Прямая и обратная задачи электрического каротажа

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

1.Электрический каротаж (ЭК, электрокаротаж) основан на измерении электрического поля, самопроизвольно возникающего в

скважине и ее окрестностях или создаваемого в скважине искусственно. На практике ЭК заключается в получении значений измеряемой величины в точках скважины в графической или цифровой форме. Разновидности ЭК отличаются друг от друга измеряемой величиной и характером электрического поля (естественное или искусственное, электрическое или электромагнитное). Наибольшее практическое значение имеют следующие виды ЭК:

а) каротаж потенциалов самопроизвольной поляризации (каротаж ПС);

б) каротаж сопротивления (КС), основанный на измерении кажущегося удельного сопротивления горных пород. Он может проводиться градиент- или потенциал-зондами – боковое каротажное зондирование (БКЗ) несколькими зондами или стандартный каротаж одним зондом и ПС, зондами с фокусировкой тока – боковой каротаж (БК), микроустановками – микрокаротаж (МК) и боковой микро каротаж (БМК);

в) индукционный каротаж (ИК), состоящий в измерении кажущейся

удельной электропроводности горных пород;

г) диэлектрический каротаж (ДК), основанный на измерении кажущейся диэлектрической проницаемости.

По характеру создаваемого в скважине поля индукционный и диэлектрический каротаж являются разновидностями электромагнитного каротажа. Основным видом ЭК в нашей стране является стандартный каротаж и БКЗ. Электрический каротаж составляет основу комплекса геофизических исследований поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин. Особенно важное место он занимает при изучении разрезов скважин, бурящихся на нефть и газ. Во всех скважинах выполняют стандартный

Прямая и обратная задачи электрического каротажа

Измеряемые при электрическом каротаже величины (кажущееся

удельное сопротивление ρк, удельной проводимости γк) отличаются от истинных электрических свойств пласта, против которого находится каротажный зонд, но и от мощности этого пласта, электрического сопротивления ПЖ и размеров скважины, промытой зоны, зоны проникновения, вмещающих пород, а также от типа и размеров зонда. Чтобы успешно осуществить геологическое истолкование (интерпретацию) данных ЭК, необходимо установить зависимость между кажущимися и истинными электрическими свойствами среды, окружающей зонд. Нахождение теоретических значений измеряемых при каротаже величин ρк, γк и других для среды с заданными электрическими теоретическими свойствами является прямой задачей ЭК или задачей теории ЭК. Прямые задачи решаются расчетным путем или с помощью моделирования. Для отдельных, наиболее простых случаев неоднородности среды (пласт неограниченной мощности, тонкий пласт без скважины) получены строгие аналитические решения прямой задачи – формулы, связывающие электрическое поле в скважине с электрическими свойствами и геометрией среды. При симметрии среды относительно оси скважины для решения прямых задач каротажа сопротивлений широко используют сеточные электрокаротажные модели (интеграторы).

Принцип сеточного моделирования состоит в разбивке изучаемого

пространства на ряд ячеек системой горизонтальных плоскостей и

цилиндрических поверхностей, соосных скважине. Благодаря симметрии изучаемого пространства относительно оси скважины, сопротивление среды изменяется только в направлении оси скважины и ее радиуса и трехмерная среда сводится к двухмерной. Поэтому каждую ячейку заменяют резисторами, подключенными перпендикулярно друг к другу восевом и радиальном направлениях. Соединенные резисторы отдельных ячеек образуют электрическую сетку. На практике сетка выполняется в виде отдельных сменных блоков разного сопротивления, комбинируя

которые, можно создавать модели разных сред. К выводам сетки

скважины, представляющим модель зонда, подключаются источники тока и измерительные приборы, которые регистрируют кривую изменения кажущегося сопротивления при движении модели зонда вдоль скважины.

Моделирование на интеграторах позволяет получать теоретические

данные с точностью около 5% для неоднородности среды любого вида, в том числе для тонкого пласта с зоной проникновения и для чередования пластов. Наибольшие трудности представляет решение задач теории каротажа при отсутствии симметрии пространства относительно оси скважины. К таким задачам относится изучение поля зондов, расположенных на стенке скважины, или исследование наклонно залегающих пластов. Основным способом решения прямых задач в этих случаях является электролитическое моделирование. Для создания трехмерных сплошных моделей обычно используют водные растворы солей и разные изоляционные материалы. Точность результатов электролитического моделирования низкая и создание разных по сопротивлению и геометрии сплошных моделей среды очень трудоемко.

