РАДІОАКТИВНІ МЕТОДИ КАРОТАЖУ

На цей час найбільш поширені два методи радіоактивного каротажу: гамма-каротаж (ГК) і нейтронний гамма-каротаж (НГК). У разі гамма-каротажу вимірюють природне гамма-випромінювання порід, тобто їх природну радіоактивність, у разі нейтронного гамма-каротажу визнача­ють інтенсивність вторинного гамма-випромінювання, зумовленого дією нейтронів на породу.

Крім того, існує ще багато додаткових методів радіоактивного карота­жу, наприклад: нейтронний каротаж, вивчення розсіяного гамма-випромі­нювання порід, метод радіоактивних ізотопів, гамма-гамма каротаж, гам­ма-спектроскопія та ін.

Суть гамма-каротажу: радіоактивні елементи, що входять до хімічного складу порід, випромінюють альфа-, бета-, гамма-проміння (а, (3, у).

У свердловину спускають зонд, обладнаний реєстратором у-випромі-нювання порід — звичайним лічильником Гейгера.

Під час радіоактивного каротажу реєструють лише у-випромінювання, оскільки цей вид променів має достатньо високу проникну здатність і мо­же бути зареєстрований в породах у бурових свердловинах, як необсадже-них металевими обсадними колонами, так і після їх обсадження.

Визначення зміни інтенсивності у-випромінювання порід уздовж сто­вбура свердловини називають гамма-каротажем (ГК).

Криву, одержану в результаті заміру і яка характеризує інтенсивність у-випромінювання пластів порід уздовж стовбура свердловини, називають гамма-каротажною кривою.

За природною радіоактивністю виділяють такі групи осадових гірських порід:

1) дуже високої радіоактивності (бентоніт, вулканічний попіл);

2) високої (глибоководні тонкодисперсні глини, калійні солі);

3) середньої (мілководні континентальні глини, мергелі, вапнякові й
піщані глини);

4) низької (гіпси, кам'яна сіль, вугілля, ангідрит).

Згідно з даними ГК, збільшення вмісту глинистих або мулистих часто­чок в осадовій породі зумовлює збільшення її радіоактивності. Також уста­новлена залежність між радіоактивністю гірської породи і її кольором. Чим темніша порода, тим вища її радіоактивність. Це не стосується порід, тем­ний колір яких зумовлений вмістом у них нафти.

Суть нейтронного гамма-каротажу (НГК) така: у свердловину опуска­ють зонд або пристрій, аналогічний пристрою для гамма-каротажу, але за­безпечують його джерелом нейтронів, ізольованим від лічильника Гейгера свинцевою перегородкою.

Джерелом нейтронів слугує суміш солі радію чи полонію й берилію.

В гірських породах затримка нейтронів відбувається переважно внаслідок їх зіткнення з ядрами водню. Зіткнення з ядрами інших еле­ментів спричинює передусім розсіювання нейтронів.

Повільний нейтрон рухається, доки в результаті одного із зіткнень із ядром елемента водню він не буде їм захоплений. При цьому відбувається "/-випромінювання. Під час нейтронного гамма-каротажу реєструють інтенсивність гамма-випромінювання, яке виникає в породах із захоплен­ням повільних нейтронів ядрами елементів. Тому нейтронний гамма-каротаж називають вимушеним, або вторинним.

За даними НГК можна встановити межу водонафтового контакту в однорідних пластах, які містять високомінералізовану пластову воду й наф­ту. Це пов'язано з тим, що у водоносній частині пласта міститься більша кількість хлору в засолонених водах, ніж у нафтоносній.

У результаті показання НГК проти водоносної частини пласта зави­щені порівняно з нафтоносною частиною на 15—20 %. У разі заповнення пласта слабомінералізованою водою розділення нафтоносної й водоносної частин пласта за НГК утруднено.

За кривими НГК можна встановити також контакт газ—нафта або газ—вода в однорідних проникних пластах за вищими показниками проти глинистої частини пласта.

Газоносні пласти порівняно з водоносними й нафтоносними містять менше водню внаслідок відносно малої густини газів. Тому показники НГК проти газоносних пластів виявляються заниженими порівняно з по­казниками проти водоносних і нафтоносних пластів.

До додаткових радіоактивних методів ГДС, які часто застосовують у нафтогазовій справі, належить метод розсіяного гамма-випромінювання. Він грунтується на вимірюванні інтенсивності штучного гамма-випроміню­вання, розсіяного породоутворювальними елементами в процесі опромі­нення потоком гамма-квантів.

