Лекция 16

Радиоактивный каротаж. Гамма-каротаж. Факторы влияющие на величину регистрируемого излучения, параметры определяемые по данным ГК, область применения метода

Гамма-каротаж (ГК) состоит в измерении интенсивности естественного гамма-излучения по стволу скважины. В результате измерений получают кривую изменения гамма-излучения с глубиной, называемую гамма-каротажной кривой. Пример гамма-каротажной кривой показан на рис. 10.4.

Гамма-каротажная кривая характеризует гамма-активность пере­сеченных скважиной пород и в той или иной степени содержание в них радиоактивных элементов.

Применение гамма-каротажа для изучения геологического раз­реза скважин основано на том, что породы различного литологического состава отличаются по содержанию в них радиоактивных веществ. Характер связи между гамма-активностью пород и их литологическими свойствами для данного района устанавливается на основе сопоставления гамма-каротажных кривых с геологическим разрезом ранее пробуренных скважин. Как правило, содержание радиоактивного вещества в породе тем больше, чем больше в ней глинистого материала. Это позволяет по кривым ГК отличать глини­стые пласты от неглинистых. На гамма-каротажной кривой по повы­шенным показаниям четко выделяются ряд пластов, представленных породами, обогащенными радиоактивными веществами, и полезные ископаемые, обладающие повышенной радиоактивностью.

Ввиду того, что гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, и, в частности, проходит через обсадные трубы с не очень большим поглощением, гамма-каротаж можно производить как в некрепленных, так и в крепленных скважинах. Это большое преимущество гамма-каротажа.

Содержание радиоактивных элементов ряда U – Ra, ряда Th, а также нестабильного изотопа калия К в различных породах неодинаково. Из оса-дочных пород наибольшим общим содержанием характеризуются тонкодис-персные глубоководные илы, глины, аргиллиты, минералы, в состав которых входит К (калиевые полевые шпаты, калийные соли). Минимальное содержа-ние радиоактивных веществ отмечается в натриевой соли (галите), ангидри-те, гипсе, известняке, крупнозернистом кварцевом песчанике и доломите. Присутствие в известняке, кварцевом песчанике и доломите глинистого мате-риала ведёт к повышению радиоактивности. На этом основано использова-ние результатов ГК для определения глинистости пород. Исходными даны-ми для получения зависимостей регистрируемых значений ГК от глинистос-ти С_гл служат результаты лабораторных исследований глинистости и радио-активности керна.

Повышенная радиоактивность обломочных пород может быть обус-ловлена не только глинистостью и присутствием обломков радиоактивных минералов, но и адсорбцией ионов урана, калия и соединений урана и тория на поверхности частиц и, следовательно, большой удельной поверхностью пелитовых и алевритовых кварцевых частиц, входящих в скелет песчаных пород.

Максимальной радиоактивностью характеризуются глины, минималь-ной – кислые кварцевые песчаники. Полимиктовые песчаники даже при ма-лой глинистости обладают значительной радиоактивностью, поскольку у них часть зёрен скелетной фракции представлена калийсодержащими минерала-ми – полевой шпат, глауканит, микроклин. Низкой радиоактивностью харак-теризуется большинство хемогенных пород, за исключением калийных со-лей. Радиоактивность природных нефтей обычно низкая. Высокую радиоак-тивность благодаря содержанию в них урана имеют природные битумы и би-туминозные породы.. Радиоактивность карбонатных пород, как правило, низкая. Повышенная радиоактивность карбонатных пород обусловлена вто-ричными процессами, связанными с доломитизацией отложений.

Таким образом, связь естественной радиоактивности с глинистостью в общем случае неоднозначна, однако в конкретных условиях влияние остальных факторов может быть относительно небольшим.

Регистрируемое излучение І_гк представляет собой сумму излучений пласта, промывочной жидкости и собственного фона прибора. Поэтому при интерпретации должна использоваться разность i_гк –І_min, где І_гк – значения, отсчитанные по кривой ГК против исследуемого пласта, І_min – минимальное значение ГК по всему разрезу, для которого излучение пласта принимается равным нулю, а регистрируемые значения ГК считаются обязанными сумме излучения ПЖ и фона прибора. С этой же целью часто используется двойной разностный параметр

І_гк – І_min

I_гк = ----------, (10.1)

І_max – І_min

Где І_max – максимальные значения ГК по разрезу, отвечающие пласту чистых глин. Преимуществом параметра i_гк является независимость его от диаметра скважины и плотности ПЖ, если эти величины одинаковы для І_гк, І_min, І_max. Недостаток этого параметра обусловлен сложностью выделения в разрезе пласта с высокой естественной радиоактивностью І_max, которая была бы постоянной в пределах всего месторождения, площади, региона.

Практически глинистость по данным ГК определяется следующим образом. На площадях, для которых связи І_гк = f (С_гл), где С_гл – содержание пелитового материала (в терригенных породах за глинистость принимается содержание пелитового материала с размером зёрен менее 10 или 1мкм независимо от его состава. Это могут быть глинистые минералы – каолит, иллит, хлорит -, кварц, полевой шпат) установлены по данным лабораторных исследований керна и где определение С_гл сводится к сопоставлению результатов ГК с лабораторной зависимостью. При этом обычно используется двойной параметр iгк. На площадях и месторождениях с разрезом, представленным кварцевыми песчаниками и алевролитами, при отсутствии лабораторных данных можно пользоваться обобщенной зависимостью.

Для разрезов, представленных полимиктовыми песчаниками и алевролитами, использовать результаты ГК для определения глинистости не рекомендуется.

В карбонатных разрезах при отсутствии лабораторных данных для грубых оценок строятся линейные зависимости, при этом интервалам с минимальными по разрезу значениями ГК приписывается глинистость С_гл = 0, а выделяемым максимальными значениями ГК пластам глин – С_гл = 100%.

Важной областью применения ГК является оценка максимально воз-можной величины глинистости С_{гл max .} Решение этой задачи проще и надёж-нее, чем определение С_гл, так как слабо глинистые породы в результате раз-личных причин иногда обладают высокой радиоактивностью, но глинистые породы не могут иметь малую радиоактивность. Поэтому по низким значени-ям ГК достоверно выделяются слабо глинистые пласты, по которым осталь-ные геофизические параметры определяются без учёта глинистости. Для оценки С_{гл max} нужно пользоваться линейной зависимостью І_гк = f (С_гл), по-строенной по тому же способу, что и для карбонатных пород.

Исследование скважин методом ГК заключается в регистрации кри-вой изменения интенсивности естественного гамма-излучения пород Іg в разрезе скважины при перемещении в ней радиометра.