2.Индукционный каротаж

Для изучения электрических свойств горных пород (проводимости, диэлектрической проницаемости) наряду с электрическим каротажем применяется также электромагнитный каротаж, основанный на измерении элементов электромагнитного поля. Из разновидностей электромагнитного каротажа широкое практическое применение находят диэлектрический и особенно индукционный каротаж. Индукционный каротаж предназначен для изучения удельной электропроводности (удельного сопротивления) горных пород, пересеченных скважиной. Он основан на измерении напряженности переменного магнитного поля вихревых токов, возбужденных в породах полем опущенного в скважину источника.

Возбуждение и измерение переменного магнитного поля в скважине осуществляется с помощью индукционного каротажного зонда. Наиболее простой зонд ИК состоит из двух катушек – генераторной и измерительной, расположенных соосно на расстоянии, равном длине индукционного зонда L (рис.10.). Через генераторную катушку пропускают переменный ток с частотой несколько десятков кГц. Создаваемое этим током первичное переменное магнитное поле возбуждает в окружающих горных породах вихревые токи; в однородной среде их токовые линии представляют собой окружности с центром на оси скважины. Эти токи создают переменное магнитное поле, называемое вторичным. Первичное и вторичное переменные магнитные поля индуцируют в измерительной катушке электродвижущую силу. Электродвижущая сила, созданная первичным полем, компенсируется. Электродвижущая сила Eв, созданная вторичным магнитным полем, остается в приемной цепи, усиливается, выпрямляется и передается по кабелю на поверхность, где регистрируется.

Так как сила тока в генераторной катушке постоянна, амплитуда вихревых токов в окружающих породах пропорциональна их электропроводности. Поэтому создаваемое этими токами вторичное магнитное поле и наведенная им в приемной катушке э.д.с. Eв также будут расти приблизительно пропорционально удельной электропроводности g среды, окружающей зонд. Вихревые токи взаимодействуют друг с другом. При большой частоте питающего тока и высокой электропроводности среды взаимодействие вихревых токов, называемое скин-эффектом, приводит к нарушению линейной зависимости между Eв и :

, (39)

где - удельная электропроводность пласта в См/м;

- в Ом/м;

Eв– в В; Ки – коэффициент индукционного каротажного зонда, зависящий лишь от параметров последнего.

(40)

где и – соответственно частота и амплитуда тока, проходящего по

генераторной катушке;

и – площади витков генераторной и измерительной катушек;

и – число витков генераторной и измерительной катушек;

– длина зонда.

Формула (39), полученная для однородной среды, применяется и при измерении индукционным каротажным зондом в неоднородной среде. Измерив Eв, определяют

. (41)

По аналогии с каротажем сопротивления величину называют

кажущейся удельной электропроводностью.

На практике среда, окружающая зонд ИК, неоднородна, поэтому величины и различаются, так как на результаты измерений оказывают влияние вмещающие породы, соседние пласты, скважина и ЗП. Чем больше неоднородность среды, тем больше величина отличается от

Принципиальная схема индукционного каротажа.1, 2 – генераторная и измерительная катушки; 3 – генератор;4 – усилитель; 5 – выпрямитель.

3.Удельное электрическое сопротивление пород.

Электрическое сопротивление R проводника, состоящего из однородного вещества с постоянной площадью поперечного сечения S, прямо пропорционально длине проводника l и обратно пропорционально S.

Оно определяется по формуле

(12)

где ρ — коэффициент, характеризующий способность вещества пропускать электрический ток, его называют удельным электрическим сопротивлением (УЭС, удельным сопротивлением). Физический смысл и размерность УЭС при электрическом каротаже вытекают из следующего. Если взять образец породы в форме куба с ребром 1 м, то, подставляя в формулу (12) l = 1 м, S = 1 м2 и выражая R в

Омах, получим = R[Ом× (м2 / м)]= R[Ом × м]. (13)

Таким образом, УЭС горной породы — это сопротивление горной породы проходящему через нее электрическому току, отнесенное к единице поперечного сечения и длины образца породы. При ЭК удельное сопротивление ρ измеряют в Ом*м. В практике ЭК наряду с удельным сопротивлением применяют также его обратную величину— удельную электропроводность

(14)

которая характеризует способность горной породы проводить электрический ток. Единицей измерения электропроводности является сименс (См, или Ом -1). По аналогии с (13) удельная электропроводност выражается в См/м и представляет собой электропроводность между двумя противоположными гранями куба породы с ребром 1 м.

Удельное сопротивление пород в нефтяных и газовых скважинах чаще

всего изменяется от единиц до сотен Ом*м, что соответствует десятым и

тысячным долям См/м.

