Вопрос№ 1.
Гамма метод. Аппаратура, записываемыекривые, их интерпретация.
Во всех горныхпородах в небольших количествах присутствуют радиоактивные элементы. Содержаниерадиоактивных элементов в различных горных породах, а следовательно, иинтенсивность испускаемых ими ядерных излучений различны. Поэтому, регистрируяих, можно судить о типе горных пород, пройденных скважиной. Метод исследованиягеологического разреза скважин, основанный на регистрации излучений,испускаемых естественно радиоактивными элементами горных пород, носит названиеметода естественной радиоактивности. Поскольку обычно альфа- и бета-лучи,имеющие малый пробег в веществе, полностью поглощаются буровым раствором икорпусом скважинного снаряда, а индикатора достигают лишь гамма-лучи, этотметод называют также гамма-методом и сокращенно обозначают ГМ.
При исследованиигамма-методом в скважину опускают прибор, который содержит детекторгамма-излучения и электронную схему (рис. 1), служащую для питания индикатора,усиления его сигналов и передачи их через кабель на поверхность. Частоиспользуют многоканальные приборы, регистрирующие одновременно диаграммыгамма-метода и нейтронного гамма-метода. Точка записи ГМ совпадает с серединойдетектора.
/>
Рис. 1. Схема зондоврадиометрии скважин.
/—детекторы гамма-излучения (Г),тепловых (Т) и надтепловы.х (Н) нейтронов; источники: 2 — гамма-излучения; 3 —быстрых нейтронов; 4 — вещество, хорошо поглощающее гамма-кванты (РЬ,Ге и т. п.); 5 — водородсодержащее вещество. рассеивающее и поглощающеенейтроны (парафин, полиэтилен и т. п.); УТ — ускорительная трубка генераторанейтронов; ВБ — высоковольтный блок; ЭС — электронная схема прибора
Радиоактивностьгорных пород обусловлена в основном присутствием в них урана, тория,радиоактивных продуктов их распада и, наконец, калия, один из изотопов которого40К также радиоактивен.
При разработке ряданефтяных и газовых месторождений обнаружено резкое повышение радиоактивностинекоторых продуктивных пластов при их обводнении, а возможно, и по другимпричинам. Этот эффект, названный радиогеохимическим, широко используется приконтроле разработки месторождений .
Если не считатьурановых и ториевых руд, наибольшей гамма-активностью обладают кислыеизверженные породы, например граниты, а также глины. По интенсивностигамма-излучения 1 г этих пород эквивалентен (4 – 6)·10 ˉ12 г 226Ra. Наименее активны (менее 10 ˉ12 г Ra) ультраосновные породы, а среди осадочных пород – чистые разностиизвестняков, песчаников, большинства каменных углей и особенно гидрохимическихпород (кроме калийных солей). В осадочных породах, как правило, радиоактивностьтем больше, чем выше содержание глинистой фракции. Это позволяет по кривым I,,различать мины, глинистые и чистые разности известняков, песчаников и т. п.
Повышеннаярадиоактивность глинистых горных пород объясняется тем, что благодаря большойудельной поверхности они в процессе осадконакоплення сорбируют большее количествосоединений урана и тория, чем неглинистые породы. Имеет значение и калий,входящий в состав некоторых глинистых минералов
Диаграммы ГМиспользуют также для выделения в разрезе скважин урановых и ториевых руд,калийных солей, а также других полезных ископаемых, обладающих повышеннойрадиоактивностью (фосфориты, иногда марганцевые руды и др.). На рис. 2 показанатипичная кривая, полученная гамма-методом в разрезе осадочных пород.
Применяя специальныеприборы – спектрометры гамма-излучения, можно регистрировать вдоль скважиныдиаграмму изменения интенсивности гамма-квантов с заданной энергией. Такойспектрометрический гамма-метод (ГМ-С) позволяет определять отдельно содержаниев породе радия, тория и калия. По соотношению этих радиоактивных элементов в принципеможно определить условия образования осадков, минеральный состав глин,разделить урановые и ториевые руды, а также некоторые другие полезныеископаемые с повышенной радиоактивностью (фосфориты, бокситы и др.).
