Ядерно-физические методы ГИС. Классификация. Их роль в комплексе ГИС.

Ядерно-физические методы ГИС. Классификация. Их роль в комплексе ГИС.

Ядерно-физические методы ГИС основаны на изучении естественных и искусственных полей радиоактивных излучений в скважине.

Классификация: 1. Методы регистрации естественного излучения горных пород или пассивные методы; 2. Методы регистрации вторичного излучения, связанного с излучением горных пород источником гамма квантов и нейтронов

В группе пассивных методов наиболее широко используется метод естественной радиоактивности гамма квантов, основанный на регистрации гамма излучения естественной радиоактивности элементов (торий, радий, уран и калий 40).

Деление активных методов строится на временной зависимости, интенсивности импульсной или стационарной, а так же гамма источников излучения и вида вторичного излучения. Выделяют стационарный НГК, ННК и импульсные ИНГК и ИННК.

Методы регистрации гамма излучения подразделяются на интегральные и спектральные, при которых регистрируется гамма квант в ограниченном энергетическом интервале.

В зависимости от количества детекторов выделяют одно-, двух- или многозондовые модификации метода РК.

Гамма-гамма метод каротаж. Модификации ГГК. Физические основы, технология работ, принципы интерпретации, решаемые задачи.

ГГК основан на измерении интенсивности вторичных искусственных гамма-излучения горных пород, рассеянного в процессе их облучения потоками гамма-квантов. Эта интенсивность зависит от плотностного и вещественного состава горных пород. Из трех взаимодействий γ-лучей имеет основное действие имеет фотоэффект и каптон поглощение.

Регистрируя рассеяние γ-квантов высокой энергии от 0,05 до 10 Мэв можно определить плотность горных пород. Мягкая составляющая γ-квантов характеризует как плотностной, так и вещественный состав. В связи с этим используются 2 метода рассеянного γ-излучения: плотностной (при регистрации γ-излечения по мягкой постоянной – ГГН-М), и селективный.

Плотностной ГГК основан на следующей зависимости: по мере увеличения плотности среды I_γγγсначала возрастает, а затем падает.

Повышенная интенсивность I_γγ в области малых плотностей обусловлена полным поглощением γ-квантов. Последнее уменьшение интенсивности I_γγсвязана с поглощением породой частиц рассеяния γ-квантов вследствие фотоэффекта.

С увеличением длины зонда однозондового ГГК – расстояние между центром источника и индикатором (т.з. ½ L_з), в двух зондовом ГГК точка записи относится к середине индикатора.  С увеличением ГГК глубина метода возрастает, однако, с этим растет статическая погрешность регистрации, что вызывает необходимость использования более мощного источника.

В следствии малой глубины ГГК на его показания искажения влияние оказывает толщина глинистой корки, наличие и толщина обсадной колоны. Наличие двухзондовых ГГК-П позволяет снизить влияние глинистой корки.

Метод ГГК-П применяется при расчленении разреза, уточнения литологии, выделения коллекторов, оценки пористости, выявления газоностных пластов. Основное преимущество ГГК-П в том, что он одинаково измеряет пористость малых и больших значений.

В ГГК-С применяется источник мягкого γ-излучения (Е_γ=0,3-0,4 Мэв) обычно это изотопы силена (Se⁷⁵ (0,138 и 0,268)), ртути (Hg²⁰³ (0,278)) и цезий (Cs¹³⁷ (0,662)). Показания ГГК-С зависят от рассеяния γ-квантов и поглощения тяжелых элементов (вольфрам, свинец, ртуть и др.). Метод эффективен для изучения угольных и рудных пластов.

Методы изучения технического состояния скважин с помощью инклинометрии, наклонометрии и кавернометрии.

Инклинометрия

Это метод изучения искривления скважин в геологическом разрезе. Замеры искривления нефтяных и газовых скважин осуществляются инклинометрами. Это аппаратура ГИС, состоящая из скважинного прибора и наземного пульта.

На определенном интервале глубин положение ствола скважины характеризуется углом отклонения скважины от вертикали d и азимутом φ. Эти углы определяются при поочередном измерении разности потенциалов, возникающих на реохордах R_аз и R_уг. Для этого используется мостовая компенсационная схема, которая уравновешивается переменным резистором.

Инклинометрические измерения производятся поточечно и записываются в журнал наблюдений. В таблице замеров указываются значения углов d и φ и дирекционного угла α.

