Каротаж

Геофизические исследования скважины, проводимые с целью выявления в геологическом разрезе полезных ископаемых (нефти, газа, угля, различных руд и т.д.), корреляции разрезов скважин и решения др. геологических задач.

В зависимости от того, какой физический или химический параметр изучается в разрезе скважины, различают каротаж

· механический

· газовый

· акустический (АК)

· электрический (ЭК)

o диэлектрический (ДК)

o индукционный (ИК)

o сопротивления (КС)

§ боковой (БК)

· радиоактивный (РК)

o гамма (ГК)

o гамма-гамма (ГГК)

o спектрометрический

o нейтронный (НК)

§ нейтрон-нейтронный (ННК)

§ нейтронный активационный

§ нейтронный гамма (НГК)

§ нейтронный импульсный (ИНК)

· потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС)

o градиента поля самопроизвольной поляризации

· ядерно-магнитный (ЯМК)

· сейсмический

Обычно используется комплекс, состоящий из нескольких видов К. Комплекс выбирается в зависимости от вида полезного ископаемого, на которое ведется разведка, геологического строения района, технических условий бурения и т.п.

Важной особенностью К. является возможность изучения физических свойств горных пород в условиях их естественного залегания.

Для проведения К. в скважину на специальном каротажном кабеле спускается измерительная установка, состоящая из каротажного зонда и скважинного прибора. На земной поверхности с помощью аппаратуры, входящей в комплект каротажной станции, регистрируется информация, поступающая с измерительной установки в процессе перемещения по стволу скважины. Каротажная диаграмма отображает непрерывное изменение изучаемого параметра по разрезу скважины в заданном масштабе параметра и глубины.

! Ряд авторов (В. Н. Дахнов, В. М. Добрынин и др.) считают термин «каротаж» неудачным и предлагают вместо него использовать термины «метод», «-метрия» (например, радиометрия, гамма-метод и т. д.).

КАРОТАЖ АКУСТИЧЕСКИЙ (АК)

Основан на изучении характеристик упругих волн ультразвукового и звукового диапазона, прошедших через горные породы.

Возбуждение и регистрация упругих волн осуществляются зондом АК. Трехэлементный зонд АК состоит из одного излучателя и двух приемников (аппаратура типа ЛАК) или двух излучателей и приемника (аппаратура типа СПАК). Возбужденные излучателем упругие колебания после прохождения их через горные породы фиксируются приемниками.

Модификации АК:

· АК по скорости

Для измерения скорости головной продольной волны регистрируют времена ее вступления t₁ и t₂ па первом и втором приемниках. Определяют интервальное время (мкс) Δ t = t₁ — t₂ и интервальную скорость v_p — l/ Δ t, где l — расстояние между приемниками.

Данные используются для определения пористости, так как k_n = (Δ t — Δ t_ск)/(Δ t_ж — Δ t_ск), где Δ t_ск и Δ t_ж — интервальное время соответственно в скелете породы и в жидкости, заполняющей поры.

· АК по затуханию

Регистрируют амплитуды колебаний А₁ и А₂ и определяют коэффициент поглощения энергии (параметр затухания) α (м^-1) на участке породы между элементами зонда: α = (1/ l)ln(А₁/ А₂).

Метод АК используется для выделения в разрезе трещинно-кавернозных зон и для определения характера насыщения пласта. В современной аппаратуре одновременно регистрируются 6 параметров: t₁, t₂, Δ t, А₁, А₂, α. Разрабатываемая модификация волнового АК позволит изучать характеристики всех типов волн, участвующих в волновом процессе, регистрировать весь пакет колебаний.

КАРОТАЖ БОКОВОЙ (БК)

Модификация каротажа сопротивления, отличающаяся особой конструкцией зонда.

В зонде БК основной токовый электрод расположен между дополнительными экранными электродами. Через электроды пропускают ток одной и той же полярности, обеспечивая автоматической регулировкой тока равенство потенциалов основного и экранных электродов. Благодаря влиянию экранных электродов ток, выходящий из основного электрода, фокусируется и распространяется узким слоем перпендикулярно к оси скважины.

