Плотностной гамма-каротаж (ГГК)

Измерение характеристик полей рассеянного γ-излучения, возни- кающего при облучении горных пород источником γ-квантов вдоль ствола скважины, называется гамма-гамма-каротажем (ГГК). В методе ГГК различают две основные модификации: плотностной и селектив- ный. Более широко используется плотностной ГГК (рис. 31, б). При ГГК измеряется жесткая составляющая рассеянного γ-излучения В качестве источника используется изотоп кобальта ⁶⁰Со, испускающий γ-кванты сравнительно большой энергии. Источник и индикатор расположены на одной стороне исследуемого объекта (рис. 34).

Рис. 34. Сопоставление кривых радиоактивного каротажа: 1 – глина; 2 – известняк плотный; 3 – песчаник;

4 – известняк глинистый; 5 – аргиллит; 6 – алевролит

Индикатор заключен в стальную гильзу, поглощающую мягкий компонент γ-излучения, который не достигает индикатора. В этом случае регистрируется жесткий компонент рассеянного γ-излучения и получаемая кривая ГГК несет информацию об изменении объем- ной плотности окружающей среды.

Для уменьшения влияния скважины глубинный прибор снабжает- ся прижимным устройством и свинцовым экраном, предохраняющими в некоторой мере индикатор от рассеянного γ-излучения промывочной жидкости. Это повышает дифференцированность кривых ГГК.

Между интенсивностью рассеянного γ-излучения и плотностью горных пород для достаточно больших зондов, применяемых на практике, существует обратная зависимость: чем больше плотность, тем больше рассеяние и тем меньше регистрируемое γ-излучение. На кривой ГГК минимальные показания соответствуют плотным породам – ангидритам, крепким доломитам и известнякам, макси- мумами выделяются наименее плотные породы – гипсы, глины, ка- менная соль, высокопористые разности известняков, песчаников, доломитов. Средними и пониженными значениями отмечаются глинистые известняки и песчаники.

При учете данных, характеризующих условия измерений в скважине и эффективность регистрации применяемой аппаратуры, возникает возможность перехода от показаний ГГК к объемной плотности пород δ_п, а от плотности – к пористости K _п. Из формулы K _п = (δ_м – δ_п) / (δ_м – δ_ж) следует, что по результатам ГГК может быть определена общая пористость, включая объем межзерновых пор, каверн и трещин, независимо от характера сообщаемости и гидро- проводности пор коллектора.

Для определения K _п по данным ГГК, кроме δ_п, необходимо знать величины δ_ж и δ_м. В природных условиях δ_ж может изменять- ся от 0,8·10³ (нефть) до 1,2·10 ³кг/м ³ (соленая вода). На практике из- за проникновения фильтрата глинистого раствора в проницаемые пласты и малой глубинности ГГК (10–15 см) δ_ж чаще всего опреде- ляется плотностью фильтрата, обычно близкой к 10³ кг/м³. В газо- носных или газоконденсатных пластах из-за остаточного газонасы- щения величина δ_ж может изменяться в широких пределах – от

нескольких десятых до 10³ кг/м³. Для оценки минералогической плотности горных пород δ_м необходимо располагать данными о ве- щественном составе пород (литологии, глинистости).

Наиболее тесная зависимость между пористостью и плотно- стью наблюдается в однокомпонентных породах (известняках, до- ломитах, кварцевых песчаниках), насыщенных определенным флюидом, что позволяет оценивать их пористость непосредствен- но по кривой ГГК. Показания ГГК существенно зависят от диа- метра скважины, расстояния от стенки прибора (со стороны инди- катора) до стенки скважины, от толщины глинистой корки, плот- ности промывочной жидкости и других факторов.

Наличие между прибором и стенкой скважины промежуточно- го слоя (промывочной жидкости, воздуха, глинистой корки, желез- ной колонны) приводит к изменению средней плотности исследуе- мой среды. Глинистая корка, неровности стенки скважины, обу- словленные кавернозностью и трещиноватостью пород, вызывают увеличение показаний ГГК.

Для уменьшения влияния каверн и глинистой корки на пока- зания ГГК используются приборы, которые прижимаются к стенке скважины с коллимированными источниками и индикаторами. Это позволяет увеличить глубинность исследования зондом ГГК. Заре- гистрированные одним зондом данные оказываются вполне доста- точными для выполнения качественной интерпретации, но не могут быть использованы непосредственно для количественного опреде- ления плотности пород.

Оценка плотности пород по кривой ГГК, записанной одним зондом, возможна путем эталонирования диаграммы по двум опорным горизонтам с известными значениями δ_п, аналогично эталонированию диаграмм гамма-каротажа и нейтронного гамма- каротажа при замене абсолютных значений относительными. Для этого используется следующее выражение:

J ГГК = (I ГГК – I ГГК min) / (I ГГК max – I ГГК min),

где I _ГГК, I _{ГГК min} и I _{ГГК max} – показания ГГК соответственно против исследуемого пласта, против пласта с максимальной плотностью

для данного разреза, против каверны с достаточно большим ра- диусом, когда с учетом радиуса исследования методом ГГК воз- можно допущение, что I _{ГГК max} обусловлено плотностью промы- вочной жидкости δ_с.

Рассчитав линейную зависимость J _ГГК = f (δ_п) для опорных пластов, по которым имеются керновые данные, определяют плот- ность исследуемого пласта δ_пх по величине J _ГГК.

Для более надежной оценки плотности пород применяется двухзондовая установка. При этом измерение I _ГГК производится двумя зондами различной длины и одновременно записывается ка- вернограмма. Использование такой установки базируется на том, что результаты измерений большим зондом I _{ГГК б.з} меньше зависят от толщины глинистой корки или слоя между прибором и стенкой скважины, чем данные, полученные зондом меньших размеров.

ГГК находит широкое применение при расчленении разрезов скважин, уточнении литологии, выделении коллекторов и оценки их пористости.

В отличие от многих других методов ГИС, ГГК одинаково чувствителен к изменению пористости как в области ее малых зна- чений, так и больших. В этом и есть его существенное преимуще- ство. Данные ГГК широко используются для изучения и контроля технического состояния скважин, оценки качества тампонажных работ, выявления интервалов притока в скважину флюидов раз- личной плотности и других.