24959 (Комплекс геофизических исследований скважин Самотлорского месторождения для оценки ФЕС и насыщения коллекторов), страница 12

Интенсивность излучения, регистрируемого при ГГК, зависит от плотности и вещественного состава горных пород и в основном определяется процессами комптоновского рассеяния и фотоэлектрического поглощения гамма-квантов породой. Испускаемые источником гамма-кванты большой энергии претерпевают на пути своего движения несколько актов рассеяния, значительно уменьшают свою энергию и поглощаются в результате фотоэффекта. Как следствие, около источника устанавливается некоторое их распределение (облако), обусловленное свойствами окружающей среды, ее способностью рассеивать и поглощать гамма-кванты. В результате по мере удаления от источника поток рассеянных гамма-квантов около детектора, расположенного от источника на довольно значительном расстоянии (в среднем 20 см), быстро убывает, особенно с увеличением плотности горной породы и концентрации в ней тяжелых элементов.

Относительная роль процессов комптоновского рассеяния и фотоэффекта, кроме перечисленных факторов, зависит от начальной энергии гамма-квантов. В соответствии с этим применяют два варианта ГГК: плотностной и селективный.

Плотностной вариант (ГГК-П). В варианте ГГК-П породы облучаются потоком жестких гамма-квантов с энергией 0,5-2 МэВ; мягкие гамма-кванты с энергией менее 0,2 МэВ поглощаются с помощью фильтра. Величина измеряемого в этом случае рассеянного гамма-излучения с энергией более 0,2 МэВ будет определяться количеством электронов в единице объема среды N_e,

N_e = (z/A) N δ_п,

где z – заряд ядра; А – атомная масса; N – число Авогадро; δ_п – плотность среды. В горных породах, представленных в основном легкими элементами z/А ≈ 0,5, откуда N_e=cδ_п, где с - некоторая постоянная величина.

Поскольку N_e ≈ δ_п показания ГГК-П будут зависеть лишь от плотности среды: чем больше плотность окружающей среды, тем меньше показания ГГК-П, и наоборот. Длина зонда ГГК-П 20 — 40 см.

Плотностной вариант ГГК - один из основных методов, применяемых для оценки пористости горных пород.

Нейтрон – нейтронный каротаж

На диаграммах ННКТ водородсодержащие пласты выделяются низкими значениями, малопори­стые пласты — более высокими значениями. Однако на пока­зания ННКТ значительное влияние оказывают элементы, об­ладающие большим сечением захвата тепловых нейтронов, по­этому ННКТ весьма чувствителен к содержанию хлора и получаемые результаты сильно зависят от минерализации про­мывочной жидкости и пластовой воды.

Показания ННКН практически не зависят от содержания в окружающей среде элементов с большим сечением захвата тепловых нейтронов, в том числе хлора. Они определяются главным образом замедляющими свойствами среды — водородосодержанием. Следовательно, показания ННКН более тесно связаны с содержанием водорода в породе, чем показания НГК и ННКТ. Однако для ННКН характерна малая глубинность ис­следования, которая изменяется в зависимости от свойств по­род и их водородосодержания от 20 до 40 см, уменьшаясь с рос­том водородосодержания. Наименьший радиус исследования характерен для ННКН, так как область распространения надтепловых нейтронов меньше, чем тепловых.

По данным НК через содержание водорода определяется об­щая пористость пород. При этом учитывается ряд геологиче­ских и технических факторов.

За условную единицу измерения при нейтронном каротаже приняты значения I_усл.ед, измеренные в баке с пресной водой. При использовании в качестве эталонной жидкости дизель­ного топлива в измерения необходимо вводить поправки за счет разницы в водородосодержании нефти и воды. При ка­либровке приборов НК выполняются измерения потока гамма-излучения или нейтронов на имитаторах пористых пластов (ИПП). Полученные данные используются для построения зависимости I_усл.ед=f(k_п). Погрешность приведенных измере­ний не должна превышать ±1 % в рабочем (линейном) диа­пазоне изменения пористости от 3 до 20—30%.

