Радиоактивный каротаж

Радиоактивный каротаж используется для исследования ядерных процессов естественно и искусственно созданного полей радиоактивности в горных породах в околоствольной среде. Естественная радиоактивность горных пород обусловлена наличием в них очень незначительного количества радиоактивных элементов (изотопов). Как правило, глины и глинистые породы являются более радиоактивными, чем песчаники и известняки, и излучают большее число гамма-квантов. На кривой гамма-каротажа (ГК) в большинстве случаев выделяются пласты глин и глинистые коллекторы, то есть гамма-каротаж в первом приближении можно считать каротажем глинистости, а глины не являются коллекторами, и их включение ухудшает коллекторские свойства.

При облучении горных пород точечным источником быстрых нейтронов, например, полониево-бериллиевым, нейтроны, неоднократно сталкиваясь с ядрами других элементов, постепенно теряют свою энергию, замедляются и захватываются ядрами элементов горной породы или флюида. При этом происходит возбуждение ядра и излучение одного или нескольких гамма-квантов. Благодаря тому, что масса электрона равна массе ядра водорода (протона), в водородсодержащей среде (коллекторе, насыщенном водой, нефтью) происходит быстрое замедление нейтронов. Регистрация замедленных нейтронов (нейтронный каротаж НК) или вторичных, вызванных гамма-излучений (нейтронный гамма-каротаж НГК) по стволу скважины позволяют выделить пласты-коллекторы (водородсодержащие породы). При соответствующем градуировании аппаратуры в среде с известной пористостью появляется возможность по НК и НГК определить пористость выделенных коллекторов в процессе каротажа. Некоторые элементы, например, хлор, обладают аномальным сечение захвата тепловых нейтронов, излучая при этом несколько гамма-квантов, что используется для выделения хлорсодержащих интервалов, насыщенных минерализованной водой. Это свойство представляет практический интерес для установления водонефтяного контакта в водоплавающей части залежи нефти.

__________________

Рис. 1.8. Резистивиметрические кривые при наличии поглощающей зоны:

а – при естественном уровне фильтрации; б – при продавливании раствора; 1, 2, 3, 4, 5, 6 – последовательность регистрации кривых

Использование источников гамма-квантов (например, радиоактивного изотопа кобальта) для облучения горной породы и регистрации рассеянных гамма-квантов на некотором расстоянии от источника (около 30-40 см) в виде кривой гамма-гамма-каротажа (ГГК) позволяет исследовать пласт по объемной плоскости (плостностной каротаж). Объемная плотность пересчитывается в пористость.

Стандартные методы радиоактивного каротажа включают в себя гамма-каротаж и нейтронный гамма-каротаж. Сущность гамма-каротажа заключается в регистрации вдоль ствола скважины интенсивности естественного гамма излучения горных пород.

Поглощающие горизонты, как правило, отличаются низкой естественной гамма-активностью. Нейтронный гамма-каротаж заключается в регистрации по стволу скважины вторичного (нейтронного) гамма-излучения, возникающего при бомбардировке пород нейтронами. Интенсивность нейтронного гамма-излучения определяется прежде всего содержанием в породе водорода и, следовательно, воды. Поэтому диаграммы НГК в совокупности с диаграммами ГК и другими исследованиями позволяют более уверенно выделить водоносный (поглощающий) горизонт. Однако в целом надежность ГК и НГК как методов выявления поглощающих зон невелика.

Возможно изучение поглощающих зон с использованием радиоактивных изотопов и аппаратуры для гамма-каротажа. Существуют два вида исследований: 1) определение интервалов поглощения радиоактивных изотопов, растворенных в нагнетаемой воде, или определение интервалов отфильтровывания твердой фазы суспензии, являющейся носителем радиоактивных изотопов; 2) выделение интервалов поглощения нагнетаемой воды и определение количества поглощаемой воды отдельными интервалами по скорости ее движения в стволе.

Метод активированной суспензии заключается в том, что сначала регистрируют кривую ГК до закачки в скважину суспензии, а затем – после закачки и задавки в пласт. Характер изменения радиоактивности на стенках скважины позволяет не только выявить мощность поглощающей зоны, но и определить ее строение (поглотительную способность пласта по мощности). Поглощающую зону можно четко выделить только в породах высокой адсорбционной способности, а это приводит к повышению радиоактивности пласта в течение длительного времени, несмотря на последующие закачки чистой воды.

