1.4.2. 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.

Р ис. 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............................................	150
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...................................................................................................................................................	3200
Диаметр, мм..............................................................................................................................................	90

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......................................................................................	60
Максимальная температура, ^0С...................................................................................................................	120
Габаритные размеры скважинного прибора, мм:
поперечный размер при закрытом прижимном устройстве........................................................	128
длина.................................................................................................................................................	2600
диаметр охранного корпуса............................................................................................................	90
Масса скважинного прибора, кг...................................................................................................................	100
Потребляемая мощность, Вт
в режиме регистрации ....................................................................................................................	10
в режиме управления прижимным устройством в течение 100 с...............................................	150

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..............................................................................	80
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............................................................................................................................................	2900
диаметр........................................................................................................................................	90
максимальный поперечный при закрытом прижимном устройстве.............................................................................................................	128
Масса, кг
скважинного прибора................................................................................................................	80
наземной панели........................................................................................................................	20

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	2 2 2 2 2 3 3 3	ГК, НГК (НПК) ГК, НГК (НПК) ГК, НГК ГК, НГК ГК, НГК ГК, 2ГГК ГК, 2ННК ГК, 2ГГК	- - 200 230 80 50 120 120 135	100 50 100 100 35 25 60 80 80

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	90 60 102 54 42 42 90 90 125	3490 3420 3583 - 2058 2140 2600 2900 5000	70 40 40 10 14 100 80 150	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).