Плотностной гамма-гамма-каротаж (ГГКп)

Метод ГГКп относится к основным исследованиям, проводится во всех поисковых и разведочных скважинах, в открытом стволе, в интервалах детальных исследований, совместно с комплексом БКЗ.

ГГКп в комплексе методов ГИС имеет высокую геологическую эффективность и применяется для определения объемной плотности среды, пористости, литологического расчленения разреза, выделение пластов с аномально низкой объемной плотностью.

ГГКп решает следующие геофизические задачи:

проводится детальное сплошное расчленение разреза по электронной плотности, которая тесно связана с объемной плотностью породы и эквивалентна ей после внесения поправок за эквивалентный номер и атомную массу породы;

обеспечивается высокое вертикальное расчленение разреза (выделяются контрастные по объемной плотности прослои, начиная с мощности 0,4−0,6 м и больше);

обеспечивается определение объемной плотности слоя породы толщиной 7−15 см вглубь пласта (с увеличением плотности среды глубинность ГГКп уменьшается, и наоборот).

ГГКп необходим для решения следующих геологических задач:

литостратиграфическое расчленение разреза (в сочетании с комплексом ГИС);

в неглинистых терригенных и карбонатных коллекторах определяется пористость (отдельно по ГГКп, или в сочетании с АК, НКТ) при промывочной жидкости любого состава;

в глинистых терригенных и карбонатных коллекторах определяется пористость только по комплексу методов ГГКп, АК, НКТ, ГК, также при промывочной жидкости любого состава (пресная, минерализованная);

оценка общей пористости в коллекторах со сложной структурой порового пространства с привлечением АК, НКТ, ГК;

выделение газонасыщенных интервалов (в комплексе методов ГИС) в пластах без проникновения и с высокими фильтрационно-емкостными свойствами;

выделение зон разуплотнений, других деформаций различного генезиса, интервалов с изменением эффективного давления (как разность горного и пластового давления), приводящего к разуплотнению пород, в том числе участков с аномально высокими пластовыми и внутрипоровыми давлениями;

выделение углей, зон интенсивной углефикации, карбонатных пород, пластов-реперов, опорных пластов.

Физические основы метода.

Метод плотностного гамма-гамма каротажа основан на измерении интенсивности искусственного гамма-излучения, рассеянного породообразующими элементами в процессе их облучения потоком гамма-квантов.

Основными процессами взаимодействия гамма-квантов с породой являются фотоэлектрическое поглощение, комптоновское рассеяние и образование электронно-позитронных пар. В методах рассеянного гамма-излучения в основном имеют место фотоэлектрическое поглощение и комптоновское рассеяние гамма-квантов породой. В зависимости от энергии гамма-квантов и вещественного состава горной породы преобладает тот или иной процесс их взаимодействия.

При взаимодействии с горной породой жестких гамма-квантов с энергией больше 0,5 МэВ в начальный момент основную роль играет комптоновское рассеяние, в результате которого жесткое гамма-излучение, потеряв значительную часть своей энергии, переходит в мягкое гамма-излучение. В дальнейшем основную роль играет фотоэлектрическое поглощение гамма-квантов. Вероятность комптоновского рассеяния в конечном счете находится в прямо пропорциональной зависимости от плотности горной породы, а вероятность фотоэлектрического поглощения — от ее вещественного состава и особенно от содержания тяжелых элементов. Таким образом, если горную породу облучить гамма-квантами не ниже 0,5 МэВ и установить энергетический порог дискриминации, обрезающий мягкую компоненту, то по результатам измерений ГГКп можно установить плотность породы.

В качестве источника гамма-излучения обычно используется Cs137 с энергией 0,66 МэВ, а мягкая компонента излучения поглощается экранами из свинца и кадмия. При проведении измерений детектор гамма-излучения располагается на определенном расстоянии от источника. Расстояние от источника до детектора выбирается таким, что при увеличении плотности горных пород, зарегистрированная интенсивность гамма-квантов уменьшается, т. е. зонд является заинверсионным. С целью уменьшения влияния скважинных условий на результаты ГГКп (диаметра скважины и слоя бурового раствора) применяют устройства, прижимающие зонд к стенке скважины стороной, на которой смонированы коллимационные окна для источника и детекторов. Наличие двух зондов ГГКп разной длины позволяет максимально снизить влияние глинистой корки на регистрируемую плотность горных пород.

Определенную погрешность в измерения ГГКп вносит естественная радиоактивность горных пород, поэтому при расчете плотности необходимо вносить поправку, основываясь на данных гамма-каротажа.