Кромерадиоактивности горных пород, на показания гамма-метода оказывают влияние: а)поглощение гамма-излучения в скважине, зависящее от диаметра скважины,плотности бурового раствора, наличия и толщины обсадной колонны и цементногокольца; б) радиоактивность среды, заполняющей ствол скважины. Показания ГМрастут при увеличении диаметра скважины, если радиоактивность горных породменьше радиоактивности среды, заполняющей скважину.
/>
Рис. 2.Схематические диаграммы, полученные ядерными методами в разрезе осадочныхпород.
I — каменная соль; 2 — калийная соль; 3 —глина; 4— размытый пласт с глубокой каверной; 5 — гипс; 6 —ангидрит: 7 — известняк низкопористый;8 — известняк высокопористый; песчаник (песок); 9 — газоносный; 10 —нефтеносный; 11 – водоносный; 12 — метаморфизованная порода.
При обратном соотношении радиоактивностейгорной породы и скважинной среды показания ГМ уменьшаются с ростом диаметраскважины. Обсадная колонна всегда уменьшает показания ГМ. При строгом учетевлияния перечисленных факторов по результатам ГМ можно количественно определитьконцентрацию радиоактивных элементов в горных породах.
На показания любогоядерного метода основное влияние оказывает относительно небольшая частьокружающей среды, удаленная от зонда не более чем на несколько десятковсантиметров. Влияние остальной более удаленной части среды составляет не болеенескольких процентов. Радиус сферы, из которого приходит 90—95% регистрируемогоизлучения, называется радиусом зоны исследования ГМ. Считается, что радиусисследования ГМ составляет примерно 30 см.
Форма диаграмм ГМопределяется усреднением (по специальному закону) радиоактивности в интервале,равном размеру зоны исследования; на нее оказывает влияние также инерционностьизмерительной схемы, вносимой интегрирующей ячейкой. При отсутствииинтегрирующей ячейки (постоянная времени интегрирующей ячейки tя= 0) или при измерении на отдельных точках при нулевой скорости прибора (v=Q) кривая Ig против однородного одиночного пласта симметрична(рис. 3, кривая с шифром 0). При мощности пласта h³ 0,8 ¸ 1 м амплитуда кривой Ig не зависит от значения h, агранице пласта соответствует середина аномалий.
При vtя кривая Ig сдвигается по направлению движения прибора истановится асимметричной. Искажение тем сильнее, чем больше vtя. При недостаточно большоймощности пласта происходит уменьшение амплитуды (тем сильнее, чем меньше h
/>
Рис. 3. Кривые Ig против пластов большой (а) и малой (б) мощности.Шифр кривых — vt, м с/ч
Показания ГМ зависят не только от интенсивностиизлучения, но и от индивидуальных особенностей прибора (тип счетчика, егоразмер, толщина корпуса, режим питания и т. п.). В зависимости от небольшихизменений этих факторов чувствительность может меняться в заметных пределахдаже для серийных приборов одного и того же типа. Для исключения влияния этихфакторов осуществляют эталонирование аппаратуры: в результате специальныхизмерений устанавливают график или коэффициенты перехода от величины отклоненияпишущего устройства (или от числа импульсов в единицу времени) к истиннойинтенсивности гамма-излучения, выраженной в дозовых единицах (в А/кг илимкР/ч).
Для исключениявлияния рассеянного гамма-излучения прибор при эталонировании подвешивают навысоте 2—3 м пал площадкой с низкоактивным грунтом. На высоте детектора нанекотором расстоянии r от него помещают радиевый эталонный источник.Показания прибора регистрируют самописцем.
Истиннаяинтенсивность излучения в точке расположения детектора определяется по формуле
Ig = KgA/r²
где А — активностьрадиевого эталона; Kg — гамма-постоянная радия, равная мощности дозы,создаваемой на расстоянии 1 м источником единичной активности; r —расстояние от эталона до детектора.
Подобные измерения ивычисления осуществляют при нескольких значениях r и строят эталонировочныйграфик – зависимость показаний прибора от Ig .