Для изучения электрического сопротивления горных пород наиболее широко применяется четырехэлектродная установка, электроды которой обозначаются буквами А, М, N , В. Через электроды А и В, называемые токовыми, в скважину и окружа­ющие породы вводится ток I, создающий электрическое поле. При помощи двух других электродов М и N , называемых из­мерительными, измеряют разность потенциалов этого электри­ческого поля между двумя точками в скважине.

Рис.4 Принципиальная схема измерения удельного сопротивления пород.

а – однополюсный зонд; б – двухполюсный зонд.

Г – источник тока; R – переменный резистор для регулирования силы тока;

mV – прибор для измерения разности потенциалов в цепи измерительных электродов M и N.

Разность потенциалов ΔU, измеряемая между электродами М и N , пропорциональна току I и удельному электрическому сопротивлению пород, в которых расположен зонд. Проведем две эквипотенциаль­ные поверхности — сферы S₁ и S₂ с центром в точке А, радиусы ко­торых отличаются на величину dr.

Ток I, переходя от эквипотенциальной поверхности S₁ к эквипотен­циальной поверхности S₂, создает между ними падение потенциала

-dU=IR=I ρ_п l /S где R — сопротивление между шаровыми поверхностями S₁ и S₂; l = dr — длина пути тока между указанными поверхностями; S — сечение проводника — площадь эквипотенциальной поверх­ности, равная 4πr².

В точке М, расположенной на расстоянии AM от электрода А, потенциал электрического поля будет иметь значение

U_AM = ∫ -dU= (ρ_пI/4π)*(1/АМ)

Общее поле нескольких источников тока получается в резуль­тате сложения полей отдельных источников. Потенциал общего поля в какой-либо точке равен алгебраической сумме потенциалов полей отдельных источников.Исходя из этого потен­циал U_M в точке М будет

U_M = U_AM - U _ВМ = (ρ_пI/4π)*(1/АМ – 1/ВМ)

Знак минус перед потенциалом U_BM соответствует разному направлению тока через электроды А и В.

Так как электрод В, согласно условиям задачи, находится в бесконечности (а в действительности на поверхности земли), можно считать ВМ → ∞ и тогда

U_M =(ρ_пI/4π)*(1/АМ)

Точно так же можно определить потенциал электрического поля в любой другой точке. В точке N, расположенной на расстоя­нии

r = AN от электрода А, потенциал

U_N =(ρ_пI/4π)*(1/АN) (27)

Разность потенциалов между точками М и N

∆U = U_M - U_N = (ρ_пI/4π)*(1/АМ – 1/AN) = (ρ_пI/4π)*(MN/AM*AN) (28)

Отсюда удельное сопротивление среды, замеренное однополюс­ным каротажным зондом сопротивления, равно

ρ_п = 4π*( AM*AN/MN)*( ∆U/I) = K*( ∆U/I) (29)

где K — коэффициент зонда, зависящий только от расстояний между токовыми и измерительными электродами зонда,

K=4π*( AM*AN/MN) (30)

Для двухполюсного зонда МАВ на основании формул (28-30) получим

∆U = (ρ_пI/4π)*(AB/MA*MB) (31)

откуда

ρ_п = K*( ∆U/I) (32)

где

K= 4π*(MA*MB/AB) (33)

Видно, что выражения для разности потенциалов, удельного сопротивления и коэффициента однополюсного и двухполюсного зондов отличаются только подстановкой А, М и N вместо М, А и В. Таким образом, с точки зрения получаемых результатов однополюсный трехэлектродный каротажный зонд не отличается от двухполюсного.Однако в случае реальной неоднородной среды пользуются фор­мулой (29), полученной для однородной среды, но определяют по ней не истинное удельное сопротивление горных пород, а некото­рую, до известной степени осредненную величину, называемую кажущимся удельным электрическим со­противлением горных пород

ρ_k = K*(∆U/I) [м*(мВ/мА)] (34)

В однородной среде кажущееся удельное сопротивление равно удельному сопротивлению. Чем больше неоднородность среды, тем больше кажущееся удельное сопротивление отличается от удельного сопротивления изучаемого пласта.В неоднородной среде оно зависит от многих величин: типа и размера зонда, которым проводят изме­рения, расположения зонда относительно изучаемого пласта, удельного сопротивления пласта и его мощности, удельного со­противления вмещающих пород, удельного сопротивления части пласта, прилегающей к скважине, диаметра скважины и удельного сопротивления заполняющей ее ПВ

4.Измерение удельного сопротивления жидкости.

