CC BY
0
СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ГАММА-КАРОТАЖ: РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ И
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
С.А. Петрова, студент
Уфимский государственный нефтяной технический университет (Россия, г. Уфа)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-6-3-176-180
Аннотация. Рассмотрены геологические возможности метода спектрометрического гамма-каротажа (СГК). Обосновано преимущество СГК перед его интегральной модификацией (ГК-И). Предлагается заменить в стандартном комплексе геофизических исследований скважин (ГИС) ГК-И на СГК, для повышения достоверности построения геолого-минералогической модели пластов. На основе анализа измеряемых и влияющих величин предложен способ повышения достоверности измерений аппаратурой СГК, основанный на применении методологии калибровочно-поправочных функций (КПФ).
Ключевые слова: спектрометрический гамма-каротаж, глинистость, калибровка.
Гамма-каротаж (ГК) выполняют в скважинах с целью выделения глинистых пластов и определения их коэффициента глинистости. Различают интегральный гамма-каротаж (ГК-И) и спектрометрический гамма-каротаж (СГК).
Слово «интегральный» подчеркивает, что детектором (сцинтилляционным счет-
чиком) аппаратуры ГК-И регистрируются все гамма-кванты, энергия которых выше порогового уровня - 60 килоэлектронвольт (кэВ), а в СГК по амплитуде выходных электрических импульсов выделяют гамма-кванты разных энергий [1] (рис. 1).
Рис. 1. Аппаратурные спектры в моделях с ториевой, урановой и калиевой активностью 1 - урановый спектр (уран - линия урана 1762 КэВ), 2 - ториевый спектр (торий - линия тория 2620 КэВ), 3 - калиевый спектр (калий - линия калия 1460 КэВ). В - "мягкая" часть спектров (первые 128 каналов 1024 канальных
спектров)
Среди количественных задач комплексной интерпретации данных ГК одной из важнейших является оценка коэффициента глинистости. Традиционно это задача ре-
шалась с применением в стандартном комплексе ГИС интегральной модификации гамма-каротажа, для которого естественная радиоактивность связывалась с
глинистостью горных пород. Но, известно, что в ряде пластов радиоактивность горных пород не связана с глинистостью, из-за чего применение ГК-И не всегда позво-
ляет достоверно расчленить разрез [2]. Применение СГК обеспечивает возможность посмотреть на гамма-излучение под другим углом (рис. 2).
Рис. 2. Планшет с геофизическими кривыми естественной радиоактивности
При интерпретации разреза по ГК-И интервал, обозначенный на рисунке, будет принят за глинистый прослой. Однако, если обратиться к данным СГК, то пик будет приурочен к урановому спектру. Это хорошо согласуется с данными керна, которые показывают повышенное содержание органического материала.
Дифференциация показаний естественной радиоактивности по измеренным значениям концентраций лежат в основе методики интерпретации СГК.
Так, распространено использование геохимического показателя ТЬ/И для оценки условий осадконакопления:
1. ТЬ/и>7 - континентальные условия, окислительная среда, выветривание почвы.
2. ТЬ/и<7 - морские осадки, серые и зеленые глинистые сланцы
3. ТЬ/и<2 морские черные глинистые сланцы, фосфаты
Решение этой задачи имеет первостепенное значение при поисках литологиче-ских ловушек нефти и газа, так как позволяет осуществлять прогноз их пространственного размещения, положения зон выклинивания и изменения коллекторских свойств пород [3].
Для определения минерального состава глин используется соотношение ТЬ/К, причем данный коэффициент увеличивается слева направо в ряду глауконит - мусковит - иллит - смешаннослойные глинистые минералы - каолинит - хлорит - боксит [4]. Изучение глинистого материала
имеет особо важное значение при определении ФЭС, так как в зависимости типа глин заполнение порового пространства происходит по-разному. Наиболее благоприятен каолинит (дискретный тип), в отличие от волокнистого (иллит), заполняющего поры в виде перемычек между песчаными зернами. Важно учитывать и разную способность набуханию, так как набухая, глинистый материал снижает по-
ристость горной породы, вызывая сужение сечений поровых каналов и уменьшает проницаемость. Наибольшее ухудшение коллекторских свойств происходит при набухании минералов группы монтмориллонита [3]. В автоматических программах обработки для определения типа глин принято использовать специальную палетку (рис. 3).
Рис. 3. Палетка для оценки минерального состава глин
В приведенной ниже таблице приведены различные типы соотношений исследуемых радиоактивных элементов и их диагностическая значимость [4] (табл. 1)
Таблица 1. Диагностическая значимость отношений массовых содержаний естествен-
ных радионуклидов
Отношения Диагностическая значимость
Th/U В осадочных породах отношение ТЬ/И изменяется в зависимости от условий осадкообразования: - ТЬ/и > 7 - континентальные условия, окислительная среда, выветренные почвы; - ТЬ/И < 7 - морские осадки, серые и зеленые глинистые сланцы, граувакки; - ТЬ/И < 2 - морские черные глинистые сланцы, фосфаты.