В последние годыполучает также распространение эталонирование в специальных эталонных(метрологических) скважинах, пробуренных на исследуемой территории пли вблизигеофизической базы. В этом случае в качестве условной единицы измеренийпринимают различие в показаниях против двух мощных опорных пластов с различнойактивностью или же среднеквадратические колебания показаний в некоторомфиксированном интервале разреза эталонной скважины.
Вопрос№ 2.
Кумулятивнаяперфорация.
При кумулятивнойперфорации пласт вскрывается под действием узкой струи раскаленных газов иметалла, сконцентрированной в поток большой плотности и огромной скорости. Вголовной части скорость струи достигает 6 – 8 км/с. Такой поток образуется привзрыве кумулятивного заряда.
При такой скоростикумулятивная струя оказывает на преграду значительное давление. В реальныхсредах это давление составляет несколько сотен мегапаскалей. Максимальнаяэффективность действия кумулятивного заряда с выемкой, облицованной металлом,достигается при расположении заряда от преграды на определенном расстоянии,которое называется фокусным. Фокусное расстояние должно быть заполненовоздушной средой.
Механизм образованиякумулятивной струи из облицовки показан на рис. 4. В струю обычно переходитпримерно 10% массы облицовки. Остальная часть, обжимаясь, формируется встержень сигарообразной формы — пест, движущийся вслед за струей. Скоростьструи от головной части к хвостовой снижается примерно в 3 – 4 раза, благодарячему струя в полете растягивается и одновременно сужается в диаметре. Последостижения некоторого критического значения целостность струи нарушается и онараспадается на определенное число фрагментов, летящих друг за другом. Скоростьхвостовой части струи составляет 2 км/с; пест имеет скорость около 1 км/с.
/>
Рис. 4.Последовательные фазы образования кумулятивной струи при взрыве заряда соблицованной выемкой (по Н. Г. Григоряну).
а — заряд до взрыва; б — фронт волныдетонации подходит к вершине выемки; в — детонация закончилась, металлическаяоблицовка деформируется с образованием кумулятивной струи и песта; г —образование струи и песта закончилось; д — струя разрывается на фрагменты; е —струя проникает в преграду, пест движется следом за струей
При встрече спреградой кумулятивная струя создает канал, диаметр которого больше диаметраструи. Дно канала имеет полусферическую форму. Фрагменты хвостовой части струи,не принимавшие участие в пробивании канала, скапливаются на дне канала. Летящийвслед за струей пест в зависимости от соотношения его диаметра и диаметраканала может достичь дна или застрять где-то в канале. Это снижаетэффективность перфорации. Поэтому стремятся в зарядах создать такие условия,чтобы диаметр пробиваемого канала был как можно больше, а пест имел бы малыйдиаметр или не образовывался бы вовсе.
Горные породы втонком слое вокруг стенок канала несколько уплотняются, что приводит к снижениюих проницаемости до 20%. Материал струи (металл) и ее высокая температуравлияния на коллекторские свойства практически не оказывают. Металл распыляетсяпо стенкам канала тончайшим слоем. Высокая температура струи, котораясоставляет порядка 1000°С, не успевает сплавить горную породу из-за кратковременноговоздействия. Весь процесс протекает 100 мкс. Кумулятивный заряд перфоратора(рис. 5) представляет собой прессованную шашку бризантного ВВ цилиндрической,конической пли овальной формы — кумулятивная выемка, в которую вставленаметаллическая воронка.
/>
Рис. 5. Кумулятивныезаряды.
а — заряд ЗПРВ дляперфоратора ПРВ; б — заряд ЗКПРУ для разрушающего усовершенствованногоперфоратора КПРУ; / — кумулятивная воронка; 2 — крышка; 3 — заряд ВВ; 4 —детонатор промежуточный; 5 — корпус
Кумулятивный зарядперфоратора (рис. 5) представляет собой прессованную шашку бризантного ВВцилиндрической, конической пли овальной формы – кумулятивная выемка, в которуювставлена металлическая воронка. В основании заряда находится детонатор.Инициирование взрыва снаряда производится от взрыва общего гибкогодетонирующего шнура, который, в свою очередь, возбуждается от соответствующеговзрывного устройства, чаще взрывного патрона.