Виділяють дві модифікації гамма-гамма-методу: за густиною і за м'я­кою компонентою.

За допомогою першої модифікації методу проводять розчленування геологічних розрізів, виділення різних корисних копалин, визначення гус­тини та пористості порід, відбивку цементного каменя і муфт на обсадних колонах, контроль якості колони і рівня рідини в затрубному просторі. Друга модифікація гамма-гамма-методу (за м'якою компонентою) є додат­ковою для більш точного розв'язання задач нафтової геології, наприклад для розділення в геологічних розрізах нафтогазових свердловин вапняків, доломітів, пісковиків за вмістом у них кальцію.

СПЕЦІАЛЬНІ ГЕОФІЗИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ

Нині поширені спеціальні електрометричні дослідження за допомогою мікрозондів, удосконалюються метод бокового каротажу, темпера­турні методи, визначення елементів залягання пластів у свердловині. Ці ме­тоди найчастіше використовують для детального вивчення розрізів, для яких ГДС основними методами каротажу не дає достатньо точних результатів.

Каротаж мікрозондами

Мікрозонд — це спеціальний каротажний зонд малої дов­жини. Під час заміру його електроди притискуються пружинами до стінки свердловини, чим і досягається зменшення впливу глинистого розчину на результати вимірювань. Крім того, каротаж мікрозондами дає змогу дослі­джувати шари і прошарки малої товщини (до 1—2 см). Як правило, вимі­рювання проводять градієнт-мікрозондом А 0,025 М 0,025 N і потенціал-зондом А 0,05 М одночасно й в однаковому масштабі. Швидкість реєстрації не більше 1000 м/год.

Боковий каротаж

Боковий каротаж є одним із різновидів електричного каро­тажу за методом електричних опорів.

Завдяки спеціальному розміщенню електродів вплив обмеженої тов­щини пласта при боковому каротажі зведено до мінімуму. Це дає мож­ливість записувати діаграму, за якою виділяють у розрізі свердловини дуже тонкі прошарки порід й оцінюють їх опір.

Боковий електрокаротаж дає добрий результат, якщо застосовують як промивальну рідину глинисті розчини із сильномінералізованою в'язкою основою в тонкошаруватих розрізах, наприклад флішових, коли результати звичайного каротажу за методом електричних опорів і навіть каротажу мікрозондами не дають добрих результатів.

Термокаротаж

Термокаротаж здійснюють за методами:

• природного теплового поля;

• штучного теплового поля;

• ефекту охолодження.

Природне теплове поле вивчають у свердловинах переважно для визна­чення геотермічного градієнта або зворотної йому величини, тобто гео­термічного ступеня. Геотермічний градієнт визначають в умовах теплового режиму, що встановився у свердловині, для чого і використовують сверд­ловини, які простоюють. Часто з цією метою використовують законсерво­вані свердловини.

Штучне теплове поле можна створити у свердловині під час заповнен­ня її глинистим розчином, температура якого відрізняється від температури довколишніх порід, а також у разі цементування в трубному просторі.

Оскільки різні гірські породи мають різну теплопровідність, за одер­жаними температурними кривими можна виділити їх з більшою чи мен­шою теплопровідністю і говорити, таким чином, про літологію порід, що складають розріз.

Ефект охолодження виникає у зв'язку з виділенням газу в процесі роз­криття й розробки нафтових і газових пластів, в результаті чого виникають знижені температури проти цих пластів.

Кавернометрія

Механічна система приладу — каверномір — являє собою чотири важелі, які розташовані попарно у двох взаємно перпендикулярних площинах та притискуються до стінок досліджуваної свердловини за допо­могою пружин.

Зміну діаметра свердловини по її стовбуру фіксують під час підіймання каверноміра за допомогою спеціального електричного датчика опорів, що зумовлюють зміни параметрів в електричній схемі приладу, в результаті чого реєструється крива зміни різниці потенціалів, пропорційної діаметру сверд­ловини. Принципову схему каверноміра в свердловині показано на рис. 5.4.

У свердловину каверномір спускають з притиснутими до його корпусу важелями за допомогою алюмінієвого кільця в нижній частині корпусу (або з іншого м'якого для розбурювання металу). Після досягнення прила­дом вибою свердловини це кільце знімається і важелі розкриваються за до­помогою ресорних пружин, що вмонтовані в місцях шарнірів у верхніх час­тинах важелів.