В изверженных породах большая величина Th/U - отношения является признаком окислительной среды в период кристаллизации магмы или указанием на ее интенсивное выщелачивание после раскристаллизации; Возможность оценки содержания органогенного углерода в глинистых отложениях; Выявление типов геологических несогласий по корреляции и циклостратиграфии; Определение удаленности от древней береговой линии и обнаружение быстрых тектонических подвижек в период осадконакопления; Стратиграфические корреляции, выявление трансгрессий и регрессий, окислительно-восстановительных режимов; Выявление радиогеохимических аномалий.
U/K Оценка содержания твердого органического вещества в глинистых породах; Стратиграфические корреляции; Выявление несогласий, диагенетически преобразованных глинистых, карбонатных и других отложений; Для терригенных и карбонатных отложений установление связей с кавернами и системами естественных трещин в пластах, а также локальных связей с повышенным содержанием углеводородов по данным гамма-спектрометриив процессе бурения и после вскрытия пластов; в образцах пород (кернах).
Th/K Выделение типов горных пород в различных фациях; Восстановление палеогеографических и палеоклиматических условий образование фаций; Определение условий осадконакопления, удаленности от древней береговой линии; Выявление диагенетических изменений глинистых минералов; Определение типов глин: величина отношения ТЬ/К растет в ряду глауконит - мусковит - гидрослюда -смешанослойные глинистые минералы - каолинит - хлорит - боксит.
Проблемной областью СГК является «перетекание» гамма-квантов из энергетических окон, вследствие чего не всегда получается достоверно оценить концентрацию калия, тория урана. Осложняются измерения аппаратурой СГК влиянием радиоактивности промывочной жидкости. Выходом из сложившийся ситуации может являться применение калибровочной функции 4 переменных, позволяющей при обучении измерительной системы на стандартных образцах одновременно воспроизводить измеряемую величину и компенсировать вклад влияющих величин [5].
Для реализации измерительного процесса аппаратурой СГК необходимы 8 эталонов горных пород, позволяющих воспроизводить по 2 малых и больших значения массовой концентрации калия, урана и тория в разном их сочетании при переменном значении радиоактивности промывочной жидкости. В качестве счётчика гамма-квантов следует выбрать сцинтилляцион-
ный детектор на основе кристалла NaJ, так как он имеет максимальную эффективность, однако при температуре в скважине более 125 С необходимо использовать счётчик Гейгера.
Выводы:
1. Приведены возможности интерпретации данных СГК.
2. Предлагается заменить в стандартном комплексе ГИС ГК-И на СГК, для повышения достоверности построения геолого-минералогической модели пластов.
3. Дальнейшее развитие СГК должно основываться на использовании 8-х калибровочных функции 4-переменных, где одна величина всегда измеряемая, а три других - влияющие.
4. Для реализации данной методики необходимо создание 8-х эталонов горных пород, способных воспроизводить концентрации калия, тория урана, радиоактивности промывочной жидкости в разном их сочетании.
Библиографический список
1. Инструкция по проведению спектрометрического гамма-каротажа аппаратурой СГК-1024 и обработке результатов измерений, МИ 41-17-1396-04 / В.А. Велижанин, С.Ю. Головацкий, В.А. Пантюхин, В.Г. Черменский и др. - Тверь: Изд. ГЕРС, 2004.
2. Полякова, Е. И. Математическое и программное обеспечение для задачи интерпретации данных спектрального гамма-каротажа / Е.И. Полякова // Мавлютовские чтения: Материалы XVI Всероссийской молодежной научной конференции. В 6-ти томах, Уфа, 25-27 октября 2022 года. Том 5. - Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет, 2022. - С. 259-269.
3. Горбачева, А. П. Использование данных спектрометрического гамма-каротажа при детальном изучении нефтегазовых скважин на примере продуктивных отложений Пермского края / А.П. Горбачева, А.Д. Савич, О.Л. Сальникова // Геофизика. - 2017. - № 5. -С. 70-78.
4. Кожевников Д.А. Гамма-спектрометрия в комплексе геофизических исследований нефтегазовых скважин // Методическое пособие. - М.: 1998. - 42 с.
5. Мухаметзянов, В.А. Инновационная деятельность геофизического предприятия / В.А. Мухаметзянов, В.М. Лобанков // Московский экономический журнал. - 2023. - Т. 8, № 11. - С. 800-811.
SPECTROMETRIC GAMMA-RAY: SOLVED TASKS AND DEVELOPMENT
PROSPECTS
S.A. Petrova, Student
Ufa State Petroleum Technical University (Russia, Ufa)
Abstract. The geological capabilities of the spectrometric gamma ray logging (SGL) method are considered. The advantage of SGC over its integral modification (GK-I) is substantiated. It is proposed to replace GK-I in the standard complex of well geophysical surveys (GIS) with SGC, to increase the reliability of constructing a geological and mineralogical model of formations. Based on the analysis of measured and influencing quantities, a method has been proposed to increase the reliability of measurements using SGC equipment, based on the use of the methodology of calibration-correction functions (CPF).
Keywords: spectrometric gamma-ray logging, clay content, calibration.