По данным плотностного каротажа можно рассчитать коэффициент пористости породы Кп (%), который связан с плотностью соотношением:

где у — объемная плотность породы, кг/куб.м;

умплотность минерального скелета, кг/куб.м;

ужплотность жидкости, заполняющей поровое пространство, кг/куб.м.

Оценка качества.

Качество материала ГГКп оценивается по следующим параметрам:

• — допустимая абсолютная погрешность измерения плотности по результатам основной и контрольной записи не должна превышать 0,05 г/см3;
• — разница значений плотности ПКУ до и после измерений по усредненным показаниям должна быть не более 0,03 г/см3;
• — пористость, полученная по данным ГГКп должна биться с данными других методов (ННКт, АК). Пористость по данным ГГКп можно с достаточной точностью рассчитать по формуле:

гдеу объемная плотность породы, кг/куб.м;

Методические приемы, повышающие эффективность ГГКп, следующие:

диаграммы должны быть только высокого качества;

параметры регистрации диаграмм ГГКп (скорость записи, стабильность работы каналов ГГКп, масштабы регистрации, метрологические поверки и др.) должны обеспечивать высокое качество записей по всему диапазону значений плотности, который определяется техническими возможностями аппаратуры ГГКп;

измерения следует проводить при минимальных толщинах глинистой корки;

исключать влияния промывочной жидкости качественным прижатием прибора к стенке скважины;

пористость определять с учетом возможных изменений минералогической плотности скелета породы, плотности флюида в порах того слоя пласта, который захватывается измерением радиальной характеристики аппаратуры ГГКп;

во всех случаях определения Кп предпочтительнее проводить по комплексу методов (ГГКп, АК, НКТ, ГК и др.);

при отсутствии проникновения в пласт, высоким газонасыщении ближней зоны по ГГКп с привлечением НКТ возможны выделения интервалов газонасыщения, которое занижает Кп по НКТ, завышает Кп по ГГКп и этот развал значений Кп должен использоваться как значащий признак газонасыщения.

Плотностной гамма-гамма-каротаж проводится аппаратурой СГП2.

СГП2.

Назначение.

Аппаратура СГП2 предназначена для измерения объемной плотности горных в скважинах диаметром от 160 до 320 мм.

Данные по аппаратуре.

Аппаратура эксплуатируется в комплекте со следующими изделиями:

• — трехжильным кабелем типа КГ3−67−180 длиной до 7500 м;
• — источником гамма-излучения Cs137 активностью (1.28±0.33)x1010 Бк, создающим на расстоянии 1 м мощность экспозиционной дозы (5.95 ±1.55)x10−9 А/кг.

Диапазон измерения объемной плотности горных пород от 1.7×103 до 3.0×103 кг/м3.

Количество каналов -2: канал большого зонда (ГГКп бз) и канал малого зонда (ГГКп мз).

Диапазон рабочих температур скважинного прибора от — 10 до 200 оС, рабочее гидростатическое давление — до 120 МПа.

В качестве детекторов используются кристаллы NaI (Tl) размерами 25×30 мм в канале малого и 25×40 мм в канале большого зондов ГГКп в комплекте с ФЭУ-74А. Коллимационные окна заполнены капролоном. Для регулировки спектральной чувствительности измерительной установки в коллиматоре большого зонда установлен экран из свинца.

Рисунок 23 — Схема прибора для ГГК-П Плотность рассчитывается по формуле:

где Iмз. эт, Iбз.эт. — значения средних частот следования импульсов по каналам малого и большого зондов, зарегистрированные на образце плотности с с = 2,59 г/см3;

Iмз, Iбзтекущие значения средних частот следования импульсов по каналам малого и большого зондов, соответственно;

Сопротивление между 1 жилой и корпусом должно быть равно 3,3 кОм плюс сопротивление кабеля и при смене подключения щупов омметра — 4,3 кОм плюс сопротивление кабеля. Сопротивление между 2 жилой и корпусом и между 3 жилой и корпусом должно равняться сопротивлению кабеля плюс 60 Ом.

Ток питания электронного блока скважинного прибора постоянный, 140±10 мА, при напряжении на входе скважинного прибора не более 20 В.

Ток, потребляемый электродвигателем прижимного устройства, должен быть 0.6±0.05 А.

Импульсы на выходе скважинного прибора имеют амплитуду не менее 3 В и длительность 45±5 мкс, причем импульсы ГГКп имеют положительную полярность, а ГГКп бз — отрицательную.

Габаритные размеры аппаратуры:

• — длина не более 3560 мм;
• — максимальный диаметр не более 125 мм.

Масса скважинного прибора — не более 128 кг.