Форма зарядапозволяет уменьшить массу ВВ, не участвующую непосредственно в образованиикумулятивной струи, благодаря чему уменьшается вредное воздействие взрыва накорпус перфоратора или обсадную колонну.
По способугерметизации кумулятивных зарядов перфораторы делятся на две группы: корпусныеи бескорпусные. Корпусные, в свою очередь, подразделяются на перфораторы смногократным использованием корпуса, обозначение которых ПК, и однократногоиспользования – ПКО, ПКОС, ПНК. Бескорпусные перфораторы выпускаются частичноразрушающимися — ПКС, ПКР и полностью разрушающимися – КПР, ПР.
В корпусныхперфораторах заряды и средства взрывания (детонирующий шнур и взрывной патрон)изолированы от внешней среды стальным корпусом, который выдерживает высокиегидростатические давления. Стальной корпус позволяет применять перфораторыэтого класса в скважинах на больших глубинах при высоких температурах.идавлениях. Кроме того, корпусные перфораторы не загрязняют ствол скважины послеперфорации и не оказывают разрушающего влияния на обсадную колонну и цементный каменьв затрубном пространстве.
Кумулятивные корпусныеперфораторы многократного использования типа ПК имеют толстостенный стальнойгерметичный корпус, в стенках которого против каждого заряда расположены гнездовыеотверстия для прохождения кумулятивной струи. Каждое отверстие герметизируетсяметаллической пробкой и резиновым уплотнением. Оси соседних зарядов и гнездовыеотверстия располагаются с шагом, обеспечивающим необходимую плотностьперфорации, и сдвинуты относительно соседнего заряда на 90°. Минимальноерасстояние между соседними зарядами 75—85 мм. В одном корпусе размещено 10— 12зарядов. Для увеличения числа зарядов, одновременно опускаемых в скважину,корпусы перфораторов можно соединить. Один корпус выдерживает до 40 групповыхвзрывов.
В перфораторах ПКЮЗ, ПК85,ПКЮ5ДУ, ПК85ДУ применяются заряды в бумажнолитых оболочках. В перфораторахПК95Н и ПК80Н заряды упакованы в массивные цинковые оболочки, а отверстия вкорпусе перфоратора уплотнены винтовыми пробками с резиновыми кольцами. Пробивнаяспособность, этих зарядов повышенная.
В корпусныхперфораторах однократного использования (ПКО, ПКОТ) корпус изготовляется изсплошной тонкостенной трубы, простреливаемой кумулятивными струями. Дляизготовления корпусов могут быть использованы насосно–компрессорные илибурильные трубы. Преимущество перфоратором этого типа — возможность примененияболее мощных зарядов. Преимущество заключается также в том, что они позволяютспускать в скважину одновременно до 100 зарядов, а за одну операцию простреливатьинтервал мощностью до 10м.
Недостаткиперфораторов ПКО: невозможность применения их на небольших глубинах (пригидростатических давлениях менее 10 МПа корпус разрушается); большой расходметалла на одну операцию.
Все перфораторы, какправило, спускают в скважину на кабеле. Исключение составляют перфораторы типаПНК, спускаемые в скважину на насосно-компрессорных или бурильных трубах.Отличие их от перфораторов ПК и ПКО заключено в конструкции взрывногоустройства, которое размещено в головной части перфоратора не снабженомеханическим приводом. Срабатывает механический привод под действием давлениярезинового шара: шар проталкивается по трубам потоком промывочной жидкости,закачиваемой насосом или компрессором.
Корпус перфораторасостоит из отдельных секций, соединенных переходником с устройством передачидетонации. Внутри каждой секции размещены гирлянда кумулятивных зарядов иотрезок детонирующего шнура.
Перфораторы типа ПНКобладают рядом преимуществ перед аппаратами других типов. Прежде всего, они позволяютвскрывать пласт при депрессии или равенстве давлений пластового и скважинного.Заряды обладают большой мощностью. За один спуск можно вскрыть интервалымощностью до 60м. Перфораторы позволяют проводить перфорацию в наклонно –направленных скважинах при больших углах искривления ствола. Поскольку дляспуска перфоратора ПНК в скважину не требуется кабель и геофизическийподъемник, он получил распространение при испытании и освоении скважин втруднодоступных районах Крайнего Севера, Сибири.