Методы, основанные на определении скорости движения воды в стволе скважины, заключаются в выбросе в скважину порции радиоактивного изотопа и измерении времени ее перемещения по заданному расстоянию до счетчика аппаратуры ГК. При небольших скоростях движения нагнетаемой воды в стволе с помощью одной порции изотопов можно определить скорость в нескольких интервалах ствола.

Применения радиоактивных изотопов связано с особыми предосторожностями и в практике разведочного бурения находит весьма ограниченное применение.

Прибор Р7. Предназначен для исследования нефтяных и газовых скважин глубиной до 10 км с максимальной температурой 250 ⁰С и наибольшим давлением 150 МПа. Прибор рассчитан на работу в составе серийно выпускаемых каротажных станций, укомплектованных измерительной панелью радиоактивного каротажа 1Р4-1П.

Прибор Р7 обеспечивает за один спуск-подъем измерение естественной радиоактивности горных пород (ГК) и объемного влагосодержания по отношению показаний двух зондов нейтронного каротажа (2ННК). Измерения проводятся с применением одножильного или трехжильного бронированного каротажного кабеля и ампульного источника быстрых нейтронов любого типа с выходом нейтронов не менее 5 • 10⁸ с^-1 .

Диапазон измерения объемного влагосодержания (пористости) горных пород 0-40%. Предел допускаемой основной погрешности 10%. Предел допускаемой дополнительной температурной погрешности 1% на каждые 50 ⁰С. Потребляемая мощность 3,5 Вт. Диаметр прибора 90 мм, масса 60 кг.

___________________________________________________

Рис. 1.9. Схема установки радиоактивного каротажа:

1 – нейтронный источник; 2 – фильтр; 3 – детектор НГК; 4 – электронный блок; 5 – детектор ГК; 6 – кабель

Прибор РК1-841. Предназначен для измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения каналами ГК, НГК и для регистрации плотности потока тепловых нейтронов каналом НК-Т. Прибор представляет собой двухканальный радиометр интегрального счета. Двухканальная телеизмерительная система, блок питания и детекторы радиоактивного излучения помещены в охранный кожух прибора, выдерживающий давление до 150 МПа. Телеизмерительная система прибора позволяет передавать по кабелю к наземной регистрирующей аппаратуре импульсы информации с минимальными искажениями

Прибор рассчитан на работу в составе серийно выпускаемых каротажных станций, укомплектованных измерительной панелью радиоактивно каротажа 1Р4!П

Основные показатели прибора РК1-841:

Номинальный ток питания, мА............................................................................	180±10•10^-8
Длина зондов каналов НГК и НК-Т от середины источника нейтронов до середины рабочей длины детекторов, мм...........................................................	600±5
Время работы детектора при температуре окружающей среды 200 ^0С, ч.......	≥6
Наибольшая рабочая температура при регистрации каналом НК-Т, ^0С..........
Основная приведенная погрешность измерения каналом ГК и НГК, %,.........	±10
Дополнительная температурная погрешность измерения каналами ГК и НГК в рабочем диапазоне температур на каждые 50^0С, %................................	±1,25
Длина, мм................................................................................................................
Диаметр, мм...........................................................................................................

Прибор плотностного каротажа РКС-1. Предназначен для определения объемной плотности и уровня естественной радиоактивности горных пород в нефтяных и газовых скважинах диаметром 160-270 мм и глубиной до 4500 мм. Объемная плотность определяется автоматически путем обработки значений мощности экспозиционной дозы рассеянного гамма-излучения, регистрируемых двумя сцинтилляционными детекторами, расположенными на различных расстояниях от источника излучения.

Информация, получаемая с помощью РКС-1, позволяет определять общую пористость и компонентный состав терригенных и карбонатных коллекторов при комплексной интерпретации с методами АК и НК. В разрезах с мономинеральным скелетом горных пород информация РКС-1 однозначно отражает их общую пористость.

Радиометр состоит из скважинного прибора и наземной панели с вычислительным устройством.