Резистивиметры

Изучение удельного сопротивления промывочной жидкости ρс и пластовых вод ρпв занимает важное место в комплексе геофизических исследований скважин. Данные о ρс необходимы для интерпретации результатов электрического и других видов каротажа. Они представляют интерес также для контроля технического состояния скважины. Измерение ρс по стволу скважины называют резистивиметрией, а прибор, с помощью которого она проводится, — скважинным резистивиметром. Скважинный резистивиметр должен удовлетворять следующим требованиям: влияние удельного сопротивления пород, окружающих скважину, на показания резистивиметра должно быть минимальным; коэффициент резистивиметра должен быть стабильным и независимым от температуры и давления в скважине, а также от минерализации жидкости, заполняющей скважину; ПЖ должна свободно циркулировать в резистивиметре при его движении по скважине. Имеются два типа резистивиметров: гальванические с электродной измерительной установкой и индукционные с бесконтактным способом

измерения. К резистивиметрам с электродной установкой относится скважинный сферический резистивиметр, который крепится на кабеле многоэлектродного зонда ЭК каротажа так же, как электроды обычных трехэлектродных каротажных зондов. Он имеет резиновый трубчатый корпус, в который впрессованы электроды измерительной установки.

Токовый электрод имеет форму широкого кольца со сферической поверхностью, а кольцевой измерительный электрод М расположен в

выемке токового электрода и отделен от него изоляционным вкладышем.

Второй измерительный электрод N состоит из шести дужек, расположенных по сферической поверхности вокруг токового электрода.

Измерение ρс, производится по такой же схеме, как и для обычных градиент-зондов. Применением кольцевого измерительного электрода М и его расположением симметрично относительного токового электрода А обеспечивается постоянство коэффициента резистивиметра, а расположение дужек электрода N способствует экранированию измерительной установки от влияния окружающих пород.

Скважинный индукционный резистивиметр обеспечивает измерение электропроводности ПЖ по стволу скважины бесконтактным способом. Его измерительная установка состоит из двух катушек индуктивности, расположенных одна над другой внутри отрезка трубы из непроводящего материала. Одна катушка является генераторной, вторая- приемной. Генераторная катушка питается переменным током и создает магнитное поле во внутренней полости измерительной установки. Это первичное магнитное поле индуцирует вихревой ток, протекающий внутри установки вдоль ее оси. Вихревой ток создает вторичное магнитное поле, индуцирующее в приемной катушке; э. д. с., пропорциональную электропроводности ПЖ, заполняющей скважину. Для определения коэффициента скважинных резистивиметров ими выполняют измерения в баке, заполненном раствором NaCl с известным удельным сопротивлением. Для оценки влияния минерализации раствора на коэффициент резистивиметра измерения повторяют 2—3 раза врастворах с разными удельными сопротивлениями. Для измерения удельного сопротивления отдельных проб различных жидкостей, в том числе отбираемых из скважины или из вскрытых ею пластов, пользуются поверхностным резистивиметром. Наиболее распространены гальванические поверхностные резистивиметры. Измерительной установкой в них служит цилиндрический стакан с установленными в нем четырьмя электродами. Крышка и дно стакана играют роль токовых электродов А и В, а измерительные электроды М и N в виде колец прикреплены к внутренней стенке стакана. Эта измерительная установка позволяет измерять непосредственно сопротивление Rc столба жидкости между электродами М и N, и ее коэффициент мало зависит от минерализации изучаемой жидкости:

К=S/l , Rc = ρc* l /S (38) где l - расстояние между измерительными электродами, в м; S - площадь дна стакана в м2; Rс - в Ом; К - в м.

Удельное сопротивление ρc (в Ом*м) жидкости, налитой в стакан, определяется непосредственно по отклонению стрелки микроамперметра. Поверхностные резистивиметры обеспечивают более высокую точность измерений, чем скважинные. Для сравнения показаний скважинного и поверхностного резистивиметров, например, при интерпретации БКЗ необходимо показания поверхностного резистивиметра привести к

температуре в скважине.

5.Измерение кажущегося удельного сопротивления микрозондами

Микроустановки применяются для изучения электрического сопротивления пород в промытой зоне— ближайшей к скважине части ЗП проницаемого пласта, а также для определения удельного сопротивления ПЖ. Наибольшее значение имеют микрозонды, которые подразделяются на обычные — градиент- и потенциал-зонды малых размеров, и с фокусировкой тока. В последних применяют зонды бокового микрокаротажа. Каротаж обычными микрозондами называют микрокаротажем (МК), а каротаж микрозондами с фокусировкой тока — боковым микрокаротажем (БМК).

