Гамма-гамма каротаж

1) Дать понятие метода

Метод ГГК – это метод радиоактивного каротажа скважин, основанный на измерении интенсивности рассеянного гамма-излучения, возникающего при облучении горных пород гамма-квантами, исходящими от источника, установленного в приборе, опущенном в скважину.

2) Решаемые задачи

Задачи:

Определение плотности горных пород — ГГК позволяет измерять объемную плотность пород, что важно для литостратиграфического расчленения разреза и оценки физических свойств пластов.
Литологическое расчленение разреза — выделение различных типов пород и их слоев по плотности и составу, что помогает в корреляции разрезов и выделении коллекторов
Оценка глинистости пород — поскольку глина влияет на плотность и радиоактивность, ГГК помогает количественно оценить содержание глинистых минералов в породах.
Выделение полезных ископаемых и руд — метод применяется для поиска и разведки рудных и угольных месторождений, а также для выявления радиогеохимических аномалий.
Оценка технического состояния скважин — ГГК используется для контроля плотности цементного камня вокруг обсадной колонны и оценки целостности конструкции скважины.
Увязка и корреляция данных геофизических исследований — обеспечивает согласование глубинных отметок и данных других методов каротажа в обсаженных и необсаженных скважинах.

3) Как работает метод

Метод гамма-гамма каротажа (ГГК) — это геофизический способ исследования горных пород в скважинах, основанный на измерении интенсивности рассеянного гамма-излучения, возникающего при облучении пород гамма-квантами средней энергии (до 1–2 МэВ). В основе метода лежит физический процесс комптон-эффекта: гамма-кванты высокой энергии, проникая в породу, рассеиваются на электронах атомов, передавая им часть своей энергии и меняя направление движения. Интенсивность рассеянного излучения пропорциональна числу электронов в единице объема, то есть зависит от электронной плотности вещества, которая, в свою очередь, связана с плотностью горных пород.

При облучении горных пород гамма - квантами энергией свыше 0.2-0.3 МэВ интенсивность рассеянного гамма - излучения определяется главным образом плотностью пород – (гамма - гамма плотностной каротаж ГГК-П), при энергии до 0.15 МэВ — атомным номером элементов горных пород (селективный гамма-гамма-каротаж).

В практике ГГК используется радиоизотопный источник гамма-излучения и детектор, размещённые в скважинном приборе на определённом расстоянии друг от друга. Детектор экранируется свинцово-железным фильтром, чтобы регистрировать только рассеянное излучение. Расстояние между источником и детектором называется длиной зонда, а точка измерения — серединой между ними. Для уменьшения влияния воды в скважине и глинистой корки зонд плотно прижимается к стенке скважины, а излучение коллимируется (направляется под заданным углом) с помощью свинцовых экранов с окнами.

Интенсивность рассеянного гамма- излучения может быть записана в имп/мин, но обычно в единицах плотности (г/см³). Измеренная интенсивность рассеянного гамма-излучения позволяет определить объёмную плотность пород. Чем выше плотность, тем больше электронов на пути гамма-квантов и тем меньше их доходит до детектора. По значению плотности можно оценить пористость пород, выделить коллекторы и неколлекторы, а также проводить литологическую интерпретацию разреза скважины. Пористость пласта может быть посчитана на основании зарегистрированной объемной плотности и известных минералогической и флюидальных плотностей. Использование двух или трёх детекторов с разным расстоянием от источника позволяет компенсировать влияние глинистой корки и состояния ствола скважины.

Кроме комптон-эффекта в породах гамма-кванты взаимодействуют также через фотоэффект (полное поглощение гамма-кванта с выбросом связанного электрона) и образование электронно-позитронных пар при энергиях выше 1.02 МэВ. Вероятность взаимодействия зависит от вида атома и от энергии гамма-кванта. Однако в методе ГГК основное значение имеют комптон-эффект и фотоэффект, которые зависят от плотности и элементного состава пород.

