Радиоактивные методы каротажа

Геофизические методы изучения геологического разреза скважин, основанные на измерении характеристик полей ионизирующих излучений (естественных и искусственно вызванных), происходящих в ядрах атомов элементов, называют радиоактивным каротажем (РК). Наиболее широкое распространение получили следующие виды радиоактивного каротажа: гамма-каротаж, предназначенный для изучения естественного g-излучения горных пород; гамма-гамма-каротаж и нейтронный каротаж, основанный на эффекте взаимодействия с горной породой источников g-излучения и нейтронов.

Гамма-каротаж (ГК) позволяет проводить измерения интенсивности естественного g-излучения пород вдоль ствола скважины. Интенсивность радиоактивного излучения пород в скважине измеряют при помощи индикатора g-излучения, расположенного в глубинном приборе. В качестве индикатора используют счетчики Гейгера–Мюллера или более эффективные, лучше расчленяющие разрез сцинтилляционные счетчики. Полученная в результате замера кривая, характеризующая интенсивность g-излучения пластов вдоль ствола скважины, называется гамма-каротажной кривой ГК (рис.5). Наибольшей радиоактивностью характеризуются глинистые породы за счет большой адсорбирующей поверхности, на которой максимально осаждаются продукты распада радиоактивных элементов.

Рис.5. Расчленение разреза по водородосодержанию пород по диграммам ГК, НГК и электрометрии: 1 – песчаник нефтеносный; 2 – глина; 3 – известняк глинистый; 4 – известняк; 5 – алевролит глинистый; 6 – точки, соответствующие границам пластов на кривых ГИС

В общем случае интенсивность g-излучения пластов, вскрываемых скважиной, приблизительно пропорциональна g-активности пород. Единицы измерения – микрорентген/час (мкР/ч) или имп/мин.

ГК находит широкое применение для изучения литологии пород, выделения глинистых и продуктивных пластов, качественной и количественной оценки их глинистости, а иногда и пористости коллекторов, при корреляции разрезов скважин, в том числе и обсаженных колонной.

Плотностной гамма-гамма-каротаж (ГГК). Измерение характеристик полей рассеянного g-излучения, возникающего при облучении горных пород источником g-квантов вдоль ствола скважины, называется ГГК. В методе ГГК различают две основные модификации в методе ГГК: плотностной и селективный. Более широко используется плотностной ГГК.

Между интенсивностью рассеянного g-излучения и плотностью горных пород существует обратная зависимость: чем больше плотность, тем больше рассеяние и тем меньше регистрируемое g-излучение. На кривой ГГК минимальные показания соответствуют плотным породам – ангидритам, крепким доломитам и известнякам, максимумами выделяются наименее плотные породы – гипсы, глины, каменная соль, высокопористые разности известняков, песчаников, доломитов. Средними и пониженными значениями отмечаются глинистые известняки и песчаники (рис.6).

Рис.6. Сопоставление кривых радиоактивного каротажа: 1 – глина; 2 – известняк плотный; 3 – песчаник; 4 – известняк глинистый; 5 – аргиллит; 6 – алевролит

Нейтронный гамма-каротаж и его модификации. При нейтронном каротаже изучаются характеристики нейтронного и g-излучений, возникающих при облучении горных пород источником нейтронов. Различают стационарные и импульсные нейтронные методы исследования скважин. К числу стационарных методов относятся: нейтронный гамма-каротаж (НГК), нейтрон-нейтронный каротаж по тепловым (ННК-Т) и надтепловым (ННК-Н) нейтронам.

Результаты измерений при нейтронном каротаже представляют в виде кривой изменения вторичного гамма-излучения или плотности тепловых (надтепловых) нейтронов с глубиной. В скважинном приборе, который используется при нейтронном каротаже, содержатся источник и индикатор g-излучения (при НГК) или плотности нейтронов (при НК-Т и НК-Н). Единицы измерения – условные единицы (у.е.) или имп/мин.

Собственно нейтронный гамма-каротаж (НГК) основан на измерении характеристик поля g-излучения, возникающего под действием внешнего источника нейтронов (см. рис.5). По нейтронным свойствам осадочные горные породы можно разделить на две группы – большого и малого водородосодержания. К первой группе пород относятся глины, характеризующиеся высокой влагоемкостью (пористостью) и содержащие значительное количество минералов с химически связанной водой (водные алюмосиликаты), гипсы, отличающиеся малой пористостью, но содержащие химически связанную воду, а также некоторые очень пористые и проницаемые песчаники и карбонатные породы, насыщенные в естественных условиях жидкостью. На диаграммах НГК эти породы отмечаются низкими показаниями (см. рис.5,6).

Во вторую группу пород входят малопористые разности – плотные известняки и доломиты, сцементированные песчаники и алевролиты, а также гидрохимические образования (ангидриты, каменная соль). На диаграммах НГК, зарегистрированных большими зондами, эти породы выделяются высокими показаниями. Против других осадочных пород (песков, песчаников, пористых карбонатов) показания НГК зависят от их глинистости и содержания в них водорода (насыщенности водой, нефтью или газом).

Нефть и вода содержат почти одинаковое количество водорода, поэтому нефтеносные и водоносные пласты с малым содержанием хлора отмечаются приблизительно одинаковыми значениями НГК. Газоносные пласты отмечаются на кривой НГК более высокими показаниями, чем такие же по литологии и пористости пласты, заполненные нефтью или водой, так как газ, имеющий низкую плотность, отмечается меньшим водородосодержанием.

Нейтронный каротаж в комплексе с ГК и другими методами ГИС дает возможность выделять в разрезе глины, плотные породы и участки повышенной пористости. В сочетании с ГГК нейтронные методы используются для выявления газонасыщенности зон. В эксплуатационных скважинах методы НК применяются для определения местоположения газожидкостного и водонефтяного контактов.