Н ейтронный каротаж проводится при помощи скважинного при­бора, содержащего источник нейтронов и расположенный на некотором расстоянии от него детектор гамма-излучения или нейтронов (см. рис..). Это расстояние, отсчитанное до середины детектора, называют длиной зонда.

Рис. Схема измерительных установок нейтронного каротажа: γ – детектор гамма – излучения; n – детектор нейтронов; N – источник нейтронов; L – длина зонда; 1- стальной экран; 2 – свинцовый экран; 3 – парафин (или другой материал с высоким водородосодержанием); 4 – точка записи результатов измерений.

Источником нейтронов является помещенная в ампулу смесь порошкообразного бериллия с радиоактивным элементом, обычно полонием. Нейтроны образуются в результате взаимодействия ядер ато­мов бериллия ₄⁹Ве с альфа-частицами, испускаемыми полонием.

Ф орма кривых НК определяется следующими факторами: характером распределения по стволу скважины потока излучения, регистрируемого приборами; электрической инерционностью аппаратуры, возрастающей с увеличением постоянной времени интегрирующей ячейки τ и скорости перемещения прибора по скважине.

Рис. Кривые радиоактивного каротажа против одиночных пластов. Шифр кривых ντ.

При ντ =0 (точечные замеры, нет искажающего влияния интегрирую­щей ячейки) кривая симметрична относительно середины пласта.

При ντ>0 кривая становится асимметричной относительно середины пласта, растягиваясь в направлении движения прибора (снизу вверх). Амплитуда кривой против пласта начинает снижаться при большей мощности пласта. С увеличением параметра ντ отмеченные искажения кривой выражаются все более резко. Границы пласта отбиваются по началу крутого подъема и началу крутого спада кривой.

Акустический каротаж

Акустическим каротажем называют методы определения упругих свойств горных пород, слагающих разрезы скважин, по наблюдениям за распространением в них упругих волн.

В отличие от сейсмического каротажа, в котором для получения средней скорости распространения упругих колебаний в мощных пластах (от 20 м и более) используют частоты порядка 20 - 100 Гц, при акустическом каротаже определяют интервальную или пластовую скорость для маломощных пластов (от 0,5 м и более) с использованием частот порядка 5 - 100 кГц.

Чтобы получить представление о принципе скважинных измерений при акустическом каротаже, рассмотрим распространение упругих волн от сферического излучателя И в скважине постоянного диаметра, заполненной глинистым раствором и пересекающей пласт неограниченной мощности. Приемник П упругих колебаний находится на расстоянии L от излучателя на оси скважины. Наблюдается следующая картина. При возбуждении упругих колебаний от излучателя И по глинистому раствору распространяется продольная упругая волна Р₁ со сферическим фронтом распространения и скоростью υ₁ Достигнув стенки скважины, прямая волна Р₁ образует вторичные волны - отраженную продольную Р₁₁ и проходящие - продольную Р₁₂ и обменную поперечную Р₁S₂ волны. У проходящих вторичных волн скорость распространения продольной волны υ_р2, больше, чем поперечной υ_s2( υ_p2 > υ_s2). Фронт прямой продольной волны Р₁ образует со стенкой скважины критический угол i(sin i = υ_p2/ υ_p2 ) в результате чего проходящие волны становятся перпендикулярными к границе раздела скважина - плавт (случай преломления, называемый полным внутренним отражением) и начинает распространяться вдоль стенки скважины. Скользя вдоль стенки скважины проходящие волны Р₁₂ и Р₁S₂ излучают энергию в скважину в виде головных продольных Р₁₂₁ и поперечных Р₁S₂P₁ волн, а также волн типа Лэмба - Стоунли (L - St) (распространяющихся в жидкости, заполняющей скважину, и в горной породе в прискважинном слое).