Для регистрации кривых гамма – гамма каротажа используется аппаратура СГП-2, ДРСТ и другая. Аппаратура типа ДРСТ состоит из двухканального скважинного прибора и наземной части, включающей панель управления и блок питания. Скважинный прибор представляет собой двухканальный сцинтилляционный радиометр, имеющий два измерительных канала. Один из них служит для регистрации кривых ГК, а второй (со сменными детекторами) — кривых ГГК и НК.

В канале ГК со счетчика импульсы поступают на усилитель и далее на амплитудный дискриминатор, который на фоне соответственных шумов ФЭУ и других помех выделяет полезные сигналы, формируя их по длительности, оптимальной для передачи по кабелю (40 мкс) через смеситель и выходной каскад.

В канале ГГК со счетчика импульсы поступают на усилитель и далее на амплитудный дискриминатор. С целью уменьшения времени и увеличения скорости счета в канале длительность импульсов, формируемых дискриминатором, выбрана равной 10 мкс. Далее импульсы поступают на триггер, осуществляющий пересчет на два, и нормализатор, формирующий их по длительности и амплитуде для передачи по кабелю. С выхода нормализатора импульсы отрицательной полярности поступают на смеситель и далее на кабель через выходной каскад.

В смесителе происходит смешивание сигналов, поступающих с обоих каналов. Кроме того, он выполняет роль блокирующего устройства, в котором импульсы с более ценной информацией имеют преимущественное прохождение. Так, при одновременном приходе импульсов от обоих каналов на выходной каскад проходит только импульс ГГ, а импульс канала ГГК полностью подавляется. Преимущественное прохождение импульсов канала ГК вызвано тем, что от канала ГК поступает, как правило, намного меньше информации, чем от канала ГГК, следовательно, влияние канала ГК на ГГК составляет доли процента.

Выходной каскад, представляющий собой катодный повторитель с трансформаторным выходом, служит для усиления выходных сигналов и согласования выходного сопротивления скважинного прибора с сопротивлением кабеля. Поступающие в кабель импульсы имеют одинаковую длительность, но разную полярность. Импульсы, проходящие от двух каналов прибора, во входном блоке измерительной наземной панели ИП разделяются и после соответствующей обработки в панели информации регистрируются.

При цифровой записи диаграммы ГГК-п границы пластов проходят в середине спуска — подъёма кривой. В качестве характерных показаний ГГК-п против пластов принимают экстремальные или средние показания.

Гамма-гамма каротаж используется для расчленения разреза скважины по плотности, выделения пористых пород как возможных коллекторов нефти и газа, детального расчленения угленосных толщ, количественной оценки зольности и теплотворной способности углей, выявления рудных тел (железных руд) и скоплений тяжёлых элементов.

4) Схема измерения

Рис. 1. Виды взаимодействия гамма-квантов

Рис. 2. Устройство зонда гамма – гамма каротажа плотностного

Рис. 3 и 4. Схематичная кривая ГГК-п против пород разной литологии

5) Оборудование

6) Строение зонда

Рис. 6. Устройство зонда гамма – гамма каротажа

7) Дополнительные характеристики

Радиус исследования и разрешающая способность зависят от расстояния между источником и детекторами.

Это расстояние должно быть достаточно большим, чтобы позволить гамма-квантам в достаточной мере провзаимодействовать с породой, но не настолько, чтобы все они рассеялись/поглотились и не достигли детекторов.

Радиус исследования плотностного каротажа (в зависимости от типа прибора) 10-15см.

Радиус исследования лито-плотностного метода – несколько см. Поэтому он в наибольшей степени чувствителен к влиянию скважины (например, добавкам барита) и состоянию ствола скважины.