В бескорпусныхперфораторах герметизируется индивидуальной оболочкой каждый отдельный заряд.Оболочка выдерживает гидростатическое давление, но разрушается при взрыве.Материал герметизирующих оболочек — стекло, керамика, ситалл, алюминий. Зарядысобирают в длинные гирлянды. Взрывание производится детонирующим шнуром,срабатывающим от взрывного патрона.
В зависимости отвида механической сборки бескорпусные перфораторы могут быть частично илиполностью разрушающимися.
В бескорпусныхчастично разрушающихся перфораторах заряды монтируются в стальной ленте или встальных проволочных каркасах. После срабатывания зарядов деформированныйкаркас вместе с грузом извлекается из скважины.
В бескорпусныхполностью разрушающихся перфораторах заряды собираются в длинные гирлянды спомощью звеньев разнообразной конструкции, которые при взрыве разрушаются иостаются в скважине. На поверхность поднимается кабель снаконечником.
Бескорпусныеперфораторы имеют свои недостатки. Прежде всего, это значительное воздействиевзрыва зарядов на обсадную колонну и цемент в затрубном пространстве. Кроме того,в скважине после взрыва остается значительное количество осколков оболочек извеньев конструкции гирлянды. Однако эти перфораторы имеют и важныепреимущества, основные из которых – возможность проводить работы в скважинахчерез насосно-компрессорные трубы, опущенные с открытым концом, вскрыватьзначительные по мощности интервалы. Это позволяет сократить время,затрачиваемое на испытание скважины и в конечном счете на освоениеместорождения.
Вопрос№ 3.
Опишите как определяется пористость поданным акустического метода.
Акустический метод вмодификации регистрация интервального времени DТ продольных волн (обеспеченной серийной аппаратурой) позволяетопределять коэффициент пористости в карбонатных и терригенных породах спористостью 5—25% при хорошем акустическом контакте между зернами минеральногоскелета, который характерен для сцементированных пород. В слабосцементированных(пески, алевролиты, терригенные породы с высокой глинистостью), а также вплотных карбонатных породах с интенсивной трещиноватостью, для которыххарактерен слабый акустический контакт между зернами или блоками породы и какследствие интенсивное ослабление акустического сигнала, акустический методнеприменим для определения коэффициента пористости. Все интервалы залегания вразрезе таких пород характеризуются повышенными или высокими значениями а —коэффициента ослабления амплитуды упругой волны.
В породах, длякоторых возможно применение акустического метода для определения kп в зависимости от классаколлектора и структуры его перового пространства устанавливается тот или инойвид пористости. Так, в межзерновом коллекторе, терригенном или карбонатном, приотсутствии трещин и каверн по величине DТ определяют открытуюмежзерновую пористость, которая, как правило, не отличается от общей пористостиза исключением отдельных видов коллектора, в основном карбонатного имеющегозакрытые поры. В кавернозно-межзерновом карбонатном коллекторе при отсутствиитрещин или незначительной трещиноватости по величине DТ находят значение kn, близкое к межзерновой пористости матрицы, если пустоты (условнокаверны) имеют значительные размеры. В сложном трещинно-кавернозно-поровомкарбонатном коллекторе в зависимости от коэффициента трещиноватости иориентации трещин, а также размеров и взаимного расположения каверн по значениюDТ определяют или величину,близкую к kп общлибо к kпмз матрицы, или какое-топромежуточное между ними значение kп
Физической основойопределения kп по данным акустического метода являетсяуравнение среднего времени
DТп =DТск(1 – kп) + DТжkп, ( 1 )
где DТп – величина, получаемая по диаграммеинтервального времени; DТСКи DТж – интервальноевремя в скелете породы и флюиде, заполняющем поры.