Якщо в свердловину спускають каверномір, орієнтований по сторонах світу, то на діаграмі реєструється зміна діаметра свердловини орієнтовано, тобто по діаграмі можна визначити напрямок, у якому сформувалися каверни.

Каверномір з приладом орієнтованого його спуску в свердловину на­зивають профілеміром, а процес орієнтованого визначення зміни діаметра свердловини — профілеметрією.

Результати вимірів каверноміром застосовують для розчленування роз-

різу свердловини за літологічними різновида­ми пластів (піщаних, глинистих, карбонатних та ін.). У піщаних породах діаметр свердлови­ни зменшується, тому що фільтрат водної ос­нови промивальної рідини відфільтровується в ці породи і на стінках свердловини відкладаєть­ся глиниста кірка; навпаки, в глинистих по­родах діаметр свердловини збільшується у зв'язку з можливістю цих порід набухати і об-

Рис. 5.4. Принципова схема каверноміра:

1 — корпус; 2 — важелі; 3 — пристрій, який утримує ва­желі у притиснутому до корпусу положенні під час спуску у свердловину (як правило, це наконечник з кільцем з м'якого металу, яке зіскакує і звільнює важелі)

валюватись. Карбонатні породи характеризуються на кавернограмах номі­нальними значеннями діаметра свердловини, галогенні породи, наприклад солі, — слабким збільшенням діаметра свердловини через їх незначне роз­чинення.

Дані кавернометрії використовують для розрахунку потрібного об'єму цементного розчину перед цементажем обсадних колон і оцінки стану свердловин.

Газовий каротаж

Газовий каротаж ґрунтується на вивченні газоподібних і рідких вуглеводнів, які попадають у глинистий розчин при розкритті доло­том нафтогазового пласта. Глинистий розчин, який виходить із свердлови­ни, за допомогою приладів газового каротажу на поверхні досліджують на вміст газоподібних і рідких вуглеводнів. Дані щодо вмісту в розчині горю­чих газів використовують для побудови газокаротажної кривої. Відповідні поправки на відставання проби глинистого розчину вводять експерименталь­ним методом за допомогою методів, які застосовують для визначення гли­бин відбору шламу.

У разі неперервного проведення газового каротажу записують дві кри­ві: одна показує загальну зміну складу вуглеводневих газів, інша — кіль­кість важких вуглеводневих газів, тобто нафтового ряду.

Втім газовий каротаж застосовують рідко через суттєві недоліки, які

розглянуто нижче.

1. Для проведення газового каротажу під час буріння свердловини по­
трібно цілодобове чергування спеціалістів на буровій, які виконують робо­
ту на газокаротажній станції. Це значно впливає на вартість буріння сверд­
ловини.

2. На газокаротажній діаграмі газоносні шари і прошарки чітко не від­
биваються, якщо свердловиною вже були пройдені шари і прошарки з на­
явністю вуглеводнів, особливо газу.

3. У глинистому розчині, що входить у свердловину, може бути газ
унаслідок неповного очищення розчину в процесі руху по жолобах і у від­
стійнику на поверхні. Газ може бути також у глинах, із яких був приготов­
лений глинистий розчин.

4. У глинистий розчин часто слід додавати штучно нафту у разі роз­
криття продуктивних горизонтів і у випадках аварій.

5. Якщо в глинистий розчин потрапив водень (Н₂) або сірчаний водень
(Н₂8) із порід, пройдених свердловиною, то на газокаротажних діаграмах
спотворюється інформація, тому що Н₂ і Н₂8 у приладі газокаротажної стан­
ції горять за тих самих температур, що і вуглеводні.

Механічний каротаж

На цей час механічний каротаж застосовують рідко. Втім геолог, що здійснює геологічну службу безпосередньо в процесі буріння свердловини, за спрацюванням долота може робити деякі висновки щодо розкритих порід.

У глинах долото стає тупим, його різальні кромки набувають овальної форми. У пісковиках, особливо міцних, долото зношується швидко і рівно­мірно. Міцніші породи, наприклад хемогенні вапняки, а також породи вулканічного і магматичного походження, зношують шарошки долота дуже швидко, вони сточуються і стають "лисими".

При механічному каротажі виконують хронометраж проходки буріння свердловини, тобто враховують час чистого буріння на 1 м її поглиблення. За цими даними будують діаграму механічного каротажу, на якій міцні по­роди характеризуються збільшенням часу буріння. Дані механічного каро­тажу є допоміжними у проведенні геологічного розчленування свердловин.