8) Ограничения метода

Основные ограничения метода гамма-гамма каротажа (ГГК) связаны с влиянием условий скважины и состава пород на точность и интерпретацию результатов:

Влияние глинистой корки и состояния стенок скважины. Глинистая корка и каверны уменьшают интенсивность рассеянного гамма-излучения, что искажает показания плотности пород. Для борьбы с этим применяют несколько детекторов с разным расстоянием от источника (обычно два или три), что позволяет компенсировать влияние корки и улучшить точность измерений.
Влияние воды и бурового раствора. Наличие прослоев воды между прибором и породой ослабляет сигнал. Для уменьшения этого эффекта зонды прижимаются к стенкам скважины, а излучение коллимируется с помощью свинцовых экранов, направляя гамма-кванты под заданным углом.
Ограниченный радиус исследования. Радиус действия метода составляет примерно 10–30 см, что ограничивает зону оценки и делает измерения чувствительными к неоднородностям и состоянию ствола скважины (например, добавки барита в буровом растворе).
Влияние минералогического и флюидального состава. Изменения в минералогии и составе флюидов могут существенно влиять на плотность матрицы и, следовательно, на результаты ГГК. В таких случаях требуется комплексирование с другими геофизическими методами для корректной интерпретации.
Невозможность точного позиционирования относительно границ продуктивных пластов. Из-за регистрации фонового гамма-излучения и ограничений детекторов метод не обеспечивает точный контроль положения инструмента относительно границ горизонтов.
В ряде случаев минералогический и флюидальный состав могут сильно изменяться, что будет приводить к существенным изменениям плотности матрицы и флюида.

Для минимизации этих ограничений применяют:

Использование нескольких детекторов с разной длиной зонда для компенсации влияния корки и воды.
Коллимацию излучения и плотное прижатие зонда к стенкам скважины.
Совмещение ГГК с другими методами ГИС (например, нейтронным каротажем, естественной гамма-радиометрией) для комплексного анализа и повышения точности.
Калибровку приборов и учет параметров скважины (диаметр, состав промывочной жидкости, состояние стенок) при интерпретации данных
Комплексировать ГГК с другими методами ГИС.

Тест

1. Что представляет собой метод ГГК?

a) Метод измерения электропроводности пород

b) Метод радиоактивного каротажа, основанный на измерении рассеянного гамма-излучения

c) Метод, изучающий естественное гамма-излучение пород

d) Метод измерения скорости звука

2. Какой физический эффект лежит в основе метода ГГК?

a) Фотоэффект

b) Комптон-эффект

c) Эффект Доплера

d) Тепловое излучение

3. Что определяется при гамма-гамма плотностном каротаже (ГГК-П)?

a) Электрическое сопротивление

b) Объемная плотность горных пород

c) Температура флюида

d) Пористость бурового раствора

4. От чего зависит интенсивность рассеянного гамма-излучения?

a) От электронной плотности вещества

b) От магнитного поля Земли

c) От пористости флюидов напрямую

d) От температуры бурового раствора

5. Как изменяется количество гамма-квантов, доходящих до детектора при увеличении плотности породы?

a) Увеличивается

b) Уменьшается

c) Не изменяется

d) Колеблется случайным образом

6. Какие источники гамма-излучения применяются в методе ГГК?

a) Радиоизотопные

b) Лазерные

c) Ультразвуковые

d) Электромагнитные

7. Какое расстояние между источником и детектором называется длиной зонда?

a) Расстояние от поверхности до прибора

b) Расстояние между излучателем и детектором

c) Расстояние между двумя детекторами

d) Глубина спуска прибора

8. Каков радиус исследования плотностного ГГК?

a) 1–5 см

b) 10–15 см

c) 30–50 см

d) 100 см и более

9. Какие факторы могут исказить результаты измерений при ГГК?

a) Глинистая корка и каверны

b) Высокая температура воздуха

c) Наличие воды и бурового раствора

d) Повышенное давление в приборе

10. Какие способы применяются для уменьшения влияния условий скважины на результаты ГГК?

a) Плотное прижатие зонда к стенке скважины

b) Использование нескольких детекторов

c) Увеличение мощности излучателя без экранирования

d) Уменьшение длины зонда до минимума