Микрозонд представляет собой обычный или фокусированный электрический каротажный зонд небольшого размера, электроды которого расположены на внешней стороне башмака из изоляционного материала. Башмак экранирует микрозонд от ПЖ и тем самым снижает влияние скважины на результаты измерений. Внешней стороной с электродами башмак прижимается к стенке скважины с помощью, специального прижимного устройства.

Микрокаротаж

В обычных микрозондах, применяемых для исследования нефтяных и газовых скважин большого диаметра, на башмаке установлены три точечных электрода на расстоянии 2,5 см друг от друга (рис.9, а). Они образуют два зонда: градиент-микрозонд А0, 025 М0, 025N и потенциал микрозонд А0, 05М, у которого электродом N служит корпус прибора. Вследствие неровностей стенки скважины и неплотного прижатия к

Ней башмака между электродами микрозонда и стенкой скважины всегда имеется пленка ПЖ; в проницаемых пластах между башмаком микрозонда и породой находится также глинистая корка. Промывочная жидкость и глинистая корка образуют так называемый промежуточный слой, удельное сопротивление которого ρсл отличается от ρп. Поэтому ρк, измеряемое микрозондом, отличается от удельного сопротивления части пласта, прилегающей к стенке скважины. В зависимости от типа и размера микрозондов их радиусы исследования различны: радиус исследования потенциал-микрозонда более чем в 2 раза больше радиуса исследования градиент-микрозонда. Наличие двух кривых КС, полученных микрозондами с различным радиусом исследования, позволяет оценить влияние толщины и удельного сопротивления промежуточного слоя на данные микрокаротажа. Кажущееся удельное сопротивление микроустановок подсчитывается по формулам для обычных градиент- и потенциал-зондов. Коэффициенты К микрозондов определяют экспериментально по результатам измерений в баке, заполненном раствором NaCl с известным удельным сопротивлением. Коэффициент К для градиент-микрозонда равен примерно 0,34; а для потенциал-микрозонда — 0,5 м. Для одновременного измерения потенциал- и градиент-микрозондами применяется двухканалъная аппаратура МДО-3. Запись кривых КС микрозондами проводят, используя три электрода башмака (A, Ml, М2) и корпус прибора (N). Обратный токовый электрод В установлен на косе

прибора на расстоянии 1 м от корпуса. Влияние промежуточного слоя на показания обычных микрозондов очень велико и сильно сказывается на величине КС. Это серьезно затрудняет интерпретацию данных микрокаротажа, которые поэтому спользуются только для качественной характеристики разреза скважины.

Схема распространения токовых линий микрозондов в промытой зоне.а – обычный микрозонд, б – двухэлектродный зонд БК; в – трехэлектродный микрозонд каротажа ближней зоны. I – вид микрозонда спереди (внешняя сторона); II – вид микрозонда сбоку; 1 – электроды; 2 – изоляционный башмак; 3 - глинистая корка; 4 – порода

6. Радиоактивный каротаж. Физические основы и особенности.

Широко применяется радиоактивный каро­таж (РК) трех видов. 1) гамма-каротаж (ГК) осно­ван на измерении по стволу скважины гамма-излучения, вызван­ного естественной радиоактивностью горных пород. 2) гамма-гамма-каротаж (ГТК) исследует особенности прохождения через породы гамма-излучения от специального источника гамма-квантов, опускаемого в скважину вместе с прибором. 3) нейтронный каротаж (ПК) базируется на исследовании поля медленных нейтронов и гамма-квантов, создаваемого источ­ником быстрых нейтронов, находящимся в приборе. Каждый вид РК включает ряд модификаций.

Существенными особенностями РК являются: относительно ма­лая глубинность исследований (90% излучения поступает в детек­тор от слоя пород толщиной 10—30 см).

Естественная радиоактивность и основы гамма-каротажа (ГК). Естественные радио­активные элементы уран 238U и то­рий 232Th, а также радиоактивный изотоп калия 40К. Каждый элемент ряда при распаде наряду с заряженными - и -частицами излучает гамма-кванты ( -кванты) с присущей ему энергией Е (или с несколькими значениями Е).

Измеряя радио­активность путем регистрации гамма-излучения по стволу сква­жины, можно расчленять разрез на отдельные пласты и классифи­цировать их по этому признаку.

На этом основан гамма-каротаж скважин.

7. Гамма каротаж. Область применения и аппаратура.