Такая форма электрического поля снижает влияние вмещающих пород и скважины па результаты определения кажущегося удельного сопротивления р_к пласта. Для определения р_к измеряют потенциал Δ U любого электрода (при трехэлектродном зонде БК)или любого измерительного электрода (при многоэлектродном зонде БК) относительно удаленного электрода N, который находится на земной поверхности или в броне кабеля. Значение р_к подсчитывают по формуле, общей для всех методов каротажа сопротивления.

Зонд БК позволяет более четко, чем обычные электрические каротажные зонды, расчленять неоднородные интервалы, сложенные прослоями небольшой мощности высокого сопротивления. Значение р_к, измеренное напротив пластов без проникновения фильтрата или с небольшим проникновением, близко к истинному удельному сопротивлению пласта. Особенно эффективен БК в скважинах, заполненных сильноминерализованной жидкостью. В промысловой геофизике наибольшее распространение получили трех- и семиэлектродные зонды БК.

КАРОТАЖ ГАММА (ГК)

Один из видов каротажа радиоактивного, основанный на измерении вдоль ствола скважины интенсивности естественного гамма-излучения, возникающего в результате самопроизвольного распада радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах.

Существующая связь между радиоактивностью пород и их литологией, между интенсивностью гамма-излучения и степенью заглинизированности пород позволяет по кривым ГК выделять в разрезе скважины глинистые интервалы, количественно оценивать содержание в породе глинистого материала, а в комплексе с другими методами каротажа литологически расчленять разрез.

Модификацией ГК является гамма-каротаж спектрометрический (ГКС), основанный на изучении энергетического спектра гамма-излучения, испускаемого при радиоактивном распаде атомных ядер отдельных элементов. По характерным максимумам в спектре устанавливают присутствие и количество соответствующих радиоактивных изотопов, содержащихся в породе. ГКС используется для литологического расчленения разреза и для оценки глинистости пород.

ГК применяется также при работе с радиоактивными изотопами.

КАРОТАЖ ГАММА-ГАММА (ГГК)

Один из видов каротажа радиоактивного, основанный на измерении интенсивности рассеянного гамма-излучения, возникающего в результате облучения горных пород, пересеченных скважиной, источником гамма-квантов.

Модификации ГГК:

1) плотностной ГГК (ГГКП) - породы облучают источником жестких гамма-квантов.

В качестве источника чаще всего используется радиоактивный изотоп цезия (¹³⁷Cs) с энергией гамма-квантов 0, 662 МэВ, а регистрируется рассеянное гамма-излучение с энергией более 0, 2 МэВ. Основным процессом взаимодействия гамма-квантов с веществом горных пород при ГГКП является комптоновское рассеяние. Вероятность рассеяния пропорциональна числу электронов па пути пучка гамма-квантов, а число электронов в единице объема породы пропорционально ее плотности.

Установлено, что если порода состоит из элементов, атомный номер которых меньше 30, то между интенсивностью рассеянного гамма-излучения и плотностью породы наблюдается обратная зависимость. Дифференцированность пород по плотности и наличие зависимости между их плотностью и пористостью позволяют проводить по данным ГГКП литологическое расчленение разрезов скважин и оценивать пористость пород.

2) селективный ГГК (ГГКС) - породы облучают источником мягких гамма-квантов с энергией менее 0, 3—0, 4 МэВ.

Регистрируют мягкую компоненту гамма-излучения с энергией менее 0, 2 МэВ. Преобладающим взаимодействием мягких гамма-квантов с веществом горных пород является фотоэффект, поэтому регистрируемая при ГГКС интенсивность мягкого гамма-излучения зависит в основном от вещественного состава породы, а не от ее плотности.

Вероятность фотоэффекта резко возрастает при наличии в составе пород элементов с большим атомным номером. ГГКС используется для выделения в разрезе скважин углей и пород, содержащих тяжелые элементы.

ГГК в обоих модификациях имеет малый радиус исследования (10 — 15 см), поэтому на его показания большое искажающее влияние оказывают скважинные условия: изменение диаметра скважины, толщина глинистой корки, плотность промывочной жидкости и т. д. Для уменьшения этого влияния применяют специальные двухзондовые приборы.

Другие модификации ГГК находят применение при решении некоторых технических задач, связанных с бурением скважины (см. методы контроля качества цементирования), и при контроле за эксплуатацией скважин и подземных нефтехранилищ — для отбивки контактов между флюидами разной плотности.