Следовательно, от излучателя И к приемнику в условиях скважины распространяются головная продольная волна Р₁₂₁ головная поперечная волна P₁S₂P₁, волна Лэмба - Стоунли (L - St) и прямая продольная волна Р₁ (отраженная волна Р₁₁ обычно не доходит до приемника из-за малой ее энергии) со следующим соотношением скоростей: υ_p2 > υ_s2 >υ_L-St > υ_p1. В реальных условиях волновая картина имеет более сложный вид.

2.5. Метрологическое обеспечение проектируемых работ

К геофизическим исследованиям в скважинах допускается аппаратура и скважинные приборы, прошедшие проверку в региональных и базовых метрологических центрах. Проверка скважинной аппаратуры производится в соответствии с действующими ОСТами геофизической аппаратуры и другими руководящими документами по проведению различных видов каротажа.

Проверка геофизической аппаратуры в базовых метрологических центрах производится периодически (1 раз в течение полугода), но реже 1 раза в год и после ремонта, влияющего на метрологическую характеристику аппаратуры. Калибровка аппаратуры на скважине производится с помощью специальных передвижных метрологических устройств, при отсутствии указанных устройств – с помощью контрольных измерений. Широкое внедрение государственной системы обеспечения единства измерений позволяет гарантировать нормированную точность применяемых средств измерений и предусматривает применение аттестованных и стандартизированных методик выполнения измерений. Метрологическая служба ОАО «РГК» осуществляет контроль нормированной точности скважинной аппаратуры.

Качество средств измерений определяют при поверке и аттестации. Средствами контроля точности скважинной аппаратуры являются стандартные образцы жидкости.

Скважинный прибор СГДТ требуется поверять один раз в три месяца. Основным средством первичной и периодических калибровок являются отрезки стальных труб разного диаметра и толщин стенок, установленные в емкости с водой и зацементированные в нижней части.

Результат калибровки (признание аппаратуры годной или негодной) оформляется протоколом, на основании которого выдается свидетельство о калибровки аппаратуры, если результаты калибровки положительны. При отрицательных результатах калибровки аппаратура не допускается к применению. В протоколе калибровки указывается все результаты измерений и обработки этих результатов с оценкой значения погрешности аппаратуры. В свидетельстве о калибровке, помимо заключения о годности, указывается оценка погрешности проверяемой аппаратуры.

Госнадзор за деятельностью метрологической службы предприятия осуществляется окружным центром стандартизации и метрологии РФ.

Аппаратура и оборудование

Геофизические исследования в скважинах служат для изучения разрезов скважин, выявления и промышленной оценки полезных ископаемых, изучения технического состояния скважин и контроля разработки нефтяных и газовых месторождений.

Геофизические исследования в скважинах проводятся с помощью специальных установок, которые включают наземную и скважинную аппаратуру, соединенную между собой каналом связи – геофизическим кабелем, а также спуско-подъемный механизм, обеспечивающий перемещение скважинных приборов, по стволу скважины.

Наземная аппаратура, включающая совокупность измерительной аппаратуры, источников питания, контрольных приборов, смонтированных в специальном кузове, установленном на шасси автомобиля, носит название каротажной станции.

Под скважинной геофизической аппаратурой понимают совокупность измерительных устройств, предназначенных для определения разных физических параметров в скважинах. В большинстве случаев комплект скважинной аппаратуры включает в себя датчик (зонд), располагающийся вне скважинного прибора или входящий в его состав, передающую часть телеизмерительной системы, находящуюся внутри гильзы скважинного прибора, кабель и приемную часть телеизмерительной системы на поверхности. Информация со скважинного прибора преобразуется на поверхности в геофизические диаграммы, отнесенные к глубине интервала регистрации.

Приемная часть телеизмерительной системы функционирует совместно с основными узлами каротажных станций, включая регистрирующий прибор и источники питания.