При проведении ГК в скважину опускаются детектор гамма-излучения и схема, преобразующая информацию для передачи ее на поверхность. В качестве детектора используют либо разрядные счетчики, либо сцинтилляционные кристаллы с фотоэлектронным умножителем.

Основы гамма-гамма-каротажа (ГГК). При прохождении через слой вещества толщиной R поток гамма-излучения ослабляется по закону где — массовый коэф­фициент поглощения гамма-излучения; -плотность вещества.

Причиной ослабления потока гамма-излучения является взаи­модействие гамма-квантов с электронами и ядрами атомов веще­ства.

Основными видами взаимодействия гамма-излучения с веще­ством является образование электрон-позитронных пар, фото­эффект и эффект Комптона.

Эффект образования пар проявляется при очень высоких энергиях гамма-квантов (выше 5 — 10 МэВ для атомов горных пород). При этом гамма-квант, взаимодействуя с ядром атома, исчезает, образуя в поле ядра пару электрон—позитрон.

При фотоэффекте гамма-квант передает всю свою энергию од­ному из электронов, т. е. полностью погло­щается. При эффекте Комптона электрону передается часть энергии гамма-кванта при этом гамма-квант изменяет направление движения (рассеивается).

После нескольких актов рассеяния энергия кванта уменьшается до величины, при которой он поглощается за счет фотоэффекта. При проведении ГГК в скважину опускается измерительная установка, состоящая из источника и детектора гамма-излучения, разделенных свинцовым экраном. Экраном поглощаются те гамма-кванты, которые распространяются по прямой линии от источ­ника до детектора. Гамма-кванты, проникающие в породу, рас­сеиваются на электронах, входящих в состав атомов пород, часть из них после нескольких актов рассеяния попадает в детектор и регистрируется. Чем больше плотность пород, тем меньше гамма-квантов приходит в детектор.

Плотность горных пород (от 2 до 3 г/см3) больше, чем плотности ПЖ (от 1 до 1,5 г/см3). Поэтому большая часть гамма-излу­чения может проходить по стволу скважины, а не по породе. Поэтому источник и детектор обычно прижимаются к стенке и экрани­руются от скважины свинцом. С целью улучшения параметров измерительной установки в некоторых приборах излучение источ­ника и регистрируемое излучение направ­ляются в породу (или из породы к детектору) под заданными уг­лами с помощью свинцовых экранов с соответствующим образом расположенными окнами, заполненными легкими веществами (на­пример полиэтиленом).

В качестве источника гамма-излучения в приборах ГГК используется изотоп це­зия (127Cs). Для регистрации излучения используются в основном сцинтилляционные детекторы, состоящие из кристалла йодистого на­трия, активированного таллием, NaI(Tl) и фотоэлектронного умножителя.

Измерения с жесткой составляющей рассеянного гамма-излучения называют плотностным гамма-гамма каротажем (ГГКП). Для искл. влияния пород, необходимо ре­гистрировать гамма-кванты с энергией более 200 кэВ, при которой показания ГГК в различных породах с одинаковой плотностью практически не различаются.

Для этого экранируют детектор слоем свинца, поглощающего мягкую компоненту излучения.

Расстояние между серединой источника и серединой индика­тора в приборе называют длиной зонда L (полная длина зонда). Оптимальная длина зонда при используемой активности источника и. применяемых детекторах лежит в пределах 30—50 см.

При наличии между прибором и стенкой скважины промежуточной среды, глинистой корки или слоя ПЖ вызывает искажения результатов.

Для исключения влияния промежуточной среды на практике используют измерительные установки с двумя зондами ГГК от­носительно большой и малой длины. Из-за разной глубинности регистрируемые детекторами этих зондов значения ГГК при на­личии промежуточной среды искажаются неодинаково. Поэтому при раздельном определении плотности пород по результатам из­мерения двумя зондами получаются два различных значения ка­жущейся плотности.

8. Область применения нейтронного каротажа (НК).

Различают быстрые нейтроны с энергией 1 — 15МэВ, промежуточные — 1 МэВ — 10 эВ, медленные, или над тепловые— 10—0,1 эВ и тепловые нейтроны со средней энергией 0,025 эВ. Нейтроны излу­чаются ускорительной трубкой импульсного генератора, имеют энергию 14 МэВ. Источников медленных и тепловых нейтронов нет. Активность источников определяют по выходу нейтронов в 1 с. При облучении вещества потоком нейтронов, они взаимодействуют с ядрами. Основными видами взаимодействия являются упругое рассеяние нейтрона на ядре с потерей части энергии (т. е. замедление нейтрона) и захват (поглощение) нейтрона ядром. Для нейтронов с энергией от нескольких МэВ до 0,1 эВ основ­ным видом взаимодействия является упругое рассеяние, т. е. столкновение нейтрона с ядром, передача нейтроном части своей энергии ядру (замедление) и изменение направления движения нейтрона (рассеянием). Масса ядра водо­рода (протон) близка к массе нейтрона, поэтому водород лучше остальных элементов замедляет нейтроны. При наличии в породах даже небольшого (5—7%) количества воды или нефти, содержа­щих относительно много водорода (порядка 10% по массе), за­медление происходит в основном на ядрах водорода.

