия, в котором содержится около 0,7% радиоактивного изотопа К⁴⁰), минимальной -ультраосновные породы. Среди осадочных пород наиболее активны глины, обладающие высокой адсорбционной способностью, менее активны песчаники и, наконец, наименьшей активностью обладают известняки и доломиты, а также гидрохимические осадки (гипс, ангидрит, каменная соль). Исключение представляют только калийные соли, отличающиеся повышенной активностью, благодаря содержащемуся в них К.

2.1.Аппаратура и методика каротажа

Аппаратура  ГК   имеет,   в   принципе,   такое  же  устройство,   как   и полевые  радиометры. 

Запись показаний производится в единицах мощности экспозиционной дозы излучения (МЭД), выраженных в мкР/час.

Как правило, каротажные радиометры являются двухканальными и, кроме канала ГК, содержат еще один канал, предназначенный  для одновременной записи еще  одной диаграммы - НГК, ГГК или  ГНК.

Современные каротажные радиометры обеспечивают возможность не только определения  интегральной интенсивности Iγ, 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    Тh232 - 2,6 МэВ  и третий - на энергию γ-излучения  К40 - 1,46 МэВ.

При выполнении ГК важным моментом является соблюдение оптимальной скорости движения скважинного снаряда. Скорость каротажа должна быть такой, чтобы при движении детектора против пласта минимальной  интересующей исследователя мощности h показания радиометра успели достичь  максимальных значений Iγпл. При более высокой скорости, аномалия ГК получается меньшей интенсивности и растянутой по глубине. Оптимальную скорость каротажа вычисляют, исходя из мощности пластов h в метрах и постоянной времени τя  в секундах по формуле:  

Vопт = 1800h/τя*м/час.

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

 

2.2. 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, НГК, АК и др.).

При количественной интерпретации  диаграмм ГК получают исходные данные (мощность рудных интервалов и содержание радионуклида) для подсчета запасов  радиоактивных руд.     

 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 = K0*q*h,

где Ко - коэффициент пропорциональности, определяющий интенсивность γ-излучения пласта насыщенной мощности при единичном содержании в нем радиоактивного элемента. Величина Ко зависит от типа и размеров детектора, а также от плотности и zэф руды. Поскольку учесть все эти факторы аналитически весьма сложно, то величину Ко определяют экспериментально по измерениям на моделях пластов с известным содержанием радионуклида. Например, для урановых руд гидрогенного типа и счетчика МС-13   К₀ = 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.

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

q = S/(100 х K₀ х h ) х %,

где h - мощность интервала, м.

Значение площади S в см*мкР/час определяется по замкнутому контуру, ограниченному кривой ГК, осью глубин и контактами пласта.

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_т.р определяется по одной и той же номограмме, на которой нанесено 2 кривых: одна - для раствора (воды), другая - для железа (обсадных труб).        

 При определении по ГК  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.