α = φ + γ + Д, 

где γ – угол сближения между осевым меридианом и меридианом в данной точке (может быть положительным или отрицательным). Д – магнитное отклонение (восточное со знаком плюс, западное – минус). Значение γ ± Д указывается на географических картах. По значениям d и α строится проекция ствола скважины на горизонтальную плоскость. Эта проекция называется инклинограммой.

Если породы разреза немагнитны или слабомагнитны, то применяются магнитометры, использующие принцип отвеса и магнитной стрелки.

φ – азимутальный угол, d – вертикальный угол, Г₁ – отвес азимутального реохорда, Г₂ – отвес вертикального реохорда.

Наклонометрия скважины

Определение элементов залегания пластов по данным геофизических измерений, проведенных в одной скважине.

Для этой цели применяется специальный прибор — пластовый наклономер.

Он состоит из трех идентичных установок бокового микрокаротажа (БМК), которые расположены в плоскости, перпендикулярной к оси прибора, и смещены друг относительно друга на 120°, инклинометрического устройства и каверномера.

При негоризонтальном напластовании каждая из установок БМК пересекает границу между пластами с различными физическими свойствами на разной глубине, что отражается на кривых БМК смещением характерных точек.

Одновременно (в виде кривых) регистрируются: зенитный угол и азимут наклона скважины, азимут основной установки БМК и ср. диаметр скважины. По этим данным с помощью номограмм или ЭВМ рассчитывают угол и азимут падения пласта.

Кавернометрия

Это метод определения диаметра скважины. Измерения выполняются специальным прибором – каверномером. Он конструктивно состоит из 3-х или 4-х шарнирных рычагов, которые упираются в стенки скважины. Изменение положения рычагов с помощью механического устройства (в простейшем случае – стальной тросик) передается на измерительное устройство (реохорд) и далее по каротажному кабелю на регистратор.

Диаметр скважины вычисляется по формуле:

d _c = d ₀ + C Δ U / J, где

d _c – диаметр скважины

d ₀ – начальный диаметр

C – постоянная каверномера

Δ U – разность потенциалов

J – сила тока

Коэффициент С определяют посредством эталонированных колец.

С помощью каверномеров определяется средний диаметр скважины, являющийся диаметром круга, эквивалентного по площади сечению скважины плоскостью, перпендикулярной к ее оси. Но в общем случае, сечение скважины не является круговым.

Перфорация.

Вскрытие пластов, намеченных к опробованию или разра­ботке по данным геофизических методов исследования скважин, выполняется с помощью стреляющих аппаратов — перфора­торов. Процесс образования отверстий в обсадных трубах, цементе и горной породе называется перфорацией сква­жин. Для перфорации скважин используются кумулятивные (беспулевые), пулевые и торпедные перфораторы.

Кумулятивные перфораторы. Кумулятивный заряд перфоратора состоит из взрывчатого вещества (гексогена), детонатора, металлической воронки, облицовывающей кумулятивную выемку, и защитного корпуса. В момент взрыва детонатора по куму­лятивному заряду распространяется волна детонации, которая движется вдоль оси заряда к основанию кумулятивной вы­емки, и продукты взрыва сжимают металлическую воронку. В металле возникает очень большое давление, и жидкая металлическая струя со скоростью 6—8 км/с выбра­сывается вдоль оси выемки. Металлическая струя оказывает на преграду давление порядка 10⁴ МПа, глубоко проникает в нее и создает канал значительной длины.

По способу герметизации зарядов кумулятивные перфора­торы подразделяются на две группы — корпусные и бескорпусные.

К корпусным кумулятивным перфораторам относятся пер­фораторы многократного и однократного действия. Корпус у кумулятивного перфоратора из высокопрочной хромникель-молибденовой стали, а головка и наконечник — из прочной хромистой стали.

В бескорпусных перфораторах герметизируется индивидуальной оболочкой каждый отдельный заряд. Материал герметизирующих оболочек - стекло, керамика, ситалл, алюминий. Заряды собираются в длинные гирлянды.

В зависимости от сборки бескорпусные перфораторы могут быть частично или полностью разрушающимися.

В бескорпусных частично разрушающихся перфораторах заряды монтируются в стальной ленте или в стальных проволочных каркасах. После срабатывании зарядов деформированный каркас вместе с грузом извлекается из скважины.

Действие пулевых и торпедных перфораторов основано на метании пуль и снарядов за счет энергии расширения порохо­вых газов.