Решая уравнение ( 1) относительно kn, получаем формулу для расчета kn:
Kп = (DТп – DТск)/(DТж – DТск) ( 2 )
Для полученияуравнения ( 1 ) применяют следующие способы. При мономинеральном скелете породыберут табличное значение DТск, соответствующее минеральному составу изучаемогообъекта, определяют по специальной палетке или рассчитывают по формуле DТж сучетом минерализации.воды и термобарических условий и подставляют найденныезначения в формулу ( 1 ). В величину kп, рассчитанную по формуле (2 ) с использованием значений констант DТск и DТж,затем вводят поправку за термобарические условия. Для породы с биминеральным иполиминеральным составом скелета этот способ неприменим, если неизвестенминеральный состав.
Сопоставляют по рядупластов изучаемого разреза, охватывающих весь диапазон используемых параметров,значения DТпи kп (коэффициент kпопределен по данным другого геофизического метода). Обрабатывая статистическиполученные результаты, получают уравнение регрессии DT = f(kn) в видевыражения ( 1 ) с конкретными значениями DТск и DТж(рис. 6). Преимущество такого способа заключается в том, что автоматическиучитываются термобарические условия и неоднородный минеральный состав скелета.
Сопоставляют по рядупластов изучаемого разреза, относящихся либо к неколлекторам, либо к водоноснымколлекторам, значения DТп и 1/rп сохватом всего диапазона изменения rп(исключая продуктивные коллекторы). Пристатистической обработке результатов сопоставления получают график уравнениярегрессии, при продолжении которого до пересечения с осью ординат DТ устанавливают DТск. Величину DТжопределяют, как в первом способе. В этом способе при расчете DТск также автоматически учитываются минеральныйсостав скелета породы и термобарические условия.
Определяют наобразцах пород представительного керна из исследуемого геологического объектазначения параметров DТпиkп на специальной установке, воспроизводящейтермобарические условия, близкие к пластовым. После статистической обработкирезультатов измерений получают одно (пли несколько) уравнений регрессии DТ =f (kп) для фиксированных значений rэф и t, отражающих термобарическиеусловия на различной глубине (см. рис. 6). Последний способ получения уравнений(1 ) и ( 2 ) для расчета kп предпочтителен.
/>
Рис. 6. Семействозависимостей DТ = f(kП) для терригенных продуктивных отложенииширотного Прнобья при различной глубине Н их залегания (по В. М. Добрынину и Г.П. Ставкину).
Шифр кривых — Н, м
Величину kп по диаграмме DТп определяют следующим образом. Сначала выделяют вразрезе изучаемый пласт и выбирают уравнение среднего времени, соответствующееминеральному составу и термобарическим условиям залегания данного пласта. Приреализации первого способа используют следующие значения констант:
Порода DТск ' мкс/м
Песчаник, алевролит кварцевыйи полимиктовый… 170–182
Известняк….… 150 –160
Доломит….… .128—143
Ангидрит….… 164
Гипс….… 172
Каменная соль….… 208
Для первых трехклассов пород указан диапазон изменения DТск, соответствующий породам сразным акустическим контактом между зернами: чем меньше DТскдля данного класса, тем лучше акустический контакт и, следовательно, степеньцементации породы.
Затем определяютзначение DТп и по формуле ( 2 ) или графической зависимости DТ = f (kп)рассчитывают kп. При определении kn первым способом в полученное значение вводят поправку за термобарическиеусловия.
Данные стандартногоакустического метода используют для определения kп внеобсаженных скважинах, пробуренных с растворами на водной и нефтяной основах. Естьпринципиальная возможность определения kп подиаграммам широкополосного акустического метода, содержащим информацию окинематических и динамических параметрах продольных м поперечных волн вобсаженных скважинах. Однако отсутствие практически применимой методикиопределения kп в обсаженных скважинах и необеспеченностьгеофизической службы серийной аппаратурой АКН-1 широкополосного акустическогометода не позволяют пока использовать его для решения указанной задачи вобсаженных скважинах.
Используемаялитература.
1. Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., РезвановР.А., Афригян А.Н. Промысловая геофизика. М., Недра, 1986.
2. Резванов Р.А. Радиоактивные и другиенеэлектричесеие методы исследования скважин. М., Недра, 1982.
3. Григорян Н.Г., Пометун Д.Е.,Горбенко Л.А., Ловля С.А. Прострелочные и взрывные работы в скважинах. М.,Недра,1982.
4. Геофизические методы исследования скважин.Справочник геофизика. М., Недра, 1983