Длиной замедления назы­вается среднее расстояние по прямой линии от места вылета ней­трона до места, где он замедлится до тепловой энергии. Длина замедления тем меньше, чем больше со­держание в породе воды или нефти, т. е. чем больше пористость пород. Длина замедления в нефти примерно такая же, как в воде, и не зависит от минерализации воды.

При захвате нейтрона ядром всегда выделяется энергия (энергия связи нуклона в ядре) обычно в виде одного или нескольких гамма-квантов.

Области применения НК. Различные моди­фикации НК применяются для изучения либо замедляющих, либо поглощающих свойств пород. Замедляющие свойства определяются в основном содержанием водорода в поро­дах, которое для нефтеносных и водоносных пластов, не содержа­щих глин и гипса, пропорционально общей пористости пород. Поэтому НК часто называют каротажем пористости. Поглощаю­щие свойства пород зависят от содержания в них сильных погло­тителей нейтронов — чаще всего хлора.

Нейтрон-нейтронный каротаж по над-тепловым нейтронам (ННК-нт). Метод основан на из­мерении по стволу скважины потока нейтронов, замедлившихся до энергии несколько выше тепловой. При проведении ННК-нт в скважину опускается зонд, состоящий из источника быстрых нейтронов и детектора медленных нейтронов, разделенных экраном из материала с большим содержанием водо­рода. Для регистрации медленных ней­тронов применяются сцинтилляционные детекторы или пропорциональные счетчики нейтронов, экранированные тонким слоем кадмия, интенсивно поглощающего тепловые нейтроны и свободно пропускающего медленные нейтроны с энергией больше 0,5 эВ. При проведении ис­следований в скважине быстрые нейтроны рассеиваются ядрами элементов, входящих в состав пород и ПЖ, замедляются и частично доходят до детектора, который их регистрирует. Чем больше водорода в породе, тем меньше длина замедления нейтронов и, следовательно, тем менее вероятно, что нейтрон дойдет до детектора. Поэтому с увеличением водородо-содержания пород (т. е. их пористости) регистрируемые значения уменьшаются.

Нейтрон-нейтронный каротаж по тепло­вым нейтронам (ННК-т). Принципиальная схема измере­ний при ННК-т такая же, как при ННК-нт, однако детектор при ННК-т не экранируется кадмием. Длины зондов ННК-т и ННК-нт приблизительно одинаковы. Физические процессы, происходящие при ННК-т, отличаются от физических процессов при ННК-нт тем, что получаемые результаты определяются не только пара­метрами замедления быстрых нейтронов, но и диффузионными параметрами. Поэтому интерпретация данных ННК-т менее одно­значна, чем интерпретация данных ННК-нт. Это частично компен­сируется большей скоростью счета и меньшим влиянием проме­жуточной среды, находящейся между прибором и стенкой сква­жины.

Нейтронный гамма-каротаж (НГК). При про­ведении НГК по стволу скважины измеряется поток гамма-излу­чения, сопровождающего захват тепловых нейтронов в породах и ПЖ. Физические процессы, про­исходящие при НГК, усложнены по сравнению с физическими процессами при ННК, так как кроме длины замедления нейтронов и диффузионных параметров существенную роль в формировании результата измерений играют средняя излучающая способность ядер исследуемой среды и ее объемная плотность, определяющая коэффициент поглощения гамма-излучения.

В детектор приходят гамма-кванты, возни­кающие в результате захвата нейтронов в породах, а также в ПЖ, глинистой корке, корпусе прибора, экра­нах, размещенных в приборе. Присут­ствие в пластовых водах или породах хлора, имеющего большое сечение захвата и высокую по сравнению с водородом излучающую способность.

9. Импульсный нейтронный каротаж. Аппаратура каротажа.