Пулевые перфораторы — аппараты с горизонтальными и вертикально-криволинейными стволами. Мощные крупнокалиберные пулевые перфораторы залпового действия с вертикально-криволиней­ными стволами обеспечивают высокую пробивную способность пуль, которые через стенки обсадных колонн и цементное кольцо проникают в породу, образуя в ней глубокий канал и систему трещин.

По последовательности выстреливания пуль или снарядов перфораторы делятся на аппараты залпового действия и селективного действия.

Пулевые и торпедные перфораторы имеют стальной корпус, в котором размещены пороховые каморы, стволы, заряжаемые пулями или снарядами, и воспламенительные устройства.

Пулевой перфоратор применяется для дробления крупнокалиберными пулями валунов

Все перфораторы опускаются в скважину на одножильном бронированом кабеле с помощью перфораторного подъемника.

Средствами воспламенения, предназначенными для поджи­гания пороховых зарядов и взрывания капсюлей-детонаторов, служат электровоспламенители, электрозапалы и пиропатроны разных типов. Для инициирования взрыва зарядов бризантных взрывчатых веществ служат капсюли-детонаторы, электродето­наторы, взрыватели, взрывные патроны и детонирующие шнуры.

Применяют гидропескоструйные перфораторы. Они пробивают каналы в преграде струей жидкости со взвешенным в ней пес­ком, вылетающей с большой скоростью и под высоким давле­нием из узкого отверстия — сопла.

Гидропескоструйный перфоратор состоит из отрезка трубы, в которой установлен ряд сопел. Аппарат спускается в сква­жину на насосно-компрессорных трубах, по которым подается под высоким давлением жидкость с песком. В зависимости от размера насадки, перепада давления и других факторов общее количество расходуемой рабочей жидкости на 1 канал составляет 1—7 м³, а песка 50—700 кг.

45.2 торпедирование скважин

Производство взрыва в скважине называется торпедиро­ванием, а подготовленный для взрыва заряд взрывчатого вещества — торпедой.

Торпеда состоит из взрывчатого вещества и средств взры­вания - электрозапала, капсюля-детонатора и шашки высоко­бризантного взрывчатого вещества, усиливающего начальный импульс детонации. Различают фугасные и кумулятивные тор­педы. Фугасные торпеды имеют негерметичный тонкостенный корпус из алюминия. В корпусе помещают заряд из цилиндрических шашек ВВ, контактирующий с промывочной жидкостью, а в герметичной оболочке — взрыв-патрон. На тор­педе устанавливается груз, который извлекается из скважины после взрыва. Торпеды детонирующего шпура состоят из головки и груза, соединенных между собой тросом, к кото­рому крепится заряд. Заряд состоит из одного или не­скольких отрезков детонирующего шнура. Взрывается детонирующий шнур электродетонатором, находя­щимся в герметичной полости головки, или взрыв-патроном. Кумулятивные торпеды характеризуются направленным взры­вом. Применяются кумулятивные осевые торпеды и кумулятивные труборезы.

Основная задача торпедирования при вскрытии пласта —создание в нем трещим большой протяженности. Для этой цели применяются фугасные заряды. Для максимального уве­личения притока флюида в твердых породах используют взрывы больших зарядов. При этом масса одновременно взры­ваемого вещества достигает нескольких тонн.

Ядерно-физические методы ГИС. Классификация. Их роль в комплексе ГИС.

Ядерно-физические методы ГИС основаны на изучении естественных и искусственных полей радиоактивных излучений в скважине.

Классификация: 1. Методы регистрации естественного излучения горных пород или пассивные методы; 2. Методы регистрации вторичного излучения, связанного с излучением горных пород источником гамма квантов и нейтронов

В группе пассивных методов наиболее широко используется метод естественной радиоактивности гамма квантов, основанный на регистрации гамма излучения естественной радиоактивности элементов (торий, радий, уран и калий 40).

Деление активных методов строится на временной зависимости, интенсивности импульсной или стационарной, а так же гамма источников излучения и вида вторичного излучения. Выделяют стационарный НГК, ННК и импульсные ИНГК и ИННК.

Методы регистрации гамма излучения подразделяются на интегральные и спектральные, при которых регистрируется гамма квант в ограниченном энергетическом интервале.

В зависимости от количества детекторов выделяют одно-, двух- или многозондовые модификации метода РК.