Основные показатели прибора РКС-1:

Максимальное гидростатическое давление, МПа.................................................
Максимальная температура, ^0С...............................................................................
Габаритные размеры скважинного прибора, мм:
поперечный размер при закрытом прижимном устройстве..................
длина...........................................................................................................
диаметр охранного корпуса......................................................................
Масса скважинного прибора, кг.............................................................................
Потребляемая мощность, Вт
в режиме регистрации...............................................................................
в режиме управления прижимным устройством в течение 100 с..........

Радиометр работает в комплекте с любым трехжильным бронированным каротажным кабелем длиной не более 5000 м и с любой каротажной станцией.

Скважинный прибор радиометра оборудован управляемым с поверхности устройством, обеспечивающим прижатие прибора к стенке скважины с усилием 300±50 Н.

В качестве источника излучения применяется ампульный источник из препарата цезий-137.

Достоинствами аппаратуры по сравнению с аналогами являются значительно меньшие размеры скважинного прибора, небольшие масса и потребляемая мощность, хорошая проходимость скважинного прибора за счет неограниченной возможности управления процессом раскрытия-закрытия прижимного устройства. Отличительной конструктивной особенностью радиометра РКС-1 является возможность его эксплуатации автономно и в комплексе со скважинной аппаратурой нейтронного т акустического каротажа.

Комплексный прибор РКС-2. Предназначен для измерения и автоматической регистрации объемного влагосодержания горных пород и мощности экспозиционной дозы естественного гамма-излучения при проведении геофизических исследований в необсаженных нефтяных и газовых скважинах диаметром 160-270 мм, глубиной до 4500 м. Получаемая информация однозначно отражает общую пористость горных пород в нефтяных скважинах независимо от их компонентного состава.

Комплексная интерпретация материалов РКС-2, АК и ГГК (в модификации РКС-1) позволяет качественно оценить общую пористость и компонентный состав пород-коллекторов.

В аппаратуру РКС-2 входят скважинный прибор, наземная измерительная панель, размещаемая в стенде каротажной станции, и контрольно-калибровочное устройство.

Основные показатели прибора РКС-2:

Диапазон рабочих температур, ^0С....................................................................	(-10) – (+120)
Максимальное гидростатическое давление, МПа...........................................
Основная приведенная погрешность, %: при регистрации объемного влагосодержания:
в диапазоне 0-0,3...................................................................	±5
в диапазоне 0,3-0,4................................................................	±10
при регистрации мощности экспозиционной дозы гамма-излучения.............................................................................................................	±15
Габаритные размеры скважинного прибора, мм:
длина.......................................................................................................
диаметр...................................................................................................
максимальный поперечный при закрытом прижимном устройстве.........................................................................
Масса, кг
скважинного прибора............................................................................
наземной панели....................................................................................

Основным технико-экономическим преимуществом прибора по сравнению с аппаратурой нейтронного каротажа ДРСТ-3-90 является большая точность определения влагосодержания при наличии мешающих факторов, возможность автоматической регистрации диаграммы пористости без ручной обработки и интерпретации, большая скорость регистрации и возможность комплексирования с аппаратурой плостностного каротажа РКС-1. Техническая характеристика аппаратуры радиоактивного каротажа дана в табл. 1.1.

Табл. 1.1.

Техническая характеристика аппаратуры радиоактивного каротажа

Шифр	Число одновременно измеряемых параметров	Виды исследований	Максимально допустимая температура окружающей среды, ^0С	Максимально допустимое внешнее давление, МПа
ДРСТ-3-90   ТРКУ-100 Р-3 РКМ-4 РКМ-8 РКС-1 РКС-2 РГП-2		ГК, НГК (НПК)   ГК, НГК (НПК) ГК, НГК ГК, НГК ГК, НГК ГК, 2ГГК ГК, 2ННК ГК, 2ГГК	- -

Продолжение табл. 1.1.

Шифр	Габариты скважинного прибора, мм	Масса, кг	Используемый кабель	Панель управления
диаметр	длина
ДРСТ-3-90   ТРКУ-100 Р-3 РКМ-4 РКМ-8 РКС-1 РКС-2 РГП-2		-		Одножильный То же >> >> >> >> Трехжильный >> >>	ИПРК ИПРК ИПРК ИПРК ИПРК ИПРК ПРКС-1 ПРКС-1 ИПРК (1Р4-1П)

Недостатком радиоактивных методов каротажа является их незначительная глубинность исследований (несколько сантиметров).

Дата добавления: 2015-09-05