При проведении импульсного нейтронного каротажа в сква­жину опускают импульсный источник — генератор нейтронов, излучающий в скважину быстрые нейтроны с энергией 14 МэВ короткими посылками. Длительность каждой посылки (нейтронного импульса) порядка 1 мкс, число таких посылок 20 или 400 в 1 с (частота 20 и 400 Гц). На расстоянии около 30 см от мишени генератора, излучающей нейтроны, устанавливается детектор тепловых ней­тронов или детектор гамма-квантов. В зависимости от того, что регистрируется — тепловые нейтроны или гамма-кванты радиа­ционного захвата — различают две модификации ИНК: импульс­ный нейтрон-нейтронный каротаж (ИНН К) и импульсный нейтрон­ный гамма-каротаж (ИНГК). Информация от детектора через ка­бель поступает на анализатор, расположенный на поверхности. Анализатор регистрирует число электрических импульсов от де­тектора, разделяя их на группы, каждая из которых отличается от остальных величиной промежутка времени между началом по­сылки нейтронов и началом регистрации нейтрона или гамма-кванта.

Результаты импульсного каротажа позволяют оценивать со­держание в породах сильных поглотителей нейтронов — хлора, бора и др.

Ядра некоторых элементов после захвата нейтронов становятся радиоактивными (активируются) и распадаются со свойственным только данному изотопу периодом полураспада. При распаде из­лучаются гамма-кванты с определенной энергией, которые могут быть зарегистрированы каротажным прибором.

ИНК дает возможность опред-ть содерж хим элеме-а в породе при условии что он способен активир-ся. С этой целью источн устанав-ют против опр-ой точки на время = периоду полураспада, которые хотят выявить.После облучения источ переме-ют на др глубину, а против облучения точки устанав индикатор гамма излуч который регестри интенсивн излучения и ее изменения со временем.

10. Принцип действия аппаратуры АК. Основное наз-ие АК яв-ся литологическое расчленение разрезов (выделение гранулярных и трещиновато кавернозных коллекторов) и опред их порисости. Акустиче волны предстов собой упругие механич возмущения, которые распрастран с конечной скоростью в твердых, жидких и газообраз телах и осущ-ютперенос энергии без переноса вещ-ва.Типы волн:

1.продольная-колебания частиц среды происх-т в направлен распрастран волн 2.поперечная-частиц колебл перпендик к направ распр-ия волн, по криволинейной траектории, создавая диформацию сдвига 3.растяжения –при распростр упруг волны вдоль трубы происходит сжатие и растяжение в радиальных направлениях.

Приборы массового применения, используются в открытых и обсаженных скважинах. Наиболее простые из них содержат трёхэлементные (излучатель и 2 приёмника или 2 излучателя и 1 приёмник) либо компенсированные четырёхэлементные зонды (два излучателя и два приёмника). Часто компенсированный зонд содержит также третий приёмник, обеспечивающий специфичные технологические решения: фиксацию муфт обсадной колонны при любом качестве сцепления цемента с колонной. Приборы массового применения эксплуатируются самостоятельно или в составе комбинированных сборок. Они ориентированы на измерение параметров (t, А, ) преимущественно продольной волны и в меньшей степени, при благоприятных геолого-технических условиях, - поперечной головной волны. К этим группам относятся также высокочастотные (300-1000 кГц) приборы-сканеры с одним или несколькими электроакустическими преобразователями, совмещающими функции излучателя и приёмника упругих колебаний. Их основное назначение заключается в детальном изучении слоистых и трещиновато-кавернозных пород в открытых скважинах и выделении вертикальных каналов в цементном камне, заполняющем затрубное пространство.

Отдельную группу составляют приборы, предназначенные для решения практически всех задач, доступных АК, в любых геолого-технических условиях. Они оснащены многоэлементными измерительными зондами с монопольными и дипольными преобразователями, охватывают широкий для АК диапазон частот (1-30 кГц) и обеспечивают измерение параметров информативных Р, S и St волн. Для возбуждения и приема упругих колебаний используют электроакустические преобразователи. Наиболее распространены пьезоэлектрические преобразователи. Они очень разнообразны и отличаются назначением, исполнением, рабочими частотами и другими параметрами.

Прямые совмещенные преобразователи служат для излучения и приема продольных упругих волн. Обе эти функции выполняет один пьезоэлемент.

В раздельно-совмещенных преобразователях для излучения и приема продольных волн используют разные пьезоэлементы, смонтированные в общем корпусе. Применяют также раздельные преобразователи, один из которых только излучает, другой только принимает упругие волны.

Для работы поперечными, поверхностными и волнами Лэмба служат наклонные преобразователи. Все эти волны возбуждаются в контролируемом изделии путем трансформации продольных волн, падающих на границу раздела "преобразователь — изделие" под различными углами. При приеме происходит обратная трансформация.